Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха — Энергетическое обеспечение производства

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства Кислород

Разделение воздуха методом низкотемпературной ректификации

Процесс ректификации воздуха основан на явлении коденсации кислорода в азотно-кислородной жидкости с одновременным испарением из нее азота.

Сущность процесса состоит в том, что образующуюся при испарении жидкого воздуха парообразную смесь азота и кислорода пропускают через жидкость с меньшим содержанием кислорода (и большим азота).

Такая жидкость имеет более низкую температуру, чем проходящий через нее пара. Это вызывает конденсацию кислорода из пара и обогащение им жидкости и одновременно испарение из жидкости азота, т.е. обогащение им паров над жидкость..

Процесс происходит при непосредственном соприкосновении пара с жидкостью и повторяется многократно, пока не получится пар, состоящий почти из одного азота, и жидкость, представляющая собой почти чистый кислород. Процесс осуществляется в специальных аппаратах – ректификационных колоннах.

Аппарат представляет собой вертикальную цилиндрическую колонну с расположенными внутри горизонтальными перегородками (тарелками). В небольших колоннах (ф£250 мм) иногда вместо тарелок применяется насыпная насадка.

Жидкая смесь азота и кислорода стекает вниз по тарелкам или насадке, а навстречу поднимается смесь паров азота и кислорода. Соприкасаясь на тарелках или насадке с жидкостью, пары отдают кислород, а сами обогащаются азотом, испаряемым из жидкости конденсирующимся в ней кислородом.

В результате, наверху колонны получают почти чистый газообразный азот, а внизу – жидкость, состоящую почти из чистого кислорода.

Рассмотрим конструкцию и схему работы двух наиболее распространенных типов ректификационных тарелок.

Ситчатая тарелка (рис.29, а)представляет собой тонкую пластинку из латуни, алюминия или нержавеющей стали d=0,8-1,0 мм с отверстиями ф=0,9-1,2 мм (100 тыс.шт. на 1 м2). Уровень жидкости определяется сливной перегородкой.

Пар проходит через отверстия в тарелке снизу вверх, барботируя через жидкость. Тарелки устанавливают одну над другой, переливание жидкости с одной тарелки на другую происходит через сливные стаканы 2.

Колпачковые тарелки (рис.29, б)снабжены штуцерами с колпачками. Пар через штуцеры поступает под колпачки, выходит через прорези в нижней их части и барботирует через жидкость.

Однократная ректификация

Наиболее простое устройство для разделения воздуха – колонна однократной ректификации.

На схеме показан процесс ожижения Линде, но точно так же может быть использован и любой другой из известных процессов ожижения.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства Сжатый воздух после теплообменника (точка 3) подают на дросселирование через змеевик (З), расположенный в испарителе (И) ректификационной колонны. В змеевике сжатый воздух ожижается, при этом испаряется жидкость испарителя, т.к. температура кипения воздуха выше температуры в кубе колонны, где жидкость находится под давлением, равным 1 кгс/см2.

Полученный жидкий воздух (точка 4) дросселируют до 1 кгс/см2 и (точка 5) подают на верхнюю тарелку ректификационной колонны.

Таким образом, змеевик является как бы продолжением теплообменника, и необходимое тепло передается жидкости испарителя от сжатого воздуха, который в результате ожижается. Следовательно, испаритель одновременно играет и роль конденсатора для флегмы.

Из колонны в точке 6 отводится не чистый азот, а пар, равновесный жидкому воздуху в точке 5. Так как полного равновесия не достигается, практически газ, отходящий из колонны, содержит около 10-12% О2.

Пары загрязненного азота отводят через теплообменник противотоком по отношению к поступающему воздуху, аналогично тому, как отводят пары из отделителя жидкости при ожижении воздуха.

В испарителе колонны собирается кислород, который может быть отведен либо в жидком (точка 7`), либо в газообразном виде (точка 7).

В колонне однократной ректификации можно получить до 2/3 кислорода от количества, содержащегося в воздухе, так как около 1/3 его теряется с азотом.

Если кислород отводят в газообразном виде, пропуская его так же, как и азот, через теплообменник, то жидкость из системы не выводится, и, следовательно, в колонну необходимо подавать только такое ее количество, которое компенсирует потери от испарения в результате теплопритока из окружающей среды через изоляцию и от разности температур между точками 2, 9 и 8. Поэтому при получении газообразного кислорода не требуется такой затраты энергии, как при получении жидкости, что позволяет снизить рабочее давление сжатого воздуха.

Энергетический баланс процесса разделения воздуха на газообразный кислород и азот аналогичен балансу процесса ожижения воздуха. В процессе с детандером при получении жидкого кислорода

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства ,

где

Diож – разность энтальпий между входящим воздухом и отводимым жидким кислородом;

Diн — коэффициент недорекуперации, относится к отходящему из теплообменника азоту.

При получении газообразных О2 и N2 жидкость из аппарата не выводится, т.е. y=0. Следовательно, с учетом потерь от притока теплоты через изоляцию

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Изотермический дроссель-эффект DiТ при разделении несколько меняется, т.к. из теплообменника выходит не воздух в смеси кислорода и азота, а кислород и азот отдельно. Однако эта разница настолько невелика, что ею пренебрегают.

Величина потери от недорекуперации Diн при разделении воздуха на газообразные О2 и N2 складывается из двух величин Diн для азота и для кислорода.

Для кислорода (1 кг):

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Для азота (1 кг):

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

где Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства и Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства — соответственно теплоемкости кислорода и азота.

Окончательно уравнение энергетического баланса воздухоразделитель-ного аппарата имеет вид:

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства ,

где В кг/ч – количество разделяемого воздуха

Для установок без детандера М=1 второй член левой части обращается в нуль.

Если известны величины потерь от недорекуперации и через изоляцию, то используя уравнение энергетического баланса, можно по расчетным и опытным данным определить необходимое рабочее давление и количество воздуха (1-М).

Двукратная ректификация

Аппарат двукратной ректификации состоит из двух ректификационных колонн. В нижней колонне происходит предварительное разделение воздуха на жидкий азот и обогащенную кислородом азото-кислородную смесь. Эти жидкости в дальнейшем используются для орошения верхней колонны, в которой воздух окончательно разделяется на кислород и азот.

Сжатый воздух после теплообменника Т поступает в змеевик 1 испарителя И, расположенный в жидкой смеси, состоящей из 45% О2 и 55% N2. В змеевике воздух конденсируется и через дроссельный вентиль 2 подается в середину нижней колонны, где происходит предварительная ректификация воздуха.

Между верхней и нижней колоннами расположен конденсатор-испаритель 4, состоящий из большого числа вертикально расположенных трубок, концы которых впаяны в горизонтальные трубные решетки. Внутреннее пространство трубок сообщается с нижней колонной. В межтрубном пространстве кипит жидкий кислород.

Для того, чтобы испаритель 4 служил конденсатором для нижней колонны, температура конденсации поднимающегося из нижней колонны пара должна быть на 2-40С выше температуры кипящего кислорода. Только в этом случае пар будет конденсироваться.

Давление в верхней колонне с учетом необходимости преодоления гидравлических сопротивлений трубопроводов и арматуры, несколько более атмосферного – 1,3 кгс/см2. Температура кипения кислорода для этих условий составляет 93-94 К (-180-1810С). Такая температура конденсации азота соответствует давлению в нижней колонне 5-6 кгс/см2.

Сконденсировавшийся в трубке конденсатора-испарителя азот стекает на тарелки нижней колонны. Пары, поднимаясь навстречу стекающей из конденсатора более холодной жидкости, обогащаются азотом. Часть жидкого азота (94-97% N2) собирается в карманах конденсатора и через азотный дроссельный вентиль 5 подается на орошение верхней колонны. В эту же колонну, примерно на уровне 2/3 ее высоты, через дроссельный вентиль 3 подается жидкая азотно-кислородная смесь.

В результате ректификации в верхней колонне, в межтрубном пространстве конденсатора собирается жидкий кислород с концентрацией 99,5-99,8%. Использование азотной флегмы для орошения верхней колонны позволяет получить технически чистый азот концентрации 97-98%. Следовательно, в аппаратах двукратной ректификации потери кислорода с азотом значительно меньше, чем в аппаратах однократной ректификации, и процесс разделения воздуха в них более экономичен.

Змеевики в кубе колонны устанавливаются только в воздухоразделитель-ных аппаратах небольшой производительности, работающих с использованием воздуха высокого давления. Змеевика в кубе колонны может и не быть. В этом случае воздух частично сжижается в дроссельном вентиле 6 и подается в куб нижней колонны. Часть воздуха из куба поднимается в виде пара и подвергается ректификации

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

на тарелках нижней колонны при соприкосновении со стекающей жидкостью.

Жидкая смесь О2 и N2 из куба подается на дальнейшую ректификацию в верхнюю колонну.

Змеевики не ставят в крупных аппаратах с циклами низкого давления. Воздух в этом случае сжимается до давления в нижней колонне и вводится в нее над поверхностью жидкости в кубе в состоянии сухого насыщенного пара. Так же вводят воздух в установках высокого и среднего давления, работающих с использованием детандера.

Ректификационные колонны двукратной ректификации используют в установках производительностью до 35000 м3/ч и более газообразного кислорода.

Чем больше производительность установки, тем меньше потери, приходящиеся на 1 м3 перерабатываемого воздуха.

По мере увеличения размеров установок и улучшения качества изоляции и теплообменной аппаратуры можно совершенно отказаться от воздуха высокого давления, используя процесс Капицы, для которого применяют воздух того же давления, что и для ректификации.

В установках для получения жидкого кислорода малой и средней производительности чаще всего применяют процесс ожижения по Гейландту, в котором используется весь воздух, подаваемый на разделение. В больших установках используют цикл низкого и среднего давления.

Читайте также:

§

Кислородные установки различают по производительности, типу холодильного процесса и составу получаемых продуктов.

По производительности имеются три группы установок:

1. Малой производительности (30-250 м3/ч О2).

Применяют холодильный процесс высокого давления и среднего давления с поршневым детандером. Служат для получения О2 высокой концентрации (99,2-99,5% О2).

2. Средней производительности (250-3600 м3/ч О2).

Применяют цикл с двумя давлениями воздуха, иногда – только с низким давлением. Используют как для получения О2 высокой концентрации, так и содержащего 95-98% О2, применяемого для интенсификации технологических процессов.

3. Большой производительности (от 3600 м3/ч О2).

Применяют цикл с низким давлением. Вырабатывают как кислород высокой концентрации, так и 95-98% О2 для технологического использования.

Для случаев, когда требуется просто обогащенный кислородом воздух, его получают смешением воздуха с О2, имеющим концентрацию не менее 90% — это экономически целесообразно.

Условные обозначения, используемые для индексации установок:

К – кислород технический газообразный;

КТ – кислород технологический газообразный;

Ар – аргон газообразный;

А – азот газообразный;

Кж и Аж – кислород и азот жидкие.

Основной продукт, получаемый на установке, ставится в индексе на первое место.

Цифры показывают округленное количество основного продукта в тыс. м3/ч для газообразного и в тыс.кг/ч для жидкого продукта.

Для установок на основе базовых моделей КТ-5, КТ-12 и КТ-35 в числовом индексе указывается суммарное количество технического и технологического кислорода.

Установки высокого давления

В таких установках используют циклы Линде и Клода. Основное требование – простота схемы и обслуживания. Энергетические показатели имеют второстепенное значение.

К группе малых установок относятся выпускаемые в настоящее время К-0,04, а также снятые с производства, но эксплуатируемые на заводах С-30, КГ-30, КГН-30, КГ-130, УКГС-100, УКГС-780.

В старых индексах цифры в конце обозначения указывают количество выпускаемого кислорода или азота в м3, АГ – газообразный, Н — насос, С – среднее давление.

В тех случаях, когда одновременно с кислородом требуется азот с содержанием 99,9-99,95% N2, используемый в качестве нейтрального газа, применяют установку, работающую по циклу высокого давления с дросселированием КГ-30 (АКГ 115/18). Расход энергии 0,4-0,5 кВт×ч/м3 (N2 О2). Схема такой установки соответствует схеме двукратной ректификации (см. рис.29.3.).

Для получения на выходе из установки сухого сжатого кислорода применяют установку с дросселированием и насосом для жидкого кислорода (рис.30.1.).

Кислород отбирают из кармана 8, расположенного под нижней тарелкой верхней колонны. Перед поступлением в насос кислород переохлаждают отходящим азотом в переохладителе 6, что исключает возможность вскипания жидкого кислорода при всасывании в цилиндр насоса 7.

Испарение жидкого кислорода происходит в теплообменнике 1 за счет теплоты поступающего сжатого воздуха.

В этом случае отпадает необходимость в газгольдере, кислородном компрессоре и осушке кислорода. Кроме того, применение насоса исключает загрязнение кислорода, происходящее в кислородном компрессоре вследствие подсосов воздуха.

По такому принципу работают установки К-0,04 (КГН-30) и К-0,04 (КГН-30Т) – 35 м3/ч О2. Расход энергии 1,8-2,5 кВт×ч/м3 О2.

Установки среднего давления

Принципиальная схема такой установки представлена на рис.30.2.

Удельный расход энергии в установках среднего давления ниже, чем в установках высокого давления, т.к. в них используется более экономичный холодильный цикл с расширением воздуха в поршневом детандере.

С увеличением производительности кислородных установок потери холода через изоляцию на 1 м3 перерабатываемого воздуха уменьшаются, т.к. поверхность кожуха блока разделения растет в меньшей степени, чем количество перерабатываемого воздуха.

Для получения сжатого кислорода применяется кислородный насос.

Примеры установок: КГСН-150 (150 м3/ч О2; 1,4 кВт×ч/м3 О2) К-0,15 (165 м3/ч О2; К-0,4 (230 кг/ч О2; 1 кВт×ч/м3 О2); А-0,6; АК-0,6.

В установках средней производительности для покрытия потерь нет необходимости сжимать воздух до высокого давления. Использовать это обстоятельство можно двояко: либо применять процесс среднего давления с детандером, уменьшая давление по мере увеличения масштабов установки, либо применять два разных давления (рис.30.3.).

В последнем случае перерабатываемый воздух разделяют на две части: воздух холодильного процесса сжимают до более высокого давления для покрытия холодопотерь, а воздух низкого давления, называемый технологическим, сжимают только до давления, необходимого для процесса ректификации.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

По схеме двух давлений воздуха изготавливали установки трех модификаций:

КГ-300-М производительностью 1600 м3/ч воздуха;

КТ-1000 производительностью 6000 м3/ч воздуха;

КТ-3600 производительностью 20000 м3/ч воздуха.

Эти установки сняты с производства. Их заменили агрегатами, работающими на одном среднем (К-0,4) или низком (К-1,4) давлении. Однако на ряде станций они еще продолжают работать.

Потери в этих установках компенсируются в основном холодильным процессом воздуха высокого давления, т.к. DiТ воздуха низкого давления очень мал. Количество воздуха высокого давления по мере роста производительности установок уменьшается примерно от 20% (КГ-300-М) до 4-5% (КТ-3600).

