ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Устройство и работа регенератора из "Процессы и аппараты кислородного и криогенного производства " Действие регенератора основано- на использовании материала насадки с большой теплоемкостью с развитой поверхностью этой насадки, позволяющей пропускать через нее газ с малыми потерями давления. В качестве насадки используют диски из алюминиевых гофрированных лент или дробленный базальт. Через регенератор, заполненный насадкой, пропускают попеременно в противоположных направлениях два потока — один теплый (прямой), а другой холодный (обратный). При прохождении теплого потока (воздуха) насадка нагревается, а поток охлаждается. В следующий период времени, когда через теплую насадку пропускают холодный поток (азот или кислород) в противоположном направлении, насадка охлаждается, а холодный поток нагревается. Таким образом, теплота, аккумулированная насадкой, передается от воздуха к азоту или кислороду. Если в паре регенераторов происходит теплообмен между воздухом и азотом, то регенераторы называют азотными, если между воздухом и кислородом — кислородными. [c.94] Рассмотрим работу регенераторов (рис. 103). Пусть в данный момент по регенератору Р1 проходит воздух (прямой поток), а по регенератору Р2 — азот (обратный поток). В регенераторе Р1 воздух нагревает холодную насадку, а сам охлаждается, при этом содержащиеся в воздухе влага и углекислота конденсируются и вымораживаются на насадку. Водяной пар конденсируется и замерзает лишь в верхней части регенератора по ходу движения воздуха и при температуре 213. .. 203 К воздух практически осушен. Температура вымораживания двуокиси углерода на насадке 145 К-Поэтому насадку регенератора можно разделить на три зоны 1) верхняя часть регенератора до зоны с температурой 213. .. 203 К — зона конденсации и замерзания влаги, 2) от температуры 203 до 145 К — зона дальнейшего охлаждения и осушки воздуха от остатков влаги, 3) от температуры 145. .. 143 К до нижней части регенератора — зона вымораживания двуокиси углерода. Степень очистки от двуокиси углерода зависит от температуры воздуха на выходе из регенератора. Чем больше охлажден воздух, тем лучше он очищен. [c.94] В это время в регенераторе Р2 азот, проходящий через насадку в противоположном направлении, нагревается, возгоняет двуокись углерода, испаряет влагу и уносит их из регенератора. [c.94] Через 3. .. 9 мин потоки переключают прямой поток направляют в регенератор Р2, обратный — в регенератор Р1. Так начинается вторая половина цикла, когда охлаждение и очистка воздуха, сопровождаемые нагреванием насадки, происходят в регенераторе Р2. Охлаждение насадки и нагревание азОта, а также очистка насадки от воды, льда и твердой двуокиси углерода происходят в регенераторе Р1. При следующем переключении прямой поток снова пойдет по регенератору Р1, а обратный — по регенератору Р2. [c.94] Время между двумя включениями одного и того же регенератора для прохождения прямого потока называют циклом переключения регенераторов, время между переключениями регенераторов — периодом переключения. [c.95] Для переключения потоков в регенераторах на теплом конце предусмотрены клапаны принудительного действия, управляемые с помощью специального механизма, на холодном конце устанавливают клапаны автоматического действия, которые работают под действием перепада давлений между прямым и обратным потоками. [c.95] В следующий отрезок времени (положение III) открывается перепускной клапан 77, выравнивая давления в обоих регенераторах путем перепуска части воздуха из Р1 в Р2. После выравнивания давлений перепускной клапан закрьшается и все клапаны находятся в закрытом положении IV. Затем открываются воздушные клапаны на регенераторе Р2 и азотные на регенераторе Р1 (положение V), т. е. по второму регенератору пойдет воздух, а по первому — азот. [c.96] в течение которого происходят различные этапы переключения регенераторов, схематически представлено на цикловой диаграмме азотных регенераторов (рис. 104). [c.96] Теплообмен в регенераторах протекает в условиях, когда температура прямого и обратного потоков, а также насадки изменяется как по высоте регенератора, так и в течение цикла. Однако при установившемся режиме в каждом сечении регенератора средняя температура прямого (воздуха) и обратного (азота или кислорода) потоков, а также средняя температура насадки с течением времени не меняются. Поэтому теплота, вносимая воздухом в период прохождения его по регенератору (период теплого дутья) и приток теплоты из окружающей среды, полностью передается азоту (кислороду) в период прохождения его гю регенератору (нериод холодного дутья), т. е. [c.96] Характер