Дипломный проект - Технологический расчет криогенной воздухоразделительной установки А-8-1М
Подождите немного. Документ загружается.
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
N
ЭЛ
=
3600
) t- t( * С * К* G
53РГР
где
G
ГР
= 3500 м
3
/ч - количество греющего газа,
К = 1,1 - коэффициент , учитывающий потерю тепла на нагрев изоляции
электроподогревателя и трубопроводов;
С
Р
= 1,05 кДж / ( м
3
*град ) - теплоемкость греющего газа;
N
ЭЛ
=
3600
) 30 - 300 ( * 1,05 * 1,1 *3500
,
N
ЭЛ
= 295,87 кВт .
Мощность, необходимую для нагрева электроподогревателя, рассчитываем по
формуле :
N
ДОП
= N
У
- N
ЭЛ
N
ДОП
= 300 – 295,87
N
ДОП
= 4,13 кВт .
Мощность, необходимая для нагрева электроподогревателя, должна
удовлетворять условию
N
ДОП
N
max
ДОП
,
где :
N
max
ДОП
= N
ЭЛ
*
* * С * К-
* * С * К
3МПРЕД
3М
,
где
С
М
= 0,503 кДж / ( кг*град ) - теплоемкость металла ;
3
- подогрев газа в электроподогревателе,
3
= t
3
- t
5
3
= 300 - 30
3
= 270
0
С ;
= 5 кг / кВт - удельная масса электроподогревателя, приходящаяся на единицу
мощности ;
ПРЕД
= К *
ГР
Q
Q
,
где
Q - суммарное количество тепла , необходимое для десорбции примесей ;
Q
ГР
- тепло , вносимое греющим газом .
101
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
8.2.2.2.1. Определение количества тепла для нагрева металла адсорбера
Q
1
= М
АДС
* С
М
*
1
,
где
1
- средний подогрев металла адсорбера ,
1
=
t + t
2
3 4
- t
1
1
=
2
200 + 300
- 20
1
= 230
0
C .
Q
1
= 5700 * 0,503 * 230
Q
1
= 659442 кДж .
8.2.2.2.2. Определение количества тепла для нагрева адсорбента
Q
2
=
4
Д*
2
* (
AL
* С
AL
*Н
AL
+
NaX
* С
NaX
*Н
NaX
)*
1
где
AL
= 800 кг /м
3
- насыпная плотность активной окиси алюминия ;
NaX
= 600 кг /м
3
- насыпная плотность цеолита ;
С
NaX
= 1,05 кДж / (кг*град) - теплоемкость цеолита ;
С
AL
= 1 кДж / (кг*град) - теплоемкость активной окиси алюминия ;
Q
2
=
4
3*
2
* (*1*0,442 + 600*1,05*1,179 )*230
Q
2
= 1782500 кДж .
8.2.2.2.3. Определение количества тепла для десорбции влаги из адсорбентов
Регенерируем два адсорбента:
Q
3
=
4
Д*
2
*(
AL
*Н
AL
+
NaX
*Н
NaX
)*а
Н2О
С
*r
1
,
где
а
Н20
С
= 0,2 кг/кг - статическая влагоемкость адсорбентов ;
r
1
= 4187 кДж / кг - теплота десорбции влаги ;
Q
3
=
4
3*
2
*(800*0,442+600*1,179)*0,2*4187
Q
3
= 6280500 кДж .
102
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
Q = Q
1
+ Q
2
+ Q
3
Q = 659442 + 1782500 + 6280500
Q = 8722442 кДж .
Q
ГР
= G
ГР
* С
Р
*
2
,
где
2
- среднее изменение температуры греющего газа в период нагрева адсорбера
2
= t
3
-
t + t
2
1 4
2
= 300 -
2
200 + 20
2
= 190
0
С .
Q
ГР
= 3500 * 1,05 * 190
Q
ГР
= 634410 кДж .
ПРЕД
= 1,1 *
634410
8722442
,
ПРЕД
= 15,12ч = 54445,66 с .