Расход энергии на 1 м3 О2:

КГ-300-М — 1,2 кВт×ч/м3;

КТ-3600 — 1,0 кВт×ч/м3

В установке КГ-300-М, предназначенной для производства 300 м3/ч О2 99,2-99,5% О2, в блок разделения поступает 1600 м3/ч воздуха. Уровни давлений – 0,6 МПа и 9,0 МПа (в период пуска 20,0 МПа).

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства
Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

После охлаждения в регенераторах воздух поступает в куб нижней ректификационной колонны блока разделения воздуха. Регенераторы представляют собой цилиндрические теплообменные аппараты, заполненные насадкой в виде дисков, навитых из тонкой алюминиевой ленты. Два азотных регенератора работают попеременно с циклом 3 мин. Вначале азот из воздухоразделительного аппарата охлаждает насадку, затем азот переключается на вторую насадку, а через первую проходит воздух низкого давления. В регенераторах воздух очищается также от влаги и двуокиси углерода.

Воздух высокого давления разделяется на 2 потока. 2/3 охлаждается в теплообменнике отходящим азотом, дросселируется в вентиле до 0,5 МПа и подается в нижнюю колонну ректификационной колонны. Остальная часть воздуха высокого давления вводится в детандер, где расширяется и охлаждается, затем вводится в основной поток воздуха низкого давления, который направляется в куб нижней колонны.

Обогащенный кислородом воздух через азотный переохладитель подается из куба на середину верхней колонны через дроссельный вентиль, в котором избыточное давление воздуха снижается до 0,04 МПа.

Жидкий азот из карманов конденсатора через переохладитель и азотный дроссельный вентиль подается для орошения верхней колонны, что улучшает процесс ректификации.

Все аппараты, работающие при низкой температуре, заключены в теплоизолирующий кожух и образуют блок разделения.

Установки низкого давления

Установки низкого давления для получения газообразного технологического кислорода обычно имеют производительность 1300-1400; 3500-6000; 7000-15000 и 25000-35000 м3/час кислорода.

В установках высокой производительности удельные холодопотери снижаются до 4-6 кДж на 1 кг воздуха. В этом случае становится возможным отказаться от воздуха высокого давления и для покрытия потерь холода использовать только воздух низкого давления Ризб=0,5-0,6 МПа. Холод в крупных установках низкого давления получается путем расширения части воздуха низкого давления в турбодетандере, обладающем высоким к.п.д. (75-80%).

В установках низкого давления весь воздух, подаваемый турбокомпрессором, пройдя холодильник поступает под давлением в кислородные 1 и азотные 2 регенераторы блока разделения. 80% воздуха затем поступает в нижнюю колонну, а 20% отводится в турбодетандер 4 для получения холода. В турбодетандере воздух расширяется с 0,5-0,6 МПа до избыточного 0,05 МПа с производством внешней работы. При этом он охлаждается и подается в верхнюю колонну 5. Газообразный кислород из конденсатора и газообразный азот из колонны 5 отводятся в регенераторы. Затем кислород поступает в газгольдер, а азот выбрасывается в атмосферу.

Для предотвращения забивки насадок регенераторов твердой двуокисью углерода применяют различные способы. В основе лежит следующее требование: для того, чтобы осевшая на насадке твердая СО2 могла сублимироваться и полностью удаляться обратными потоками продуктов разделения, необходимо на холодном конце регенераторов обеспечить минимальную разность температур прямого и обратного потоков газа.

Теоретически наименьшая разность температур между прямым и обратным потоками газов на холодном конце регенератора должна быть 4-50С.

Наиболее часто применяют следующие способы предотвращения забивки регенераторов:

1. Отвод части воздуха из регенератора при 140-180 К (при этом в нем остается только СО2) с последующим удалением из него СО2 поглощением силикагелем в адсорберах (схема на нашем рисунке). Это установки АКТ-16-2, КТА-33, КАр-30.

2. Увеличение количества газов обратного потока в сравнении с количеством газов прямого потока в регенераторе (например, установка БР-1).

3. Применение воздушной или азотной тепловой петли (несбалансированного потока). Например, воздушная тепловая петля по методу «тройного» дутья, когда имеется 3-й регенератор, куда отводится часть воздуха, использована в установках Кт-12-2, КтА-12-2, К-11-1, БР-5 и Кт-5-1.

Тепловую петлю осуществляют, отводя часть потока азота или воздуха в другой регенератор, а затем возвращая в общий поток.Расход энергии в установках низкого давления 0,4-0,6 кВт×ч/м3 О2.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Читайте также:

§

В настоящее время в качестве интенсификаторов технологических процессов широко применяется кислород. При этом уменьшается удельный расход топлива, повышается качество выпускаемой продукции и степень полезного использов ания теплоты, исключаются потери ряда ценных химических элементов.

Расход кислорода в современном доменном цехе достигает 150 тыс. м3/ч, при удельном расходе 110…150 м3 на 1т. металла. Обычно для обогащения дутья кислород до 30% добавляется в воздух под давлением 5кПа. Применение кислорода при конверторном способе выплавки стали (факел проникает в расплавленный металл) увеличивает скорость выплавки стали, позволяет перерабатывать чугун с большим содержанием S и Р, уменьшается себестоимость выплавки стали, уменьшает капитальные затраты. Концентрация кислорода при этом 99,5%.

В мартене кислород используется для обогащения воздуха, поступающего для горения топлива, при этом удельный расход кислорода 10…15м3/т (при подаче в ванну) или 35м3/т (при подаче в факел). Давление кислорода при этом составляет 1,5…3,5Мпа.

В электросталеплавильном производстве использование кислорода позволяет интенсифицировать процесс плавки и получить сталь с пониженным содержанием углерода. Удельный расход кислорода при этом составляет 20м3/т при Р=1,5Мпа. Большое применение кислород получил в медицине, целлюлозно-бумажной и др. видах промышленности.

Азот – для получения химических удобрений, ацетилена, метанола, служит основным сырьем для получения аммиака. Азот применяется для азотирования поверхности стальных изделий для придания ей высокой твердости, повышения сопротивления к истиранию и усталости.

Снабжение кислородом потребителей может осуществляться двумя путями: от небольших кислородных установок на предприятиях, либо от крупных кислородных заводов, обслуживающих ряд предприятий.

Производство продуктов разделения воздуха на специализированных заводах (кислородных станциях) осуществляется с помощью современного оборудования большой мощности. Оборудование кислородного завода (кислородной станции) может располагаться как в помещении, так и на открытых площадках. В помещении располагаются, как правило, турбодетандеры, фильтры, скрубберы, насосы, влагоотделители, холодильники, испарители жидкого кислорода, лаборатории, помещения КИП, пульты управления. Блоки разделения воздуха, включающие ректификационную колонну, могут монтироваться как в помещении, так и вне его. При наружном размещении блоков разделения воздуха уменьшается объем здания на 60…70%, сокращаются затраты на строительные работы, сроки строительства и монтажа оборудования, уменьшается расход теплоты на отопление и вентиляцию. Недостатком наружного расположения блоков разделения воздуха является увеличение расхода металла на сооружение защитного кожуха.

Расчет себестоимости получения кислорода.

Себестоимость получения кислорода грн/м3

S=S1 S2 S3 S4 S5

S1 – энергетические затраты;

S2 – амортизационные отчисления;

S3 – зарплата обслуживающего персонала;

S4 – цеховые затраты;

S5 – общезаводские затраты.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

D1, D2, D3 – удельные стоимости (тарифы) электрической энергии грн/кВт ч, пара грн/т и воды грн/т;

N – расход эл. энергии за рассчитываемый интервал времени кВт/ч;

Gn – расход пара за рассчитываемый период, т;

GB – расход воды С, т;

V – количество полученного кислорода за рассчитываемый период, м3.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

H1 – норма амортизации зданий и сооружений, %/год;

H2 – норма амортизации оборудования, %/год;

K1 — кап. затраты на сооружение зданий;

K2 – кап. затраты на оборудование, с учетом стоимости монтажа, грн.

S3=3/V – фонд зарплаты (с начислениями) за рассчитываемый период.

S4=3Ц/V – затраты цеховые, определяются суммой зарплаты обслуживающего персонала (с начислениями), затрат на текущий ремонт оборудования и зданий, затрат на мероприятия по охране труда, грн.

S5 – принимаются в размере 10% суммы всех прочих затрат.

При сравнении себестоимости получения кислорода на различных объектах необходимо учитывать соответствие удельных стоимостей энергии, воды, пара, а также параметров кислорода на выходе из установки (завода). При различной конечной концентрации кислорода величину S1 необходимо умножить на коэффициент перерасчета.

В зависимости от расхода кислорода потребители разделяются на:

мелкие (до 30 м3/ч);

средние (30-150 м3/ч);

крупные (>150 м3/ч).

На мелких и средних потребителей приходится 20-25% О2, на крупных-75-80% О2. Мелкие и средние предприятия применяют технический кислород, в основном, для резки и сварки металлов; крупные – технический и технологический кислород и азот для процессов основного производства.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Мелких и средних потребителей снабжают районные кислородные заводы; изредка они имеют собственные кислородно-азотные установки; некоторым доставляется кислород в жидком виде, а затем газифицируется.

Для обеспечения крупных потребителей создается кислородный цех, кислородная станция с мощными воздухоразделительными установками.

При расходе до 150 м3/ч и расстоянии до 50 км баллоны перевозятся автомашинами, если расстояние больше – транспортировка баллонов по железной дороге.

Если расход кислорода более 400 м3/ч, подачу выгодно осуществлять по трубопроводу на расстояния 50-100 км, если больше – целесообразно строить установки разделения воздуха на месте потребления кислорода и азота.

В крупном цехе разделения воздуха обычно имеются следующие отделения;

1.машинное – с воздушными и кислородными компрессорами;

2.аппаратное – с воздухоразделительными аппаратами и детандерами;

3.аммиачное – с аммиачно-холодильными установками;

4.щелочное – с установками для очистки воздуха от СО2;

5.газгольдерное или отдельный газгольдер;

6.насосное – с градирней или бассейном для охлаждения оборотной воды, 7.подаваемой в холодильники компрессоров;

8.наполнительное – с устройствами для наполнения баллонов кислородом;

9.склады для баллонов и их ремонта;

10.реципиентное;

11.очистки редких газов.

Читайте также:

§

Осуществляется в фильтрах. При расходах воздуха до 2000м3/ч очистка в фильтрах, где кассета из колец Рашига, смоченных в масле. Скорость воздуха, отнесенная к свободному сечению фильтра 0,3…0,5м/с. При работе фильтров вне помещений следует применять масло низкотемпературное (трансформаторное). При расходах воздуха более 2000м3 могут быть параллельно установлены несколько фильтров. Критерий оценки качества работы фильтра – его сопротивление. При достижении предельного сопротивления 0,3…0,4кПа кольца Рашига промываются керосином с последующей сушкой и смазкой свежим маслом. В последнее время для очистки воздуха применяются сухие фильтры с пористыми насадками и электрические фильтры.

Для осушки существует два способа: адсорбционную осушку и осушку вымораживанием. При кислородном производстве в качестве адсорбентов – селикогель, активный глинозем (Al2O3 H2O=92%, остальное SiO2, Na2O, FeO) , активная часть алюминия или цеолиты (алюмосиликаты Ca и Na). Адсорбционный узел осушки: фильтр-влагопоглотитель (для улавливания капельной влаги после компрессирования воздуха), адсорбер, фильтр для очистки пыли и системы регенерации адсорбента нагретым до 280С азотом (адсорбент – активный глинозем). Окончание регенерации определяется по температуре на выходе из узла сушки. Для нагрева азота используют электропривод.

Осушка вымораживанием – воздух после компрессора проходит через два теплообменника рекуперативного типа. В первом теплообменнике-ожижителе воздух охлаждается до 5С, при этом удаляется остальная часть выделенного пара, а во второй охлаждается до –40С – вымораживатель. Влага, выделяющаяся в теплообменниках, отводится с помощью влагоохладителя. Для непрерывной работы требуется третий теплообменник (вымораживатель), который во время работы второго освобождается от усвоенной влаги. Для этого теплообменник обогревается и влагу от таяния льда удаляют с помощью продувки. Все три теплообменника монтируются в одном блоке. Для охлаждения воздуха используют продукты разделения воздуха, поступающего из колонны.

При работе воздухонагревателя, содержащаяся в воздухе двуокись углерода около 0,03% образующихся при низких температурах может переходить в твердое состояние, минуя жидкое, мешает нормальной работе оборудования.

Химический способ поглощение СО2 водным раствором едкого натра NaOH. На поглощение 1кг СО2 расходуется 1,82 кг NaOH . Аппараты для очистки работают под избыточным давлением 1,8Мпа и включается между ступенями сжатия компрессора (вертикальный декарбонизаторы – скрубберы, работа которых сводится к пропусканию воздуха через насадки из колец Рашига, смачиваемую циркулирующим раствором щелочи).

Недостаток очистки – громоздкость оборудования, сложность эксплуатации, дорогой NaOH. Адсорбционный — более дешевый. Адсорбент – селикогель или активированный уголь. При работе воздух осушается и охлаждается до температуры менее –135С.

Регенерация адсорбентов осуществляется продуктами разделения воздуха при температуре 20С. Для охлаждения воздуха и нагревания продуктов разделения воздух используются трубчатые теплообменники, которые должны надежно работать в условиях большой разницы давлений и температур. Материал для изготовления таких аппаратов – медь, алюминий, латунь.

Машины для промышленного разделения воздуха – компрессоры, детандеры, насосы сжиженных газов, специальные компрессоры. Воздушные компрессоры служат для компрессирования воздуха. При необходимости получения высокого давления воздуха (16…20Мпа) применяется схема многоступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением воздуха перед подачей его в каждую последующую ступень компрессора.

Детандеры предназначены для охлаждения воздуха за счет его адиабатного расширения с получением внешней работы. Подразделяются на поршневые (на установках небольшой производительности среднего и высокого давления) и турбодетандеры (в установках большой производительности и невысокого начального давления).

Насосы в кислородном производстве применяются для забора жидкого кислорода из ректификационных колонн и подачи его в теплообменник для перекачивания кислорода из одной колонны в другую. В теплообменнике используется холод жидкого кислорода и осуществляется превращение его в газообразную фракцию высокого давления. Насосы для перекачивания жидкостей из одной колонны в другую работают по центробежному принципу, для них характерны высокая производительность и малый напор. Насосы жидкого кислорода (насосы-газификаторы и др.) имеют высокое давление нагнетания (до 20Мпа) и малую производительность (до 0,15м3/ч); тип насосов – плунжерный.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

При перекачивании жидкостей из ректификационной колонны, где жидкость находится при температуре кипения, необходимо осуществлять ее предварительное охлаждение с помощью газообразного азота, отбираемого из ректификационной колонны. Низкая температура перекачиваемой жидкости обуславливает необходимость создания хорошей теплоизоляции, что достигается путем пропускания газообразного азота через охлаждающую рубашку цилиндра. В насосах не должны применятся смазочные материалы, присутствовать трущиеся поверхности на органической основе, что может привести к загоранию или взрыву. С целью уплотнения плунжера применяются графитовые сальники и ли лабиринтные уплотнения.

