ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы РЕКТИФИКАЦИЯ ВОЗДУХА Затрата энергии на разделение воздуха из "получение кислорода Издание 4" Выше были рассмотрены основные холодильные циклы для сжижения воздуха. Однако в установках разделения воздуха холодильные циклы используются для покрытия холодопотерь, возникающих при пуске и работе блока разделения воздуха. В процессе получения газообразных продуктов холодопотери слагаются из потерь холода через изоляцию и от недорекуперации. В установках получения жидкого кислорода, жидкого азота или жидкого воздуха к указанным видам холодопотерь добавляется еще потеря холода с отводимым из установки жидким продуктом. [c.85] Потери от недорекуперации в основном определяются устройством теплообменников и не зависят от величины аппарата. Наоборот, холодопотери через изоляцию определяются поверхностью кожуха аппарата, толщиной слоя изоляции и ее качеством эти потери на каждый килограмм перерабатываемого воздуха тем меньше, чем больше величина аппарата, так как количество перерабатываемого воздуха в аппарате увеличивается пропорционально его объему, т. е. кубу линейных размеров, в то время как поверхность, от которой зависят холодопотери в окружающую среду, возрастает пропорционально квадрату этих размеров. [c.85] Примерно 60% холодопотерь через изоляцию приходится на ректификационные колонны, а 40%—на теплообменные аппараты. [c.85] При получении жидких кислорода или азота дополнительное, количество холода, отводимое из аппарата вместе со сжиженным газом, составляет около 100 ккал (420 кдж) на 1 кг жидкого продукта. Поэтому в установках для получения жидких кислорода и азота применяются более эффективные циклы, обеспечивающие большие количества холода на каждый килограмм перерабатываемого воздуха. [c.85] Все сказанное относится к установившемуся периоду работы. В пусковой же период основной задачей является быстрейшее охлаждение аппарата и накопление в нем необходимого запаса жидкого воздуха и жидких продуктов разделения кислорода или азота. В это время желательно получить максимальное количество холода и приходится работать на наибольшем допустимом давлении. Когда аппарат охлажден и в нем создан запас жидкого воздуха, необходимый для последующего разделения на кислород и азот, рабочее давление воздуха начинают постепенно снижать с тем, чтобы производимый холод покрывал холодопотери. Установление теплового равновесия в охлажденном аппарате наблюдают по уровням жидкого воздуха и жидкого кислорода уровни в этом случае должны оставаться постоянными. [c.86] В установках с использованием цикла одного низкого давления, получающих газообразные продукты разделения, увеличение количества холода в пусковой период обеспечивается включением второго (пускового) турбодетандера. [c.86] В установках для получения жидкого кислорода, где потери холода с жидким продуктом в 30 раз превышают прочие холодопотери, работают при установившемся процессе и при запуске на одном и том же максимальном давлении, обеспечивающем получение наибольшего количества холода. В этих установках быстрое охлаждение аппарата при запуске достигается за счет большей холодопроизводительности цикла. [c.86] Соотношение между холодопроизводительностью цикла и хо-лодопотерями определяется тепловым балансом установки. Тепловой баланс составляется на основе материального баланса и располагаемой холодопроизводительности используемого цикла. Подробнее этот вопрос разобран в следующей главе. Здесь же приведем несколько простейших примеров использования основных уравнений холодильных циклов для определения некоторых величин режима работы установки. [c.86] Пример 1. Определить максимальное абсолютное давление воздуха при установившемся процессе в агрегате, работающем по циклу с простым дросселированием. Холодопотери через изоляцию 7и=2 ккал кг. Температура поступающего воздуха 30 С температура отходящих продуктов разделения (кислорода и азота) 22 °С. [c.86] По диаграмме 5—Т находим, что при Т1=303 °К величине к соответствуег искомое наименьшее абсолютное давление сжатия рг=80 кгс/см . [c.87] Во время же пуска для ускорения охлаждения аппарата установка работает обычно при давлении 180—200 кгс/см . [c.87] Пример 2. Определить продолжительность пуска установки предыдущего примера при следующих условиях а) работа компрессора при конечном абсолютном давлении 200 кгс см б) количество перерабатываемого воздуха 0= 780 кг/ч в) суммарные холодопотери на охлаждение металлических частей аппарата, изоляции, накопление жидкости в конденсаторе, испарителе и ректификационных колоннах, а также через изоляцию и на недорекуперацию, на весь период пуска аппарата С =70 ООО ккал (293 100 кдж). [c.87] Пример 3. Подсчитать конечное абсолютное давление сжатия воздуха высокого давления при установившемся процессе цикла с двумя давлениями воздуха и аммиачным охлаждением. [c.87] Дано а) общие холодопотери 9и+17нед.