Технологический расчет воздухоразделительной установки Кж-0,25

Drawing1.dwg Колонна.dwg

Техническая характеристика 1. Рабочие давление-0
МПа 2. Пробное давление-0
Мпа 3. Расчетная температура -80 К 4. Обьем- 6
М3 Техническая характеристика 1. Размер для справок 2. При сборке колонны продольные сварные швы сборочных едениц позиции 1
развернуть относительно друг друга на 180 градусов 3. Сварочные швы согластно табл. 2

Кж-0.25.doc

Назначение и область применения . 5
Техническая характеристика 6
Описание и обоснование схемы установки 7
Технологический расчет
1. Расчетная схема . 9
2. Данные для расчёта 10
3. Материальные и энергетические балансы блока разделения 11
4. Энергетические балансы аппаратов 13
5. Расчёт процесса ректификации 18
6. Определение удельного расхода энергии 22
Расчёт аппарата по индивидуальному заданию
1. Гидравлический расчёт . 24
2. Обоснование выбора материалов и проверка
прочности основных деталей и узлов .. 31
Основы эксплуатации установок
2. Поддержание нормального технологического
Основные выводы . 36
Список литературы 37
Применение кислорода в медицине и энергетике в процессах сварки и резки металла в машиностроении и судостроении радиоэлектронной и химической промышленности привело к созданию универсальных воздухоразделительных установок для получения как жидкого так и газообразного кислорода.
Одним из таких агрегатов является установка средней производительности для получения жидкого кислорода Кж-025 которая широко используется на предприятиях для обеспечения потребителей жидким кислородом в цистернах.
Установка Кж-025 отличается простотой в эксплуатации и надёжностью в её решениях и конструкциях аппаратов отражены последние достижения отечественного и зарубежного кислородного машиностроения.
Кроме того в производстве нашли применения и другие установки где возможно получение не только кислорода но и других составляющих компонентов воздуха таких как азот аргон неоно-геливая смесь и криптоноксеноновый концентрат.
Следует отметить что общими тенденциями развития воздухоразделительных установок являются: снижение затрат на производство продуктов разделения материалоемкости (особенно коррозионно-стойкой стали) и энергетических затрат повышение надёжности установок увеличение продолжительности рабочей компании автоматизация процессов управления воздухоразделительными установками.
Назначение и область применения
Проектируемая установка предназначена для получения жидкого технического кислорода. Данная установка может найти самое широкое применение в медицине химической и нефтехимической промышленности а также для удовлетворения нужд в кислороде металлургических предприятий. Установка также применяется на ремонтно-механических машиностроительных и других предприятиях использующих кислород для сварки и резки металлов.
Установка может применяться на ремонтно-механических машиностроительных и других предприятиях. Кислород используется для сварки и резки металлов а также в медицине. Установка изготавливается для нужд народного хозяйства и для поставки на экспорт в районы с умеренным и тропическим климатом. Установку допускается эксплуатировать в районах с сейсмичностью до 8 баллов по ГОСТ 6249-52.
Самая высокая часть установки - блок разделения - может устанавливаться как в помещениях так и вне здания.
Техническая характеристика
- компрессора холмашины
Концентрации % об О2
- продукционного кислородахk=99.7
- отбросного азотаya=2
- кубовой жидкостихR=33
- азотной флегмыxn=2.5
Температуры и разности температур К
- воздух на входе в ожижитель Т1=313
- воздух на входе в блок очистки Т2=281
- воздух перед основным ТО Т3=283
- воздух перед турбодетандером Т4=156
- кислорода перед сливом Т16=87.5
- переохлаждения основной флегмы Тn=11
- переохлаждение кубовой жидкости ТR=3.5
- воздуха после компрессора Р0=4.5
- среднерасчётное кислорода Р=15
- в кубе нижней колонны Рнк=0.67
- в кубе верхней колонны Рвк=0.17
- жидкого кислорода перед сливом Р16=0.15
- ожижителя Рож=0.004
- блока очистки Рбо=0.02
- основного ТО Рто=0.013
- нижней колонны Рнк=0.01
- верхней колонны Рвк=0.018
- в переохладителе Рпер=0.004
Описание и обоснование схемы установки
В режиме получения жидкого кислорода установка Кж-025 обеспечивает производительность жидкого технического кислорода первого сорта с концентрацией 997% О2 Холодопроизводительность обеспечивается циклом высокого давления с детандером и промежуточным охлаждением газа. Установка состоит из следующих элементов:
Компрессор воздушный поршневой;
Теплообменник-ожижитель;
Блок очистки состоящий из двух баллонов;
Основной теплообменник;
Турбодетандерный агрегат;
Нижняя ректификационная колона;
Верхняя ректификационная колона;
Конденсатор-испаритель;
Узел охлаждения жидких потоков включающий охладитель азотной флегмы и кубовой жидкости;
Охладитель продукционного кислорода;
Охладитель продукционного азота;
В состав установки также входит вспомогательное оборудование: контрольно-измерительные приборы межблочная арматура и т.д.
Атмосферный воздух после фильтра очистки от пыли и механических примесей поступает в компрессор 1 где сжимается до давления Р=45МПа затем воздух направляется в теплообменник-ожижитель 2 где охлаждается отбросным азотом до температуры 281К при этом из воздуха сжижается основная часть влаги.
Воздух поступает в один из двух адсорберов блока очистки 3 где из него удаляется остальная влага СО2 углеводороды. В качестве адсорбента используется цеолит. В процессе очистки воздух нагревается на 2° и при температуре 283К направляется в узел теплообмена. Осушенный и очищенный воздух делится на два потока: меньшая часть воздуха (04)охлаждается в основном теплообменнике 4 и дросселируется вентилем ВР1 до Р=067МПа.
Большая часть воздуха (06) охлаждается в фреоновом теплообменнике 5 и холодильной машине 6 и поступает на расширение в турбодетандер.
Расширенный в турбодетандере воздух смешивается с потоком после вентиля ВР1 и направляется в куб нижней колонны 8.
В нижней ректификационной колонне происходит предварительное разделение воздуха на азотную флегму и обогащённую кислородом кубовую жидкость. Отбираемая из нижней колонны азотная флегма направляется в охладитель азотной флегмы и кубовой жидкости дросселируется вентилем ВР2 в охладитель продукционного кислорода 12 и дальше поступает на тарелку верхней ректификационной колоны. В верхней колонне происходит окончательное разделение воздуха на продукционный кислород и отбросной азот. Между колоннами установлен конденсатор-испаритель являющийся конденсатором для нижней колонны и испарителем для верхней колонны. Жидкий продукционный кислород отбираемый из конденсатора-испарителя охлаждается на 8 – 10 ° в охладителе 12 и далее через вентиль ВР4 сливается потребителю.
Газообразный отбросной азот отбираемый из верхней части верхней колонны нагревается в охладителе 11 теплообменниках 4 и 2 а затем через электроподогреватель 14 поступает на регенерацию блоков очистки либо выбрасывается в атмосферу.
В технологическом расчете определяем параметры во всех расчетных точках схемы которые позволяют произвести конструктивные расчеты аппаратов воздухоразделительных установок.
Технологический расчет производится из условия что количество всего перерабатываемого воздуха равно 1 кмоль количество всех остальных потоков – доли от перерабатываемого воздуха.
2 Данные для расчета
Количество перерабатываемого воздуха. В=1200м3ч
- азотной флегмыxn=2
- в кубе верхней колонны Рвк=0.1
Теплопритоки кДжкмоль
- к блоку разделения qбр=185
- к нижней колонне qнк=40
- к верхней колонне qвк=70
- к конденсатор-испарителю qки=40
- к переохладителю qпо=5
- к блоку очистки qбо=60
- при переключении блока очистки qпер=60
Адиабатный КПД турбодетандера ад=0.6
3. Материальные и энергетические балансы блока разделения
3.1. Материальный баланс установки
Уравнение материального баланса по кислороду
Материальный баланс нижней колонны. Целью материального баланса нижней колонны является определение потоков кубовой жидкости и азотной флегмы.
Количество перерабатываемого воздуха
Минимальное количество перерабатываемого воздуха определяется с учетом 10% потерь производительности компрессора.
Расчётная производительность установки по кислороду
С учётом потерь в компрессоре
Принимаем производительность установки 250 кГч
4. Энергетические балансы аппаратов
4.1.Перенохладитель азотной флегмы.
Из энергетического баланса определяем энтальпию отбросного азота после переохладителя
Рис.2. Переохладитель
азотной флегмы На выходе из верхней колонны при а на правой пограничной кривой при том же давлении
Энтальпии соответствует температура .
4.2. Переохладитель кубовой жидкости.
Из уравнения энергетического баланса определим энтальпию отбросного азота на выходе из переохладителя энтальпия кубовой жидкости на выходе из нижней колонны определяется из уравнения смешения по следующим параметрам потока: 33%О2 67%N2.
Рис.3. Переохладитель
Так как переохлаждение кубовой жидкости составляет Т=3.5° то изменение энтальпии аппарата составляет
где ср - мольная теплоёмкость смеси
этой энтальпии при Р=0.125МПа соответствует Т19=86.3К.
