Модернизация воздухоразделительной установки получения жидкого кислорода

Количество разделяемого воздуха. Паспортная производительность компрессора типа 3Г 100/200 равна 6000 м^3/ч. С учетом потерь на продувки маслоотделителей компрессора и потерь при переключении осушительных баллонов блока очистки, теряется 5 % воздуха.

Vв=6000*0,95 = 5700 м^3/ч. (при 0 °С и атм. давлении).

Масса перерабатываемого воздуха с учетом потерь равна 5700*1,29=7350кг/ч

При 20 °С и атм. давлении Vв=5700*300/273=6263 м^3/ч.

После компрессора воздух попадает в теплообменник-ожижитель I, где температуру выходящего из него воздуха принимают 2 ч 5 °К.

Т2=273+2=275 °К

Перед точкой 3 поток проходит блок очистки, где подогревается до температуры:

Т2=275+3=278 °К

Вызвано это тем, что поглощение веществ сорбентами сопровождается выделением теплоты, называемой теплотой адсорбции.

После блока очистки он разделяется на два потока: один идет в поршневой детандер и расширяется до давления р4=6 атм, а второй поток идет в основной теплообменник, где охлаждается встречным потоком отходящего азота и дросселируется до давления р6=6 атм. Адиабатный к.п.д. поршневого детандера высокого давления составляет 0,74ч0,78%.

Принимаем здт=0,75%.

Далее оба потока приходят в нижнюю ректификационную колонну: детандерный поток в куб колонны, а дроссельный поток на нижнюю тарелку.

После процесса ректификации воздуха, азот идет на переохлаждение полученного жидкого кислорода, а затем поступает в теплообменник ожижитель с параметрами Т8=93°К и р8=1атм, где охлаждает прямой поток воздуха. На выходе из установки азот имеет параметры Т10 = 300 °К и р10 = 1 атм.

Полученный кислород на выходе имеет параметры Т7 = 87,9°К и р7 = 1,54 атм.

Потеря холода в окружающую среду через изоляцию qо.с.=7 кДж/кг.

Найдем температуру и энтальпию воздуха после детандера на входе в нижнюю рекификационную колонну. Параметры точки 3: Т3=278 °К, р3=180 атм, i3=239,48 кДж/кг, S3= 5,1734 кДж/(кг*К). Процесс детандирования проиходит адиабатно, то есть с постоянной энтропией S3=S4. Зная энтропию и давление в точке 4: р4=6 атм, S4= 5,1734 кДж/(кг*К), найдем температуру и энтальпию данной точки: i4=87,088 кДж/кг, Т4=100,9 °К. Так так процесс расширения в детандере не идеальный, то будет происходить рост энтропии и сответственно энтальпии и температуры при постоянном давлении.



Температура окончания детандирования Т4=132,6 °К.

Рисунок 2.2.

ПД - поршневой детандер; РК - ректификационная колонна;

Др - дроссельный вентиль; БО - блок очистки; ТО- теплообменный аппарат;

Км - компрессор; Lпд - работа детандера;



Рисунок 2.3.T,S- диаграмма цикла установки Кж-1.6

2.4 Общий материально-тепловой баланс установки

Количество получаемой жидкости определяют по уравнению теплового баланса, при составлении которого, мы не учитываем компрессорный блок. Систему, которую мы рассматриваем показана на рис. 2.2. и обведена синей пунктирной линией. Определение теплового баланса термодинамической системы гласит следующие: «Сколько тепла и вещества вошло в термодинамическую систему, столько же тепла и вещества уз нее должно выйти». Уравнение составляем на 1кг разделяемого воздуха:

Или с учетом имеющихся соотношений:

В технической литературе уравнение теплового баланса установки составлено на 1разделяемого воздуха и представлено в следующем виде:



Или с учетом имеющихся соотношений:

Левая часть уравнения показывает величину холода, производимого в установке. В нее входит дроссель-эффект и работа детандера.

Правая часть уравнения показывает, на что расходуется холод.

Рассмотрим составные части обоих уравнений:

- эффект дросселирования воздуха;

- работа детандера;

- холодопроизводительность поршневого детандера;

- количество отбросного азота, ;

- количество получаемого кислорода, ;

- количество детандерного воздуха,;

- энтальпия воздуха после адиабатного расширения в детандере,

- потери холода в окружающую среду;

- теплота адсорбции;

- теплоемкость воздуха при р= 18МПа;

- недорекуперация;

- теплоемкость азота при давлении 0,1013 МПа;

Подставим значения:

Упростим и приведем к следующему виду:

В уравнении теплого баланса есть два неизвестных - K и . Решить его можно, составив уравнение баланса теплообменников I и II.

