Файл: Образовательное учреждение высшего образования воронежский государственный технический университет.docx

Действительно, с повышением температуры Т6 линия дросселирования 6 – 7 располагается правее, и отрезок 7 – 8, пропорциональный количеству сжижаемого воздуха, уменьшается. Поэтому в циклах с детандером каждому давлению Р2 и количеству детандерного воздуха будет соответствоватьоптимальная температура воздуха Т3 перед детандером.[1]

3. 1   2   3   4   5   6   7   8   9

---

Воздухоразделительные установки среднего давления

В этих установках используется цикл Клода, рабочее давление составляет 40-70 бар. На рис 1.2 показана схема установки среднего давления с насосом жидкого кислорода. Воздух сжатый в компрессоре охлаждается азотом и кислородам до температуры 150-200 К в основном теплообменнике 2. После чего часть воздуха поступает в детандер 1, где расширяется и охлаждается до состояния близкого к насыщению и вводится в нижнюю часть колонны 7. Остальной воздух охлаждается в основном теплообменнике и далее дросселируется непосредственно в куб, либо конденсируется в змеевике и дросселируется в середину нижней колонны. Жидкий кислород, полученный в верхней колонне переохлаждается в теплообменнике 3 и насосом 4 подается в основной теплообменник 2. Отбросной азот используется для переохлаждения рубашки насоса, и далее охлаждения воздуха в теплообменниках 3 и 2.[2].



1 - Поршневой детандер; 2 – основной теплообменник; 3 - переохладитель; 4 – жидкостный насос; 5 –дроссельные вентили; 6 – отбор жидкого кислорода; 7 – ректификационная колонна

Рисунок 1.2– Принципиальная схема установки среднего давления с насосом

2. Построение схемы ВРУ

Расчет воздухоразделительной установки необходимо начинать с построения принципиальной схемы, вид которой определяется заданным условиями (состав, количество и агрегатное состояние продуктов разделения). Стоит учитывать, что все параметры (и заданные, и расчетные) взаимосвязаны и влияют друг на друга. Например, производительность влияет на выбор цикла, по которому работает ВРУ, а состав продуктов разделения на условия ректификации.

В данной ВРУ применяется цикл среднего давления с расширением части воздуха в турбодетандере (цикл Клода), принципиальная схема которого представлена в приложении А.

Воздух, сжатый в компрессоре Ⅰ до рабочего давления 50 бар, проходит ожижитель Ⅱ, где предварительно охлаждается отбросным азотом и продукционным кислородом. После он поступает в блок комплексной очистки (БКО) Ⅲ, где очищается цеолитом от паров воды

---

, углеводородов и углекислого газа и осушается, немного нагреваясь. Затем воздух поступает в основной теплообменник Ⅳ, где охлаждается отбросным азотом и продукционным кислородом. После этого аппарате поток разделяется: одна часть отводится в детандер Ⅴ, где расширяется до 6 бар и состояния близкого к насыщению и вводится в куб колонны ⅥII над уровнем жидкости, остальная же часть, пройдя весь теплообменник, поступает в змеевик колонны, где охлаждается кубовой жидкостью, и дросселируется в вентиле IX до давления 6 бар в середину нижней колонны.

Кубовая жидкость, отводимая из нижней колонны, предварительно охлаждается отбросным азотом в переохладителе X кубовой жидкости, дросселируется до давления 1.5 бар и поступает в середину верхней колонны.

Часть жидкого азота, сконденсированного в конденсаторе, идет на орошение колонны, откуда отводится, проходит переохладитель флегмы XI, дросселируется на верхнюю тарелку верхней колонны, остальная часть накапливается в карманах конденсатора.

Отбросной азот отводится с верхней части колонны, последовательно проходя переохладитель кислорода VII, кислородный насос VI, переохладитель флегмы XI, переохладитель кубовой жидкости X. Перед основным теплообменником поток делится: часть идет напрямую в аппарат, остальная часть мниуя его. После потоки смешиваются и газ, пройдя ожижитель сбрасывается в атмосферу.

Кислород в жидком состоянии отбирается из-под нижней тарелки верхней колонны, затем предварительно охлаждается отбросным азотом в переохладителе жидкого кислорода. После этого жидкий продукт насосом перекачивается в основной теплообменник, где кипит, пройдя ожижитель, поступает на наполнительную рампу.

3. Практическая часть

   1. Материальный баланс ВРУ

Составим материальный баланс (МБ) всей ВРУ по воздуху

			(3.1)
и по азоту
			(3.2)

---

где В_v – расход воздуха, [м³/ч]; А_v – расход азота, [м³/ч]; K_v – расход кислорода, [м³/ч];
y_B – содержание азота в воздухе [=79.1 об. %]; y_А – содержание азота в продукционном азоте [об. %]; y_K – содержание азота в продукционном кислороде [об. %].

Решая совместно эти уравнения, выразим из них расход воздуха:

Тогда расход азота равен:

(3.3)

(3.4)

Задавшись плотностями, переведем объемные расходы воздуха, кислорода и азота в массовые расходы:

– плотность воздуха; – плотность кислорода;
– плотность азота.

	(3.5)
	(3.6)
	(3.7)
Задавшись плотностями, переведем объемные проценты воздуха, кислорода и азота в массовые проценты (они показывают содержание азота в газе):
	(3.8)
	(3.9)
	(3.10)

---

2. 1   2   3   4   5   6   7   8   9

---