4.3.Перенохладитель жидкого кислорода.
Из уравнения энергетического баланса определим энтальпию кубовой жидкости на выходе из переохладителя.
Рис.4. Переохладитель
4.4. Узел ректификации
По известным параметрам воздуха перед тдр:
находим по диаграмме
Параметры воздуха после детандера
Действительный теплоперепад в детандере
Рис.5.Узел ректификации
Энтальпия воздуха после детандера
Этим параметрам отвечает тогда
Как видно – попали в двухфазную область.
Запишем уравнение для определения
Составляем общий баланс нижней колонны
Находим нагрузку конденсатора-испарителя
Рис.6.Нижняя колонна
4.6.Основной теплообменник
Составляем для проверки расчета
Рис.7.Основной теплообменник Погрешность составляет 1%
4.7. Теплообменник-ожижитель
Цель баланса - определение температуры азота на выходе из аппарата
I1 – энтальпия влажного воздуха при Р=4.5МПа и Т1=313К
I2 – энтальпия влажного воздуха при Р=4.5МПа и Т1=281К
Из баланса для теплообменника-ожижителя определяем
При Р21=0.125МПа Т21=286.9К
Рис.8.Теплообменник-
4.8. Общий тепловой баланс
Из общего теплового баланса
определим температуру отбросного азота на выходе из основного теплообменника
DHD – холодопроизводительность детандера
– потери холода от недорекуперации азота
По находим температуру азота на выходе из основного теплообменника : Т20=257К.
5. Расчет процесса ректификации
Исходные данные для расчета
С помощью зависимости
определяем параметры потоков. Предполагаем что концентрации азотной флегмы и отбросного азота равны между собой.
Параметры потоков пара и жидкости Таблица 1
Технологическая схема аппарата двукратной ректификации для разделения воздуха включает нижнюю и верхнюю ректификационные колонны между которыми установлен конденсатор-испаритель.
Перерабатываемый воздух поступает в куб нижней колонны где происходит его предварительное разделение на обогащенную кислородом кубовую жидкость и азотную флегму. Отбираемый из нижней колонны кубовая жидкость и азотная флегма дросселируются и поступают в верхнюю колонну.
В верхней колонне происходит окончательное разделение воздуха на газообразный кислород и отбросной азот.
Материальные балансы ректификационных колонн
Составляем уравнения материальных балансов всего воздухоразделительного аппарата и определяем количество продукционного кислорода и отбросного азота.
Расчет ведем для В=1 кмоль и ув=79% об N2
Решая уравнения получаем
Для определения потоков R и D составляем уравнения материальных балансов нижней колонны:
Решая совместимо уравнения находим:
Энергетический баланс аппарата.
Энтальпия воздуха на входе в нижнюю колону определяется из уравнения энергетического баланса всего воздухоразделительного аппарата
При этом условно принимаем что колонны работают в адиабатных условиях и теплопритоки через изоляцию отсутствуют.
Тепловую нагрузку конденсатора-испарителя можно определить по энергетическому балансу нижней либо верхней колонны.
Определение числа ректификационных тарелок нижней колонны в диаграмме y - x
Составляем уравнение материального баланса верхней части нижней колонны:
Последнее уравнение устанавливает связь между рабочими концентрациями:
расход пара определяем по нагрузке конденсатора-испарителя и теплоте парообразования:
Расход флегмы определяем из уравнения:
Рис.9.Ректификационная
Уравнение рабочей линии:
Рабочая линия строится по двум точкам:
Рис.10. Процесс ректификации в нижней колонне в диаграмме У-Х
Как видно из графо- аналитического расчета число теоретических тарелок в нижней колонне шт.
Принимаем к.п.д. тарелки для нижней колонны
Определяем действительное число тарелок:
6. Определение удельного расхода энергии
Удельный расход электроэнергии на производство жидкого кислорода рассчитывается с учетом всех энергопотреблений
где мощность потребляемая электродвигателем компрессора ;
Мощность потребляемая электронагревателем блока очистки. установленная мощность электроподогревателя; время включения электроподогревателя.
суммарная мощность электроподогревателей (турбодетандера щит управления).
действительная производительность установки.
Найдем мощность при используя зависимость:
Параметры в узловых точках Таблица 2
Воздух перед ожижителем
Воздух после ожижителя
Воздух после блока очистки
Воздух перед детандером
Воздух после детандера
Воздух после основного теплообменника
Куб. жидкость на выходе из н.к.
Куб. жидкость после переохладителя
Куб. жидкость после ВР-2
Куб. жид. на выходе из переохладителя жидкого кислорода
Азотная флегма в переохладитель
Азотная флегма после переохладителя
Азотная флегма на орошение в. к
Кислород жид. из конденсатора
Кислород жид. из переохладителя
Азот в переохладитель азотной флегмы
Азот в переохладитель кубовой жидкости
Азот из переохладителя кубовой жидкости
Азот из основного ТО
1. Гидравлический расчет
Расчет заключается в определении гидравлического сопротивления. Задаваясь конструктивными основными параметрами колонны (внутренний диаметр расстояние между тарелками диаметр перфораций ) расчетом нужно подтвердить нормальную ее работоспособность.
В ректификационной колонне применены алюминиевые поперечно-точные тарелки с сепарацией фаз. По высоте колонны чередуется установка тарелок с двумя сливными карманами и с односливными тарелками. Такая конструкция обеспечивает равномерность поперечного тока жидкости. Рабочий процесс в ректификационной колонне — основном аппарате узла разделения ВРУ — основан на взаимодействии стекающей жидкой фазы разделяемой смеси (флегмы) с движущейся навстречу ее паровой фазой. Движущей силой процесса является неравновесная разность концентраций компонентов разделяемой смеси. В результате массообмена нижекипящий компонент (НКК) переходит в пар и сосредотачивается в верхней части колонны а вьпшекипящий компонент (ВКК) переходит в жидкость и сосредотачивается в нижней части колонны. Существует много контактных устройств в которых реализуется взаимодействие пара и жидкости. В ректификационных колоннах ВРУ применяют в основном ситчатые тарелки диаметром 200—3800 мм а установках малой производительности при диаметрах колонны до 150 мм — насадочные тарелки заполненные контактными элементами различной конфигурации (спиральными седлообразными кольцами Рашига и др.).
Ситчатые тарелки бывают двух типов: с кольцевым и диаметральным током жидкости.
Рис. 11. Ситчатая тарелки с диаметральным током жидкости.
Они имеют одинаковое перфорированное дно. Диаметр do отверстий перфораций в кольцевых тарелках 09—12 мм в диаметральных 09—2 мм; шаг перфорации t = 325 5 мм.
В тарелках крупных установок отверстия могут иметь большие диаметры.
Жидкость под действием гидростатического напора движется над перфорированным дном тарелки через отверстия которого проходит пар со скоростью w0 (рис. 5.2). Скорость w0 должна быть достаточной (обычно 3—5 мс) для того чтобы жидкость не "проваливалась" в отверстия перфорации (режим "дождевания"). Поток пара барботирует через жидкость над которой образуется слой пены. В этом слое сосредоточена основная часть поверхности массообмена. Структура барботажного слоя и высота слоя пены зависят главным образом от скорости пара и физических свойств жидкости которые определяются в основном молярным содержанием компонентов. Принято относить скорость пара к площади полного сечения колонны (wп обычно составляет 01 15 мс) или к площади барботажа (w = 012 18 мс). При выбранной скорости паpa wп расстояние между тарелками h должно быть таким чтобы верхняя граница слоя пены не доходила до вышележащей тарелки и не было бы переноса (уноса) части жидкости с паром вверх по колонне. Для этого над слоем пены необходимо сепарационное пространство высотой hс. Расстояние между тарелками обычно составляет для кольцвых тарелок h = 60 300 мм для диаметральных — 120 450.
Применение тарелок с диаметральным током позволяет вести процесс при более высоких скоростях паpa. Эти тарелки отличаются конструктивной простотой высокой технологичностью и малой металлоемкостью. Они могут быть изготовлены из латуни или более дешевых алюминиевых сплавов.
Использование тарелок с диаметральным током жидкости позволило примерно на 15 % увеличить производительность колонн (при неизменных диаметре и гидравлическом сопротивлении). Тарелки с диаметральным током устанавливают в колоннах диаметром 400—3800 мм.
Тарелки имеют переливные устройства (карманы) через которые жидкость с вышележащих тарелок стекает на нижележащиe. Переливные карманы можно разделить на устройства с вертикальными и наклонными стенками (см. рис. 5.1). Наклонную стенку выполняют так чтобы максимальное проходное сечение было на входе жидкости в карман. Это снижает скорость потока на входе и способствует выделению пузырьков пара из стекающей жидкости. Как правило такие карманы снабжаются для повышения пропускной способности гидрозатворами со скругленным профилем.
Рис.12. Схема организации рабочего процесса на ситчатых тарелках
Тарелки и переливные карманы характеризуются следующими геометрическими параметрами которые зависят от диаметра колонны: z1 — высотой сливной перегородки (8 30 мм); z2 — высотой подпорной перегородки (12 50 мм); a— величиной гидрозатвора (10—20 мм); b — периметром слива; s —высотой узкого сечения гидрозатвора кармана; Fb – площадью барботажа.
