Параметры потоков в характерных точках установки

Расчет параметров установки

Исходные данные:

V _а – производительность установки, м³/с;

x _а – чис­тота получаемого продукта, % N₂;

T ₀ – температура окружающей среды, К.

Таблица 9.1

Параметры потоков в характерных точках установки

Концентрация отбросного азота в подобных установках равна x_R = 72–74 % N₂.

Температура кипения кубовой жидкости в конденсаторе 7 колонны при дав­лении p = 0, 13–0, 15 МПа составляет Т _{3 R} = 85–86 К.

Температура T _2а обычно на 4–5 градусов выше температуры Т _{3 R}. Тогда, с учетом пере­охлаждения потока А в аппарате 8 его температура T _1а равна

Состояние 1_а является насыщенной жидкостью. По Т _1а определяется давление p _а конденсации азота в трубках конденсатора. Оно должно быть не более 0, 55–0, 6 МПа.

Давление в колонне

,

где принимается равным 0, 01–0, 02 МПа (гидросопротивление колон­ны).

Удельный выход азота А и отбросного газа R определяется из системы уравнений

,

где В = 1 м³ п. в.

Количество перерабатываемого воздуха

.

Холодопотери в установке (Дж/м³ п.в.)

.

Здесь – теплопритоки извне, Дж/(м³ п.в.); = 8–10 К и = 5–6 К – разности температур воздуха и продуктов разделения на теплом конце аппарата 2; = 2–3 К – подогрев воздуха в блоке очистки; – теплопритоки извне к насосу 9, = 10 – 14 кДж/м³; – энтальпия азота при усло­виях окружающей среды; – работа насоса.

Изменение состояния жидкости в насосе 9 совершается по изохорному процессу, поэтому удельная работа насоса определяется из уравнения

,

где – давления жидкости на входе и выходе из насоса, Па; – удельный объем жидкости при условиях в насосе, м³/кг; – коэффициент подачи насоса, равный 0, 7–0, 75.

Величина определяется по состоянию 7в графически с помощью диаграммы фазового состояния (рис.9.3) и значения адиабатного к.п.д. машины .

Для этого вначале в области влажного пара на изобаре p ₃ произвольно выбирается точка c и через неё проводится вертикальная линия cm. Затем на данной изобаре находится точка a, характеризующая состояние воздуха за детандером и через неё проводится влево горизонталь до пересечения с вертикалью cm в точке b. После этого откладывается вверх от точки b отрезок bd, равный

Наконец, точки d и a соединяют прямой da, на пересечении которой с изобарой p ₂ находится точка n, характеризующая состояние воздуха перед детандером, и на ней – температура .

Для турбодетандеров среднего давления величина составляет 0, 6–0, 7, а давление p ₃ равно давлению в колонне 7.

Доля детандерного потока находится из соотношения

.

Тогда доля воздуха в аппарате 4 равна

.

9.3. Определение температуры воздуха перед детандером

По найденному значению определяется минимальная разность тем­ператур между потоками в аппарате 4, которая должна быть = 3–5 К. При меньшем значении необходимо уменьшить поток В _д и увеличить давление p ₂.

Энтальпия воздуха на входе в колонну, приведенная к номограм­ме Т – Р – I – Х – У, определяется

Удельное тепло конденсатора

где _ определена по номограмме Т – Р – I – Х – У.

Тепловой поток конденсатора (Вт)

Расход воздуха через детандер, м³/с

Расчет остальных параметров выполняется по методике, изложенной в разделе 2.1.2.

Пример

V_А = 350 м³/ч = 0, 09722 м³/с; x_А = 0, 99994; x_В = 0, 7809; x_R = 0, 73;

R = B (x_В - x_А)/ (x_R - x_А); В = 1; R = 0, 8144; A = 1- R = 0, 18856

V_В = V_А / A = 0, 51560 м³/с = 1856 м³/ч; V_R = 1506 м³/ч

1*48, 08*1, 080*3=155, 78

0, 8144*6, 1484*1, 136*10=52, 27 (считаем свойства по воздуху)

0, 19064*5, 86*1, 049*6=7, 03

0, 19064*

0, 19064*1, 15*(551–545, 28)=1, 25