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
Ar
1291,95 кг/м
3
- плотность жидкого аргона в состоянии насыщения при
температуре Т
A
r
= 102,73 К и давлении Р
A
r
= 0,4 МПа ,
2
N
737,12 кг/м
3
- плотность жидкого азота в состоянии насыщения при
температуре Т
N
2
= 91,25 К и давлении Р
N
2
= 0,4 МПа ,
Ж
=
4177,012,7370142,095,12915681,034,1058
Ж
= 0,007752 Н/м – поверхностное натяжение жидкой фракции безопасности в
состоянии насыщения , вычисляемая по формуле
Ж
=
3
2
N
2
Ar
1
2
O
xxx
,
где
2
O
0,00911 Н/м – поверхностное натяжение жидкого кислорода в состоянии
насыщения при температуре Т
О
2
= 105,73 К и давлении
Р
О
2
= 0,4 МПа ,
Ar
0,008775 Н/м – поверхностное натяжение жидкого аргона в состоянии
насыщения при температуре Т
A
r
= 102,73 К и давлении
Р
A
r
= 0,4 МПа ,
2
N
0,00587 Н/м – поверхностное натяжение жидкого азота в состоянии
насыщения при температуре Т
N
2
= 91,25 К и давлении
Р
N
2
= 0,4 МПа ,
Т
=
4177,000587,00142,0008775,05681,000911,0
r = 192885,55 Дж/кг – теплота парообразования фракции безопасности в
состоянии насыщения , вычисляемая по формуле
r =
3
2
N
2
Ar
1
2
O
xrxrxr
,
где
2
O
r
196166,51 Дж/кг – теплота парообразования кислорода в состоянии
насыщения при температуре Т
О
2
= 105,73 К и давлении
Р
О
2
= 0,4 МПа ,
Ar
r
148168,32 Дж/кг – теплота парообразования жидкого аргона в состоянии
насыщения при температуре Т
A
r
= 102,73 К и давлении
Р
A
r
= 0,4 МПа ,
2
N
r
178661,93 Дж/кг – теплота парообразования жидкого азота в состоянии
71
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
насыщения при температуре Т
N
2
= 91,25 К и давлении
Р
N
2
= 0,4 МПа ,
r =
4177,093,1786610142,032,1481685681,051,196166
r
I
=
55,192885
572,12268,99034,055,192885
2
r
I
= 284294,751 Дж/кг ;
В
ТК
=
4
1
3
8
8
1
2
1
2
81,926,948,92726,90178,0
102,1314
26,948,92781,9
007752,0
26,948,927006,081,9
007752,0
28,037,0
В
ТК
= 30,9001 ;
Т
ТК
=
4
1
29,122
751,284294
9001,30
Т
ТК
= 214,22 Вт/(м
2
*К) ;
Т ПР
ТК
=
Т
Н
Т
ВН
ТК
Т
d
d
Т ПР
ТК
=
008,0
006,0
22,214
Т ПР
ТК
= 160,665 Вт/(м
2
*К) - приведенный коэффициент теплоотдачи к фракции
безопасности ;
q
Т
ТК
=
Т ПР
ТК
* T
Т
ТК
.
q
Т
ТК
= *
q
Т
ТК
= 19678 Вт/м
2
;
q
М
ТК
= 19678 Вт/м
2
.
Условие выполнено .
7.1.2.4.2. Расчет коэффициента теплоотдачи для холодного конца аппарата
Шаг 1 . Вычисляют полный температурный напор для данного сечения аппарата
72
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
T
ХК
= T
А
ВЫХ
- T
Фб
ВХ
.
Шаг 2 . Принимают конкретное значение температурного напора между
межтрубным потоком и стенкой трубки T
М
ХК
.
Шаг 3 . Вычисляют удельную тепловую нагрузку межтрубного потока
q
М
ХК
=
М
* T
М
ХК
.
Шаг 4 . Вычисляют температурный напор между трубным потоком и стенкой
трубки
T
Т
ХК
= T
ХК
- T
М
ХК
.
Шаг 5 . По уравнению Брина и Уэствотера вычисляют коэффициент теплоотдачи
Т
ТК
для данного сечения аппарата . Термодинамические свойства пара для
расчета находятся при температуре
Т
П
СР
= 0,5 * (T
СТ
+ T
П
НАС
) ,
где
T
СТ
= T
Фб
ВХ
+ T
Т
ХК
.
Шаг 6 . Вычисляют удельную тепловую нагрузку трубного потока
q
Т
ХК
=
Т
ХК
* T
Т
ХК
.