Гидравлический расчет тарелки
- определить размеры колонны и тарелки;
-проверить гидравлический режимы течения пара и жидкости;
-определить расстояние между тарелками.
При гидравлическом расчете колонны должны быть известны молярные расходы пара G и жидкости g; площадь барботажа Fb м; диаметр отверстий d0 м; доля свободного (проходного) сечения eсв.
Определяем диаметр колоны и диаметр тарелки:
где G – расход пара по колонне
fб – площадь барботажа
wб – скорость барботажа. Принимаем wб =02 мс.
Общая длина перегородки
Удельная нагрузка на сливную перегородку:
Определение уровня светлой жидкости
где wк – скорость в колонне
z1 z2 – высота сливных перегородок;
м — коэффициент зависящий от типа тарелки (табл. 3. )
Коэффициенты используемые при гидравлическом расчете тарелок Т а б л и ц а3.
с диаметральным током
Проверка движения пара через тарелку
Ориентировочное значение скорости пара в отверстиях
w01 = c1 (h0×r' r")05
d0 = 105×t×(wбw01)05
Принимаем диаметр отверстий do=12мм
Доля свободного сечения
Реальная скорость пара в отверстиях
Она должна быть больше минимальной скорости обеспечивающей "бес провальную" работу тарелки
w0min = c2×x–0625×(h0×r' r")05
c2—коэффициент (см. табл. 3)
x —коэффициент гидравлического сопротивления тарелки
x = 0.45(1-eсв2)×(d0d01)–02
Значение d01 равно 0001 м.
Сопротивление тарелки проходу пара
Сопротивление «сухой» тарелки
Сопротивление поверхностного натяжения Па:
Здесь s — поверхностное натяжение Нм.
Сопротивление столба жидкости
Сопротивление отбойного козырька
Полное сопротивление тарелки проходу пара с учетом среднего уровня жидкости
Dp = Dpc + Dps + Dpк+Dpо.к
Расстояние между тарелками по условию перелива жидкости
Критическая глубина потока
Высота узкого сечения кармана
где с3 — коэффициент (см. табл. 3).
Из конструктивных соображений высоту s можно выбрать больше расчетной.
Высота столба жидкости hж в переливном кармане определяется высотой подпорной перегородки гидрозатвора z2 напором для преодоления сопротивления узкого места гидрозавора s и напором для преодоления разности давлений под и над тарелкой Dр
hж = k1×z2 – k2×a + k3×Hkp + k4×Hkp3s2 + k5×Dp (r'g)
Если тарелка имеет сепарационное пространство для выделения пузырьков пара – значение коэффициента k5 принимать равным 10.
Значения коэффициентов ki Таблица 4.
Тип переливного устройства
Минимальное расстояние между тарелками
hmin1 = 125 (hж – z1)
В уравнение для hmin1 введен коэффициент запаса 125.
Расстояние между тарелками по условию уноса пены
Для вычисления высоты слоя пены на тарелке находим:
Скорость витания капель
wk = 175×[gs(r' – r") (r")2]14
и относительная скорость витания
Коэффициент взаимодействия фаз
kf =(02r' + r") [wko (r' – r")]
где hef =[z1 + i23 g13]×wko – эффективная высота запаса жидкости
Паросодержание двухфазного слоя пены
j = 2 [1 + (1 +2× Fr)05 ]
Высота пены на тарелке
Высота сепарационного пространства
hc = 008328 w057 Fb007
Расстояние между тарелками
После расчетов в качестве расстояния между тарелками принимается большее из hmin1 и hmin2.
Принимаем hmin2 =006м.
2. Обоснование выбора материалов и проверка прочности основных деталей
Для изготовления корпусных деталей нижней колонны используются листы из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Выбор этого материала обусловлен работой аппарата и температурой находящейся там средой. Материал из которого изготовлена нижняя колонна должен быть хорошо свариваемым и самое главное обладать вязкостью это необходимо при раскатывании тарелок в царгах. Поэтому используют сталь 12Х18Н10Т.
Расчет на прочность обечайки
Материалы : сталь 12Х18Н10Т []=160МПа-предел прочности стали 12Х18Н10Т
Толщина стенки обечайки:
где- коэффициент прочности
где С-сумма прибавок к расчетной
где - допуск на коррозию
Рис.13. Обечайка компенсацию минусового допуска.
Допускаемое внутреннее избыточное давление
Условия применения расчетных формул:
Расчетные формулы применимы.
Расчет на прочность днища
Расчет ведем для эллиптического днища нагруженного избыточным внутренним давлением.
Толщина стенки днища
рассчитывается по следующей формуле:
где - коэффициент прочности
Рис.14.Днище сварного шва.
где прибавка для компенсации коррозии
прибавка для компенсации минусового допуска на толщину листа.
Допускаемое избыточное внутреннее давление
Основы эксплуатации установки
Пуск установки разделяется на 3 этапа:
-этап охлаждение аппаратов и изоляции до появления жидкости.
-этап накопление жидкости в колонне.
-этап переход от пускового режима к рабочему.
Пуск осуществляется при давлении воздуха 64 МПа. После пуска насоса сжиженного газа давление снижается до рабочего. Перед началом пусковых работ необходимо провести следующие мероприятия:
проверить правильность настройки и работоспособность (путём срабатывания) предохранительных клапанов;
проверить наличие и целостность заземляющих устройств;
подготовить турбодетандер к пуску.
Последовательность 1-го этапа:
пустить компрессор и поднят давление до максимального;
набираем воздух открываем вентиль на входе в один из адсорберов и поднимаем давление до рабочего;
пускаем воздух в основной теплообменник;
открываем вентиль перед турбодетандером и пускаем в работу турбодетандер;
приоткрываем ВР1 поддерживая расчётное давление в нижней колоне. По мере охлаждения аппаратов давление в нижней колонне будет понижаться. Появление первых порций жидкости определяется по резкому падению давления.
Последовательность 2-го этапа:
набрать уровень в кубе нижней колонны 15 – 20 см и приоткрыть вентиль;
по мере подачи жидкости в верхнюю колонну увеличивается уровень на тарелках что определяется по сопротивлению колонны;
включаем в работу конденсатор-испаритель.
Последовательность 3-го этапа:
наладить процесс ректификации в нижней колонне;
осуществить слив жидкого кислорода из конденсатора-испарителя через насос.
2. Поддержание нормального технологического режима.
Нормальный технологический режим установки характеризуется номинальными значениями следующих параметров:
давление воздуха перед ВР 1;
давление в верхней колоне;
давление в нижней колоне;
давление перед турбодетандером;
давление после турбодетандера;
давление после компрессора;
давление сброса в атмосферу;
уровень жидкости в кубе нижней колонны;
уровень жидкости в конденсаторе-испарителе;
сопротивление колонны;
концентрации продукционного кислорода;
температура перед турбодетандером;
температура после турбодетандера;
температура воздуха перед блоком очистки;
температура воздуха после блока очистки;
температура регенерационного газа перед блоком очистки;
температура регенерационного газа после блока очистки;
температура в маслоагрегате турбодетандера;
температура воздуха перед теплообменником-ожижителем;
температура воздуха после теплообменника-ожижителя.
Открываем сброс в атмосферу продуктов разделения и закрываем подачу потребителю.
Останавливаем насос.
Перекрыть подачу воздуха на турбодетандер.
Выключить электроподогреватель блока очистки.
Закрыть вентиль ВР-1.
При полной остановке необходимо слить жидкость из куба нижней колоны и из конденсатора-испарителя открыть продувочные вентили.
Открыть вентили отогрева и через подогреватель подать греющий газ в установку.
При кратковременной остановке жидкость из установки не сливать. Слив жидкости осуществить лишь в тех случаях когда её уровень становится меньше регламентного.
В результате расчетов установлено что проектируемая установка разделения воздуха производит жидкий технический кислород I-го сорта по ГОСТ 5583-78. При этом затраты энергии на производство 1кГ кислорода составят 1086 кВт*чм3.
При конструировании аппаратов использованы наиболее современные конструкторские решения. В установке применен современный охладитель азотной флегмы и кубовой жидкости что требует меньшего расхода материалов и уменьшает теплопритоки из окружающей среды.
В качестве ректификационных устройств применены алюминиевые поперечноточные тарелки с сепарацией фаз. Это позволило устранить вредные работы при их изготовлении уменьшить габариты блока разделения так как применение отбойников позволяет уменьшить расстояние между тарелками исключить применение дефицитной меди уменьшить все колонны за счет использования алюминия. Кроме того поперечный ток жидкости по тарелке (в место кругового) улучшает процесс тепломассообмена.
Архаров А.М. Техника низких температур - М. Энергия 1975г.
Архаров А.М. и др. Криогенные системы ч.1 – М. Машиностроение 1986г.
Архаров А.М. и др. Криогенные системы ч.2 – М. Машиностроение 1987г.
Вассерман А.А. Казавчинский Я.З. Рабинович В.А. Теплофизические свойства воздуха и его компонентов – М. Наука 1966г.
Вассерман А.А. Рабинович В.А Термодинамические свойства жидкого воздуха и его компонентов – М. Стандартиз. 1968г.
Наринский Г.Б. Ректификация воздуха – М. Машиностроение 1978г.
Поберёзкин А.Э. Сердюк Л.С. Багмет А.Д. Методические указания к курсовому проектированию по установкам сжижения и разделения газовых смесей – О. Ротапринт 1987г.

