Проект - Калесник - 2004 / En_tehnology4,6

Пункт№4.

Расчет процессов в подсистеме парциальной конденсации.

Вначале необходимо выяснить, достаточно ли внутренних энергоресурсов для реализации процесса разделения исходной смеси на две фракции: жидкой органики при у_ж =1 и азотной фракции с примесью органики . Уравнения баланса массы для подсистемы имеют вид

=+ -общая масса (4.1)

= -масса азота.

Состав азотной фракции определим по заданной величине коэффициента извлечения органики

(4.2).

Совместное решение (4.1) и (4.2) дает

(4.3).

=;

=-; (4.4).

Температуры начала () и конца () процесса парциальной конденсации при исходном давлении газовой смеси находим по условию равновесия жидкой и паро-газовой фаз, полагая, что состав жидкой фазы у_ж=1. Последнее есть следствие незначительной растворимости азота в органике.

(4.5).

Давление насыщенных паров конденсируемого компонента (органики) находим по корреляции Антуана

(4.6).

Константы А, В, С в [2], [T] K; [Pv] мм рт. ст. из 3.12 и 3.13 следует

(4.7)

(4.8).

Подсистема парциальной конденсации включает аппарат парциальной конденсации 2 и теплообменник 1, где происходит рекуперация холода азотной фракции. 3 полость газа низкого давления (охлаждающей среды), 4 детандер.

В схеме с детандером холодный поток газа после детандера отводит тепловой поток в аппарате 2 и частично в аппарате 1. Жидкая фракция отводится из системы при температуре конца конденсации . Принято, что температура газовой смеси на входе в аппарат 1 определяется температурой оборотной воды из градирни .

; ∆Т=5-10 К.

Температура газовой смеси на входе в аппарат 2

==.

Температура азотной и жидкой фракций на выходе из аппарата 2

==.

Температура азотной фракции перед детандером

≤-; =8-15 К.

Температура азотной фракции после детандера

≤-; =8-15 К.

Знак ≤ означает необходимость обоснованного выбора этих температур (см. далее). Температура азотной фракции низкого давления на выходе из аппарата 1

=-; =8-15 К.

Для разделения смеси методом парциальной конденсации необходимо отвести тепловой поток от газовой смеси при Т<, а также компенсировать теплопритоки из окружающей среды к аппаратам с температурой Т< и . Кроме того, необходимо компенсировать неполную рекуперацию холода азотной фракции, т.к. <. Эта суммарная холодильная мощность должна быть создана в детандере за счет расширения азотной фракции .

Из уравнения баланса энергии для ФКО, охватывающего полости высокого давления аппаратов 1 и 2, получим необходимую холодильную мощность

= -[--]- (4.9)

Энтальпии газовой смеси и азотной фракции отсчитаны от опорного состояния = = кДж/кмоль,

= кДж/кмоль. (4.10)

Константы идеально-газовой теплоемкости для азотной фракции рассчитаны по (3.3) с учетом состава по (3.10). Энтальпия жидкой фракции при = рассчитаны с учетом несжимаемости по уравнению

=-+=-+[-] (4.11)

Теплоемкость жидкой фазы при средней температуре = находим по данным [3]. Теплоту парообразования конденсируемого вещества находим методом подобия по корреляции Ватсона [2]

=, (4.12)

где -теплота фазового перехода при нормальном барометрическом давлении = 740 мм рт. ст., - температура кипения при , =; =, - критическая температура конденсирующего вещества ,, по данным [2].

Теплопритоки из окружающей среды к аппаратам 1 и 2 оцениваем по относительной доле тепловых потерь

=+,

=-; =- (4.13) .

Тепловые нагрузки аппаратов 1 и 2 по уравнениям баланса энергии для полости охлаждаемого газа в этих аппаратах

= -[-] (4.14),

= -[--] (4.15),

при этом ==; == энтальпию газа находим по (4.10) при замене верхнего предела интеграла на . Знаки теплового потока определяют приток или отвод тепла к рассматриваемой полости аппаратов. Неполнота рекуперации холода в аппарате 1 учитывается при расчете энтальпий газовой смеси и азотной фракции.

Далее (в схеме с детандером) необходимо найти температуру после расширения при условии =-; =8К и =

=-[-] (4.16).

Адиабатный внутренний КПД процесса расширения принять =0,82, температуру в конце адиабатного равновесного процесса, полагая газ идеальным, находим

= при = и =.

Значение искомой температуры (по 3.23) должно:

во-первых, удовлетворять условию ≤-; =8-15 К;

во-вторых, обеспечивать необходимую холодильную мощность при нагреве расширенного газа в аппаратах 1 и 2 :

-≤[-], (4.17)

при этом ≤-; =8К.

Энтальпию азотной фракции низкого давления рассчитываем по уравнениям (4.10) с соответствующей заменой верхнего предела интеграла.

Если эти условия не выполняются, это означает, что внутреннего энергоресурса, обусловленного давлением газовой смеси недостаточно для получения холода и реализации процесса разделения. Необходимо повысить давление газовой смеси, т.е. установить турбокомпрессор. Далее процедура итерационного приближения при выборе давления газа , поскольку меняются все расчетные величины, вначале и . В качестве приближения можно взять(4.17) в форме равенства и найти (), далее по (4.16) найти и наконец = по уравнению

≈ (4.18).

Далее следует пересчет всех величин: , , , , , при этом допустимо расширение в детандере проводить до давления ≥, если создается избыток холода.

Пункт №6.

Расчет холодильного цикла.

1Определить Р после детандера -?

Из условия количество вырабатываемого холода должно быть равно потребляемой мощности:

-=[-]=

=

= 1 -

к = == 1,4.

Из формулы находим , (≥ 1 бар).

2 Вычислить мощность -?

=

=0,99;

=0,96;

=0,96.

3 Оценка температуры.

=-; ≥8-10 К.

4 Проверить баланс:

[-]=

=-+[-]-[-]=

=-+[--[-]] (=).

Расчет температуры на выходе из детандера:

===.

=; -?