Шаг 7 . Сравнивают удельную тепловую нагрузку трубного потока q
Т
ХК
и
удельную тепловую нагрузку межтрубного потока q
М
ХК
.
Шаг 8 . При несовпадении удельных нагрузок трубного и межтрубного потоков
повторяют все вышеперечисленные шаги до полного их совпадения .
В результате многочисленных итераций получены следующие величины :
T
ХК
= - 97,5
T
ХК
= 126,5 К ;
T
М
ХК
= 25,326 К ;
q
М
ХК
= *
q
М
ХК
= 16713 Вт/м
2
;
T
Т
ХК
= - 25,326
T
Т
ТК
= 101,17 К ;
73
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
Т
ХК
=
4
1
ХК
Т
I
ХК
Т
r
В
,
где
r
I
=
r
ТC34,0r
2
ХК
ТП P
,
В
ТК
=
4
1
ПЖП
3
П
П
8
1
ПЖ
2
1
ПЖ
2
Т
ВН
g
g
dg
28,037,0
,
где
T
СТ
= + 101,41
T
СТ
= 198,912 К ;
С
Р П
= 1000,62 Дж/(кг*К) - изобарная теплоемкость парообразной фракции
безопасности , вычисляемая по формуле
С
Р П
=
3
2
N
p2
Ar
p1
2
O
p
xCxCxC
,
где
2
O
p
C
952 Дж/(кг*К) – изобарная теплоемкость кислорода при температуре
Т
О
2
= 152,2К и давлении Р
О
2
= 0,4 МПа , где
Т
О
2
= 0,5*(Т
О
2
НАС
+ T
СТ
)
Т
О
2
= 0,5*(105,73 + 198,67)
Ar
p
C
552 Дж/(кг*К) – изобарная теплоемкость аргона при температуре
Т
A
r
= 150,7 К и давлении Р
A
r
= 0,4 МПа , где
Т
A
r
= 0,5*( Т
Ar
НАС
+ T
СТ
)
Т
A
r
= 0,5*(102,73 + 198,67)
2
N
p
C
1082 Дж/(кг*К) – изобарная теплоемкость азота при температуре
Т
N
2
= 145,0 К и давлении Р
N
2
= 0,4 МПа , где
Т
N
2
= 0,5*( Т
N
2
НАС
+ T
СТ
)
Т
N
2
= 0,5*(91,25 + 198,67)
С
Р
=
4177,010820142,05525681,0952
П
= 1074 * 10
-8
Н*с/м
2
- динамическая вязкость газообразной фракции
безопасности , вычисляемая по формуле
П
=
3
2
N
2
Ar
1
2
O
xxx
,
где
74
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
2
O
1145 * 10
-8
Н*с/м
2
– динамическая вязкость кислорода при температуре
Т
О
2
= 152,2 К и давлении Р
О
2
= 0,4 МПа , где
Т
О
2
= 0,5*(Т
О
2
НАС
+ T
СТ
)
Т
О
2
= 0,5*(105,73 + 198,67)
Ar
1233 * 10
-8
Н*с/м
2
– динамическая вязкость аргона при температуре
Т
A
r
= 150,7 К и давлении Р
A
r
= 0,4 МПа , где
Т
A
r
= 0,5*( Т
Ar
НАС
+ T
СТ
)
Т
A
r
= 0,5*(102,73 + 198,67)
2
N
973 * 10
-8
Н*с/м
2
– динамическая вязкость азота при температуре
Т
N
2
= 145,0 К и давлении Р
N
2
= 0,4 МПа , где
Т
N
2
= 0,5*( Т
N
2
НАС
+ T
СТ
)
Т
N
2
= 0,5*(91,25 + 198,67)
П
=
4177,0109730142,01012335681,0101145
888
П
= 0,01496 Вт/(м*К) - теплопроводность газообразной фракции безопасности ,
вычисляемая по формуле
П
=
3
2
N
2
Ar
1
2
O
xxx
,
где
2
O
0,0155 Вт/(м*К) - теплопроводность кислорода при температуре
Т
О
2
= 152,2 К и давлении Р
О
2
= 0,4 МПа , где
Т
О
2
= 0,5*(Т
О
2
НАС
+ T
СТ
)
Т
О
2
= 0,5*(105,73 + 198,67)
Ar
0,00988 Вт/(м*К) - теплопроводность аргона при температуре
Т
A
r
= 150,7 К и давлении Р
A
r
= 0,4 МПа , где
Т
A
r
= 0,5*( Т
Ar
НАС
+ T
СТ
)
Т
A
r
= 0,5*(102,73 + 198,67)
2
N
0,0144 Вт/(м*К) - теплопроводность азота при температуре
Т
N
2
= 145,0 К и давлении Р
N
2
= 0,4 МПа , где
Т
N
2
= 0,5*( Т
N
2
НАС
+ T
СТ
)
Т
N
2
= 0,5*(91,25 + 198,67)
Т
=
4177,00154,00144,000988,05681,00155,0
П
= 10,08 кг/м
3
- плотность газообразной фракции безопасности , вычисляемая по
формуле
П
=
3
2
N
2
Ar
1
2
O
xxx
,
где
2
O
10,4 кг/м
3