Drawing1.dwgДнище.dwg

Drawing1.dwg дета1.dwg

Границы ректификации
Размер для справок 2. Сварка по ГОСТ26-04-480-72-Кт-5400

Тарелка,ЦаргаПлакат №4.dwg

I * Размер для справки II Сварка ОСТ 26-04-480-72 Н1 III Маркеровать и клеймить 4Б на бирке Б ОСТ 26-04-084-72

dwg Схема.dwg

Условные обозначения
вода воздух кубовая жидкость азот азот жидкий кислород жидкий масло

Drawing1.dwg Колонна.dwg

Техническая характеристика 1. Рабочие давление-0
МПа 2. Пробное давление-0
Мпа 3. Расчетная температура -80 К 4. Обьем- 6
М3 Техническая характеристика 1. Размер для справок 2. При сборке колонны продольные сварные швы сборочных едениц позиции 1
развернуть относительно друг друга на 180 градусов 3. Сварочные швы согластно табл. 2

Drawing1.dwg Колонна.frw

Кж-0.25.doc

Назначение и область применения . 5
Техническая характеристика 6
Описание и обоснование схемы установки 7
Технологический расчет
1. Расчетная схема . 9
2. Данные для расчёта 10
3. Материальные и энергетические балансы блока разделения 11
4. Энергетические балансы аппаратов 13
5. Расчёт процесса ректификации 18
6. Определение удельного расхода энергии 22
Расчёт аппарата по индивидуальному заданию
1. Гидравлический расчёт . 24
2. Обоснование выбора материалов и проверка
прочности основных деталей и узлов .. 31
Основы эксплуатации установок
2. Поддержание нормального технологического
Основные выводы . 36
Список литературы 37
Применение кислорода в медицине и энергетике в процессах сварки и резки металла в машиностроении и судостроении радиоэлектронной и химической промышленности привело к созданию универсальных воздухоразделительных установок для получения как жидкого так и газообразного кислорода.
Одним из таких агрегатов является установка средней производительности для получения жидкого кислорода Кж-025 которая широко используется на предприятиях для обеспечения потребителей жидким кислородом в цистернах.
Установка Кж-025 отличается простотой в эксплуатации и надёжностью в её решениях и конструкциях аппаратов отражены последние достижения отечественного и зарубежного кислородного машиностроения.
Кроме того в производстве нашли применения и другие установки где возможно получение не только кислорода но и других составляющих компонентов воздуха таких как азот аргон неоно-геливая смесь и криптоноксеноновый концентрат.
Следует отметить что общими тенденциями развития воздухоразделительных установок являются: снижение затрат на производство продуктов разделения материалоемкости (особенно коррозионно-стойкой стали) и энергетических затрат повышение надёжности установок увеличение продолжительности рабочей компании автоматизация процессов управления воздухоразделительными установками.
Назначение и область применения
Проектируемая установка предназначена для получения жидкого технического кислорода. Данная установка может найти самое широкое применение в медицине химической и нефтехимической промышленности а также для удовлетворения нужд в кислороде металлургических предприятий. Установка также применяется на ремонтно-механических машиностроительных и других предприятиях использующих кислород для сварки и резки металлов.
Установка может применяться на ремонтно-механических машиностроительных и других предприятиях. Кислород используется для сварки и резки металлов а также в медицине. Установка изготавливается для нужд народного хозяйства и для поставки на экспорт в районы с умеренным и тропическим климатом. Установку допускается эксплуатировать в районах с сейсмичностью до 8 баллов по ГОСТ 6249-52.
Самая высокая часть установки - блок разделения - может устанавливаться как в помещениях так и вне здания.
Техническая характеристика
- компрессора холмашины
Концентрации % об О2
- продукционного кислородахk=99.7
- отбросного азотаya=2
- кубовой жидкостихR=33
- азотной флегмыxn=2.5
Температуры и разности температур К
- воздух на входе в ожижитель Т1=313
- воздух на входе в блок очистки Т2=281
- воздух перед основным ТО Т3=283
- воздух перед турбодетандером Т4=156
- кислорода перед сливом Т16=87.5
- переохлаждения основной флегмы Тn=11
- переохлаждение кубовой жидкости ТR=3.5
- воздуха после компрессора Р0=4.5
- среднерасчётное кислорода Р=15
- в кубе нижней колонны Рнк=0.67
- в кубе верхней колонны Рвк=0.17
- жидкого кислорода перед сливом Р16=0.15
- ожижителя Рож=0.004
- блока очистки Рбо=0.02
- основного ТО Рто=0.013
- нижней колонны Рнк=0.01
- верхней колонны Рвк=0.018
- в переохладителе Рпер=0.004
Описание и обоснование схемы установки
В режиме получения жидкого кислорода установка Кж-025 обеспечивает производительность жидкого технического кислорода первого сорта с концентрацией 997% О2 Холодопроизводительность обеспечивается циклом высокого давления с детандером и промежуточным охлаждением газа. Установка состоит из следующих элементов:
Компрессор воздушный поршневой;
Теплообменник-ожижитель;
Блок очистки состоящий из двух баллонов;
Основной теплообменник;
Турбодетандерный агрегат;
Нижняя ректификационная колона;
Верхняя ректификационная колона;
Конденсатор-испаритель;
Узел охлаждения жидких потоков включающий охладитель азотной флегмы и кубовой жидкости;
Охладитель продукционного кислорода;
Охладитель продукционного азота;
В состав установки также входит вспомогательное оборудование: контрольно-измерительные приборы межблочная арматура и т.д.
Атмосферный воздух после фильтра очистки от пыли и механических примесей поступает в компрессор 1 где сжимается до давления Р=45МПа затем воздух направляется в теплообменник-ожижитель 2 где охлаждается отбросным азотом до температуры 281К при этом из воздуха сжижается основная часть влаги.
Воздух поступает в один из двух адсорберов блока очистки 3 где из него удаляется остальная влага СО2 углеводороды. В качестве адсорбента используется цеолит. В процессе очистки воздух нагревается на 2° и при температуре 283К направляется в узел теплообмена. Осушенный и очищенный воздух делится на два потока: меньшая часть воздуха (04)охлаждается в основном теплообменнике 4 и дросселируется вентилем ВР1 до Р=067МПа.
Большая часть воздуха (06) охлаждается в фреоновом теплообменнике 5 и холодильной машине 6 и поступает на расширение в турбодетандер.
Расширенный в турбодетандере воздух смешивается с потоком после вентиля ВР1 и направляется в куб нижней колонны 8.
В нижней ректификационной колонне происходит предварительное разделение воздуха на азотную флегму и обогащённую кислородом кубовую жидкость. Отбираемая из нижней колонны азотная флегма направляется в охладитель азотной флегмы и кубовой жидкости дросселируется вентилем ВР2 в охладитель продукционного кислорода 12 и дальше поступает на тарелку верхней ректификационной колоны. В верхней колонне происходит окончательное разделение воздуха на продукционный кислород и отбросной азот. Между колоннами установлен конденсатор-испаритель являющийся конденсатором для нижней колонны и испарителем для верхней колонны. Жидкий продукционный кислород отбираемый из конденсатора-испарителя охлаждается на 8 – 10 ° в охладителе 12 и далее через вентиль ВР4 сливается потребителю.
