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

Тепловой баланс ВРУ

Тепловой баланс (ТБ) ВРУ выражается равенством холодопроизводительности цикла Клода и суммарных холодопотерь:

(3.11)

Вся холодопроизводительность цикла Клода определяется изотермическим дроссель – эффектом и расширением воздуха в детандере:

(3.12)

Величина изотермического дроссель – эффекта определяется по формуле

	(3.13)

Значения энтальпий получаем с помощью программы Refprop8.







Прежде чем определить , найдем энтальпию точки 4 (энтальпия части детандерного воздуха после расширения). Найдем ее из условия, что КПД детандера равен отношению разности энтальпий при действительном расширении и разности энтальпий при изоэнтропном расширении:

(3.14)

Задаваясь величиной КПД детандера ( ) и температурой, при которой часть воздуха отбирается из основного теплообменника, а также, зная, что энтропия в точке 3` и в точке 4s, можем найти энтальпию точки 4s с помощью программы REFPROP.

---

Рисунок 3.1

Энтальпия точки 4:

(3.15)

Разность энтальпий до и после расширения в детандере равна

(3.16)

Холодопотери в цикле возникают вследствие недорекуперации на линии азота и на линии кислорода, потерь через тепловую изоляцию, потери в насосе, также потери в блоке комплексной очистки (БКО):

(3.17)

Потери от недорекуперации определяются по формуле

(3.18)

Принимая что недокуперация состаялет 5 градусов. Энтальпии , , получены при условиях, в которых воздух заходит в установку. Так как в схеме предусмотрен жидкостный насос для основного продукта, поэтому давление в линии с газообразным кислородом будет соответствовать 100 bar. Давление же в трубопроводе с азотом примем 1.5 bar.











Потери через теплоизоляцию определяются по формуле:

(3.19)

где – удельный холодопотери через теплоизоляцию,

---

берется путем линейной аппроксимации данных, приведенных в таблице 3.1

Таблица 3.1 – удельные холодопотери через изоляцию в зависимости от производительности установки

Количество воздуха,	Удельные холодопотери через изоляцию,
180-200	12,6
800	8,4
1500	6,3
Количество воздуха,	Удельные холодопотери через изоляцию,
6000	5,4
30000-40000	4,6
75000	4,2
180000	3,5
200000	2,9

Потери в насосе определяются по формуле:

(3.20)

где тепло, выделяющееся в насосе из-за трения, а также из-за поступающего в него из окружающей среды ; – работа, затраченная на перекачку жидкого кислорода; – среднее давление кислорода в насосе; – удельный объем жидкого кислорода на всасывании в насос; – коэффициент подачи насоса.

Потери в БКО определяются по формуле

(3.21)

---

Блок комплексной отчистки подогревает поток воздуха с 5 до 10 .







В итоге тепловой баланс ВРУ выглядит следующим образом:

(3.22)

Отсюда найдем расход детандерного воздуха:

3. 1   2   3   4   5   6   7   8   9

---

Тепловые балансы основных теплообменных аппаратов установки

1. Тепловой баланс переохладителя жидкого кислорода

Для начала расчетов нужно задаться составом кубовой жидкости (69% +31% ).

(3.23)

Составим материальный баланс нижней колонны по воздуху

(3.24)

и по азоту

(3.25)

где D – расход флегмы [кг/ч]; R – расход кубовой жидкости [кг/ч]; – концентрация азота во флегме, получаемой в нижней колонне.

Из уравнения (3.25) получим:



Тогда расход флегмы равен



На рисунке 3.2 приведена схема потоков в переохладителе жидкого кислорода.



Рисунок 3.2 – Схема потоков переохладителя жидкого кислорода

Зная параметры азота, выходящего из верха верхней колонны, и параметры жидкого кислорода, отбираемого из-под нижней тарелки верхней колонны, а также, задаваясь степенью переохлаждения кислорода в этом теплообменнике (5 ºС) и соответственно зная его параметры после охлаждения, составим тепловой баланс переохладителя жидкого кислорода

---