=3 ккал/кг (12,5 кдж/кг) б) температура воздуха после аммиачной установки —40 °С в) абсолютное давление воздуха низкого давления рг=6 кгс/см г) количество воздуха высокого давления М=20%. [c.87] По диаграмме 5—Т находим, что эту энтальпию при температуре Г= = 233°К имеет воздух, сжатый до искомого абсолютного давления р = = 140 кгс/см . [c.87] Выше были рассмотрены только основные и наиболее простые холодильные циклы. В установках разделения воздуха, в зависимости от назначения и производительности, применяются н многие другие более сложные холодильные циклы используется воздух двух давлений (низкого и высокого), применяется циркуляция потоков воздуха и азота, производится предварительное охлаждение воздуха до различных температур при помощи аммиака и фреона, ступенчатое (каскадное) охлаждение воздуха и др. Такие циклы дают возможность снизить удельный расход энергии в воздухоразделительных установках и в большинстве случаев являются той или иной комбинацией или видоизменением основных циклов, разобранных выше. [c.88] Поскольку получение холода связано с затратой энергии, всякое снижение холодопотерь в воздухоразделительном аппарате приводит к экономии энергии. Следовательно, персонал, обслуживающий воздухоразделительную установку, должен всегда стремиться к максимальному снижению холодопотерь. Для этого необходимо поддерживать наименьшую разность температур между прямым и обратным потоками газов на теплых концах теплообменников исключить потери холодных паров и жидкости через неплотности в соединениях не допускать образования на кожухе снеговых пятен, свидетельствующих о промерзании изоляции следить за тем, чтобы изоляция аппарата была сухой, хорошо уплотненной и не имела пустот и т. д. [c.88] Воздух представляет собой простую смесь азота, кислорода и аргона. Поместив эти газы в чистом виде в количествах, соответствующих содержанию их в воздухе, в общий сосуд, получим смесь, аналогичную по составу атмосферному воздуху, причем смешение газов произойдет само собой, без затраты внешней энергии. Наоборот, последующее разделение смеси на составные газы уже не может протекать самопроизвольно, а требует расхода энергии. Следовательно, процесс смешения газов является необратимы м—о н может протекать самопроизвольно только в одном направлении. [c.89] Абсолютное давление каждого газа, входящего в состав смеси, пропорционально содержанию его в смеси. Если, например, принять, что воздух состоит только из азота и кислорода (аргон относим к азоту), то объемный его состав будет азота 79,1%, кислорода 20,9%. Тогда абсолютное давление азота и кислорода в воздухе (их парциальные давления) соответственно равны азота 0,791 кгс/ см и кислорода 0,209 кгс/см . Для разделения воздуха на кислород и азот нужно каждый из этих газзв. сжать от его парциального давления до общего давления смеси. Сумма работ на изотермическое сжатие каждого из входящих в смесь газов от его парциального давления до общего давления смеси и является той наименьшей теоретической работой, которая необходима для разделения газовой смеси на ее составные части. Для воздуха при начальной температуре 20 С (293 Ж) эта наименьшая работа составляет 0,014 квт-ч1м (40,4 кдж1м ) воздуха, или 0,067 квт-ч (241,2 кдж м ) кислорода, при полном, извлечении кислорода из воздуха. [c.89] Действительный расход энергии в воздухоразделительных установках намного больше теоретического, так как для предварительного сжижения воздуха перед его разделением на составные части и возмещения потерь холода в этих условиях приходится сжимать воздух в компрессоре до значительно более высоких давлений. [c.89] Вернуться к основной статье