Для наполнения баллонов сжатым кислородом, для транспортировки газообразного кислорода по трубопроводам и подачи газообразного кислорода в реципиенты (емкости для покрытия пиковых нагрузок) применяются кислородные компрессоры. Подразделяются они на поршневые (применяют для наполнения транспортных баллонов, т.к. давление в последних достигает 5…17МПа) и турбокомпрессоры (для остальных перечисленных случаев). При конечном давлении до 2Мпа могут применяться как поршневые, так и турбокомпрессоры (повышается прочность, проще по конструкции и более надежны в эксплуатации).

Для смазки поршневых компрессоров в газообразный кислород на всасе подают воду или специальную эмульсию, либо применяют поршневые кольца из антифрикционных материалов. При подаче воды в качестве смазки снижается число ступеней сжатия, а температура кислорода в конце сжатия достигает 130С. Давление во всасывающем патрубке компрессора должно быть больше атмосферного, чтобы предотвратить подсос воздуха из окружающей среды. Недостатком поршневых компрессоров с применением воды или эмульсии в качестве смазочного материала является загрязнение кислорода, что исключается при применении турбокомпрессоров. В турбокомпрессорах подшипники вала смазываются маслом, а корпус компрессора охлаждается водой.

По производительности установки для получения газообразного кислорода делятся на три группы:

· малой производительности до 250м3

· средней производительности 250…3600м3

· высокой производительности более 3600м3/ч.

По составу получаемого продукта различают кислородные установки, в которых получают кислород концентрации 99,2…99,5% и концентрации 95…98%. В некоторых установках одновременно с кислородом или воздухом, получают азот высокой концентрации.

Общий принцип работы

Основной элемент схем промышленного разделения воздуха – разделительная (ректификационная) колонна однократной или двукратной ректификации.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства Рисунок 12.1 — Принципиальная схема ректификационной колонны непрерывного действия.

Рисунок 12.2 — Принципиальная схема ректификационной колонны непрерывного действия.

Разделяемая смесь в виде жидкости, пара или смеси поступает в среднюю часть колонны. В нижней части колонны, где перед началом работы разделяемая смесь находится в виде жидкости, находится трубчатый испаритель 4.

За счет подвода теплоты в испаритель 4, стекающая сверху по тарелкам жидкость Ж испаряется. Пары жидкости П поднимаются вверх по колонне и попадают в конденсатор КР, в котором осуществляется отвод теплоты. Образующаяся при конденсации жидкость стекает по тарелкам вниз, контактируя при этом с восходящим потоком паров. Таким образом, в колонне осуществляется непрерывное противоточное движение паров и жидкости.

В испаритель в начале работы в первую очередь испаряется более легкокипящая жидкость (сжиженный азот), а жидкость, остающаяся в испарителе, насыщается более высококипящим компонентом (сжиженным кислородом). Температура кипения в испарителе при этом возрастает и начинается испарение более тяжелокипящей жидкости. В конденсаторе пары конденсируются, и конденсат стекает вниз по колонне, насыщаясь при этом более тяжелокипящей компонентом (кислородом). Температура конденсации паров снижается за счет обогащения их азотом.

Таким образом, из верхней части колонны может быть отобран либо газообразный азот АГ, либо жидкий АЖ, а из нижней части – газообразный кислород КГ, либо жидкий КЖ. Колонна однократной ректификации позволяет получить чистый кислород, а также кислород, разбавленный 7…10% азота.

1. Установка состоит из двух колонн:

· верхней, работающей при избыточном давлении 0,12…0,14Мпа

· нижней, работающей при избыточном давлении 0,1…0,5Мпа

В средней части расположен конденсатор-испаритель. В трубах конденсатора испарителя конденсируется азот при давлении 0,5…0,6Мпа, а в межтрубном пространстве испаряется кислород при Р=0,12…0,14Мпа. Сжатый воздух испаряется в змеевик, расположенный в нижней части установки, и испаряет жидкость, содержащую 40…55% О2 Пройдя змеевик воздух дросселируется до давления 0,5…0,6Мпа и поступает в среднюю часть нижней колонны, в которой происходит предварительное разделение на чистый азот и кислород с концентрацией 40…55%.

Одна часть азота, образующаяся в конденсаторе испарителе, служит флегмой в верхней колонне, а другая часть стекает вниз, обогащаясь при этом кислородом, а затем через дроссельный вентиль поступает в среднюю часть верхней колонны. Флегма, состоящая из конденсата азота, через дроссельный вентиль подается в верхнюю часть верхней колонны. Обе жидкости стекают по тарелкам верхней колонны, обогащаясь при этом кислородом, и в виде чистого кислорода, собираются в межтрубном пространстве конденсатора-испарителя. Часть паров кислорода отводится из установки в виде готового продукта, а часть взаимодействует со стекающей флегмой. Азот в газообразном состоянии отбирается в самой верхней части верхней колонны.

Пары кислорода и азота в дальнейшем проходят теплообменники для охлаждения воздуха перед его разделением.

Технологическая схема кислородной установки.

Атмосферный воздух очищается от твердых примесей в масляном фильтре, а затем разделяется на два потока. Большая часть воздуха 75% компремируется в компрессоре низкого давления (до 0,45…0,6Мпа) пропускается через маслоохладитель 1 и переключающихся масляных фильтров 2, и подается в азотные регенераторы 8.

В регенераторах воздух низкого давления охлаждается до температуры насыщения, очищается от двуокиси углерода, осушается и поступает в нижнюю часть ректификационной установки 13. Регенераторы работают попеременно через каждые 3 минуты и охлаждаются азотом, поступающим из ректификационной колонны через переохладитель жидкого азота 11. Влага и углекислота в твердом виде остаются в насадке регенератора (в результате вымораживания), а затем удаляются нагревающимся (обратным) азотом.

Оставшаяся часть воздуха (25 %) проходит первую ступень сжатия компрессора высокого давления 3, где компремируется до давления 0,3-0,4 Мпа, очищается от двуокиси углерода в скрубберах 4 и последующих ступенях сжатия компремируется до давления 9-10 Мпа. Воздух высокого давления проходит влагоохладитель 5, два попеременно работающих адсорбера 6 и разделяется на два потока.

Один поток воздуха направляется в теплообменник 9, где охлаждается кислородом К, отбираемым из ректификационной колонны, дросселируется в вентиле 10 до давления 0,45-0,6 Мпа и поступает в нижнюю часть колонны 13. Часть воздуха высокого давления (35 %) поступает из адсорбера в поршневой детандер 19, где его давление падает до 0,45-0,6 Мпа, а температура – до –90…-105 0С и через один из переключающихся детандендерных фильтров 18 вместе с воздухом, выходящим из дросселя 10 поступает в испаритель нижней колонны ректификационной установки. Воздух разделяется в установке двойной ректификации. Жидкий азот АЖ из нижней колонны проходит охладитель азота 11 и через дроссельный вентиль 12 поступает на верхнюю тарелку верхней колонны. Жидкость испарителя подается в один из двух переключающихся фильтров-адсорберов 15 для очистки от твердой двуокиси углерода и ацетилена, а затем, через дроссельный вентиль 14 – в среднюю часть врехней колонны. В схеме предусмотрены подогреватель воздуха 17 и подогреватели 6 и 7 для регенерации адсорбционных фильтров продуктами разделения воздуха.

Следовательно, рекуперация холода, отходящего газообразного азота, осуществляется в переохладителе азота 11 и регенераторах 8, а кислорода – в теплообменнике 9.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Рисунок 12.3 – Технологическая схема кислородной установки

Трубопроводы

По трубопроводам передаются газы и жидкости, высокотемпературные и низкотемпературные трубопроводы теплоизолируются.

В зависимости от назначения и места прокладки различают:

1.внутриблочные трубопроводы, соединяют узлы и части аппаратов;

2.цеховые трубопроводы, соединяют отдельные аппараты, прокладываются по стенам, колоннам, в траншеях и каналах;

3.межцеховые трубопроводы, служат для транспортировки газов и жидкостей между цехами, выполняются подземными и надземными.

В зависимости от рабочей температуры применяют трубы из следующих материалов:

от –30 до 3000С — сталь 3СП, сталь 10, 20

от –40 до –300С — сталь 10, 20

от –70 до –400С — сталь 10Г2

ниже –70 — 10Х18Н10Т, латунь Л62 (сплав меди с цинком), медь М3.

При выборе материала для кислородопроводов следует учитывать возможность загорания стали в кислороде при наличии в трубах окалины, сварочного грата, угля, кокса и их ударе при больших скоростях о стенку трубы.

При давлении выше 6,4 МПа кислородопроводы изготавливаются только из меди и латуни. Для меньших давлений на участках местных сопротивлений используют медные вставки-рубашки.

Трубопроводы и арматуру для щелочи и аммиака изготавливают только из низкоуглеродистой стали, так как цветные металлы в этих средах разрушаются.

Длинные трубопроводы снабжают компенсаторами.

Не допускается совместная прокладка кислородопроводов с силовыми, осветительными и телефонными кабелями. Кислородопроводы должны быть надежно заземлены.

При давлении до 6,4 МПа на кислородопроводах устанавливают чугунную или стальную арматура, отдельные элементы для предупреждения искрообразования изготавливают из цветных сплавов на основе меди.

При давлении более 6,4 МПа применяется арматура из латуни и бронзы.

Вся арматура подвергается тщательному обезжириванию, прокладки изготавливают из меди или фторопласта, сальниковые уплотнения-из прокаленного шнурового асбеста или фторопласта.

Трубопроводы и шланги для кислорода обезжиривают при изготовлении и после ремонта, затем тщательно продувают.

Используется обширная номенклатура арматуры: задвижки, запорные, дроссельные вентили, обратные и предохранительные клапаны. Имеется ряд специальных требований к материалам, точности регулировки, надежности запирания.

Читайте также:

§

Кислород и другие продукты разделения воздуха транспортируют в газообразном и жидком виде по трубам или в сосудах и баллонах. По трубопроводам жидкий кислород целесообразно транспортировать на небольшие расстояния до нескольких сотен метров. Гибкие шланги и трубопроводы при этом должны быть снабжены изоляцией (для гибких шлангов – на основе волокнистых материалов, для трубопроводов – газонаполненные или вакуумные).

Сосуды для транспортировки жидкого кислорода также должны иметь тепловую изоляцию. Хранится жидкий кислород в заводских хранилищах. Потребителям может доставляться с помощью автомобильных газифицированных установок, автомобильных танков и ж/д цистерн. Все стационарные хранилища жидкого кислорода должны быть снабжены газгольдерами для сбора испаряющегося кислорода.

Газообразный кислород может транспортироваться потребителю по трубопроводам на расстояния до нескольких десятков километров.

Транспортировка кислорода и азота в сжатом виде, в баллонах при давлении 15МПа осуществляется при небольших расходах. Трубопроводы для транспортировки продуктов разделения воздуха бывают межзаводские, межцеховые и внутренние.

Межцеховые – подземные и надземные. Надземные трубопроводы прокладываются либо по обособленным опорам, либо по стенам цехов на кронштейнах. Снаружи трубопроводы покрываются тепловой и гидроизоляцией. По категориям кислородопроводы подразделяются в зависимости от давления:

1. первая 6,4-20 МПа (применяются латунные и медные трубы)

2. вторая 25-64 МПа (стальные бесшовные)

3. третья 16-25 МПа (стальные бесшовные или стальные электросварные)

4. четвертая до 16 МПа (стальные бесшовные и электросварные)

Подземные кислородопроводы изготавливаются из стальных бесшовных труб. Для отличия транспортировки газа трубопроводы окрашиваются в определенные цвета:

· кислород – голубой

· азот – черный.

Жидкий кислород транспортируется по трубам изготовленным из меди, ее сплавов или из нержавеющей стали. Наилучшей изоляцией длительно работающих кислородопроводов является вакуум. Для кратковременно работающих кислородопроводов небольшой длины в качестве изоляционных материалов применяются пористые или волокнистые материалы (стекловолокно, пенопласт и др.). При транспортировке жидкого азота применять в качестве изоляционного покрытия органические пористые материалы недопустимо.

Внутрицеховые кислородопроводы прокладывают обычно открытым способом, либо в специальных каналах. Совместная прокладка в одном канале различных трубопроводов не разрешается. Для хранения и транспортировки кислорода и азота применяются баллоны различной емкости от 0,7 до 50 дм3, реципиенты емкостью 410 и 800 дм3 с давлением Ризб=(6,4-20)МПа, танки и хранилища. Хранилища могут вмещать до 1000т и более жидкости. Емкость танков (транспортируемые сосуды) составляет до 30 м3. При любом виде транспортировки и хранения жидкого кислорода происходит его испарение, интенсивность которого зависит от вида изоляции и емкости устройств.

ИСКУССТВЕННЫЙ ХОЛОД

Трансформаторами тепла называются установки, при помощи которых осуществляется перенос энергии в виде тепла от источников с более низкой температурой к источникам с более высокой температурой. Такое преобразование называется в технике — повышением потенциала тепла. Для увеличения потенциала тепла необходима затрата высшей энергии любого вида: электрической, механической, химической.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Рисунок 14.1- Разнообразные установки

где Тн — температура теплоотдатчика;

Тв — температура теплоприемника;

Тос — температура окружающей среды;

И — испаритель;

К — конденсатор;

КМ — компрессор;

ДТ — детандер

Процессы уменьшения потенциала тепла обычно классифицируются в зависимости от того, каково положение температурных уровней нижнего Тн и верхнего Тв источников тепла (теплоприемников и теплоотдатчиков ) по отношению к температуре окружающей среды Тос ~ 20 °С (293 К).

В том случае, когда Тн < Тос температура теплоприемника ниже температуры окружающей среды, а Тв=Тос температура теплоотдатчика равна температуре окружающей среды процесс называется холодильным. При Тн > Тос и Тв > Тос процесс называется теплонасосным. Тн < Тос и Тв > Тос процесс называется комбинированным.

Основной целью холодильного процесса — выработка холода, т.е. отвод тепла в окружающую среду от тел, температура которых ниже температуры окружающей среды.

Основной целью теплонасосного процесса — использование тепла окружающей среды или тепла других низко — потенциальных источников, напряжения отработавшего тепла низко­го потенциала для теплоснабжения

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Комбинированный процесс объединяют одновременно холодильный и теплонасосный.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Рисунок 14.2 – T-S диаграмма для процессов

В испаритель И подводится тепло низкого потенциала, который передается через поверхность нагрева рабочему агенту. Рабочий агент в испарителе копит (испаряется) при низком давлении Рн и соответствующей ему низкой температуре Тн. Пары рабочего агента всасываются из испарителя в компрессор и сжимаются им давления Рн до более высокого Рв.

Из компрессора сжатые пары рабочего агента поступают в конденсатор. В конденсаторе тепло отводится от рабочего агента в окружающую среду, а рабочий агент конденсируется при температуре Тв соответствующей давлению Рв.