- плотность кислорода при температуре Т
О
2
= 152,2 К
и давлении Р
О
2
= 0,4 МПа , где
Т
О
2
= 0,5*(Т
О
2
НАС
+ T
СТ
)
75
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
Т
О
2
= 0,5*(105,73 + 198,67)
Ar
13,108 кг/м
3
- плотность аргона при температуре Т
A
r
= 150,7 К
и давлении Р
A
r
= 0,4 МПа , где
Т
A
r
= 0,5*( Т
Ar
НАС
+ T
СТ
)
Т
A
r
= 0,5*(102,73 + 198,67)
2
N
9,54 кг/м
3
- плотность азота при температуре Т
N
2
= 145,0 К
и давлении Р
N
2
= 0,4 МПа , где
Т
N
2
= 0,5*( Т
N
2
НАС
+ T
СТ
)
Т
N
2
= 0,5*(91,25 + 198,67)
П
=
4177,054,90142,0108,135681,04,10
Ж
= 927,48 кг/м
3
- плотность жидкой фракции безопасности в состоянии
насыщения , вычисляемая по формуле
Ж
=
3
2
N
2
Ar
1
2
O
xxx
,
где
2
O
1058,34 кг/м
3
- плотность жидкого кислорода в состоянии насыщения при
температуре Т
О
2
= 105,73 К и давлении Р
О
2
= 0,4 МПа ,
Ar
1291,95 кг/м
3
- плотность жидкого аргона в состоянии насыщения при
температуре Т
A
r
= 102,73 К и давлении Р
A
r
= 0,4 МПа ,
2
N
737,12 кг/м
3
- плотность жидкого азота в состоянии насыщения при
температуре Т
N
2
= 91,25 К и давлении Р
N
2
= 0,4 МПа ,
Ж
=
4177,012,7370142,095,12915681,034,1058
Ж
= 0,007752 Н/м – поверхностное натяжение жидкой фракции безопасности в
состоянии насыщения , вычисляемая по формуле
Ж
=
3
2
N
2
Ar
1
2
O
xxx
,
где
2
O
0,00911 Н/м – поверхностное натяжение жидкого кислорода в состоянии
насыщения при температуре Т
О
2
= 105,73 К и давлении
Р
О
2
= 0,4 МПа ,
Ar
0,008775 Н/м – поверхностное натяжение жидкого аргона в состоянии
насыщения при температуре Т
A
r
= 102,73 К и давлении
Р
A
r
= 0,4 МПа ,
2
N
0,00587 Н/м – поверхностное натяжение жидкого азота в состоянии
насыщения при температуре Т
N
2
= 91,25 К и давлении
Р
N
2
= 0,4 МПа ,
76
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
Т
=
4177,000587,00142,0008775,05681,000911,0
r = 192885,55 Дж/кг – теплота парообразования фракции безопасности в
состоянии насыщения , вычисляемая по формуле
r =
3
2
N
2
Ar
1
2
O
xrxrxr
,
где
2
O
r
196166,51 Дж/кг – теплота парообразования кислорода в состоянии
насыщения при температуре Т
О
2
= 105,73 К и давлении
Р
О
2
= 0,4 МПа ,
Ar
r
148168,32 Дж/кг – теплота парообразования жидкого аргона в состоянии
насыщения при температуре Т
A
r
= 102,73 К и давлении
Р
A
r
= 0,4 МПа ,
2
N
r
178661,93 Дж/кг – теплота парообразования жидкого азота в состоянии
насыщения при температуре Т
N
2
= 91,25 К и давлении
Р
N
2
= 0,4 МПа ,
r =
4177,093,1786610142,032,1481685681,051,196166
r
I
=
55,192885
41,10162,100034,055,192885
2
r
I
= 268058,14 Дж/кг ;
В
ХК
=
4
1
3
8
8
1
2
1
2
81,908,1048,92708,1001496,0
101074
08,1048,92781,9
007752,0
08,1048,927006,081,9
007752,0
28,037,0
В
ХК
= 30,7055 ;
Т
ХК
=
4
1
17,101
14,268058
7055,30
Т
ХК
= 220,298 Вт/(м
2
*К) ;
Т ПР
ХК
=
Т
Н
Т
ВН
ХК
Т
d
d
Т ПР
ХК
=
008,0
006,0
298,220
Т ПР
ХК
= 165,193 Вт/(м
2
*К) - приведенный коэффициент теплоотдачи к фракции
безопасности ;
77
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
q
Т
ХК
=
Т ПР
ХК
* T
Т
ХК
q
Т
ХК
= 165,193 * 101,17
q
Т
ХК
= 16713 Вт/(м*К) ;
q
М
ХК
= 16713 Вт/(м*К) ;
Условие выполнено .