Газообразный отбросной азот отбираемый из верхней части верхней колонны нагревается в охладителе 11 теплообменниках 4 и 2 а затем через электроподогреватель 14 поступает на регенерацию блоков очистки либо выбрасывается в атмосферу.
В технологическом расчете определяем параметры во всех расчетных точках схемы которые позволяют произвести конструктивные расчеты аппаратов воздухоразделительных установок.
Технологический расчет производится из условия что количество всего перерабатываемого воздуха равно 1 кмоль количество всех остальных потоков – доли от перерабатываемого воздуха.
2 Данные для расчета
Количество перерабатываемого воздуха. В=1200м3ч
- азотной флегмыxn=2
- в кубе верхней колонны Рвк=0.1
Теплопритоки кДжкмоль
- к блоку разделения qбр=185
- к нижней колонне qнк=40
- к верхней колонне qвк=70
- к конденсатор-испарителю qки=40
- к переохладителю qпо=5
- к блоку очистки qбо=60
- при переключении блока очистки qпер=60
Адиабатный КПД турбодетандера ад=0.6
3. Материальные и энергетические балансы блока разделения
3.1. Материальный баланс установки
Уравнение материального баланса по кислороду
Материальный баланс нижней колонны. Целью материального баланса нижней колонны является определение потоков кубовой жидкости и азотной флегмы.
Количество перерабатываемого воздуха
Минимальное количество перерабатываемого воздуха определяется с учетом 10% потерь производительности компрессора.
Расчётная производительность установки по кислороду
С учётом потерь в компрессоре
Принимаем производительность установки 250 кГч
4. Энергетические балансы аппаратов
4.1.Перенохладитель азотной флегмы.
Из энергетического баланса определяем энтальпию отбросного азота после переохладителя
Рис.2. Переохладитель
азотной флегмы На выходе из верхней колонны при а на правой пограничной кривой при том же давлении
Энтальпии соответствует температура .
4.2. Переохладитель кубовой жидкости.
Из уравнения энергетического баланса определим энтальпию отбросного азота на выходе из переохладителя энтальпия кубовой жидкости на выходе из нижней колонны определяется из уравнения смешения по следующим параметрам потока: 33%О2 67%N2.
Рис.3. Переохладитель
Так как переохлаждение кубовой жидкости составляет Т=3.5° то изменение энтальпии аппарата составляет
где ср - мольная теплоёмкость смеси
этой энтальпии при Р=0.125МПа соответствует Т19=86.3К.
4.3.Перенохладитель жидкого кислорода.
Из уравнения энергетического баланса определим энтальпию кубовой жидкости на выходе из переохладителя.
Рис.4. Переохладитель
4.4. Узел ректификации
По известным параметрам воздуха перед тдр:
находим по диаграмме
Параметры воздуха после детандера
Действительный теплоперепад в детандере
Рис.5.Узел ректификации
Энтальпия воздуха после детандера
Этим параметрам отвечает тогда
Как видно – попали в двухфазную область.
Запишем уравнение для определения
Составляем общий баланс нижней колонны
Находим нагрузку конденсатора-испарителя
Рис.6.Нижняя колонна
4.6.Основной теплообменник
Составляем для проверки расчета
Рис.7.Основной теплообменник Погрешность составляет 1%
4.7. Теплообменник-ожижитель
Цель баланса - определение температуры азота на выходе из аппарата
I1 – энтальпия влажного воздуха при Р=4.5МПа и Т1=313К
I2 – энтальпия влажного воздуха при Р=4.5МПа и Т1=281К
Из баланса для теплообменника-ожижителя определяем
При Р21=0.125МПа Т21=286.9К
Рис.8.Теплообменник-
4.8. Общий тепловой баланс
Из общего теплового баланса
определим температуру отбросного азота на выходе из основного теплообменника
DHD – холодопроизводительность детандера
– потери холода от недорекуперации азота
По находим температуру азота на выходе из основного теплообменника : Т20=257К.
5. Расчет процесса ректификации
Исходные данные для расчета
С помощью зависимости
определяем параметры потоков. Предполагаем что концентрации азотной флегмы и отбросного азота равны между собой.
Параметры потоков пара и жидкости Таблица 1
Технологическая схема аппарата двукратной ректификации для разделения воздуха включает нижнюю и верхнюю ректификационные колонны между которыми установлен конденсатор-испаритель.
Перерабатываемый воздух поступает в куб нижней колонны где происходит его предварительное разделение на обогащенную кислородом кубовую жидкость и азотную флегму. Отбираемый из нижней колонны кубовая жидкость и азотная флегма дросселируются и поступают в верхнюю колонну.
В верхней колонне происходит окончательное разделение воздуха на газообразный кислород и отбросной азот.
Материальные балансы ректификационных колонн
Составляем уравнения материальных балансов всего воздухоразделительного аппарата и определяем количество продукционного кислорода и отбросного азота.
Расчет ведем для В=1 кмоль и ув=79% об N2
Решая уравнения получаем
Для определения потоков R и D составляем уравнения материальных балансов нижней колонны:
Решая совместимо уравнения находим:
Энергетический баланс аппарата.
Энтальпия воздуха на входе в нижнюю колону определяется из уравнения энергетического баланса всего воздухоразделительного аппарата
При этом условно принимаем что колонны работают в адиабатных условиях и теплопритоки через изоляцию отсутствуют.
Тепловую нагрузку конденсатора-испарителя можно определить по энергетическому балансу нижней либо верхней колонны.
Определение числа ректификационных тарелок нижней колонны в диаграмме y - x
Составляем уравнение материального баланса верхней части нижней колонны:
Последнее уравнение устанавливает связь между рабочими концентрациями:
расход пара определяем по нагрузке конденсатора-испарителя и теплоте парообразования:
Расход флегмы определяем из уравнения:
Рис.9.Ректификационная
Уравнение рабочей линии:
Рабочая линия строится по двум точкам:
Рис.10. Процесс ректификации в нижней колонне в диаграмме У-Х
Как видно из графо- аналитического расчета число теоретических тарелок в нижней колонне шт.
Принимаем к.п.д. тарелки для нижней колонны
Определяем действительное число тарелок:
6. Определение удельного расхода энергии
Удельный расход электроэнергии на производство жидкого кислорода рассчитывается с учетом всех энергопотреблений
где мощность потребляемая электродвигателем компрессора ;
Мощность потребляемая электронагревателем блока очистки. установленная мощность электроподогревателя; время включения электроподогревателя.
суммарная мощность электроподогревателей (турбодетандера щит управления).
действительная производительность установки.
Найдем мощность при используя зависимость:
Параметры в узловых точках Таблица 2
Воздух перед ожижителем
Воздух после ожижителя
Воздух после блока очистки
Воздух перед детандером
Воздух после детандера
Воздух после основного теплообменника
Куб. жидкость на выходе из н.к.
Куб. жидкость после переохладителя