Конденсат рабочего агента поступает из конденсатора в детандер и расширяется в нем от давления Рв до давления Рн. В процессе расширения в детандере происходит частичное испарение рабочего агента, сопровождающееся понижением температуры агента от Тв до Тн. Из де­тандера в испаритель поступает парожидкостная смесь при давлении Рн и температуре Тн. В этих установках для осуществления процесса трансформации тепла используется электрическая (механическая) энергия.

Область использования

Промышленность, транспорт, сельское хозяйство — холодильные установки, т.е. трансформаторы тепла, осуществляющие процесс переноса тепла к окружающей среде от тел температура которых меньше температуры окружающей среды Тн < Тос .

Преимущества искусственного холода:

а) возможность охлаждения до t p << t окр.ср.;

б) непрерывность процесса охлаждения;

в) возможность получения холода в любое время года, и в любом климатическом пункте.

Использование:

1) в металлургии — для интенсификации технологических процессов по средством обогашения дутья кислородом ;

2) в машиностроении — для получения кислорода и инертных газов, необходимых для резки и сварки металлов, также для обработки сталей при низких температурах, что увеличивает твердость и износоустойчивость, большую тягучесть при тонком волочении;

3) в химической промышленности — разделения газовых смесей (воздуха для получения N2 и О2) конденсации паров, осушение газов, разделение сложных растворов, кристаллизации солей, регулирование направления и скорости реакции, хранение низкокипящих жидкостей и др.;

4) в промышленности искусственного волокна и пластмасс — для поддержания заданной температуры процесса;

5) в промышленности специального приборостроения — для создания глубокого вакуума ;

6) в газовой — для разделения газовых смесей в частности — выделения гелия ; для получения и хранения ожиженных газов ;

7) в пищевой — при заготовке и переработке скоропортящегося сырья;

8) парфюмерная — для хранения цветов и ароматических веществ;

9) медицинской и фармацевтической — при производстве лекарств, содержащих летучие вещества;

10) в медицине -для местного охлаждения при операциях, для анестезии и др. ;

11) в ж/д и автотранспорте — при перевозке скоропортящихся продуктов и ожиженных газов ;

12) в морском, речном — для замораживания рыбы и морского зверя;

13) в авиации и космонавтике — для кислородного питания людей на большой высоте и в космосе для кондиционирования, для охлаждения приборных отсеков и электронных приборов;

14) в технике водоснабжения — для опреснения морской и засоленной воды;

15) в торговой сети, общепит — хранение пищевых продуктов;

16) в производственных, общественных, жилых помещениях — для кондиционирования воздуха;

17) в энергетике — для создания различных устройств использованием сверхпроводимости -трансформаторов, генераторов, электромагнитов запоминающих элементовсчетно-решающих машин;

18) в науке — для поддержания низкой температуры объектов исследования, изучениявлияния низких температур на физические свойства различных веществ ;

19) в спортивных сооружениях — искусственные ледяные катки.

Классификация

1. По принципу работы:

— компрессорные (расширение и сжатие рабочего агента)

— сорбционные (адсорб, абсорб)

— струйные (использование кинетической энергии потока или газа)

термоэлектрические установки (полупроводниковые трансформаторы тепла)

— магнитные установки

2. По виду осуществления процесса:

— установки, работающие по замкнутому циклу, по этому процессу работают: паровые, компрессорные, абсорбционные, газовые и струйные эжекционные установки;

— установки, работающие по разомкнутому циклу, по этому процессу работают: установки для разделения и ожижения газов, для превращения газов в твердое тело (замораживание), газовые и струйные вихревые компрессорные установки

3. По характеру трансформации :

— повысительные — тепло подведенное к установке при Тн поднимается до Тв

— расщепительные — к установке подводится поток тепла среднего потенциала при температуре Тс, который в установке делится (расщепляется) на два потока тепла -низкого потенциала с t = Тн и повышенного до Тв.

Работа осуществляется за счет энергии подведенного потока среднего потенциала.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Рисунок 14.3 — Принципиальная схема расщепительной трансформации тепла

где КМ — компрессор, ДТ — детандер

К установке подводится поток газа Gc при давлении Рс и температуре Тс. Этот поток разделяется на две части. Одна часть потока Gн поступает в детандер (турбину) ДТ и расширяется расход Gн в нем от давления Рс до давления Рн. В процессе расширения температура газа понижается от Тс до Тн < Токр. Другая часть с расходом Gв поступает в компрессор КМ и сжимается в нем до давления (от Рс до Рв). Привод компрессора КМ осуществляется от детандера ДТ. Работают струйные вихревые установки и некоторые типы абсорбционных установок.

4. По периодичности:

— непрерывного действия;

— периодического действия.

Читайте также:

§

Количество воды в системе оборотного водоснабжения должно быть постоянным. Но так как потери воды неизбежны, в системе должен поддерживаться баланс по потере и восполнению воды.

Суммарные потери воды:

Wпот=Wпп Wисп Wун Wпр.

Wпп— потери воды в производстве, утечка из системы, потери на фильтрацию в прудах — охладителях и шламонакопителях, потери с осадком и т.д. Величина Wппможет быть определена как разность подаваемой Wпи отводимой W0от производства воды: Wп-W0=Wпп.

Wисп— потери на испарение при охлаждении. Величина этих потерь с достаточной точностью может быть определена по формуле:

Wисп=k1·t·W0, где ·t =t1-t2.

t1-температура воды, поступающей на охладитель (пруд, брызгальный бассейн, градирня);

t2 -температура охлажденной воды.

W0- количество воды, отводимой на охлаждение. При охлаждении в закрытых теплообменных аппаратах можно принимать W0=Wп.

k1— коэф. потери воды на испарение, принимается для брызгальных бассейнов и градирен в зависимости от температуры воздуха (по сухому термометру), а для прудов-охладителей и прудов-осветлителей оборотной воды в зависимости от температуры воды в водоеме (табл.7.1).

Таблица 7.1. Значения коэффициента k1

Параметры Охлаждение воды в брызгальных бассейнах и градирнях (1) Охлаждение воды в прудах-охладителях и прудах-осветлителях (2)
Температура воздуха (1)
Температура воды (2)
01020300102030
Коэффициент k1 0,001 0,0012 0,0014 0,0015 0,0007 0,0009 0,0011 0,0013

Wун — потери воды на унос брызг. Зависят от конструкции и размеров охладителя, а для открытых охладителей и от скорости ветра.

Потери воды на унос из охладителя оборотной воды

Wун=k2W0,

где k2— коэффициент потери воды на унос.

Брызгальные бассейны k2=0,015-0,02

Брызгальные градирни k2=0,005-0,01

Открытые градирни с жалюзи k2=0,005-0,01

Вентиляторные градирни с водоуловителями k2=0,002-0,003

Меньшие значения k2принимают для охладителей большей производительности.

Для открытых теплообменных аппаратов оросительного типа (оросительных холодильников) добавляют потери на унос воды ветром. Величина потерь на унос воды ветром определяется по той же формуле, но с коэффициентом k2 =0,005-0,01.

Wпр— потери воды на продувку.

В результате испарения части воды в охладителях в циркуляционной воде систем оборотного водоснабжения повышается концентрация солей. При определенной концентрации растворенные в воде соли временной жесткости (главным образом, карбонат кальция СаСО3) могут выпадать из нее в теплообменных аппаратах, что резко снижает коэффициент теплопередачи теплообменной аппаратуры и ухудшает её эксплуатационные показатели. Для предотвращения выпадения солей жесткости производится продувка системы оборотного водоснабжения, то есть удаление из системы части циркуляционной воды сзаменой на свежую.

Расход воды на продувку определяется по формуле:

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Здесь а0— карбонатная жесткость добавочной воды;

аm– предельно допустимая карбонатная жесткость воды в системе.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

где К — коэффициент, зависящий то температуры воды и определяемый по графику. Для расчетов должна приниматься наиболее высокая температура воды в системе. С

m

-содержание в воде свободной углекислоты, мг.

При отсутствии сведений о содержании СО2в свежей воде аmв системе для предварительных расчетов следует принимать:

а) для конденсаторов паровых турбин ТЭЦ-ПВС, а также для конденсаторов кислородных станций и компрессорных установок с водяными трубками малого диаметра аm=10-12 мг·экв/кг;

б) при охлаждении деталей производственного оборудования и кладки печей посредством трубчатых холодильников аm=12-15 мг·экв/кг;

в) при охлаждении деталей производственного оборудования и кладки печей посредством коробчатых холодильников аm=14-16 мг·экв/кг;

г) при охлаждении доменного или конвертерного газа путем разбрызгивания в скрубберах и при свободном поливе производственного оборудования и кладки печей аm=16-20 мг·экв/кг;

При больших значениях Wуни Wппрасход воды на продувку Wпрможет быть равным нулю. Но при высокой карбонатной жесткости добавочной воды а0, близкой к предельно допустимой для оборотной системы, Wпррезко возрастает.

Следовательно, решение вопроса о расходе свежей воды без его увязки с вопросом о качестве добавочной воды недопустимо точно так же, как недопустимо механическое определение расхода свежей воды в процентном отношении от оборотной без указания о содержании карбонатной жесткости в добавочной воде.

Расход свежей воды Wс.в.при отсутствии продувки определяется по формуле:

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

при наличии продувки:

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Читайте также:

§

При оборотном водоснабжении промышленного объекта охлаждающее устройство должно обеспечить охлаждение циркуляционной воды до температур, отвечающих оптимальным технико-экономическим показателям работы объекта.

По способу передачи теплоты от воды к воздуху охладители, применяемые в системах оборотного водоснабжения, разделяются на испарительные и поверхностные (радиаторные).

В испарительных охладителях охлаждение воды происходит в результате ее испарения при непосредственном контакте с воздухом.

В радиаторных охладителях охлаждаемая вода не имеет непосредственного контакта с воздухом. Вода проходит внутри трубок радиаторов, через стенки которых происходит передача теплоты воздуху.

Так как теплоемкость и влагоемкость воздуха невелики, для охлаждения воды требуется интенсивный воздухообмен. Например, для понижения температуры воды с 40°С до 30°С при температуре воздуха 25°С на 1 м3охлаждаемой воды к испарительному охлаждению должно быть подведено около 1000м3воздуха, а к радиаторному охладителю, в котором воздух только нагревается, но не увлажняется, — около 5000 м3воздуха.

Испарительные охладители по способу подвода к ним воздуха разделяются на:

— открытые;

— башенные;

-вентиляторные.

К открытым относятся: пруды-охладители, брызгальные бассейны, открытые градирни.

В башенных охладителях — башенных градирнях, — движение воздуха происходит в результате естественной тяги, создаваемой высокой вытяжной башней.

В вентиляторных охладителях — вентиляторных градирнях, — осуществляется принудительная подача воздуха с помощью нагнетательных или отсасывающих вентиляторов.

Радиаторные охладители, которые называют также сухими градирнями, по способу подвода к ним воздуха могут быть:

— башенными;

— вентиляторными.

Пруды-охладители

Их применяют для охлаждения больших масс воды в основном за счет поверхностного охлаждения, поэтому эффективность прудов определяется площадью зеркала воды.

Из-за неравномерности движения потока воды в охлаждающем водоеме возникают различные застойные зоны, что не позволяет полностью использовать площадь водоема. Та часть площади водоема, которая участвует в охлаждении воды, называется активной зоной.

Отношение активной площади Fа водоема к действительной Fд называется коэффициентом Kи использования площади водоема. Этот коэффициент зависит от формы водоема, расположения водосброса, расположения водозабора и т.д. Он может иметь численные значения от 0,4 до 0,9. Самое большое значение коэффициент имеет для водоемов с правильной вытянутой формой (например, эллипс). Для увеличения активной зоны создают различные струенаправляющие и струераспределяющие сооружения.

Преимущества прудов — охладителей:

— для охлаждения воды нет необходимости создавать дополнительный напор для подъема воды и её разбрызгивания, что очень важно при больших расходах;

— отсутствие подпиточных насосов;

— средняя температура воды ниже, чем после охлаждения в градирнях и брызгальных бассейнах.

Недостатки:

— низкая тепловая нагрузка (самый существенный недостаток), которая ничем не может быть интенсифицирована. Она составляет 0,8-1,7 МДж/час (200-400 ккал/час) с 1 м2площади зеркала пруда;

— охладительный эффект зависит от наличия ветра и температуры окружающего воздуха;

— сложности в эксплуатации в связи с борьбой с цветением, зарастанием и минерализацией;

— стоимость строительства пруда превышает стоимость устройства градирни или брызгального бассейна;

— повышение уровня грунтовых вод.

Пруды-охладители целесообразно применять в тех случаях, когда потребителями воды являются мощные паротурбинные электростанции, когда электростанции или другие предприятия располагаются вблизи естественных водоемов (озер, рек, морей) и когда в районе строящихся заводов и фабрик создаются искусственные водоемы, имеющие достаточное зеркало для охлаждения.

Брызгальные бассейны

Брызгальный бассейн представляет собой искусственный или естественный водоем, над которым располагается система трубопроводов, оборудованных разбрызгивающими соплами (брызгалами). Нагретая отработавшая вода подается под напором 50-100 кН/м2к брызгалам, разбрызгивается и поступает в бассейн, из которого она вновь подается насосами к потребителям. Охлаждение воды происходит при ее разбрызгивании за счет испарения и соприкосновения капель воды с воздухом.

Брызгальные бассейны устраивают в тех случаях, когда по технологии не нужен большой перепад температур. Их удельная тепловая нагрузка колеблется в диапазоне 30-60 МДж/м2·ч (7-15тыс. ккал/м2·ч). Размеры брызгального бассейна определяются расходом охлаждаемой воды и плотностью орошения, которая принимается в пределах 0,8-1,2 м3/ч на 1 м2. Брызгальные бассейны обеспечивают перепад температур не более 8-10°С и предельно низкую температуру охлажденной воды в летнее время на 5-7°С выше температуры воздуха по влажному термометру, то есть не ниже 30-32°С.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Преимущества брызгальных бассейнов:

— в 2-3 раза дешевле градирни;

— долговечны;

— просты в строительстве и эксплуатации;

Недостатки:

— низкий эффект охлаждения по сравнению с градирнями. Для создания температурного перепада t>10°C требуется последовательное 2-х или 3-х ступенчатое охлаждение с перекачкой больших масс воды, что неэкономично.

— значительный напор воды у сопла и потери воды на унос ветром;

— площадь в 4-5 раз больше, чем у башенных охладителей;

— наличие туманов, сырости, гололедицы требует больших строительных разрывов, что растягивает коммуникации.

Брызгальные бассейны на современных металлургических заводах не применяют, их можно встретить на старых заводах и на электростанциях с небольшим расходом воды.

Там, где необходимо в кратчайшее время соорудить охладитель воды, целесообразнее всего сделать брызгальный бассейн, который может быть целиком изготовлен из местных материалов.

Градирни

По способу подвода воздуха к градирням они разделяются на: открытые, башенные, вентиляторные, а в зависимости от типа оросительного устройства брызгальные, капельные, пленочные, комбинированные.

Подаваемая для охлаждения на градирню вода распределяется над оросителем градирни по системе лотков. на дне которых предусмотрены отверстия, через которые вода тонкими струйками падает на разбрызгивающие тарелочки. На современных градирнях используется трубчатая распределительная система с разбрызгивающими соплами. Образующиеся капли воды падают на оросительное устройство. При прохождении через оросительное устройство вода соприкасается с воздухом, продуваемым через градирню, и охлаждается. Охлажденная вода стекает в резервуар, из которого она забирается для повторного использования.

