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
D
СР
i
= D
С
+ d
Т
Н
+ 2*d
ПР
+ 2*(z
i
– 1)*
1
* d
Т
Н
D
Н
i
= D
С
+ 2*z
i
*
1
*d
Т
Н
+ 2*( d
Т
Н
+ 2*d
ПР
-
1
*d
Т
Н
)
Длины труб в каждом i - том слое
l
i
= H *
nd
D
+ 1
2
2i
Н
Т
i
СР
№
слоя
Количество труб D
СР
i
, м D
Н
i
, м l
i
, м
1 7 0,396 0,414 3,954
2 7 0,414 0,432 4,127
3 7 0,431 0,449 4,300
4 7 0,449 0,467 4,473
5 8 0,467 0,485 4,067
81
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
8. РАСЧЕТ БЛОКА КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ И ОСУШКИ ВОЗДУХА
Обозначение адсорберов А2, А3 черт. АК 4801.000, черт. АК 4801.000-01 и
фильтров А4, А5 черт. АК 5502.000 по принципиальной схеме (рис. 1).
А2
А3
ОК-1 ОК-2
ОК-3 ОК-4
ВЗ-1 ВЗ-2 ВЗ-4ВЗ-3
A4 A5
B
G
B
G
В современных воздухоразделительных
установках низкого давления
качественную очистку от влаги,
углекислоты и углеводородов
обеспечивают путем адсорбции на
комбинированном слое адсорбента.
Очищаемый воздух проходит
последовательно слой активной окиси
алюминия Al
2
O
3
для осушки и слой
цеолита NaX для очистки от углеводородов
и углекислоты.
Блок очистки состоит из следующих
основных элементов:
А2 , А3 – адсорберы;
А4 , А5– фильтры;
ОК-1…4 – обратные клапаны , из которых
два – на входе греющего газа и два – на
выходе очищенного и осушенного воздуха;
ВЗ-1…4 – заслонки запорные , из которых
две – на входе греющего газа и две – на
выходе очищенного и осушенного воздуха;
а также продувочные клапаны,
манометровые вентили и трубопроводы.
Рис. 7. Блок очистки и осушки воздуха
Очищаемый и осушаемый сжатый воздух подают в один из двух попеременно
работающих адсорберов (А2) снизу. Воздух пропускают через слой активной
окиси алюминия и затем через слой цеолита. Осушенный и очищенный воздух
пропускают через фильтр тонкой очистки (А4) для очистки его от механических
примесей . Затем воздух подают в блок разделения.
В это же время в адсорбере (А3) проводят регенерацию адсорбента,
включающую процессы сброса давления, нагрева, охлаждения и подъема
давления. Процесс нагрева включает подогрев греющего газа в
электроподогревателе и продувку адсорбера греющим газом с температурой
180
0
С сверху вниз. Процесс десорбции прекращается при достижении
температуры фракции на выходе 120
0
С и начинается охлаждение адсорбента.
Процесс охлаждения прекращается при достижении температуры охлаждающего
газа на выходе из адсорбера 30
0
С.
По окончании процесса охлаждения давления в адсорберах уравнивают и
осуществляют процесс адсорбции в адсорбере (А3).
82
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
В это время из адсорбера (А2) сбрасывают давление и в нем осуществляется
процесс десорбции.
Расчеты блока очистки и осушки проводятся для трех режимов:
- технологический режим работы блока и расчет гидравлических потерь потоков
воздуха и греющего газа;
- режим первичной регенерации слоев адсорбента, при условии содержания в
них 20 % влаги;
- режим регенерации слоев адсорбента, при условии содержания в них 7 % влаги
(пуск установки после плановых остановок).
8.1. Расчет блока очистки и осушки для технологического режима работы
установки
8.1.1. Исходные данные
8.1.1.1. Количества, м
3
/ч
очищаемого воздуха........................................................................…….........В = 25500
греющего газа……...........................................……………………..…….…G
ГР
= 9000
охлаждающего газа.............................................................................…..…G
ОХЛ
= 9000
8.1.1.2. Температуры,
0
С
воздуха на входе в блок очистки.......................................................................…t
1
= 10
греющего газа на входе в подогреватель........................................................…....t
2
= 8
греющего газа на выходе из подогревателя....................................…...............t
3
= 180
греющего газа в конце десорбции........................................................…...........t
4
= 120
охлаждающего газа ........................................................................................……..t
5
= 8
адсорбера в момент переключения...........................................................……....t
6
= 30
8.1.1.3. Давления, МПа
воздуха...............................................................................................................Р
1
= 0,835
греющего и охлаждающего газа......................................................................Р
2
= 0,115
8.1.1.4. Дополнительные исходные данные
внутренний диаметр адсорбера, м.…........................................................….…....D = 3
масса адсорбера, кг.......................…...................................................….....М
АДС
= 5700
суммарная мощность двух электроподогревателей, кВт....................………N
У
= 600
влагосодержание воздуха, поступающего в адсорбер, кг/кг..............…..d = 0,000952
83
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
8.1.2. Определение высоты слоев адсорбентов
Принимаем время адсорбции
адс
= 5 часов .