N
max
ДОП
= 295,87 *
5 * 270 * 0,503 * 1,1 - 54445.66
5 * 270 * 0,503 * 1,1
,
N
max
ДОП
= 4,43 кВт .
Условие выполняется : N
ДОП
= 4,13 кВт < N
max
ДОП
= 4,43 кВт .
8.2.2.3. Определение времени нагрева
НАГР
=
ПРЕД
* ( 1 -
ДОПЭЛ
ДОП
NN
N
) + К *
5
,
где
5
- время нагрева электроподогревателя;
5
= * C
М
*
3
,
5
= 5 * 0,503 * 270
5
= 679,05 с .
НАГР
= 54445,66 * ( 1 -
4,13 295,87
4,13
) + 1,1 * 679,05
НАГР
= 54498,86 с = 15 часов 8 минут .
Принимаем
НАГР
= 15 часов 10 минут.
103
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
8.2.2.4. Определение времени охлаждения
ОХЛ
=
6Р
4ДОПЭЛ1
6Р
5
2
МАДС
*С *
*)N (N **
*С *
*****
4
Д*
+ С*М
ОХЛ
М
ОХЛ
NaXNaXNaXAlAl
G
C
G
HCHC
Al
где
4
=
3
= 270
0
С - изменение температуры электроподогревателя в период
охлаждения,
5
- разность между средней температурой адсорбера в конце нагрева и темпера -
турой в конце охлаждения ,
5
=
t + t
2
3 4
- t
6
5
=
2
200 + 300
- 30
5
= 220
0
С ,
6
- разность между средней температурой холодного конца адсорбера в процессе
охлаждения и начальной температурой охлаждающего газа ,
6
=
t + t
2
6 4
- t
5
6
=
2
200 + 30
- 30
6
= 85
0
С ,
ОХЛ
=
85*05,1*3500
270*0,46) (119,54 *503,0*5
85*1,05 *3500
220179,1*05,1*600442,0*1*800*
4
3*
+ 0,503*5700
2
ОХЛ
= 7,29 ч = 7 часов 17 минут .
Принимаем
ОХЛ
= 7 часов 20 минут .
8.2.2.5. Определение времени сброса и наполнения
104
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
Принимаем время сброса
СБР
=
НАП
= 10 минут .
8.2.2.6. Суммарное время первичной регенерации
РЕГ
=
НАГР
+
ОХЛ
+
НАП
+
СБР
РЕГ
= 15 часов 10 минут + 7 часов 20 минут + 10 минут + 10 минут
РЕГ
= 22 часа 50 минут.
Принимаем с запасом по времени
РЕГ
= 24 часа .
8.2.3. Режим тройной регенерации слоёв адсорбента воздухом через
электроподогреватель мощностью 600 кВт при работе в диапазоне штатных
температур (работа двумя электроподогревателями)
8.2.3.1. Первичная регенерация
8.2.3.1.1. Исходные данные
Количества , м
3
/ч
греющего газа……...........................................……………………..…….…G
ГР
= 9175
охлаждающего газа.............................................................................…..…G
ОХЛ
= 9175
Температуры ,
0
С
начальная температура адсорбера…............………….........................................t
1
= 20
греющего газа на входе в электроподогреватель……..................................…...t
2
= 10
греющего газа на выходе из электроподогревателя....…..................................t
3
= 180
греющего газа в конце десорбции......................….............................................t
4
= 120
охлаждающего газа ........................................................................................…....t
5
= 10
адсорбера в момент переключения..................................................................….t
6
= 30
Давления , МПа
греющего и охлаждающего газа...............................…...................................Р
2
= 0,115
Высоты слоев адсорбента , м
высота слоя активной окиси алюминия.......................................….…….. Н
AL
= 0,442
высота слоя цеолита……..........................................…………………..… Н
NaX
= 1,179
мощность электроподогревателя , кВт..............................................................N
у
= 600
масса адсорбера , кг.............................................................................………..М = 5700
105
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
диаметр адсорбера , м.............................................................................…………..Д = 3
влагосодержание воздуха , поступающего в адсорбер , кг/кг..................d = 0,000952
8.2.3.1.2. Расчет мощности , необходимой для подогрева газа
N
У
= N
ЭЛ
+ N
ДОП
,
где
N
ЭЛ
- мощность , необходимая для подогрева газа в электроподогревателе,
нагрева адсорберов , нагрева адсорбента и т.д.