Капельный ороситель состоит из большого числа деревянных реек прямоугольного или треугольного сечения, расположенных горизонтальными ярусами. При падении капель воды с верхних реек на нижние образуются факелы мелких брызг, создающих большую поверхность соприкосновения с воздухом.

Пленочный ороситель состоит из большого числа параллельных друг другу щитов, расположенных вертикально или под малым углом (15º) к вертикали. Вода, стекая по этим щитам, образует пленку толщиной 0,3-0,5 мм. Воздух соприкасается с поверхностью пленки воды и охлаждает ее.

Применяют также оросители комбинированные капельно-пленочные.

Выбор типа оросителя для градирни определяется качеством воды, требующей охлаждения.

Пленочный ороситель рекомендуется применять для чистой воды, циркулирующей через закрытые системы. Содержание в воде даже небольшого количества примесей, особенно нефтепродуктов, препятствует созданию пленки, поэтому в этих случаях следует применять градирни с капельным оросителем.

При содержании в воде более 100 мг/л взвешенных частиц, вызывающих образование отложений на оросительных устройствах, следует применять брызгальные градирни.

Читайте также:

§

Теплотехническими расчетами определяют либо необходимую площадь охладительного сооружения при заданном расходе воды и требуемой конечной температуре охлажденной воды, либо конечную температуру охлажденной воды для заданной площади охладителя и заданного расхода воды.

Количество теплоты, отдаваемое атмосфере, называют тепловой нагрузкой охладителя Q

Q=c·W0·Dt,

где с — теплоемкость воды, кДж/ч;

W0— гидравлическая нагрузка или количество воды, поступающей на охлаждение, м3/ч;

Dt =t1 – t2 — температурный перепад или ширина зоны охлаждения, °С;

t1, t2 — температура нагретой и охлажденной воды, °С.

Отношение W0/Fа называется удельной гидравлической нагрузкой. Здесь Fа­- активная площадь охладителя. Удельная гидравлическая нагрузка иногда называется плотностью дождя, высотой орошения или высотой дождя.

При охлаждении воды в испарительных охладителях понижение ее температуры определяется совместным действием различных по физической природе процессов:

— теплоотдача соприкосновением — перенос теплоты путем конвекции;

— поверхностное испарение воды — превращение части ее в пар и перенос пара диффузией и конвекцией.

Удельное количество теплоты qс, переданное при теплоотдачи соприкосновением

qс=a(t-θ), кДж/(м2·ч),

где a -коэффициент теплоотдачи, кДж/(м2·ч·°С);

t — температура поверхности воды, °С;

θ — температура воздуха, °С.

Поверхностное испарение жидкости происходит, когда парциальное давление пара, содержащегося в воздухе, меньше давления насыщенного пара при температур поверхности жидкости.

Удельное количество теплоты qи, которое теряет вода в результате испарения, определяется по формуле:

qи=b(Pн-Pвп),

где b — коэффициент теплоотдачи испарением, кДж/(м2 ·ч·Па);

Рн— давление насыщенного пара при температуре поверхности воды, Па;

Рвп — парциальное давление водяного пара в воздухе, Па.

Удельное количество теплоты q0, передаваемое воздуху через водную поверхность в результате совместного действия теплоотдачи и поверхност-ного испарения, равно:

q0=a(t-q) b(Рнвп).

Когда t>q, оба процесса действуют в одном направлении, вызывая охлаждение воды.

При t=q теплоотдача соприкосновением прекращается, и охлаждение воды происходит только благодаря поверхностному испарению.

При t<q вода будет охлаждаться до тех пор, пока количество теплоты, передаваемое воздухом воде соприкосновением, не сравняется с количеством теплоты, терямой водой в результате испарения, т.е., пока не будет соблюдено равенство:

qс qи=0

Температура воды в этот момент достигнет того же значения, которое имеет температура охлаждающего воздуха tз, измеренная смоченным термометром. Это значение температуры является теоретическим пределом охлаждения воды воздухом.

Несмотря на то, что при температуре воды tз ее охлаждение прекратится, испарение воды и приток к ней теплоты будет продолжаться.

В действительности вода в охладителях не охлаждается до теоретического предела. Например, температура воды, охлажденной на градирнях, обычно на 8-14°С превышает температуру воздуха по смоченному термометру, но может оказаться ниже температуры воздуха, измеренной сухим термометром. Таким образом, при испарительном охлаждении может быть достигнута температура воды ниже, чем температура воздуха.

Температура влажного термометра зависит от состояния наружного воздуха (от температуры сухого термометра и относительной влажности). Поэтому предел охлаждения tз также, как и действительная температура охлажденной воды t2, изменяется как в течение суток, так и в течение года. Соответственно, изменяется и температурный перепад Dt, а это значит , что расход охлаждаемой воды при одной и той же тепловой нагрузке Q в охладителе также будет изменяться.

Чем больше температурный перепад, тем меньше нужно воды для охлаждения, но величина температурного перепада Dt зависит от температуры воды t1, нагретой в аппаратах (величина относительно постоянная), и температуры охлажденной воды t2, зависящей, в свою очередь, от высоты зоны охлаждения Dt.

Следовательно, высота зоны охлаждения Dt характеризует эффективность работы охладителя hохл:

hохл =(t1-t2)/(t1-t3).

При охлаждении воды в открытых водоемах с большим зеркалом воды кроме теплоотдачи за счет соприкосновения и испарения происходит также теплообмен излучением. Он протекает в результате проникания солнечной лучевой энергии через открытую поверхность воды. Кроме того, как всякое нагретое тело, водная поверхность излучает теплоту (эффективное излучение).

Удельное количество теплоты, переданное воде излучением, определяется радиационным балансом R.

R=(Qn Qр)·n(1-a)-I, МДж/(м2·сут)

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

где Qn — прямая солнечная радиация, МДж/(м2·сут);

Qр — рассеянная солнечная радиация, МДж/(м2·сут);

n — общая облачность в долях единицы;

(Qn Qр)·n — суммарная солнечная радиация при общей облачности, МДж/(м2·сут);

а — характеристика отражательной способности воды в долях единицы;

(Qn Qр)·n(1-a) — поглощаемая водой суммарная радиация, МДж/(м2·сут);

I — эффективное излучение водной поверхностью, зависящее от температуры воды и общей облачности, а также от температуры и влажности

воздуха, МДж/(м2·сут).

Удельное количество теплоты, передаваемое через водную поверхность открытого водоема:

qв=qс qи-R.

Солнечная радиация может заметно снижать охладительный эффект испарительного охлаждения. Поэтому температура воды, охлаждаемой в открытом водоеме не может достичь температуры смоченного термометра.

Теоретическим пределом охлаждения в этом случае является естественная температура воды на поверхности водоема при установившихся метеорологических условиях, удовлетворяющая равенству:

qс qи-R=0

Для установившегося теплового режима применительно к метеорологическим условиям наиболее неблагоприятной для охлаждения воды декады температура охлажденной воды определяется в результате решения уравнения теплового баланса:

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

где c·W0·t1 – количество теплоты, содержащееся в охлаждаемой оборотной воде, МДж/сут;

c·Wр·tр — количество теплоты, приносимое с речной водой, МДж/сут;

с·W2·t2 – количество теплоты, содержащееся в охлажденной воде;

c·Wсбр·tсбр — количество теплоты, сбрасываемой в водохранилище, МДж/сут;

К3 — коэффициент, учитывающий неравномерность распределения температуры воды по глубине водохранилища;

tср — средняя температура активной зоны пруда-охладителя, °С;

I — дополнительное эффективное излучение водной поверхности, МДж/(м2·сут);

b=0,0314·0,231(1 0,135V200)=0,00725·(1 0,135V200)

a=0,314·0,11(1 0,135V200)=0,0345·(1 0,135V200)

V200 — скорость ветра на высоте 2м над поверхностью воды, м/с.

Определив из уравнения теплового баланса среднюю температуру воды в пределах активной зоны tср, можно рассчитать температуру охлажденной воды t2 из следующего соотношения:

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

где tе — естественная температура воды в пруде без учета подогрева ее теплотой, отводимой от промышленного объекта. tе может быть принята равной температуре воды в водоемах, расположенных в том же районе.

Для упрощения теплового расчета прудов — охладителей институтом Теплопроект рекомендована номограмма (рисунок 18.1), позволяющая определить либо необходимую активную зону пруда, либо перегрев охлажденной в пруде циркуляционной воды по сравнению с естественной температурой воды (t2-tе) в зависимости от перепада Dt.

Рассмотрим пример.

Определить необходимую площадь пруда, если дано:

— расход циркулирующей воды W0 = 150000 м3/сут;

— температура горячей воды t1=40°С;

— температура охлажденной воды t2=28°С;

— скорость ветра V200=1,5 м/с;

— пруд проектируется в Днепропетровской области.

Значение естественной температуры в водоеме по Днепропетровской области для июля принимаем tе=22,4°С (см. табл. 31, Андоньев и др.).

Тогда температура перегрева d=t2-tе=28-22,4=5,6°C

Перепад температур Dt=t1-t2=40-28=12°C

Используем номограмму по схеме, представленной на рис.9.1 стрелками:

d®Dt®V200®V°200®t宦 уд.

По номограмме находим удельную площадь активной зоны

¦уд =1,68 м2/(м3/сут).

Используя соотношение для удельной площади охлаждающего пруда

¦уд=Fа/W0, определяем площадь пруда, приняв коэффициент использования площади водоема Ки=0,8.

Fаи=Fдуд·W0и=1,68·150000/0,8=202200 м2=20,16 га.

Расчет закрытых охладителей. Теоретический метод теплового расчета градирни был предложен инженером В.В. Проскуряковым. По этому методу оросительное устройство разбивается на участки сечениями, перепендикулярными направлению движения воздуха. Для каждого участка, начиная с нижнего, определяется изменение температуры воды и состояние воздуха (его температура и влажность) подсчетом количества теплоты, переданной водой воздуху соприкосновением и за счет испарения.

Если расход воздуха через градирню неизвестен, то расчет производится для нескольких значений скорости движения воздуха в оросителе. (1) Полное аэродинамическое сопротивление h градирни складывается из сопротивления входных окон для воздуха, оросительного устройства, внезапного расширения на выходе из градирни и определяется по формуле:

h=gср·xг·(V2ор/2g), Па,

где xг — коэффициент общего аэродинамического сопротивления градирни, отнесенный к скорости движения воздуха в среднем сечении оросителя;

Vop- скорость движения воздуха в среднем сечении оросителя (без учета стеснения сечения конструкциями), м/с;

gcp- средний удельный вес воздуха в оросителе, Н/м3.

(2) Величина тяги в вентиляторных градирнях определяется характеристикой вентиляторов. Для башенных градирен величина тяги Hг определяется по формуле:

Нг=(Нб 0,5Нор)·(g1-g2), Па,

где Нб — высота вытяжной башни над оросителем, м;

Нор — высота оросителя, м;

g1 — удельный вес наружного воздуха, Н/м3;

g2 — удельный вес воздуха, выходящего из градирни, Н/м3.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

По результатам расчета составляют графики зависимости температуры охлажденной в градирне воды от тепловой и гидравлической нагрузок и различных метеорологических условий. После уточнения в результате испытаний аналогичных градирен эти графики используют в расчетах.

График (рисунок 18.2.) построен для определения температуры охлажденной воды на гиперболической градирне с комбинированным оросителем при температуре воздуха 25°С и его относительной влажности 54% . На рисунок 18.3. приводится вспомогательный график для внесения поправок к температуре охлажденной воды при других параметрах воздуха.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Читайте также:

§

Дутьевые воздухопроводы, подающие воздух от турбокомпрессоров к доменным печам, проектируют так, чтобы полная потеря давления дутья в них не превышала 0,01-0,015 МПа.

На большинстве металлургических заводов воздухопроводы проложены по универсальной схеме (рисунок 19.1), позволяющей подключать воздуходувную машину к любой из доменных печей. Основной недостаток этой схемы – большое количество коллекторов и арматуры, что удорожает сеть и снижает ее надежность.

Таблица 19.2 — Характеристика воздуходувных агрегатов

Объем
домен
печей,
м3
Тип компрессора Макс.
давление воздуха,
МПа
Макс.
Производительность,
М3/мин
Турбина привода Параметры пара
Мощность,
МВт
Тип Давление,
МПА
Температура, 0С
К-7000-41-1 0,53 Т-30-90-1
К-5500-41-1 0,52 ВКВ-22-1
К-5500-42-1 0,52 ВКВ-22-1
К-5500-42-1 0,52 АКВ-18- II 3,5
К-3250-41-2 0,45 АКВ-18- IV 3,5
К3250-42-1 0,45 АКВ-12- V 3,5

Затраты на доменное дутье составляют около 30% стоимости передела чугуна.

В секционированной схеме (рисунок 19.2) коллекторов и задвижек меньше. Здесь турбоагрегаты и доменные печи разделены на 2 группы задвижками, между которыми включена машина, резервирующая обе группы. В пределах группы любая воздуходувка может быть включена на любую доменную печь.

При блочной схеме (рисунок 19.3) осуществляется прямая связь турбокомпрессора с доменной печью. Резервный компрессор можно через коллектор-перемычку подключать к любой доменной печи.

В схеме с центральным коллектором (рисунок 19.4) и секционными задвижками основным преимуществом является возможность лучшего использования сжатого воздуха в сравнении со схемами на рис.16.1,.2., 3, так как в этих схемах заложена диспропорция между производством и потреблением сжатого воздуха.

Главным недостатком коллекторной схемы является необходимость поддерживать в коллекторе максимальное давление, дросселируя его применительно к режиму работы каждой печи. Известно, что регулирование дросселированием всегда менее выгодно, чем регулирование изменением числа оборотов, применяющимся в схеме работы по принципу «воздуходувка-печь».

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства
19.4 Компрессорные станции

Сжатый воздух с давлением 0,6-1,0 МПа вырабатывается на центральных компрессорных станциях, оборудованных центробежными и поршневыми компрессорами.

Производительность станций, оборудованных только поршневыми компрессорами, не превышает 30-40 тыс. м3/час, поэтому современные компрессорные станции металлургических заводов оборудуют центробежными компрессорами.

Станции с поршневыми компрессорами сооружают для обслуживания отдельных цехов или небольших заводов.

Центробежные компрессоры К-250-61-1 и К-500-61-1, устанавливаемые на современных крупных станциях и имеющие производительность 250 и 530 м3/мин соответственно, отличаются от поршневых компактностью, быстроходностью, равномерностью подачи, отсутствием загрязнения воздуха маслом, удобством соединения с приводным двигателем.

В условиях металлургического завода для турбокомпрессоров используют паротурбинный привод с питанием паром от утилизационных установок.

Проектирование компрессорных станций и сетей сжатого воздуха для отдельного цеха или целого завода начинается с определения расхода сжатого воздуха отдельными потребителями, цехами и заводом в целом.