Необходимая высота слоя активной окиси алюминия
Н
AL
=
Д
0HAL2
ВАДС
2
a * * D*
d * * В* * 4
,
где
В
= 1,204 кг / м
3
- плотность воздуха при нормальных условиях ;
AL
= 800 кг /м
3
- насыпная плотность активной окиси алюминия ;
а
Н20
Д
= 0,07 кг/кг - динамическая влагоемкость активной окиси алюминия ;
Н
AL
=
0,07 * 800 * 3 *
0,00095 * 1,204 * 25500 * 5 * 4
2
Н
AL
= 0,369 м .
Принимаем Н
AL
= 0,442 м .
Необходимая высота слоя цеолита
Н
NaX
=
4 * * В * Y
* D * * a
АДС
2 NaX NaX
,
где
Y = 350 * 10
-6
м
3
/м
3
- содержание углекислоты в воздухе ;
NaX
= 600 кг /м
3
- насыпная плотность цеолита ;
а
NaX
= 0,009 м
3
/кг - динамическая активность цеолита по углекислоте ;
Н
NaX
=
0,009 * 600 * 3 *
10 * 350 * 25500 * 5 * 4
2
-6
Н
NaX
= 1,169 м .
Принимаем Н
NaX
= 1,179 м .
8.1.3. Определение времени нагрева
8.1.3.1. Расчет мощности, необходимой для подогрева газа в
электроподогревателях
N
У
= N
ЭЛ
+ N
ДОП
,
где
N
ЭЛ
- мощность, необходимая для подогрева газа в электроподогревателях,
для нагрева адсорбента и т.д.
N
ДОП
- мощность , необходимая для нагрева электроподогревателей.
84
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
Мощность, необходимую для подогрева газа в электроподогревателях,
рассчитываем по формуле:
N
ЭЛ
=
3600
) t- t( * С * К* G
53РГР
где
G
ГР
= 9000 м
3
/ч - количество греющего газа;
К = 1,1 - коэффициент, учитывающий потерю тепла на нагрев изоляции
электроподогревателей и трубопроводов;
С
Р
= 1,235 кДж/(м
3
*град) - теплоемкость греющего газа ;
N
ЭЛ
=
3600
) 8- 180 ( * 1,235 * 1,1 * 9000
N
ЭЛ
= 584,15 кВт.
Мощность, необходимую для нагрева электроподогревателей, рассчитываем по
формуле:
N
ДОП
= N
У
- N
ЭЛ
N
ДОП
= 600 – 584,15
N
ДОП
= 15,85 кВт.
Мощность, необходимая для нагрева электроподогревателей, 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 электроподогревателях;
3
= t
3
- t
5
3
= 180 - 8
3
= 172
0
С;
= 5 кг/ кВт - удельная масса электроподогревателей, приходящаяся на единицу
мощности;
ПРЕД
= К *
ГР
Q
Q
,
где
85
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
Q - суммарное количество тепла, необходимое для десорбции примесей, кДж;
Q
ГР
- тепло, вносимое греющим газом, кДж/ч.
8.1.3.2. Определение количества тепла для нагрева металла адсорбера
Q
1
= М
АДС
* С
М
*
1
,
где
С
М
= 0,503 кДж / ( кг*град ) - теплоемкость металла ;
1
- средний подогрев металла адсорбера , равный
1
=
2
t+ t
43
- t
1
1
=
2
120 + 180
- 10
1
= 140
0
C .
Q
1
= 5700 * 0,503 * 140
Q
1
= 401394 кДж .
8.1.3.3. 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
* ( 0,442 * 800 * 1 + 1,179 * 600 * 1,05 ) * 140
Q
2
= 1084970 кДж.
8.1.3.4. Определение количества тепла для десорбции влаги из активной
окиси алюминия
Q
3
=
* D
4
2
* Н
AL
*
AL
* а
Н20
Д
* r
1
*
n
1
AL
,
86
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
где
r
1
= 4187 кДж / кг - теплота десорбции влаги ;
n
AL
= 1,197832 - коэффициент запаса , равный отношению принятой высоты
слоя активной окиси алюминия к расчетной;
Q
3
=
4
3*
2
* 0,442 * 800 * 0,07 * 4187 *
1,197832
1
Q
3
= 611573 кДж.