Куб. жидкость после ВР-2
Куб. жид. на выходе из переохладителя жидкого кислорода
Азотная флегма в переохладитель
Азотная флегма после переохладителя
Азотная флегма на орошение в. к
Кислород жид. из конденсатора
Кислород жид. из переохладителя
Азот в переохладитель азотной флегмы
Азот в переохладитель кубовой жидкости
Азот из переохладителя кубовой жидкости
Азот из основного ТО
1. Гидравлический расчет
Расчет заключается в определении гидравлического сопротивления. Задаваясь конструктивными основными параметрами колонны (внутренний диаметр расстояние между тарелками диаметр перфораций ) расчетом нужно подтвердить нормальную ее работоспособность.
В ректификационной колонне применены алюминиевые поперечно-точные тарелки с сепарацией фаз. По высоте колонны чередуется установка тарелок с двумя сливными карманами и с односливными тарелками. Такая конструкция обеспечивает равномерность поперечного тока жидкости. Рабочий процесс в ректификационной колонне — основном аппарате узла разделения ВРУ — основан на взаимодействии стекающей жидкой фазы разделяемой смеси (флегмы) с движущейся навстречу ее паровой фазой. Движущей силой процесса является неравновесная разность концентраций компонентов разделяемой смеси. В результате массообмена нижекипящий компонент (НКК) переходит в пар и сосредотачивается в верхней части колонны а вьпшекипящий компонент (ВКК) переходит в жидкость и сосредотачивается в нижней части колонны. Существует много контактных устройств в которых реализуется взаимодействие пара и жидкости. В ректификационных колоннах ВРУ применяют в основном ситчатые тарелки диаметром 200—3800 мм а установках малой производительности при диаметрах колонны до 150 мм — насадочные тарелки заполненные контактными элементами различной конфигурации (спиральными седлообразными кольцами Рашига и др.).
Ситчатые тарелки бывают двух типов: с кольцевым и диаметральным током жидкости.
Рис. 11. Ситчатая тарелки с диаметральным током жидкости.
Они имеют одинаковое перфорированное дно. Диаметр do отверстий перфораций в кольцевых тарелках 09—12 мм в диаметральных 09—2 мм; шаг перфорации t = 325 5 мм.
В тарелках крупных установок отверстия могут иметь большие диаметры.
Жидкость под действием гидростатического напора движется над перфорированным дном тарелки через отверстия которого проходит пар со скоростью w0 (рис. 5.2). Скорость w0 должна быть достаточной (обычно 3—5 мс) для того чтобы жидкость не "проваливалась" в отверстия перфорации (режим "дождевания"). Поток пара барботирует через жидкость над которой образуется слой пены. В этом слое сосредоточена основная часть поверхности массообмена. Структура барботажного слоя и высота слоя пены зависят главным образом от скорости пара и физических свойств жидкости которые определяются в основном молярным содержанием компонентов. Принято относить скорость пара к площади полного сечения колонны (wп обычно составляет 01 15 мс) или к площади барботажа (w = 012 18 мс). При выбранной скорости паpa wп расстояние между тарелками h должно быть таким чтобы верхняя граница слоя пены не доходила до вышележащей тарелки и не было бы переноса (уноса) части жидкости с паром вверх по колонне. Для этого над слоем пены необходимо сепарационное пространство высотой hс. Расстояние между тарелками обычно составляет для кольцвых тарелок h = 60 300 мм для диаметральных — 120 450.
Применение тарелок с диаметральным током позволяет вести процесс при более высоких скоростях паpa. Эти тарелки отличаются конструктивной простотой высокой технологичностью и малой металлоемкостью. Они могут быть изготовлены из латуни или более дешевых алюминиевых сплавов.
Использование тарелок с диаметральным током жидкости позволило примерно на 15 % увеличить производительность колонн (при неизменных диаметре и гидравлическом сопротивлении). Тарелки с диаметральным током устанавливают в колоннах диаметром 400—3800 мм.
Тарелки имеют переливные устройства (карманы) через которые жидкость с вышележащих тарелок стекает на нижележащиe. Переливные карманы можно разделить на устройства с вертикальными и наклонными стенками (см. рис. 5.1). Наклонную стенку выполняют так чтобы максимальное проходное сечение было на входе жидкости в карман. Это снижает скорость потока на входе и способствует выделению пузырьков пара из стекающей жидкости. Как правило такие карманы снабжаются для повышения пропускной способности гидрозатворами со скругленным профилем.
Рис.12. Схема организации рабочего процесса на ситчатых тарелках
Тарелки и переливные карманы характеризуются следующими геометрическими параметрами которые зависят от диаметра колонны: z1 — высотой сливной перегородки (8 30 мм); z2 — высотой подпорной перегородки (12 50 мм); a— величиной гидрозатвора (10—20 мм); b — периметром слива; s —высотой узкого сечения гидрозатвора кармана; Fb – площадью барботажа.
Гидравлический расчет тарелки
- определить размеры колонны и тарелки;
-проверить гидравлический режимы течения пара и жидкости;
-определить расстояние между тарелками.
При гидравлическом расчете колонны должны быть известны молярные расходы пара G и жидкости g; площадь барботажа Fb м; диаметр отверстий d0 м; доля свободного (проходного) сечения eсв.
Определяем диаметр колоны и диаметр тарелки:
где G – расход пара по колонне
fб – площадь барботажа
wб – скорость барботажа. Принимаем wб =02 мс.
Общая длина перегородки
Удельная нагрузка на сливную перегородку:
Определение уровня светлой жидкости
где wк – скорость в колонне
z1 z2 – высота сливных перегородок;
м — коэффициент зависящий от типа тарелки (табл. 3. )
Коэффициенты используемые при гидравлическом расчете тарелок Т а б л и ц а3.
с диаметральным током
Проверка движения пара через тарелку
Ориентировочное значение скорости пара в отверстиях
w01 = c1 (h0×r' r")05
d0 = 105×t×(wбw01)05
Принимаем диаметр отверстий do=12мм
Доля свободного сечения
Реальная скорость пара в отверстиях
Она должна быть больше минимальной скорости обеспечивающей "бес провальную" работу тарелки
w0min = c2×x–0625×(h0×r' r")05
c2—коэффициент (см. табл. 3)
x —коэффициент гидравлического сопротивления тарелки
x = 0.45(1-eсв2)×(d0d01)–02
Значение d01 равно 0001 м.
Сопротивление тарелки проходу пара
Сопротивление «сухой» тарелки
Сопротивление поверхностного натяжения Па:
Здесь s — поверхностное натяжение Нм.
Сопротивление столба жидкости
Сопротивление отбойного козырька
Полное сопротивление тарелки проходу пара с учетом среднего уровня жидкости
Dp = Dpc + Dps + Dpк+Dpо.к
Расстояние между тарелками по условию перелива жидкости
Критическая глубина потока
Высота узкого сечения кармана
где с3 — коэффициент (см. табл. 3).
Из конструктивных соображений высоту s можно выбрать больше расчетной.
Высота столба жидкости hж в переливном кармане определяется высотой подпорной перегородки гидрозатвора z2 напором для преодоления сопротивления узкого места гидрозавора s и напором для преодоления разности давлений под и над тарелкой Dр