На основании этих данных производится выбор компрессоров, компоновка станции и определение всего вспомогательного оборудования.

Основные потребители сжатого воздуха на металлургическом заводе – цехи доменный, аглофабрика, мартеновский, листопрокатный, сортопрокатный, обжимной, водоснабжения.

Большое количество воздуха требуется для формовочных, дробеструйных, пескоструйных и обдувочных машин, пневмозажимов станков, пневмоинструмента, аппаратов для окраски распыливанием.

При определении расхода сжатого воздуха необходимо учитывать технологические условия работы оборудования, потребляющего сжатый воздух. Например, если строго определена последовательность или одновременность работы группы потребителей, то для них должны быть построены графики расхода воздуха, по которым выявляются как средний, так и максимально-расчетный расход. Такой метод значительно облегчает подсчет расхода воздуха в случае большого количества не связанных между собой потребителей, работающих при разных режимах.

Полученные итоговые расходы сжатого воздуха должны быть скорректированы на величину потерь. В результате неисправности воздушных сетей потери сжатого воздуха на отдельных заводах достигают 40-50%.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Основные потери – в неплотностях арматуры, фланцев, шлангов, в связи с износом пневмоинструмента.

При проектировании потери в сетях следует принимать не более 10%, потери на износ инструмента – не более 15%, всего – не более 25% от общего расхода воздуха.

Выбор компрессоров

Компрессорная установка может состоять из одного или нескольких компрессоров.

При периодическом расходе сжатого воздуха, когда есть возможность останавливать компрессор на профилактический ремонт без ущерба для производства, достаточно одного компрессора. В остальных случаях устанавливается не менее 2-х. Наибольшее число компрессоров на станции не превышает 6-8 шт.

При переменном графике нагрузок производительность компрессора определяется по минимальной нагрузке, а количество устанавливаемых компрессоров – из условия покрытия максимально-расчетной нагрузки однотипными компрессорами.

При ровном графике нагрузок единичная производительность определяется по наиболее крупному компрессору, а количество устанавливаемых компрессоров – из условия полного покрытия нагрузок по графику.

При проектировании схемы воздухоснабжения завода следует отдавать предпочтение централизованной системе, т.к. наличие нескольких компрессорных станций увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты, усложняет схему межцеховых сетей.

Центральная компрессорная станция должна размещаться рядом с наиболее крупным потребителем и в центре по отношению ко всем остальным потребителям. Это условие обеспечивает короткую сеть и равномерное распределение сжатого воздуха потребителям.

Сооружение нескольких компрессорных станций оправдывается для объектов с очень большим потреблением сжатого воздуха, а также в связи с необходимостью иметь рассредоточенные источники воздухоснабжения.

При больших расходах воздуха и потребителях, значительно отличающихся по необходимому давлению (3 атм и 8 атм), выгоднее делать 2 компрессорные станции – низкого и высокого давления.

Всасывающие устройства должны выходить на север (теневая сторона), а сами станции должны быть удалены от цехов, выделяющих пыль и агрессивные газы (сероводород, окислы азота).

Компоновка оборудования

При сооружени отдельно стоящих компрессорных станций компрессоры располагают перпендикулярно к продольной оси здания (рисунок 19.5). Это позволяет иметь общий фронт обслуживания компрессоров, вдоль которых размещаются все трубные коммуникации и всасывающие устройства компрессорной станции.

Стена здания, идущего вдоль фронта, оборудуется большой площадью остекления, что обеспечивает хорошее освещение и сохранение здания при возможном взрыве. При установке нескольких компрессоров станция имеет вид прямоугольника, вдоль фронтальной стены которого в простенках между окнами (с наружной стороны) размещаются воздухосборники (ресиверы). Одна из торцевых стен граничит со вспомогательными и бытовыми помещениями, другая – стороной расширения.

Здание компрессорной станции с центробежными компрессорами двухэтажное. На втором этаже с отметкой 3,5 м располагают компрессоры, на первом промежуточные холодильники компрессоров, масляное хозяйство агрегатов и воздушных фильтров.

Запыленность всасываемого компрессорами атмосферного воздуха может изменяться в широких пределах и зависит от направления ветра, наличия источников повышенного пылевыделения. Пыль, попадая в компрессор, приводит к чрезмерному нагреву движущихся частей и быстрому износу.

Для очистки всасываемого воздуха от механических примесей на всасывающей линии устанавливают воздушные фильтры, состоящие из отдельных кассет, заполненных кольцами Рашига или набором сеток, смоченных висциновым маслом. Например, для компрессора производительностью 100 м3/мин устанавливают 16 кассет размером 500х500мм. Фильтры размещают в специальных камерах, расположенных в пристройке к главному зданию. Воздух засасывают с помощью заборных труб с высоты 4-5м.

Для уменьшения объема сжатого воздуха и освобождения его от влаги и масла, особенно при использовании поршневых компрессоров, устанавливают концевые холодильники (воздухоохладители). Кроме перечисленного, они снижают потерю напора, предотвращают загорание масла в ресиверах и их перегрев в летнее время.

Концевой воздухоохладитель (рисунок 19.6) представляет собой цилиндрический резервуар, внутри которого по трубам циркулирует охлаждающая вода. Сжатый воздух, проходя через холодильник, охлаждается, пары воды и масла конденсируются и затем отделяются в маслоотделителе в результате резкого изменения скорости воздуха и направления его движения или при фильтрации через пористую массу. В последнем случае маслоотделители периодически продувают паром или сжатым воздухом. Масловлагоотделители устанавливают как на компрессорных станциях, так и на вводе в цехи.

Воздухосборники

Воздухосборники представляют собой сосуды, состоящие из цилиндрического корпуса и двух днищ, оборудованные предохранительными клапанами, отрегулированными на давление, на 10% превышающее наибольшее рабочее. Воздухосборники следует располагать на теневой, северной стороне станции. Окрашены в серый цвет.

Большинство компрессорных станций работает в условиях переменного расхода воздуха в сети, этот расход обычно не совпадает с производительностью компрессорной станции. Регулирование производительности осуществляется переключением компрессоров на холостой ход или отключением их от сети. Для такого режима работы станции емкость воздухосборников определяют по формуле:
Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства
Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства , м3,

где P0 = 1 кгс/см2 – давление всасывания;

Qk-часовая производительность компрессора при условиях всасывания,

м3/ч;

T2 — (273 100 = 373 К) – температура в воздухосборнике, принимается как предельно допустимая;

DP=1 кгс/см2 – колебания давления в воздухосборнике;

z = 120 – число включений компрессора в час, принимается как предельно

возможное для наиболее неблагоприятного случая;

T0= 273 20=293 К – температура всасываемого воздуха.

При подстановке всех значений имеем:

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Сети компрессорного воздуха

Межцеховые сети сжатого воздуха обычно прокладывают по тупиковой схеме, преимущественно в земле ниже уровня промерзания грунта и не выше 0,8м от поверхности.

Надземная прокладка воздуховодов осуществляется только в особых случаях (высокие грунтовые воды, скальный грунт, снабжение воздухом не от магистрали, а от соседнего цеха).

Трубопроводы сжатого воздуха обычно прокладывают по тем же трассам, что и пара, газа, горячей воды, мазута и т.д. При этом нельзя допускать перегрева воздуха выше 1800С (температура вспышки паров масла).

Для удаления конденсирующейся влаги воздуховоды прокладывают с уклоном не менее 0,003 и в низких точках оборудуют дренажными устройствами. Для расчета диаметра труб межцеховой сети определяют расход сжатого воздуха на отдельных ее участках. Ориентировочно диаметр труб в зависимости от расхода воздуха определяют по справочным таблицам.

Таблица 19.3 — Рекомендации к выбору диаметра воздуховодов

Расход воздуха, м3/мин
Диаметр трубы, мм 50-80 80-100 100-125 125-150 150-200 200-250 250-300

Предельная скорость сжатого воздуха в трубопроводах не выше 25 м/с.

Общая потеря давления от компрессора до наиболее удаленного цеха не должна превышать 10% от рабочего давления компрессорной станции.

В магистральных воздуховодах применяют трубы диаметром не менее 50мм.

Внутрицеховые сети сжатого воздуха прокладывают по кольцевой схеме, это более надежно.

При прокладке внутрицеховых сетей обязательно предусматривают дренаж для удаления влаги и масла.

Для предотвращения попадания сконденсировавшейся влаги из цеховой магистрали, отводы потребителям присоединяют сверху или сбоку под острым углом.

Для надежного поступления воздуха к потребителям, удаленным от ввода, скорость в цеховых воздухопроводах принимают равной не более 8-12 м/с и даже 4-8 м/с для воздуховодов малых диаметров.

Во внутрицеховых сетях применяют трубы диаметром не менее 15мм.

Для потребителей с резкими колебаниями расхода, а также для удаленных цехов перед цехом устанавливают воздухосборники.

Гидравлический расчет воздухопроводов ведут по таблицам и номограммам, помещенным в справочниках.

СЖАТЫЙ ВОЗДУХ

Читайте также:

§

Что представляет собой понятие «холод»? Понятие это весьма широкое и относительное, простирающееся от глубоких минусовых температур до области высоких плюсовых температур. Можно ли назвать холодным расплавленный металл? Оказывается можно, если он используется для охлаждения ядерного реактора. Жидкие металлы (натрий, литий) как хладоагенты очень выгодны, так как на единицу своего объема за счет высокой теплоемкости отбирают от охлаждаемого объекта гораздо больше тепла, чем большинство других веществ.

В настоящее царство холода мы попадаем, спускаясь ниже температуры 273 К. Здесь окружающие нас предметы выступают в роли горячих. Все относительно, и жидкий гелий, кипящий при температуре 4,2 К, по отношению к его изотопу – жидкому гелию-3 с температурой кипения 0,3 К кажется горячим – ведь он кипит при температуре в 14 раз более высокой, чем гелий-3.

Успехи в области снижения температуры, приближения ее к абсолютному нулю, гораздо большие, чем в области повышения температуры. Наивысшая достигнутая температура равна 30 млн.К, это температура плазмы в термоядерных реакторах. Она выше комнатной в 100 тыс.раз. Наинизшая достигнутая температура близка к миллионным долям градуса по шкале Кельвина. По отношению к комнатной температуре она ниже в 100 млн.раз.

Тысячилетиями человечество удовлетворяло свои потребности в холоде льдом и снегом. И только в 80-е годы 19 века сформировались основы современных методов получения холода. Были ожижены кислород, азот, водород, метан. Дальше холодильное дело пошло стремительно. Меньше чем за сто лет создано огромное количество разновидностей холодильных установок. Разветвленная, отлаженная и производительная индустрия холода – непременное условие динамично развивающейся промышленности.

Значительное охлаждение (220-230 К) приводит к отказу от использования углеродистых сталей – при этих температурах они становятся хрупкими, — и требует перехода на цветные металлы и сплавы.

Несколько примеров:

1. Спутником нефти является попутный газ, содержащий такие ценные компоненты, как пропан и бутан, пары бензина, этан и метан. На 1 т нефти может выделяться до 500 м3 попутного газа. Его промышленная обработка требует обязательного применения холода. Путем сравнительно небольшого охлаждения и последующего сжатия попутный газ превращают в конденсат, содержащий до 80% пропана и бутана – сжиженный газ.

Более глубокое охлаждение попутного газа и крекинг-газа позволяет разложить их на составляющие (этан, пропан, бутан, водород, этилен, пропилен, бутилен, изобутан), являющиеся ценным сырьем для целого ряда синтетических продуктов и топлив.

2. Холод открывает уникальные возможности для технологов. Так, например, трубопроводы топливоподачи, смазки, подачи воздуха, имеют сложную форму изгибов. Использование холода выглядит следующим образом: заполнение трубок водой, замораживание в течение 30-50 мин. в морозильной камере, затем гибка труб и нагрев-размораживание теплым воздухом. Качество трубопроводов, изготовленных таким способом, отвечает самым жестким нормам авиационной и судостроительной промышленности.

3. При глубокой вытяжке на штампах охлаждению до 100 К подвергают те участки толстостенной детали, которые находятся под воздействием максимальных нагрузок. Охлажденные участки приобретают более высокую прочность, а вытягиваются меньше – это позволяет регулировать толщину изделия.

4. Примораживание немагнитных деталей и их обработка на станках. Это надежнее приклеивания и не оставляет никаких следов.

5. Газ, сжиженный при 111 К, перевозят в танкерах, аварии которых не представляют опасности для окружающей среды. Баки танкеров надежно теплоизолированы. Испаряющийся газ либо используется как топливо двигателей танкера, либо снова сжижается в бортовой установке и сливается в баки.

6. Объем сжиженного газа по сравнению с газом в нормальном состоянии в 600 раз меньше.

Расчеты показывают, что сжиженный газ выгодно перемещать под давлением 40-50 атм, при этом существенно снижается металлоемкость трубопровода, уменьшается расход энергии на перекачку благодаря уменьшению размеров перекачивающих насосов. Поэтому при протяженности трубопровода более 2000-2500 км, даже несмотря на необходимость строительства завода сжижения, капитальные затраты оказываются ниже, чем при организации транспортировки газообразного топлива.

На 1000 км современного газопровода высокого давления требуется около 1 млн.тонн стали. Трубопровод для сжиженного газа позволяет экономить 65% металла.

Основные физические явления, используемые для осуществления искусственного охлаждения:

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

1. Эффект Джоуля-Томсона

Снижение температуры газа при расширении (дросселирование) без совершения внешней работы и теплообмена с окружающей средой. Охлаждение газа в основном происходит в результате совершения работы против сил взаимодействия молекул. К.п.д. процесса порядка 10%.

2. Расширение газа с совершением внешней работы (изоэнтропное или адиабатное)

Это наиболее эффективный процесс снижения температуры, реализуемый обычно в детандерах: поршневых, турбинных и роторных машинах. Газ охлаждается в результате того, что его внутренняя энергия расходуется на совершение работы в детандере. К.п.д. процесса порядка 65-85%.

3. Эффект Ранка

Снижение температуры газа при его расширении в вихревой трубе. Если в трубу по касательной к окружности направить поток газа, то внутри образуются два вращающихся слоя. Наружный более теплый и внутренний – холодный. Установив внутри трубки кольцевую перегородку, потоки легко разделить. Явление открыто в 1931 году и по эффективности занимает среднее положение между расширение газа в дросселе и детандере. К.п.д. процесса порядка 25-40% в зависимости от конструкции вихревой трубы.

4. Испарение жидкостей

Наиболее древний способ получения пониженной температуры. Жидкость переходит в газообразное состояние, расходуя теплоту испарения, оставшаяся жидкость охлаждается.

5. Десорбция газов, поглощенных твердыми телами

Многие пористые тела с развитой поверхностью (адсорбенты) поглощают газы, причем эта способность возрастает с повышением давления. При снижении давления газ выделяется, что сопровождается отводом тепла.

