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
4.1.5. Сопротивления аппаратов по отбросной фракции, МПа (абс.):
трубопровод и нижняя часть основной теплообменника....…..…...Р
А нч
осн/то
= 0,01
основной теплообменник......................................……........................Р
А
осн/то
= 0,015
4.1.6. Сопротивления аппаратов по воздуху, МПа (абс.):
от сети до входа в основной теплообменник.......………..……………….Р
В
= 0,085
основной теплообменник.............................……................................Р
В
осн/то
=
0,015
4.1.7. Теплопритоки, кДж/кмоль:
блок разделения.............................................……...………………..................q
б/р
= 150
в том числе:
основной теплообменник.................................……...............…………..........q
осн/т
= 50
ректификационная колонна...............................….…..................……….............q
к
= 70
конденсатор-испаритель.....................................……...............……..................q
к/и
= 30
узел разделения...........................................……………………………...........q
у/р
= 100
в том числе:
ректификационная колонна...............................….…..................……….............q
к
= 70
конденсатор-испаритель.....................................……...............……..................q
к/и
= 30
4.1.8. Условные обозначения:
весь перерабатываемый воздух.................…...............……….........……....................В
продукционный газообразный азот...............……………………....................……
1
Г
А
газообразный азот из пароотделителя...................…………………………………
2
Г
А
отбросная фракция из узла ректификации....………………..........………......……
1
А
отбросная фракция после смешения с газообразным азотом………..……………
2
А
продукционный жидкий азот …………….......................……....................………
Ж
А
весь жидкий азот из колонны ……………...............................……..........…………
N
кубовая жидкость …………….…………….....................................……....…………R
фракция безопасности..……….................................................................………......Ф
Б
11
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
4.2. Энергетический баланс пароотделителя
Обозначение по принципиальной схеме А13, чертеж АК 5001.000. Обозначение
входа и выходов трубопроводов по расчётной схеме (рис. 9).
А
Г
2
2
ГЖ
ААN
8
2
Г7Ж6
JАJАJN
из системы уравнений определим необходимое
количество жидкого азота N, отбираемого из
колонны, и количество газообразного азота
2
Г
А
,
выводимого из пароотделителя
N
А
Ж
Рис. 2. Пароотделитель А13
J
5
= J
6
= 4903,5 кДж/кмоль - энтальпия жидкого азота при дросселировании
его от давления Р = 0,79 МПа до давления
Р = 0,32 МПа , Т
6
= 88,62 К , х
6
= 0,139 ;
J
7
= 4193,6 кДж/кмоль - энтальпия жидкого азота на линии насыщения при
Р = 0,32 МПа , Т
7
= 88,62 К
J
8
= 9305,5 кДж/кмоль - энтальпия газообразного азота на линии насыщения
при Р = 0,32 МПа , Т
8
= 88,62 К
2
Г
А018546,0N
6,9306А6,4193018546,05,4903)А018546,0(
2
Г
2
Г
Из системы уравнений получим :
N = 0,021536 кмоль/кмоль – доля жидкого азота , отбираемая из колонны ;
2
Г
А
= 0,002991 кмоль/кмоль – доля газообразного азота , отбираемая из
пароотделителя .
12
7
8
6
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
4.3. Материальные балансы
4.3.1. Материальный баланс узла разделения
Б
2
Г
1
ГЖ
1
ФААААВ
Б
2
Г
1
ГЖ
1
ФАААВА
005,0003178,032549,0018546,01А
1
А
1
= 0,647786 .
Определим концентрацию отбросной фракции из узла разделения
Б
ФБ
Г
А
2
Г
1
Г
Ж
АЖA
1
хФy)АА(xАyАyВ
B
1
Б
ФБ
Г
А
2
Г
1
Г
Ж
АЖВ
А
А
хФу)АА(xАуВ
у
647973,0
56814,0005,0000002,0)002991,032549,0(000002,0018546,02095,01
у
А
y
A
= 31,75
% об. 0
2
.
4. 3.2. Материальный баланс колонны основной
1
Г
АNRВ
Определим количество кубовой жидкости
1
Г
АNВR
32549,0021536,01R
R = 0,65297 кмоль/кмоль .