N
ДОП
- мощность , необходимая для нагрева электроподогревателя.
Мощность ,необходимую для подогрева газа,рассчитываем по формуле :
N
ЭЛ
=
3600
) t- t( * С * К* G
53РГР
где
G
ГР
= 9175 м
3
/ч - количество греющего воздуха ;
К = 1,1 - коэффициент , учитывающий потерю тепла на нагрев изоляции и
трубопроводов ;
С
Р
= 1,235 кДж / ( м
3
*град ) - теплоемкость греющего воздуха ;
N
ЭЛ
=
3600
) 10 - 180 ( * 1,235 * 1,1 *9175
,
N
ЭЛ
= 588,59 кВт .
Мощность , необходимую для нагрева электроподогревателя, рассчитываем по
формуле :
N
ДОП
= N
У
- N
ЭЛ
N
ДОП
= 600 – 588,59
N
ДОП
= 11,41 кВт .
Мощность , необходимая для нагрева электроподогревателя, должна
удовлетворять условию
N
ДОП
N
max
ДОП
,
где :
N
max
ДОП
= N
ЭЛ
*
* * С * К-
* * С * К
3МПРЕД
3М
,
где
С
М
= 0,503 кДж / ( кг*град ) - теплоемкость металла ;
3
- подогрев газа в электроподогревателе,
106
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
3
= t
3
- t
5
3
= 180 - 10
3
= 170
0
С ;
= 5 кг / кВт - удельная масса электроподогревателя, приходящаяся на единицу
мощности ;
ПРЕД
= К *
ГР
Q
Q
,
где
Q - суммарное количество тепла , необходимое для десорбции примесей ;
Q
ГР
- тепло , вносимое греющим газом .
8.2.3.1.2.1. Определение количества тепла для нагрева металла адсорбера
Q
1
= М
АДС
* С
М
*
1
,
где
1
- средний подогрев металла адсорбера ,
1
=
t + t
2
3 4
- t
1
1
=
2
120 + 180
- 10
1
= 130
0
C .
Q
1
= 5700 * 0,503 * 130
Q
1
= 372728,2 кДж .
8.2.3.1.2.2. Определение количества тепла для нагрева адсорбента
Q
2
=
4
Д*
2
* (
AL
* С
AL
*Н
AL
+
NaX
* С
NaX
*Н
NaX
)*
1
где
AL
= 800 кг /м
3
- насыпная плотность активной окиси алюминия ;
NaX
= 600 кг /м
3
- насыпная плотность цеолита ;
С
NaX
= 1,05 кДж / (кг*град) - теплоемкость цеолита ;
С
AL
= 1 кДж / (кг*град) - теплоемкость активной окиси алюминия ;
Q
2
=
4
3*
2
* (*1*0,442 + 600*1,05*1,179 )*130
Q
2
= 1007500 кДж .
107
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
8.2.3.1.2.3. Определение количества тепла для десорбции влаги в адсорбентах
Регенерируем два адсорбента:
Q
3
=
4
Д*
2
*(
AL
*Н
AL
*+
NaX
Н
NaX
)*а
Н2О
С
*r
1
,
где
а
Н20
С
= 0,2 кг/кг - статическая влагоёмкость адсорбента ;
В
= 1,204 кг / м
3
- плотность воздуха при нормальных условиях;
r
1
= 4187 кДж / кг - теплота десорбции влаги ;
Q
3
=
4
3*
2
*(800*0,442+600*1,179)*0,2*4187
Q
3
= 6280500 кДж .