8.1.3.5. Определение количества тепла для десорбции углекислоты из
цеолита
Q
4
=
* D
4
2
* Н
NaX
*
NaX
* а
NaX
* r
2
*
СО2
*
1
n
NaX
,
где
r
2
= 695 кДж / кг - теплота десорбции углекислоты ;
СО2
= 1,832 кг /м
3
- плотность углекислоты при нормальных условиях ;
n
NaX
= 1,00855 - коэффициент запаса , равный отношению принятой высоты слоя
цеолита к расчетной ;
Q
4
=
4
3 *
2
* 1,179 * 600 * 0,009 * 695 * 1,832 *
1,00855
1
Q
4
= 56814 кДж.
Q = Q
1
+ Q
2
+ Q
3
+ Q
4
Q = 401394 + 1084970 + 611573 + 56814
Q = 2154751 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 + 6
2
= 117
0
С.
Q
ГР
= 9000 * 1,235 * 117
Q
ГР
= 1300455 кДж .
87
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
ПРЕД
= 1,1 *
1300455
2154751
ПРЕД
= 1,8226 ч = 6562 с.
N
max
ДОП
= 584,15 *
5 * 172 * 0,503 * 1,1 - 6562
5 * 172 * 0,503 * 1,1
N
max
ДОП
= 45,7 кВт.
Условие выполняется : N
ДОП
= 15,85 кВт < N
max
ДОП
= 45,7 кВт.
8.1.3.6. Определение времени нагрева
НАГР
=
ПРЕД
* ( 1 -
ДОПЭЛ
ДОП
NN
N
) + К *
5
,
где
5
- время нагрева электроподогревателей;
5
= * C
М
*
3
,
5
= 5 * 0,503 * 172
5
= 432,6 с.
НАГР
= 6562 * ( 1 -
15,85 584,15
15,85
) + 1,1 * 432,6
НАГР
= 6864,5 с = 1 час 55 минут.
Принимаем
НАГР
= 2 часа 0 минут.
8.1.4. Определение времени охлаждения
ОХЛ
=
6
4
6
5
2
**
***
**
******
4
*
*
РОХЛ
МЭ
РОХЛ
NaXNaXNaXAlAlAl
МАДС
СG
СN
СG
CHCH
D
СМ
где
4
=
3
= 172
0
С,
5
- разность между средней температурой адсорбера в конце нагрева и темпера-
88
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
турой в конце охлаждения, равная
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, равная
6
=
t + t
2
6 4
- t
5
6
=
2
120 + 30
- 8
6
= 67
0
С;
ОХЛ
=
67*235,1*9000
172*503,0*5*600120*05,1*600*179,11*800*442,0*
4
3*
503,0*5700
2
ОХЛ
= 2,06 ч = 2 час 04 минут.
Принимаем
ОХЛ
= 2 час 10 минут.
8.1.5. Определение времени наполнения
НАП
max
V * K * ( P - P ) * E
* K * B
;
P
Р
2 В O
3
В
P
O
,
где
V - объем , занимаемый адсорбентом , равный
V =
4
3*
2
* ( 0,442 + 1,179 )
V = 11,4524 м
3
;
К
2
= 1,2 - коэффициент , учитывающий дополнительные объемы ( фильтр , трубо -
проводы , объем адсорбера , незаполненный адсорбентом ) ;
Е = 0,42 - доля свободного объема ;
Р
О
= 0,1 МПа - давление воздуха в начале наполнения ;
Р
В
= 0,835 МПа - давление воздуха в конце наполнения ;
89
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
К
3
= 0,05 - допустимое уменьшение производительности в период наполнения ;
P = 0,03 бар/с - допустимое изменение давления в период наполнения и сброса ;
НАП
»
25500*05,0*1,0
60* 0,42 * ) 0,1 - 0,835 ( * 1,2 * 11,4521
НАП
» 1,997 минут.
НАП
»
60*03,0
8,35
НАП
» 4,64 минуты .
Принимаем время наполнения
НАП
=
СБР
= 10 минут .
8.1.6. Баланс по времени
АДС
»
НАГР
+
ОХЛ
+
НАП
+
СБР
часов » 2 часа + 2 часа 10 минут + 10 минут + 10 минут
часов » 4 часа 30 минут
Запас по времени составляет 30 минут.
8.1.7. Расчет гидравлических потерь потока воздуха
2
HW
P
СЛ
2
ППСЛ
,
где
Н
СЛ
= 1,621 м – суммарная высота слоев адсорбента ;
СЛ
– коэффициент трения слоя , рассчитываемый по формуле
5,1
Re
23
Re
115
10)(n
1
5,0
П
П
32,4
СЛ
,
где
= 0,42 – порозность слоя ;
n() = 4,2 – 1,2**10
3
n() = 1,2 ;
= 0,0025 м – размер частицы ;
90