Определим концентрацию кубовой жидкости
Ж
А
1
Г
Ж
АRB
yАxNxRyВ
R
yАxNyВ
x
Г
А
1
Г
Ж
АB
R
65297,0
000002,032549,0000002,0021536,02095,01
x
R
x
R
= 32,084
% об. 0
2
.
4.3.3. Определение температурного напора в конденсаторе-испарителе
Обозначение по принципиальной схеме А10, чертеж В15048. Обозначения входов
и выходов трубопроводов по расчётной схеме (рис. 10).
13
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
А
1
R
1
Г
А
N
В
Р
И
= Р
13
+ Р
А нч
осн/то
Р
И
= 0,39 +
Давление на стороне конденсации
Р
И
}=}0,4}МПа, что соответствует температуре
насыщенного пара, состав которого равен
составу кубовой жидкости при
y
R
= x
R
= 32,084
% об. 0
2
Т
II
R
= 97,5 К.
Р
к
нижн.ч.
= Р
2
- Р
В
осн/то
Р
к
нижн.ч.
= 0,815 – 0,015
Рис. 3. Конденсатор-испаритель А10
Давление в кубе ректификационной колонны Р
к
нижн.ч.
= 0,8 МПа.
Давление в верхней части ректификационной колонны Р
к
верх.ч.
= 0,79 МПа.
Давление азотной флегмы на стороне испарения на линии насыщения Р
к
верх.ч.
= 0,79
МПа, что соответствует температуре Т
N
= 100,2 К.
Температурный напор конденсатора-испарителя (в верхней части над зеркалом
испарения):
II
RNи/к
ТTТ
5,972,100Т
и/к
T
к/и
= 2,7 К.
4.4. Энергетический баланс узла разделения
17Б9
2
Г10
1
Г7Ж12
1
Р/У2
JФJАJАJАJАqJВ
14
10
5
2
12
4
А10
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
Из баланса определим энтальпию воздуха на входе в узел разделения
В
qJФJАJАJАJА
J
Р/У17Б9
2
Г
10
1
Г
7Ж12
1
2
А
1
= 0,647973 кмоль/кмоль .
J
12
- энтальпия газообразной отбросной фракции в состоянии насыщения при
Р = 0,4 МПа , Т
12
= 97,5 К ,
J
12
= y
A
* J
II
02
+ ( 1 - y
A
) * J
II
N2
y
A
= 0,3175 ; J
II
02
= 11635,0 кДж/кмоль - энтальпия кислорода в состоянии насыще-
ния при Р = 0,4 МПа ,
(1 - y
A
) = 0,6825 ; J
II
N2
= 9334,7 кДж/кмоль - энтальпия азота в состоянии насыще-
ния при Р = 0,4 МПа ,
J
15
= 0,3175 * 11635,0 + 0,6825 * 9334,7
J
12
= 10068,34 кДж/кмоль ;
А
Ж
= 0,01856 кмоль/кмоль .
J
7
= 4193,6 кДж/кмоль - энтальпия жидкого азота в состоянии насыщения при
Р = 0,3 МПа , Т
7
= 87,9 К ,
А
Г
1
= 0,32549 кмоль/кмоль .
J
10
= 9387,8 кДж/кмоль - энтальпия газообразного азота в состоянии насыщения
при Р = 0,79 МПа , Т
10
= 100,2 К ,
А
Г
2
= 0,002991 кмоль/кмоль .
J
9
= 9305,5 кДж/кмоль - энтальпия газообразного азота при Р = 0,135 МПа ,
Т
9
= 84,51 К ,
Ф
Б
= 0,005 кмоль/кмоль .
J
17
- энтальпия жидкой фракции безопасности в состоянии насыщения
при Р = 0,4 МПа, и T
17
= 97,5 К ,
J
17
= x
Фб.
* J
II
02
+ ( 1 - x
Фб.
) * J
II
N2
x
Фб.
= 0,56814 ; J
II
02
= 5411,5 кДж/кмоль - энтальпия кислорода в состоянии
насыщения при Р = 0,4 МПа ,
(1 - x
A
) = 0,43186 ; J
II
N2
= 4348,6 кДж/кмоль - энтальпия азота в состоянии
насыщения при Р = 0,4 МПа ,
J
17
= 0,56814 * 5411,5 + 0,43186 * 4348,6
J
17
= 4952,5 кДж/кмоль ;
15
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
q
у/р
= 100 кДж/кмоль .