Q = Q
1
+ Q
2
+ Q
3
Q = 372728,2+ 1007500 + 6280500
Q = 7660728 кДж .
Q
ГР
= G
ГР
* С
Р
*
2
,
где
2
- среднее изменение температуры греющего газа в период нагрева адсорбера
2
= t
3
-
t + t
2
1 4
2
= 180 -
2
120 + 20
2
= 110
0
С .
Q
ГР
= 9175 * 1,235 * 110
Q
ГР
= 1246424 кДж .
ПРЕД
= 1,1 *
1246424
7660728
,
ПРЕД
= 6,76 ч = 24338,82 с .
N
max
ДОП
= 588,59 *
5 * 170 * 0,503 * 1,1 - 24338,82
5 * 170 * 0,503 * 1,1
,
N
max
ДОП
= 11,60 кВт .
Условие выполняется : N
ДОП
= 11,41 кВт < N
max
ДОП
= 11,60 кВт .
108
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
8.2.3.1.3. Определение времени нагрева
НАГР
=
ПРЕД
* ( 1 -
ДОПЭЛ
ДОП
NN
N
) + К *
5
,
где
5
- время нагрева электроподогревателя ;
5
= * C
М
*
3
,
5
= 5 * 0,503 * 170
5
= 427,55с .
НАГР
= 24338,82 * ( 1 -
11,41 588,59
11,41
) + 1,1 * 427,55
НАГР
= 24346,24 с = 6 часов 46 минут .
Принимаем
НАГР
= 6 часов 50 минут .
8.2.3.1.4. Определение времени охлаждения
ОХЛ
=
6Р
4ДОПЭЛ1
6Р
5
2
МАДС
*С *
*)N (N **
*С *
*****
4
Д*
+ С*М
ОХЛ
М
ОХЛ
NaXNaXNaXAlAlAl
G
C
G
HCHC
где
4
=
3
= 170
0
С - изменение температуры электроподогревателя в период
охлаждения ,
5
- разность между средней температурой адсорбера в конце нагрева и темпера -
турой в конце охлаждения ,
5
=
t + t
2
3 4
- t
6
5
=
2
120 + 180
- 30
5
= 120
0
С ,
6
- разность между средней температурой холодного конца адсорбера в процессе
охлаждения и начальной температурой охлаждающего газа ,
6
=
t + t
2
6 4
- t
5
6
=
2
120 + 30
- 10
6
= 65
0
С ,
109
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
ОХЛ
=
65*235,1*9175
170*11,41) (588,59 *503,0*5
65*1,05 *9175
120179,1*05,1*600442,0*1*800*
4
3*
+ 0,503*5700
2
ОХЛ
= 2,08 ч = 2 часа 5 минут .
Принимаем
ОХЛ
= 2 часа 10 минут .
8.2.3.1.5. Определение времени сброса и наполнения
Принимаем время сброса
СБР
=
НАП
= 10 минут .
8.2.3.1.6. Суммарное время первичной регенерации
РЕГ
=
НАГР
+
ОХЛ
+
НАП
+
СБР
РЕГ
= 6 часов 50 минут + 2 часа 10 минут + 10 минут + 10 минут
РЕГ
= 9 часов 20 минут.
Принимаем время первичной регенерации
РЕГ 1
= 9 часов 30 минут.
8.2.3.2. Вторичная регенерация
8.2.3.2.1. Исходные данные
Количества , м
3
/ч
греющего газа……...........................................……………………….…..…G
ГР
= 9175
охлаждающего газа.............................................................................…..…G
ОХЛ
= 9175
Температуры ,
0
С
начальная температура адсорбера…............………….........................................t
1
= 20
греющего газа на входе в электроподогреватель……..................................…...t
2
= 10
греющего газа на выходе из электроподогревателя....…..................................t
3
= 180
греющего газа в конце десорбции......................….............................................t
4
= 120
охлаждающего газа ........................................................................................…....t
5
= 10
адсорбера в момент переключения..................................................................….t
6
= 30
Давления , МПа
110