7.1.2.5. Расчет поверхности теплообмена
7.1.2.5.1. Коэффициент теплопередачи от трубного потока к межтрубному
(К
ТМ
)
К
ТМ
=
М
СР
ПР Т
11
1
,
где
2
ХК
ПР Т
ТК
ПР Т
СР
ПР Т
2
665,160193,165
СР
ПР Т
СР
ПР Т
163,04 Вт/(м
2
*К) ;
К
ТМ
=
91,659
1
04,163
1
1
К
ТМ
= 130,738 Вт/(м
2
*К) .
7.1.2.5.2. Поверхность теплообмена
F
НЧ
=
ТК
Q
k
ТМ
,
где
k = 2,05 – коэффициент запаса поверхности ;
Q - тепловая нагрузка аппарата , Вт
Q =
Р
ВЫХ
А
ВХ
АА
СТТМ
Q =
100622401,25328748,0
Q = 8395,68 Вт ;
78
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
Т – среднеарифметический температурный напор , К
Т =
2
ТТ
ВХВЫХ
,
где
Т
ВЫХ
=
ВЫХ
А
Т
-
ВХ
Б
Ф
Т
Т
ВЫХ
= 224 – 97,5
Т
ВЫХ
= 126,5 К ;
Т
ВХ
=
ВХ
А
Т
-
ВЫХ
Б
Ф
Т
Т
ВХ
= 253,01 – 100,9
Т
ВХ
= 152,11 К ;
Т =
2
5,12611,152
Т = 139,305 К ;
F
НЧ
=
305,139738,130
68,8395
05,2
F
НЧ
= 0,945 м
2
.
7.1.2.5.3. Расчет высоты навивки нижней части аппарата
Н
НЧ
=
2
НЧ
tg
1
1
l
,
где
l
НЧ
– средняя длина трубы в навивке нижней части аппарата , м
l
НЧ
=
Т
Т
Н
НЧ
nd
F
l
НЧ
=
36008,0
945,0
l
НЧ
= 1,045 м ;
tg - тангенс угла наклона навивки в диаметральной плоскости
tg =
Т
Н1С
Т
Н2Т
dzДz
dn
tg =
008,0106,15385,05
008,0263,136
79
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
tg = 0,05397 ;
Н
НЧ
=
2
05397,0
1
1
045,1
Н
НЧ
= 0,055 м .
7.1.2.6. Падение давления в потоке отбросной фракции
P
М
НЧ
= С * Re
n
* F
ВЧ
* А *
ММ
2
М
f2
W
* 10
-6
,
где
С = 2,65 ;
n = -0,3 ;
P
М
НЧ
= 2,65 * 1942,3
-0,3
* 0,945 * 2,1348 *
609,102,02
14,144
2
* 10
-6
,
P
М
НЧ
= 0,001687 МПа .
7.1.3. Основные парамерты аппарата
Суммарная высота навивки , м
Н = Н
ВЧ
+ Н
НЧ
Н = 0,165 + 0,055
Н = 0,22 м .
Средняя длина трубы в навивке , м
l = l
ВЧ
+ l
НЧ
l = 3,1135+ 1,045
l = 4,16 м .
Суммарное падение давления в потоке отбросной фракции , МПа
P
М
= P
М
ВЧ
+ P
М
НЧ
P
М
= +
P
М
= 0,007212 МПа .
7.1.4. Таблица навивки
Определение среднего и наружного диаметра i - го слоя
80