hж = k1×z2 – k2×a + k3×Hkp + k4×Hkp3s2 + k5×Dp (r'g)
Если тарелка имеет сепарационное пространство для выделения пузырьков пара – значение коэффициента k5 принимать равным 10.
Значения коэффициентов ki Таблица 4.
Тип переливного устройства
Минимальное расстояние между тарелками
hmin1 = 125 (hж – z1)
В уравнение для hmin1 введен коэффициент запаса 125.
Расстояние между тарелками по условию уноса пены
Для вычисления высоты слоя пены на тарелке находим:
Скорость витания капель
wk = 175×[gs(r' – r") (r")2]14
и относительная скорость витания
Коэффициент взаимодействия фаз
kf =(02r' + r") [wko (r' – r")]
где hef =[z1 + i23 g13]×wko – эффективная высота запаса жидкости
Паросодержание двухфазного слоя пены
j = 2 [1 + (1 +2× Fr)05 ]
Высота пены на тарелке
Высота сепарационного пространства
hc = 008328 w057 Fb007
Расстояние между тарелками
После расчетов в качестве расстояния между тарелками принимается большее из hmin1 и hmin2.
Принимаем hmin2 =006м.
2. Обоснование выбора материалов и проверка прочности основных деталей
Для изготовления корпусных деталей нижней колонны используются листы из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Выбор этого материала обусловлен работой аппарата и температурой находящейся там средой. Материал из которого изготовлена нижняя колонна должен быть хорошо свариваемым и самое главное обладать вязкостью это необходимо при раскатывании тарелок в царгах. Поэтому используют сталь 12Х18Н10Т.
Расчет на прочность обечайки
Материалы : сталь 12Х18Н10Т []=160МПа-предел прочности стали 12Х18Н10Т
Толщина стенки обечайки:
где- коэффициент прочности
где С-сумма прибавок к расчетной
где - допуск на коррозию
Рис.13. Обечайка компенсацию минусового допуска.
Допускаемое внутреннее избыточное давление
Условия применения расчетных формул:
Расчетные формулы применимы.
Расчет на прочность днища
Расчет ведем для эллиптического днища нагруженного избыточным внутренним давлением.
Толщина стенки днища
рассчитывается по следующей формуле:
где - коэффициент прочности
Рис.14.Днище сварного шва.
где прибавка для компенсации коррозии
прибавка для компенсации минусового допуска на толщину листа.
Допускаемое избыточное внутреннее давление
Основы эксплуатации установки
Пуск установки разделяется на 3 этапа:
-этап охлаждение аппаратов и изоляции до появления жидкости.
-этап накопление жидкости в колонне.
-этап переход от пускового режима к рабочему.
Пуск осуществляется при давлении воздуха 64 МПа. После пуска насоса сжиженного газа давление снижается до рабочего. Перед началом пусковых работ необходимо провести следующие мероприятия:
проверить правильность настройки и работоспособность (путём срабатывания) предохранительных клапанов;
проверить наличие и целостность заземляющих устройств;
подготовить турбодетандер к пуску.
Последовательность 1-го этапа:
пустить компрессор и поднят давление до максимального;
набираем воздух открываем вентиль на входе в один из адсорберов и поднимаем давление до рабочего;
пускаем воздух в основной теплообменник;
открываем вентиль перед турбодетандером и пускаем в работу турбодетандер;
приоткрываем ВР1 поддерживая расчётное давление в нижней колоне. По мере охлаждения аппаратов давление в нижней колонне будет понижаться. Появление первых порций жидкости определяется по резкому падению давления.
Последовательность 2-го этапа:
набрать уровень в кубе нижней колонны 15 – 20 см и приоткрыть вентиль;
по мере подачи жидкости в верхнюю колонну увеличивается уровень на тарелках что определяется по сопротивлению колонны;
включаем в работу конденсатор-испаритель.
Последовательность 3-го этапа:
наладить процесс ректификации в нижней колонне;
осуществить слив жидкого кислорода из конденсатора-испарителя через насос.
2. Поддержание нормального технологического режима.
Нормальный технологический режим установки характеризуется номинальными значениями следующих параметров:
давление воздуха перед ВР 1;
давление в верхней колоне;
давление в нижней колоне;
давление перед турбодетандером;
давление после турбодетандера;
давление после компрессора;
давление сброса в атмосферу;
уровень жидкости в кубе нижней колонны;
уровень жидкости в конденсаторе-испарителе;
сопротивление колонны;
концентрации продукционного кислорода;
температура перед турбодетандером;
температура после турбодетандера;
температура воздуха перед блоком очистки;
температура воздуха после блока очистки;
температура регенерационного газа перед блоком очистки;
температура регенерационного газа после блока очистки;
температура в маслоагрегате турбодетандера;
температура воздуха перед теплообменником-ожижителем;
температура воздуха после теплообменника-ожижителя.
Открываем сброс в атмосферу продуктов разделения и закрываем подачу потребителю.
Останавливаем насос.
Перекрыть подачу воздуха на турбодетандер.
Выключить электроподогреватель блока очистки.
Закрыть вентиль ВР-1.
При полной остановке необходимо слить жидкость из куба нижней колоны и из конденсатора-испарителя открыть продувочные вентили.
Открыть вентили отогрева и через подогреватель подать греющий газ в установку.
При кратковременной остановке жидкость из установки не сливать. Слив жидкости осуществить лишь в тех случаях когда её уровень становится меньше регламентного.
В результате расчетов установлено что проектируемая установка разделения воздуха производит жидкий технический кислород I-го сорта по ГОСТ 5583-78. При этом затраты энергии на производство 1кГ кислорода составят 1086 кВт*чм3.
При конструировании аппаратов использованы наиболее современные конструкторские решения. В установке применен современный охладитель азотной флегмы и кубовой жидкости что требует меньшего расхода материалов и уменьшает теплопритоки из окружающей среды.
В качестве ректификационных устройств применены алюминиевые поперечноточные тарелки с сепарацией фаз. Это позволило устранить вредные работы при их изготовлении уменьшить габариты блока разделения так как применение отбойников позволяет уменьшить расстояние между тарелками исключить применение дефицитной меди уменьшить все колонны за счет использования алюминия. Кроме того поперечный ток жидкости по тарелке (в место кругового) улучшает процесс тепломассообмена.
Архаров А.М. Техника низких температур - М. Энергия 1975г.
Архаров А.М. и др. Криогенные системы ч.1 – М. Машиностроение 1986г.
Архаров А.М. и др. Криогенные системы ч.2 – М. Машиностроение 1987г.
Вассерман А.А. Казавчинский Я.З. Рабинович В.А. Теплофизические свойства воздуха и его компонентов – М. Наука 1966г.
Вассерман А.А. Рабинович В.А Термодинамические свойства жидкого воздуха и его компонентов – М. Стандартиз. 1968г.
Наринский Г.Б. Ректификация воздуха – М. Машиностроение 1978г.
Поберёзкин А.Э. Сердюк Л.С. Багмет А.Д. Методические указания к курсовому проектированию по установкам сжижения и разделения газовых смесей – О. Ротапринт 1987г.