6. Термоэлектрический эффект Пельтье

Открыт в 1834 г. Суть его состоит в том, что при протекании постоянного тока через цепь из двух разнородных проводников место их соединения охлаждается. Более 100 лет эффект не находил промышленного применения. В 50-х годах нашего века под руководством академика Иоффе в институте полупроводников АН СССР разработаны эффективные охлаждающие приборы, создающие перепад в 30-800С. Установив несколько спаев один над другим (каскадная схема), достигают температур 153 К. Недавно предложено воздействовать на термоэлемент магнитным полем, что позволяет дополнительно понижать температуру на 13-150 (магнитотермоэлектрические преобразователи) и использовать эффект Эттинсгаузена (открыт в 1877 г.), заключающийся в появлении градиента температур на поверхности проводника с током, помещенного в магнитное поле (гальваномагнитные преобразователи). Использование этих преобразователей позволяет снизить температуру почти на 2000.

7. Магнитно-калорический эффект размагничивания твердого тела (адиабатное размагничивание)

Впервые использован в 1933г., когда была достигнута температура 0,27 К. Суть метода в том, что парамагнетик охлаждают, например, гелием в сильном магнитном поле. Поле заставляет элементарные магнитные тела ориентироваться в одном направлении. Когда поле снимают, установленный порядок нарушается из-за естественных колебаний. На это тратится внутренняя энергия тела, что приводит к снижению температуры ниже температуры охлаждающей среды – жидкого гелия.

8. Растворение, например, гелия-3 (изотоп) в гелии-4 (обычный гелий), обеспечивающее стабильное получение температуры на уровне 0,02-0,01 К.

Итак, можно сделать вывод о том, что хладоагентами в низкотемпературной технике являются: газы, жидкости, затвердевшие вещества, электроны – свободные в металлах (электронный газ) и связанные в парамагнитных веществах. Уникальный диапазон!

Холод создается в энергетической машине-в компрессоре, если речь идет о парокомпрессорных циклах, в электрогенераторе, если имеется в виду эффект Пельтье. Охлаждение – это отвод энергии. Все перечисленные способы лишь обеспечивают реализацию отвода энергии. Источником ее является энергетическая машина.

Наиболее распространены парокомпрессорные холодильные машины с замкнутым или разомкнутым холодильным циклом. В замкнутой схеме хладоагент циркулирует по кругу, не расходуется, в разомкнутой – рабочее вещество покидает установку.

Наиболее близкой каждому из нас холодильной машиной с замкнутым циклом является домашний холодильник. Несмотря на кажущуюся простоту, в него входят почти все основные элементы любой, даже самой крупной установки. Это компрессор, конденсатор, дроссель или детандер и испаритель. Компрессор сжимает пары. Пары при повышенном давлении охлаждаются и сжижаются в конденсаторе (панель или решетка на задней стенке холодильника). Далее дроссель, где хладоагент расширяется, его температура падает. Охлажденный после дросселирования хладоагент поступает в испаритель, где выкипает, производя полезный эффект, и снова поступает на всасывание компрессора.

При охлаждении до 220-170 К (-50 -1000С) могут использоваться одноступенчатые холодильные машины, работающие на аммиаке, различных фреонах, пропане, бинарных или сложных смесях углеводородов, воздухе.

Для более низких температурных уровней экономически выгодно применять многоступенчатые каскадные схемы. В этом случае хладоагент верхнего температурного каскада охлаждает и конденсирует хладоагент с более низкой температурой кипения и т.д. Например, при сжижении природного газа пропан, конденсируемый окружающим воздухом, в свою очередь, конденсирует этилен, а тот – метан, который используется для ожижения продукта в последней ступени.

Вместо каскада кипящих хладоагентов может использоваться каскад детандеров. Каждый последующий из них снижает температуру хладоагента, уже охлажденного ранее. Такая схема часто применяется при сжижении водорода и гелия.

Читайте также:

§

Подбор оборудования станций производства холода требует данных о всех видах теплопритоков и характере их изменения во времени для каждого охлаждаемого объекта или устройства.

В установшемся состоянии в охлаждаемый объект или устройство будут проникать и возникать внутри следующие виды теплопритоков:

1. Теплоприток от окружающей среды Q1 .

2. Теплоприток от изделий Q2 (при их термической обработке или при совершении реакций).

3. Теплоприток с наружным воздухом Q3 .

4. Прочие теплопритоки Q4 от различных источников.

Сумма всех теплопритоков Q=SQi определяет тепловую нагрузку на холодильное оборудование.

Важнейшая особенность теплопритоков – их непостоянство во времени. Все теплопритоки изменяются во времени и в общем случае, без достаточной закономерности. Теплопритоки Q1 и Q3 , обусловленные влиянием наружной окружающей среды, меняются в связи с сезонными и суточными колебаниями температуры и влажности атмосферного воздуха. Величина Q2 зависит от графика нагрузки на аппараты.

Другая особенность теплопритоков – их максимальные значения по времени, как правило, не совпадают. Поскольку при машинном охлаждении расходуется механическая энергия, которую трудно аккумулировать в большом количестве, то холодильная установка машинного охлаждения только тогда будет способна отвести все теплопритоки, когда ее мощность будет определена по самому неблагоприятному из возможных сочетаний.

При выполнении расчета теплопритоков для нескольких устройств или объектов, охлаждаемых одной холодильной машиной или несколькими, работающими параллельно, следует учитывать отличие между расчетными нагрузками на камерное (местное) оборудование и оборудование машинного отделения или на компрессор.

Под расчетной нагрузкой на камерное (местное) оборудование понимают величину теплопритоков, определяющую необходимую производительность этого оборудования и его теплопередающую поверхность.

Под расчетной нагрузкой на компрессор понимают величину теплопритоков, по которой должна быть определена необходимая холодильная мощность компрессора и другого оборудования машинного отделения.

Определим расчетную нагрузку на компрессор и камерное оборудование для двух устройств А и Б, охлаждаемых параллельно от одного компрессора (рисунок 22.1).

В любой момент времени сумма количеств теплоты, отведенной охлаждающими приборами из устройств А и Б, определяет мощность компрессора в этот момент и тепловой поток к конденсатору.

Иными словами, не может быть разницы между действительной нагрузкой на камерное оборудование и компрессор в любой момент времени. Изменение теплопритока к охлаждаемому объекту вызывает изменение количества пара холодильного агента, образующегося в охлаждающих приборах.

Суммирование действительных нагрузок на местное холодильное оборудование осуществляется объединением в компрессоре количеств пара, поступивших из охлаждающих приборов отдельных устройств, что и создает действительную нагрузку на компрессор.

Причиной появления разницы между расчетными нагрузками на камерное оборудование и компрессор является несовпадение по времени максимальных нагрузок на отдельные охлаждаемые устройства.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Из приведенных на графике зависимостей изменения во времени теплопритоков в устройства А и Б видно, что максимальные теплопритоки QAmax и QБmax по времени не совпадают. Им соответствуют моменты времени tА и tБ. Сумма теплопритоков для обоих устройств в любой момент времени представляет действительную нагрузку на компрессор и на рис.19.1, б, показана линией Qк. Естественно, что в качестве расчетной нагрузки на оборудование для устройства А следует выбрать максимальный теплоприток QAmax , а для устройства Б — QБmax .

Расчетной же нагрузкой на компрессор следует выбрать максимальную сумму теплопритоков Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства , соответствующую моменту времени tк.

Из рисунка видно, что в этом случае суммарная расчетная нагрузка на оборудование охлаждаемых устройств оказалась больше, чем расчетная нагрузка на компрессор, т.е.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Если бы максимальные теплопритоки в отдельных устройствах по времени совпали, то разницы между расчетными нагрузками не было бы.

Точный учет всех особенностей теплопритоков невозможен, поэтому обычно расчет ведется в предположении стационарности теплового режима, хотя действительные условия работы холодильных установок отличаются от стационарных.

Расчетные нагрузки на компрессор, полученные при расчете теплопритоков, являются исходными для определения необходимой холодильной мощности холодильных машин при рабочих условиях. Но на пути от охлаждаемых объектов к машинному отделению имеются дополнительные теплопритоки через стенку холодных трубопроводов, аппаратов низкого давления и, кроме того, появляются потери давления.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

В приближенных расчетах все эти потери учитываются коэффициентом потерь при транспортировке холода r.

Тогда расчетная мощность холодильной машины

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Таким образом, в ряде случаев теплопритоки через трубопроводы могут оказаться весьма существенными и даже соизмеримыми с нагрузкой на охлаждаемые объекты. В связи с этим долю транспортных теплопритоков следует оценивать поточнее.

Таблица 22.1 — Значения r для различных потребителей

Потребительr
Средние и крупные установки непосредственного охлаждения (хладоагентом) 1,05-1,07
Установки косвенного охлаждения (хладоносителем) при температурере >(-600С) 1,10-1,12
Установки косвенного охлаждения (хладоносителем) при температурере (-60)-(-1000С) 1,15-1,20
Малые установки с разветвленной сетью трубопроводов 1,5

Читайте также:

§

Правильный выбор числа машин и необходимого резерва оборудования связан с характером изменения нагрузки в течение суток или года.

На предприятиях с равномерным выпуском продукции при относительно малой роли теплопритоков со стороны наружной среды суточным и годовым графиком нагрузки на холодильную установку для любой из температур кипения будет горизонтальная линия (рис.19.2, а). Однако выбор для данной температуры кипения только одной машины может оказаться нецелесообразным, так как ее выход из строя может сорвать выпуск продукции.

Можно установить резервный агрегат с той же холодильной мощностью, что и основной агрегат. Однако лучшим решением будет установка 2-х основных агрегатов половинной мощности каждый. Тогда при выходе из строя одного агрегата второй агрегат все же обеспечивал бы выпуск части продукции или ее охлаждение до несколько более высокой температуры.

При установке резервного агрегата той же мощности, что и основные, будет предусмотрен не 100%, а 50% резерв. Эти положения основаны, главным образом, на опыте работы поршневых компрессоров, не обладающих достаточной надежностью из-за наличия в них трущихся деталей и тяжелонагруженных клапанов, работающих в условиях знакопеременных нагрузок.

К выбору турбокомпрессоров следует подходить иначе. Во-первых, турбокомпрессоры могут быть выполнены в одном корпусе на несколько температур кипения, и поэтому даже для разных «изотерм холода» возможен выбор одного агрегата. Во-вторых, надежность турбокомпрессоров в настоящее время настолько высока, что заводы-изготовители гарантируют безаварийную работу с одним профилактическим ремонтом в год. Это позволяет не иметь резервную машину.

У предприятий, на которых холодильные установки предназначены для поддержания низких температур в помещениях, годовой график теплопритоков соответствует характеру изменения температуры наружного воздуха (рисунок 22.2, б). Установленный в этом случае один агрегат, рассчитанный на всю нагрузку, значительную часть года окажется сильно недогруженным.

При таком графике нагрузку целесообразно распределить между двумя или тремя одинаковыми агрегатами. В этом случае отпадает необходимость в резервном агрегате, причем целесообразна установка хотя бы одного компрессора с автоматическим изменением холодильной мощности.

На некоторых производствах в связи с периодической работой отдельных технологических аппаратов нагрузка резко изменяется в течение суток (рисунок 22.2, в). Часть «а» суточного графика нагрузки равномерна, в то время как нагрузка от технологических агрегатов придает графику периодический (часть «б») или пиковый (часть «в») характер.

В этом случае вопрос о выборе числа машин можно решить по разному. Можно всю нагрузку распределить между тремя машинами мощностью Qа , Qб , Qв. Можно распределить нагрузку между двумя машинами: Qа и(Qб Qв ).

К существенному уменьшению установленной мощности холодильного оборудования приводит применение аккумуляторов холода, позволяющих снимать пиковую нагрузку и часть периодической. Однако применение аккумуляторов холода увеличивает энергетические затраты, поскольку холодильная установка должна работать при более низкой температуре кипения.

Желательно выбирать или однотипное оборудование, или возможно меньшее число типов однородного оборудования, так как в этом случае упрощается эксплуатация, уменьшается ассортимент необходимых запасных частей, монтажных и ремонтных приспособлений, инструмента.

Достаточно определенно установлены области применения различных типов холодильных машин в зависимости от экономической эффективности.

Поршневые компрессоры целесообразно использовать в области малой и средней холодильной мощности (до 0,35¸0,40 МВт) при стандартных условиях.

Для холодильной мощности до 1,5¸1,6 МВт применяют винтовые компрессоры (надежны, просты в эксплуатации).

При более высокой мощности применяют турбокомпрессоры.

Содержащиеся в воздухе редкие газы распределяются в воздухоразделительном аппарате двойной ректификации соответственно их температурам кипения с учетом давления.

На рисунок 23.1 приведены температуры кипения редких газов при давлении 760 мм рт.ст. (101,3 кПа) и схема распределения газов в колонне двойной ректификации.

Неон и гелий, имеющие наиболее низкие температуры сжижения, накапливаются в газообразном состоянии под крышкой конденсатора.

Криптон и ксенон, у которых температуры кипения выше, чем у кислорода, собираются в кубовой жидкости и вместе с нею переходят в жидкий и газообразный кислород конденсатора.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Аргон, температура кипения которого лежит между температурами кипения кислорода и азота, распределяется между этими газами, отводимыми из аппарата в качестве основных продуктов разделения воздуха.

Количество редкого газа, которое может быть получено на установке, можно приближенно определить по формуле:

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства , м3

где:

V – количество газа при нормальных условиях, м3/ч;

B – количество перерабатываемого воздуха, м3/ч;

Cи – содержание редкого газа в воздухе, %;

k – коэффициент извлечения редкого газа.

k имеет следующие значения:

аргон — 0,5-0,85

криптон — 0,55-0,6

ксенон — 0,35

неон и гелий — 0,5

По отношению к азоту и кислороду инертные газы можно разбить на три группы:

I – неон и гелий, легкие инертные газы, температуры кипения которых значительно ниже, чем кислорода и азота. Следовательно, при температурах и давлениях в ректификационной колонне они находятся в газообразном состоянии и не могут быть сконденсированы.

II – ксенон и криптон, тяжелокипящие инертные газы, так как температуры кипения Kr и Xe на десятки градусов выше, чем О2 и N2. Поэтому они конденсируются главным образом в жидком кислороде.

III – аргон, температура кипения которого находится между температурами кипения О2 и N2. Поэтому в колонне фактически разделяется не двойная смесь О2— N2, а тройная – О2-N2-Аr, и аргон оказывает существенное влияние на процесс ректификации.

Неон и гелий, поступая с воздухом в нижнюю колонну разделительного аппарата, не конденсируясь, поднимаются вместе с парами и постепенно накапливаются под крышкой конденсатора.

В аппаратах, из которых парообразный азот отбирают из конденсатора, смесь неона и гелия непрерывно отводится вместе с азотом и не влияет на процесс ректификации.

Из аппаратов, в которых такой отбор не предусмотрен, накопившуюся неоногелиевую смесь удаляют. Если этого не делать, неоногелиевая смесь постепенно заполняет пространство конденсатора, связанное с нижней колонной, и будет препятствовать поступлению паров азота в верхнюю часть конденсатора.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

В результате часть поверхности трубок не будет использоваться для конденсации азота, уменьшение рабочей поверхности конденсатора вызовет повышение давления в нижней колонне и приведет к нарушению режима аппарата.