1
1005,4952005,05,9305002991,08,938732549,06,419301856,034,10068647973,0
J
2
J
2
= 9610,02 кДж/кмоль - энтальпия воздуха на входе в узел разделения при
Р = 0,8 МПа , Т
2
= 104,63 К , х
2
= 0,9327 .
4.5. Энергетический баланс колонны основной
Обозначение по принципиальной схеме А9, чертеж КЛ 3910.000. Обозначения
входов и выходов трубопроводов по расчётной схеме (рис. 10).
16
10
5
2
3
4
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
R
1
Г
А
N
В
R
10
1
Г53И/Кк2
JАJNJRQqJВ
Из баланса определим нагрузку
конденсатора - испарителя:
10
1
Г53к2И/К
JАJNJRqJВQ
Рис. 4. Колонна основная А9
где
J
2
= 9610,02 кДж/кмоль - энтальпия воздуха на входе в колонну при Р = 0,8 МПа,
Т
2
= 104,63 К , х
2
= 0,9327 .
J
3
= 5263,7 кДж/кмоль - энтальпия кубовой жидкости в состоянии насыщения
при Р = 0,8 МПа при Т
3
= 104,09 К ,
J
3
= x
R
* J
I
02
+ ( 1 - x
R
) * J
I
N2
x
R
= 0,32084 ; J
I
02
= 6001,2 кДж/кмоль - энтальпия кислорода в состоянии
насыщения при Р = 0,8 МПа ,
(1 - x
R
) = 0,67916 ; J
I
N2
= 4915,3 кДж/кмоль - энтальпия азота в состоянии
насыщения при Р = 0,8 МПа ,
J
3
= 0,32084 * 6001,2 + 0,67916 * 4915,3
J
3
= 5263,7 кДж/кмоль ;
N = 0,021536 кмоль/кмоль ;
J
5
= 4903,5 кДж/кмоль - энтальпия жидкого азота в состоянии насыщения при
Р = 0,79 МПа , Т
8
= 100,2 К ,
А
Г
1
= 0,32549 кмоль/кмоль .
J
10
= 9387,8 кДж/кмоль - энтальпия газообразного азота в состоянии насыщения
при Р = 0,79 МПа , Т
10
= 100,2 К ,
q
к
= 70 кДж/кмоль ,
17
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
7,938732549,05,4903021536,07,526365297,07002,96101Q
И/К
Q
к/и
= 3081,72 кДж/кмоль - нагрузка конденсатора - испарителя .
Найдем параметры кубовой жидкости R на входе в конденсатор-испаритель в
точке 4 см. рис. 4.
Степень сухости кубовой жидкости на входе в конденсатор-испаритель
х
4
=
J -J
J - J
111
1
4
,
где
J
4
= J
3
= 5263,7 кДж/кмоль - энтальпия кубовой жидкости после дросселирования
ее от давления Р = 0,8 МПа до давления в конденсаторе-испарителе Р = 0,4
МПа ,
J
I
- энтальпия кубовой жидкости на линии насыщения в точке кипения ,
определяемая по уравнению :
J
I
= x
R
* J
I
02
+ ( 1 – x
R
) * J
I
N2
x
R
= 0,32084 ; J
I
02
= 5411,5 кДж/кмоль - энтальпия кислорода в состоянии
насыщения при Р = 0,4 МПа ,
( 1 – x
R
) = 0,67916 ; J
I
N2
= 4348,6 кДж/кмоль - энтальпия азота в состоянии
насыщения при Р = 0,4 МПа ,
J
I
= 0,32084 * 5411,5 + 0,67916 * 4348,6
J
I
= 4689,6 кДж/кмоль ;
J
II
- энтальпия кубовой жидкости на линии насыщения в точке конденсации ,
определяемая по уравнению :
J
II
= x
N
* J
II
02
+ ( 1 - x
N
) * J
II
N2
x
R
= 0,32084 ; J
II
02
= 11635,0 кДж/кмоль - энтальпия кислорода в состоянии
насыщения при Р = 0,4 МПа ,
(1 - x
R
) = 0,67916 ; J
II
N2
= 9334,7 кДж/кмоль - энтальпия азота в состоянии
насыщения при Р = 0,4 МПа ,
J
II
= 0,3209 * 11635,0 + 0,6791*9334,7
J
II
= 10072,7 кДж/кмоль ;
х
4
=
4689,6 - 10072,7
4689,6 - 5263,7
х
4
= 0,1066446 .