Drawing1.dwgДнище.dwg

Тарелка,ЦаргаПлакат №4.frw

Сварка ОСТ 26-04-480-72 Н1
Маркеровать и клеймить 4Б
на бирке Б ОСТ 26-04-084-72

dwg гарсон.dwg

Условные обозначения
вода воздух кубовая жидкость азот азот жидкий кислород жидкий масло

Drawing1.dwg дета1.dwg

Границы ректификации
Размер для справок 2. Сварка по ГОСТ26-04-480-72-Кт-5400

Тарелка,ЦаргаПлакат №4.dwg

I * Размер для справки II Сварка ОСТ 26-04-480-72 Н1 III Маркеровать и клеймить 4Б на бирке Б ОСТ 26-04-084-72

колонна Плакат №3.frw

К предохранительному
Выход газообразного
Техническая характеристика
верхней колонны - 10
Расчетная температура С=+20.
Минимальная тмпература стенки
Рабочая среда: воздух(воздух обогощен
Технические требования
* Размер для справок.
Действительное положение штуцеров
опор и табличек показано на виде А.
Аппарат испытать пневматически на прочность
и на герметичность рабочим давлением.
Аппарат соответствует ОСТ-26-04-1222-75
Выход жидкого воздуха
Жидкий кислород в переохладитель
Азот жидкий из кармана
Вход жидкого воздуха
Выход газообразного азота
Присадочный материал
Сопротивление колонны (низ)
Сопротивление колонны (верх)
Уровень в мернике (низ)
Мерник уровень (верх)
Уровень в конденсаторе (низ)
Уровень в конденсаторе (верх)
Уровень в кубе колонны (низ)
Уровень в кубе колонны (верх)

Drawing1.dwg оБЕЧ.dwg

ГОСТ 14771-76-С4-ННп
*Размер для справок 2. ** Размер обеспечивается инструментом

Деталировка тарелки.---.dwg

* Размер для справок. 2. ** Размеры обеспечиваются инструментом. 3. Радиусы гиба 2мм. 4. Технические требования по ОСТ 26-04-2584-81
* Размер для справок.
* Размер для справок. 2. Сварные швы ОСТ 26-04-480-79-Н1-Кт5*120
* Размер для справок. 2. ** Размеры обеспечиваются инструментом. 3. Допускается изготовление из 4-хчастей. Варить проволокой В св АМц-2
*БТ швом С2-РИНп. На горизонтальной полке усиление шва с обеих сторон заподлицо с основным металлом снять

Тарелка.---.dwg

* Размер для справок. 2. Сварные швы ОСТ 26-04-480-79-Н1-Кт5*120 3. Технические требования по ОСТ 26-04-2589-81 4. Маркировать d ударным способом. Высота шрифта 5 мм
Тарелка ректификационная

колонна Плакат №3.dwg

Уровень в кубе колонны (верх)
Уровень в кубе колонны (низ)
Выход жидкого воздуха
Жидкий кислород в переохладитель
Азот жидкий из кармана
Вход жидкого воздуха
К предохранительному клапану
Выход газообразного азота
Выход газообразного кислорода
Техническая характеристика 1. Рабочее давление: нижней колонны - 0
МПа верхней колонны - 0
МПа 2. Пробное давление: нижней колонны - 0
МПа верхней колонны - 10
МПа 3. Расчетная температура С=+20. 4. Минимальная тмпература стенки минус 106. 5. Рабочая среда: воздух(воздух обогощен кислородом[азот
кислород]). Технические требования 1. * Размер для справок. 2. Действительное положение штуцеров
опор и табличек показано на виде А. 3. Аппарат испытать пневматически на прочность и на герметичность рабочим давлением. 4. Аппарат соответствует ОСТ-26-04-1222-75
Колонна двукратной ректификации
Присадочный материал
Сопротивление колонны (низ)
Сопротивление колонны (верх)
Уровень в мернике (низ)
Мерник уровень (верх)
Уровень в конденсаторе (низ)
Уровень в конденсаторе (верх)

Drawing1.dwg оБЕЧ.dwg

ГОСТ 14771-76-С4-ННп
*Размер для справок 2. ** Размер обеспечивается инструментом

Деталировка тарелки.---.dwg

* Размер для справок. 2. ** Размеры обеспечиваются инструментом. 3. Радиусы гиба 2мм. 4. Технические требования по ОСТ 26-04-2584-81
* Размер для справок.
* Размер для справок. 2. Сварные швы ОСТ 26-04-480-79-Н1-Кт5*120
* Размер для справок. 2. ** Размеры обеспечиваются инструментом. 3. Допускается изготовление из 4-хчастей. Варить проволокой В св АМц-2
*БТ швом С2-РИНп. На горизонтальной полке усиление шва с обеих сторон заподлицо с основным металлом снять

Тарелка.---.dwg

* Размер для справок. 2. Сварные швы ОСТ 26-04-480-79-Н1-Кт5*120 3. Технические требования по ОСТ 26-04-2589-81 4. Маркировать d ударным способом. Высота шрифта 5 мм
Тарелка ректификационная

колонна Плакат №3.dwg

Уровень в кубе колонны (верх)
Уровень в кубе колонны (низ)
Выход жидкого воздуха
Жидкий кислород в переохладитель
Азот жидкий из кармана
Вход жидкого воздуха
К предохранительному клапану
Выход газообразного азота
Выход газообразного кислорода
Техническая характеристика 1. Рабочее давление: нижней колонны - 0
МПа верхней колонны - 0
МПа 2. Пробное давление: нижней колонны - 0
МПа верхней колонны - 10
МПа 3. Расчетная температура С=+20. 4. Минимальная тмпература стенки минус 106. 5. Рабочая среда: воздух(воздух обогощен кислородом[азот
кислород]). Технические требования 1. * Размер для справок. 2. Действительное положение штуцеров
опор и табличек показано на виде А. 3. Аппарат испытать пневматически на прочность и на герметичность рабочим давлением. 4. Аппарат соответствует ОСТ-26-04-1222-75
Колонна двукратной ректификации
Присадочный материал
Сопротивление колонны (низ)
Сопротивление колонны (верх)
Уровень в мернике (низ)
Мерник уровень (верх)
Уровень в конденсаторе (низ)
Уровень в конденсаторе (верх)