изменения температур насадки регенератора по его высоте Н для случая, когда через регенератор проходят одинаковые массы прямого и обратного потоков и теплоемкости их равны, показан на рис. 105. Сплошные линии — изменение температур насадки, штриховые — предельные для каждого сечения температуры насадки. Верхняя линия 1 относится к моменту начала холодного дутья (конца теплого дутья), нижняя 2 — к моменту конца холодного дутья (начало теплого дутья). Между ними нанесены линии изменения температуры насадки через каждые 0,4 мин. [c.97] Линии изменения температур насадки на концах регенератора искривлены вследствие того, что начальные температуры азота и воздуха на входе в регенератор остаются неизменными. Разность температур между газом и насадкой на концах регенератора меняется в течение цикла. [c.97] В течение всего цикла на теплом и холодном концах регенератора изменение температуры насадки происходит по замкнутой кривой, называемой температурной петлей (правая часть рис. 106). По мере удаления от концов регенератора температурная петля сужается и, начиная с некоторого сечения, превращается в прямую линию (средняя часть регенератора). [c.98] Соотношение прямого и обратного потоков. При равных давлениях газов прямой поток вносит в регенератор больше водяных наров, чем их может вынести обратный поток, имеющий более низкую температуру. Испарение влаги с насадки возможно, если давление насыщенных наров будет больше давления насыщенных паров влаги в обратном потоке. При увеличении давления прямого потока могут быть созданы условия, при которых обратный ноток, имеющий значительно меньшее давление и массу, в состоянии вынести выделившиеся на насадке водяные пары при более низкой температуре. [c.99] Таким образом, удаление с насадки примесей зависит от отношения давлений и масс прямого и обратного потоков, от разности температур между прямым и обратным потоками. Отношение давлений прямого и обратного потоков в регенераторах р р = 0,62/0,12 = = 5,2 обусловлено технологией процесса ректификации. При таком отношении давлений максимально допустимая разность температур на холодном конце регенератора, при которой обеспечивается их очистка от двуокиси углерода, равна АТтах = 6. .. 8 К. [c.99] Однако теплоемкость прямого потока больше теплоемкости обратного потока, разность температур на холодном конце регенератора между потоками при равенстве масс потоков возрастает до АГтах == 12 к, что не гарантирует удаления двуокиси углерода из регенератора. Следовательно, для обеспечения очистки насадки от двуокиси углерода необходимо уменьшить разность температур на холодном конце регенератора с 12 до 6. .. 8 К. Для этого увеличивают отношение масс обратного потока к прямому. Чем больше это отношение, тем меньше разность температур на холодном конце регенераторов и, следовательно, тем лучше очищается насадка от твердой двуокиси углерода. [c.100] Способы обеспечения незабиваемости регенераторов. Рассмотрим схемы, поясняющие, как организована очистка регенераторов от двуокиси углерода в установках, работающих ио циклу двух давлений и но циклу низкого давления. Дополнительный поток воздуха или продуктов его разделения, служащий для уменьшения разности температур на холодном конце регенераторов, называют несбалансированным потоком, он может быть петлевым. [c.100] Схемы получения несбалансированного потока в установках двух давлений приведены на рис. 107, а, б. В установке с детандером (а) воздух высокого давления, выйдя из компрессора КМ2, разделяется на два потока один Мдет проходит детандер и направляется в нижнюю колонну, второй Мдр охлаждается в теплообменнике АТ и за дросселем ВН1 также направляется в нижнюю колонну. Воздух низкого давления, выйдя из компрессора КМ1 в количестве Мпр, охлаждается и очищается в регенераторах и поступает на разделение. [c.100] Обратный поток Мобр очищает и охлаждает регенераторы. Соотношение Мобр/Мпр = 1,03. .. 1,05 регулируется вентилем ВН2 прикрытие вентиля увеличивает несбалансированный поток М в регенератор, в результате чего разность температур между прямым и обратным потоками на холодном конце регенератора АТ уменьшается до АГд открытие — уменьшает поток М , и АТ увеличивается. [c.100] В установках без детандера (б) часть воздуха высокого давления охлаждается в аммиачном теплообменнике. Несбалансированный поток также регулируется вентилем ВН2. [c.100] Способ обеспечения незабиваемости регенераторов в установках двух давлений называют способом внешнего несбалансированного потока, так как несбалансированный поток образуется из воздуха высокого давления, прошедшего очистку и осушку извне. [c.100] Вернуться к основной статье