Степень сухости кубовой жидкости на входе конденсатор-испаритель
18
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
х
4
=
Т - Т
Т - Т
111
1
4
,
где
T
I
= 94,35 К - температура кубовой жидкости на линии насыщения в точке
кипения при Р = 0,4 МПа ,
T
II
= 97,41 К - температура кубовой жидкости на линии насыщения в точке
конденсации при Р = 0,4 МПа ,
Т
4
= T
I
+ X
4
* (T
II
- T
I
)
Т
4
= 94,35 + 0,1066446 * ( 97,41 – 94,35 )
Т
4
= 94,68 К .
J
4
= 5263,7 кДж/кмоль - энтальпия кубовой жидкости после дросселирования ее от
давления Р = 0, 8 МПа до давления Р = 0,4 МПа , Т
4
= 94,68 К , х
4
= 0,106643 .
4.6. Основной энергетический баланс установки на уровне 283 К
B*J
T
+ Д*Н
Д
= q
б/р
+ q
Н
А
+ q
Н
Аг
+ q
Н
Аж
+ q
Н
Фб
19
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
где
B * J
T
- изотермический дроссель-эффект сжатия воздуха в компрессоре ,
кДж/кмоль
B * J
T
= B * ( J
0,1
283
– J
1
)
J
0,1
283
= 15539,5 кДж/кмоль - энтальпия воздуха при Р=0,1 МПа и Т=283 К ,
J
1
= 15485,0 кДж/кмоль - энтальпия воздуха при Р=0,815 МПа и Т
1
=283 К ,
B * J
T
= 1 * ( 15539,5 – 15485,0 )
B * J
T
= 54,5 кДж/кмоль .
Д = А
1
= 0,647973
кмоль/кмоль .
Н
Д
- действительный теплоперепад в турбодетандере , кДж/кмоль
Н
Д
= * ( J
16
– J
16’
)
J
13
= 10799,9 кДж/кмоль - энтальпия отбросной фракции при Р = 0,39 МПа ,
Т
13
= 124 К ( по воздуху ),
S = 161,32 кДж/(кмоль*К)
J
13’
= 9895,7 кДж/кмоль - энтальпия отбросной фракции при Р=0,135 МПа ,
S = 161,32 кДж/(кмоль*К)
Н
Д
= * ( 10799,9 – 9895,7 )
Н
Д
= * 904,2
Д*Н
Д
= 585,897*кДж/кмоль .
q
Н
А
- потери холода от недорекуперации отбросной фракции , кДж/кмоль
q
Н
А
= А
2
* ( J
0,1
283
- J
16
)
А
2
= 0,650964
кмоль/кмоль .
J
0,1
283
= 15539,5 кДж/кмоль - энтальпия отбросной фракции при Р=0,1 МПа
и Т=283 К (по воздуху),
J
16
= 15450,6 кДж/кмоль - энтальпия отбросной фракции при Р=0,12 МПа и
Т
19
= 280 К ( по воздуху ) ,
q
Н
А
= 0,650964 * ( 15539,5 – 15450,6 )
q
Н
А
= 57,87 кДж/кмоль .
q
Н
Аг
- потери холода от недорекуперации и недоиспользование дроссель-
эффекта продукционного газообразного азота, кДж/кмоль
q
Н
Аг
= А
1
г
* ( J
0,1
283
- J
11
)
А
1
г
= 0,32549
кмоль/кмоль ,
J
0,1
283
= 15157,4 кДж/кмоль - энтальпия азота при Р = 0,1 МПа и Т = 283 К ,
J
11
= 15019,3 кДж/кмоль - энтальпия азота при Р=0,775 МПа и Т
11
=280 К ,
q
Н
Аг
= 0,32549 * ( 15157,4 – 15019,3 )
20