В небольших установках неоногелиевую смесь из нижней колонны не используют, а удаляют периодической продувкой конденсатора через перепускную диафрагму 1 или специальный вентиль (рисунок 23.2, а).

В установках большой производительности неоно-гелиевую смесь отбирают через небольшой дополнительный конденсатор, установленный в верхней части колонны низкого давления (рисунок 23.2, б). Так как температура в этой части колонны ниже, чем в трубном пространстве конденсатора, то змеевике 2 при давлении 0,55 МПа часть азота сконденсируется и содержание Ne He в смеси повысится до 30-50%. Жидкий азот стекает в сборник 3, откуда его периодически сливают, а обогащенную Ne He смесь отводят на очистку от азота и разделение.

Организация извлечения криптоно-ксенонового концентрата из перерабатываемого воздуха, учитывая малое содержание их в воздухе, целесообразна только на крупных воздухоразделительных агрегатах, перерабатывающих более 15-20 тыс.м3/ч воздуха. Получение криптоно-ксенона снижает себестоимость кислорода. При этом на 1 дм3 чистой криптоно-ксеноновой смеси расход энергии составляет порядка 10 кВт×ч.

Технологический процесс получения криптона и ксенона включает следующие 3 стадии:

1. Получение первичного (бедного) криптоно-ксенонового концентрата, содержащего 0,1-0,2% Kr и Xe.

Происходит это следующим образом. Криптон и ксенон как тяжелокипящие компоненты остаются в жидкости испарителя, вместе с которой поступают в середину верхней колонны, а затем в межтрубное пространство конденсатора. Здесь они накапливаются, растворяясь в жидком кислороде. Для получения Kr Xe концентрата жидкий кислород отводят в криптоновую колонну. Примерно 10% поступающего кислорода отводится из куба в виде концентрата с (0,1¸0,2 Kr Xe).

1. Обогащение первичного концентрата и получение из него технического криптона, содержащего до 99% Kr и Xe.

2. Выделение из криптоно-ксеноновой смеси чистых криптона и ксенона.

Если первые две стадии осуществляются на предприятиях разделения воздуха, то третья – на заводах, потребляющих чистые криптон и ксенон.

Физические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производстваФизические основы разделения газа, Ректификация воздуха - Энергетическое обеспечение производства

Технологический процесс производства чистого аргона включает три стадии. На первой стадии в воздухоразделительном аппарате попутно с кислородом или азотом получают азото-аргоно-кислородную смесь. Так как температура кипения аргона лежит между температурами кипения азота и кислорода (на 100С выше азота , на 30С ниже кислорода), аргон накапливается в нижней части верхней колонны. В этой части колонны отбирают аргонную фракцию, содержащую 5-12% аргона и направляют на обогащение в специальную аргонную колонну. Именно в ней получают так называемый сырой аргон, содержащий 82-90% аргона, 4-8% азота и 1-10% кислорода.

На второй стадии эту смесь подвергают каталитической очистке от кислорода при связывании последнего водородом с получением смеси азот-аргон.

Третья стадия заключается в разделении смеси азот-аргон на чистый аргон, извлекаемый как конечный продукт, и азот, выбрасываемый в атмосферу.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК:

1. Абрамов Н.Н. Водоснабжение; Учебник, 2-е издание. –М.: Стройиздат, 1982. – 440 с.

2. Алхазов Г.Г. Воздушные поршневые компрессорные станции машиностроительных заводов.-М.: Машгиз, 1961.-112 с.

3. Андоньев С.М. и др. Особенности промышленного водоснабжения, — 2-е изд. К.Будiвельник,1981. – 248 с.

4. Багров О.Н. и др. Системы полного оборотного водоснабжения в цветной металлургии. – М: Металлургия, 1978. – 143 с.

5. Бирман И.М. Аппаратчик воздухоразделительной установки. Справочник.-Металлургия, 1978. –319с.

6. Боярский М.Ю. и др. Автономные криорефрижераторы малой мощности.-М.: Энергоатомиздат, 1984 г.

7. Бродянский В.М., Меерзон Ф.И. Производство кислорода. –М.: Металлургия, 1970. –384с.

8. Газовое хозяйство заводов черной металлургии. Старицкий В.И. М.: Металлургия, 1973 г.

9. Глизманенко Д.Л. Получение кислорода. –М.: Химия, 1972.-752с.

10. Громогласов А.А. и др. Водоподготовка: Процессы и аппараты. Учебн.пособие для ВУЗов: Под ред. О.И.Мартыновой. – М.: Энергоатомиздат, 1990. –272 с.

11. Давыдов Н.И. Станции технологического кислорода. –М.: Металлургия, 1964. –351с.

12. Дилевская Е.В. Криогенные микротеплообменники.-М.: Машиностроение, 1978.-165 с.

13. Кислород. Справочник под ред. Д.Л.Глизманенко. Т.1, ч.I и II/ -М.: Металлургия, 1967. –668с.; Т.2-М.: Металлургия, 1973. –463с.

14. Курылев Е.С., Герасимов Н.А. Холодильные установки.-Л.: Машиностроение, 1980.622 с.

15. Лисиенко В.Г. и др. Системы производства и распределения энергоносителей промышленных предприятий. Уч.пособие для вузов. Под ред. Несенчука А.П. – Минск.; Высшая школа, 1989. – 279 с.

16. Металлургическое топливо. Справочник. Равич М.Б. и др. М.: Металлургия, 1965 г.

17. Разделение воздуха методом глубокого охлаждения. 2-е изд. Технология и оборудование. Т.1, 2. –М.: Машиностроение, 1973.

18. Резников М.И. Парогенераторные установки электростанций. – М.: Энергия. –1974.

19. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. –М.: Энергия, 1982.

20. Соловьев Ю.П. Вспомогательное оборудование паротурбинных электростанций. М.: Энергоатомиздат. –1983.

21. Справочник по физико-техническим основам криогеники /Под ред. М.П. Малкова. –М.: Энергия, 1973. –391с.

22. Старк С.Б., Белянчиков Л.Н. Воздуходувные машины и вакуумные установки в черной металлургии.-М.: Металлургия, 1971.-264 с.

23. Теплоэнергетика металлургических заводов. Розенгарт Ю.И. и др. М.: Металлургия, 1985 г.

24. Топочные мазуты. Белосельский Б.С. – М.: Энергия, 1978. –256 с.

25. Промышленные тепломассообменные процессы и установки. Под ред. А.М.Бакластова.-М.: Энергоатомиздат, 1986.-327 с.

26. Халецкий М.М. Отопление, вентиляция и холодоснабжение предприятий черной металлургии. –М.: Металлургия, 1973 г.

27. Энергетическое топливо. Белосельский Б.С., Соляков В.К. М.: Энергия, 1980 г.

Читайте также:

Технологическая цепочка производственного процесса в кислородном цехе. процесс разделения воздуха

Атмосферный воздух представляет собой смесь азота, кислорода, аргона и редких газов, не связанных между собой химически. Приближенно можно рассматривать воздух как смесь только азота и кислорода, поскольку аргона и редких газов содержится менее 1%, в этом случае принимают (округленно), что объемное содержание азота в воздухе составляет 79% и кислорода-21%.

Разделение воздуха на кислород и азот является довольно сложной технической задачей, особенно если воздух находится в газообразном состоянии. Этот процесс облегчается, если предварительно воздух перевести в жидкое состояние сжатием в компрессорах, расширением и охлаждением, а затем осуществить его разделение на составные части, используя разность температур кипения жидких кислорода и азота. Жидкий азот под атмосферным давлением кипит при температуре — 195,8°С, а жидкий кислород при — 182,97°С. Если жидкий воздух постепенно испарять, то сначала будет испаряться преимущественно азот, обладающий более низкой температурой кипения; по мере улетучивания азота жидкость обогащается кислородом. Повторяя процесс многократно, можно достигнуть желаемой степени разделения воздуха на азот и кислород требуемой чистоты. Процесс разделения жидких смесей на их составные части путем многократного испарения жидкости называется ректификацией.

Следовательно, описанный способ получения кислорода основан на сжижении воздуха путем охлаждения его до очень низкой температуры и последующего разделения на кислород и азот методом ректификации. Поэтому данный способ получения кислорода называется глубоким охлаждением.

В настоящее время получение кислорода из воздуха глубоким охлаждением наиболее экономично, вследствие чего этот метод получил широкое промышленное распространение. Глубоким охлаждением и ректификацией воздуха можно получать практически любые количества кислорода и азота сравнительно низкой стоимости. Расход электроэнергии на получение 1м3 кислорода составляет 0,4 — 1,6 Квт*ч (1,44*106-5,76*106 Дж) в зависимости от производительности и технологической схемы установки.

Технологический процесс разделения воздуха состоит из следующих основных стадий:

  • 1. очистки воздуха от пыли и механических примесей;
  • 2. сжатия воздуха в компрессорах;
  • 3. очистки сжатого воздуха от углекислого газа;
  • 4. осушки сжатого воздуха и очистки его от углеводородов;
  • 5. сжижения и ректификации воздуха для разделения на кислород, азот, извлечения редких газов — аргона и криптоно-ксенона;
  • 6. накопления полученного газообразного кислорода в газгольдере или жидкого кислорода в цистерне — хранилище;
  • 7. наполнения газообразным сжатым кислородом баллонов, подачи сжатого кислорода потребителю по газопроводу или наполнения транспортных танков и цистерн жидким кислородом из стационарных танков и цистерн;
  • 8. очистки редких газов от кислорода и азота, с доведением их состава до требований ГОСТ, и наполнения редкими газами баллонов (Приложение 1).

Технологические схемы и конструкции воздухоразделительных установок определяются требованиями по производительности, концентрации продуктов разделения, условиями эксплуатации.

По своим технологическим схемам установки отличаются:

ѕ способом получения холода (холодильным циклом);

ѕ способами очистки воздуха от углекислоты и влаги;

ѕ схемой ректификации.

Очистка воздуха от механических примесей, необходимая для удаления пыли и случайных твердых частиц (механических примесей), осуществляется с помощью устройств для первичной обработки воздуха — воздухозаборов и фильтров.

Для работы воздухоразделительных установок требуется сжатый воздух, который является не только производственным сырьем, но и источником получения холода, необходимого для ожижения газов и компенсации холодопотерь установки. Холодильный эффект сжатого воздуха проявляется в процессе его дросселирования (лубокого охлаждения и сжижения газов). Для сжатия воздуха применяют турбокомпрессоры. Основными требованиями, которые предъявляются к компрессорам, подающим воздух в установки разделения воздуха, являются их надежность и высокий коэффициент полезного действия. Известно, что центробежные компрессоры большой производительности обладают более высоким КПД по сравнению с машинами малой производительности, а стоимость 1 м3кислорода зависит от экономичности работы воздушного компрессора. Исходя из этого, установки разделения воздуха выгоднее комплектовать как можно более мощными машинами.

Удаление из воздуха водяных паров — обязательный процесс обработки воздуха перед поступлением его в разделительный аппарат. В кислородных установках применяют следующие методы осушки воздуха: химический (влага поглощается твердым едким натром); адсорбционный (влага из воздуха поглощается адсорбентами — алюмогелем, силикагелем или цеолитом); вымораживание влаги путем охлаждения воздуха до 30 — 40 0 С в переключающихся теплообменниках, где водяные пары выпадают в виде воды или льда на рабочей поверхности аппаратов; вымораживание влаги совместно с двуокисью углерода при охлаждении воздуха в регенераторах.

Очистка воздуха от углекислого газа (СО2). Углекислый газ и водяные пары, попадающие в разделительный аппарат, выпадают и замерзают при низких температурах. Забивка ректификационной колонны твердой двуокисью углерода нарушает работу установки, вследствие чего разделительный аппарат периодически останавливают для отогрева.

В производстве кислорода применяют химический и Физический методы очистки воздуха от двуокиси углерода. В настоящее время воздухоразделительные установки комплектуются блоками комплексной очистки воздуха высокоэффективными адсорбентами — цеолитами. Физическую очистку (в регенераторах) проводят путем охлаждения воздуха примерно до — 170 0С. При такой температуре двуокись углерода почти полностью переходит в твердое состояние и задерживается в насадке регенераторов.

Основной метод получения кислорода, азота, аргона и других продуктов разделения воздуха — метод глубокого охлаждения воздуха с последующей ректификацией (разделением) в аппаратах колонного типа. Для глубокого охлаждения используется свойство сжатых газов понижать температуру при расширении.

Уменьшение давления сжатого воздуха на каждую атмосферу при резком расширении (дросселировании) будет сопровождаться падением температуры. Еще более эффективно понижается температура газа, когда он, расширяясь, производит работу. Машина, основанная на таком принципе, называется детандер. Если направить сжатый газ в цилиндр, то при расширении газа поршень перемещается и совершается работа, а сам газ резко охлаждается. Газ может охлаждаться и в турбодетандере, где сжатый газ вращает рабочее колесо. Современные воздухоразделительные установки создаются с использованием как эффекта дросселирования, так и расширения воздуха в турбодетандерах (Приложение 2).

Аргон является наиболее дешевым редким газом, так как содержится в воздухе в значительно большем количестве, чем остальные редкие газы. Поэтому получение аргона на воздухо-разделительных аппаратах непрерывно увеличивается. Получение чистого аргона включает три стадии. Вначале в воздухоразделительном аппарате, попутно с кислородом или азотом, получают азото-аргоно-кислородную смесь, так называемый сырой аргон, с содержанием от 65 до 95% аргона. Затем эту смесь подвергают каталитической очистке от кислорода при связывании последнего водородом, с получением смеси азот — аргон. Третья стадия процесса заключается в разделении смеси азот-аргон на чистый аргон, извлекаемый как конечный продукт, и азот, выбрасываемый в атмосферу. Технологический процесс получения криптона и ксенона включает три стадии.

  • 1. Получение первичного (бедного) криптоно-ксенонового-концентрата с содержанием 0,1-0,2% криптона и ксенона в сумме.
  • 2. Обогащение первичного концентрата и получение из него технического криптона с содержанием до 99% криптона и ксенона (в сумме) или криптоно-ксеноновой смеси с содержанием до 95% криптона и не менее 5% ксенона.
  • 3. После ВРУ азот и кислород подается на кислородные и азотные компрессора. Кислород сжимается до давления Р = 30 кгс/см2 и подается на кислородно-распределительные пункты, а затем в сеть комбината: в конвертерные цехи ККЦ-1 и ККЦ-2, листопрокатное производство, доменное производство, электросталеплавильный цех, фасоносталелитейный цех, ремонтные цеха механического оборудования, на очистные сооружения, производство сложной бытовой техники, коксохимпроизводство.

Основными потребителями азота являются: листопрокатное производство (агрегат непрерывного отжига АНО, агрегат горячего цинкования АГЦ, колпаковые печи, методические печи), конвертерное производство (отделение десульфурации), коксохимическое производство (на установки сухого тушения кокса), карбидо — сажевый цех, производство сложной бытовой техники, доменное производство (засыпной аппарат).

Основными потребителями аргона являются конверторные цехи (комбинированная продувка стали), производство динамной стали, производство сложной бытовой техники, ремонтно-механический цех, фасоно-литейный цех.

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий