ФГБОУ ВПО "Воронежский государственный технический

университет"

Кафедра физики твердого тела

Методические указания

к лабораторным работам

по курсу «Воздухоразделительные установки»

для студентов направления 140700.62 «Ядерная энергетика

и теплофизика»

(профиль «Техника и физика низких температур»)

очной формы обучения

Воронеж 2015

Составитель канд. физ.-мат. наук О.В. Калядин

УДК 661.9

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Воздухоразделительные установки» для студентов направления 140700.62 «Ядерная энергетика и теплофизика» (профиль «Техника и физика низких температур») очной формы обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. О.В. Калядин. Воронеж, 2015. 51 с.

Методические указания содержат теоретическую часть к каждой лабораторной работе, описание изучаемых установок, методику выполнения работы и контрольные вопросы.

Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2007 и содержатся в файле Мет. Лаб. (ВРУ).docх.

Ил. 25. Табл. 1. Библиогр.: 4 назв.

Рецензент канд. физ.-мат. наук, доц. В. А. Юрьев

Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук, проф. Ю.Е. Калинин

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

 ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2015

Лабораторная работа №1 Изучение блоков комплексной очистки воздуха установки ажа – 0.04

Цель работы: Изучение принципа действия и правил эксплуатации блоков комплексной очистки воздуха при помощи цеолитов (молекулярных сит).

Содержание работы: Во время лабораторной работы студенты в производственном помещение азотного отделения криогенной лаборатории ВГТУ изучают устройство и принцип действия блоков комплексной очистки воздуха, их назначение и основные правила эксплуатации, осуществляют некоторые операции по обслуживанию блоков осушки воздуха под надзором преподавателя и представителя производства.

Описание воздухоразделительной установки: Воздухоразделительная установка АЖА – 0.04 предназначена для получения из атмосферного воздуха методом глубокого охлаждения по циклу высокого давления с детандером жидкого или газообразного азота. Жидкий продукт накапливается в емкости блока разделения и периодически сливается в емкость потребителя (сосуды Дьюара, ТРЖК и т.д.). Производительность данной установки:

- по жидкому продукту: 40 кг/ч

- по газообразному продукту: 50 м³/ч

Чистота продуктов разделения 99.998 об %. Длительность пускового периода при Т_ос = 20 °С не менее 4 часов. Продолжительность полного отогрева – не менее 5 часов. Длительность рабочей кампании при получении жидкого продукта – 12 суток, газообразного – 60 суток. Установка включает в себя:

- компрессор

- блок комплексной очистки воздуха

- детандер

- блок разделения

- насос сжиженных газов.

При работе установки атмосферный воздух очищается от механических примесей в сетчатом цилиндрическом фильтре, после чего поступает в первую ступень компрессора. Компрессор представляет собой 5-ти ступенчатую крейцкопфную машину с приводом от асинхронного двигателя мощностью 75 кВт. Для смазки цилиндров компрессор снабжен лубрикатором. Для охлаждения масла в системе предусмотрен маслоохладитель. Каждая ступень компрессора имеет холодильник и влагомаслоотделитель. Цилиндры компрессора имеют водяные рубашки. Система охлаждения проточная. Водопроводная вода, пройдя масляный охладитель, воздушные холодильники и рубашки цилиндров сливается в канализацию.

Пройдя последовательно пять ступеней компрессора, сжатый воздух с давлением 70 – 200 атм поступает в ожижитель для охлаждения до температуры 5 – 10 °С, оптимальной для работы цеолитов. Конструктивно ожижитель представляет собой трехсекционный теплообменник змеевикового типа. Охлаждение воздуха происходит за счет:

- отбросного газа при работе установки на жидкость;

- отбросного газа и продукта разделения при работе установки на газ.

Ожижитель расположен в кожухе блока разделения. Из ожижителя воздух направляется в блок очистки, где осушается и очищается от паров воды, углекислоты и ацетилена цеолитами. Насыщение цеолитов примесями происходит до определенного предела, после чего их адсорбционная способность должна быть восстановлена (производится регенерция). Для регенерации используется отбросной газ блока разделения, расход которого определяется с помощью дифманометра. Чтобы предотвратить сгорание трубчатых элементов электроподогревателя, блок очистки снабжен электродиафрагмой, не позволяющей включить электроподогреватель без прохождения через него оптимального количества регенерирующего газа. После окончания регенерации подогрев выключается и адсорбер охлаждается тем же потоком газа.

После очистки сжатый воздух направляется в блок разделения, где сжижается и при помощи ректификации разделяется на азот и кислород. Сжижение воздуха происходит за счет холода, полученного при расширении его в дроссельном вентиле. Компенсация холодопотерь при производстве жидкого продукта происходит за счет расширения части воздуха в детандере (кроме того этот холод используют и для сокращения пускового периода). Конструктивно блок разделения состоит из кожуха, в котором размещены:

- ректификационная колонна

- теплообменная аппаратура

- фильтры

- емкость для накопления жидкого продукта

- дроссельные и запорные вентили.

На кожухе блока разделения размещается щит с приборами, трубы отбросного газа, коллекторы отогрева и продувки, предохранительные клапаны. Свободное пространство в кожухе заполнено теплоизоляцией – мипорой.

Применение цеолитов существенно увеличивает кампанию установки (время непрерывной работы). При работе установки на газовом режиме (детандер не работает) достигает 60 суток и более, однако кампания установки на жидкостном режиме лимитируется заменой фильтра детандерного воздуха и не должна превышать 12 суток. В конце капании производится отогрев блока разделения. Для этого используется электроподогреватель блока очистки. Воздух, нагретый до температуры 80 °С, с давлением 6 атм, подается в коллектор отогрева и далее ко всем необходимым узлам блока отогрева.

Часть воздуха высокого давления, идущая на расширение в дроссельный вентиль, предварительно проходит ожижитель и теплообменник (также как и ожижитель - трехсекционный). Расширение в дроссельном вентиле ведется до 6 атм (рабочее давление ректификационной колонны).

Часть воздуха высокого давления, идущая на расширение в детандер, расширившись до 6 атм, последовательно проходит фильтр детандерного воздуха, обратный клапан, детандерный теплообменник и поступает в ректификационную колонну.

В колонне происходит разделение жидкого воздуха на жидкий продукт и отбросный газ. Жидкий продукт накапливается в емкости блока разделения. Для получения газообразного продукта жидкость засасывается насосом сжиженных газов и направляется на наполнительную рампу с предварительной газификацией в теплообменнике и ожижителе за счет тепла воздуха высокого давления, идущего на дросселирование.

Отбросной газ отдает свой холод, последовательно проходя переохладитель, рубашку насоса сжиженных газов, теплообменник детандерного воздуха, основной теплообменник, ожижитель и далее направляется на регенерацию в блок очистки.

Для улучшения работы блока очистки и блока разделения установка комплектуется блоком предварительного охлаждения (фреоновый холодильный агрегат). При его работе воздух высокого давления после ожижителя направляется в верхний змеевик теплообменника-испарителя, где охлаждается и затем уже поступает в блок очистки. После чего воздух направляется нижний змеевик теплообменника испарителя, и частично охладившись, поступает в блок разделения.

Блоки комплексной очистки: Блок очистки входит в состав установки разделения воздуха АЖА – 0.04 и предназначен для очистки воздуха от влаги, двуокиси углерода, ацетилена и других примесей.