- энтальпия воздуха до теплообменника I

- энтальпия воздуха после теплообменника I на детандер

- энтальпия воздуха после теплообменника II

- энтальпия азота после теплообменника I

- энтальпия азота до теплообменника II

- потери холода в окружающую среду теплообменником I

- потери холода в окружающую среду теплообменником II

Подставим значения:

Упростим и приведем к следующему виду:

Из уравнений 1 и 2 определим и .

Все уравнения составляются на 1 разделяемого воздуха.

Значения энтальпий определяем, используя программу REFPROP - NIST Reference Fluid Properties. Размерности выражены строго в одинаковых единицах.

Заметим, что экстенсивные параметры точек выражены на килограмм. При переводе из одной размерности в другую используем соотношение:

.

Определение концентрации отбросного азота и основных потоков.

Хв, Хк, Ха, Хф - объемное содержание азота, %;

Ув, Ук, Уа, Уф - объемное содержание аргона, %;

Zв, Zк, Zа, Zф - объемное содержание кислорода, %;

При расчете установок, предназначенных для разделения на две фракции, содержащийся в воздухе аргон относят к азоту и воздух рассматривают как бинарную смесь.

Для установок, на которых получают жидкий кислород или азот, количество продукта определяют из теплового баланса, а в материальном балансе определяемой величиной служит концентрация отбросного газа.

Хк - концентрация азота в получаемом кислороде, Хк = 0,5%. ;

1 = А+К, где К = 0,187

А = 1 - К = 1 - 0,187 =0,813

Хв = АЧХа + КЧХк;

Количество получаемого жидкого кислорода

- плотность жидкого кислорода;

Количество воздуха в детандер:

2.5 Определение расхода энергии

а) расход энергии на сжатие 1 воздуха в компрессоре

где 0,95 - коэффициент, учитывающий потери воздуха от продувок водомаслоотделителей;

0,96 - коэффициент герметичности;

0,985 - коэффициент, учитывающий потери воздуха при переключении баллонов блока осушки.

- характеристическая постоянная газа, подвергаемого сжатию, для воздуха R=29.27;

2.3 - множитель перевода натуральных логарифмов в десятичные;

б) энергия, возвращенная детандером

Где 0,75 - коэффициент возврата мощности;

- плотность воздуха при средней температуре;

в) расход энергии на 1 кг жидкого кислорода

Вывод. Установка Кж-1.6 весьма экономична - удельный расход энергии не превышает 1.1 - 1.2 кВт*ч (3960 - 4320 кДж) на 1 кг жидкого кислорода.

Глава 3. Модернизация

3.1 Анализ вариантов схем модернизации установки

Как уже говорилось выше, в основе модернизации воздухоразделительной установки получения жидкого кислорода ставится цель уменьшения энергозатрат на производство 1кг жидкого кислорода, но не с целью увеличения ее производительности.

Уменьшение энергозатрат достигается:

--заменой дроссельного вентиля современным турбодетандером,

--заменой компрессора меньшего давления,

--заменой остального оборудования современными, эффективными и экономичными аналогами,

При такой модернизации глобально поменяются параметры схемы установки.

Для начала составим краткий алгоритм, по которому будем анализировать различные варианты переустройства установки.

Составим материально-тепловые балансы основных узлов схемы, придерживаясь при этом правила: «Сколько вошло в систему - столько же должно выйти».

Уравнение материально-теплового баланса узла ректификации:

Уравнение материально-теплового баланса теплообменников:

Уравнение материально-теплового баланса установки:

Новая схема должна обеспечивать такое же количество получаемого жидкого кислорода К=0,187, то есть К должно сохраняться неизменным. В связи с этим параметры точек 7 и 8 останутся прежними. Параметры точки 1 зависят от охлаждения в компрессоре, а значит неизменны. Также выброс холода с обратными потоками нам не выгоден, значит, учитывая недорекуперацию, параметры точки 10 неизменны. Значит, при разработке схемы будем манипулировать параметрами точек 3,4,5 и 6, до тех пор, пока потоки через детандеры в каждом из материально-тепловых балансов станут равны.

Рассмотрим замену дроссельного вентиля детандером на исходном температурном уровне и исходном давлении. Здесь возможны два исхода. Первый, если мы хотим детандировать до неизменной точки 6, изменится точка 5. Второй, если мы хотим детандировать при неизменной точке 5, тогда точка 6 изменится. Ниже рассмотрены оба расчета. Принципиальная схема цикла с двумя детандерами показана на рис. 3.1. а сам цикл представлен в T,s- диаграмме на рис. 3.2.

Рисунок 3.1.

ПД1 - поршневой детандер;

РК - ректификационная колонна;

ТД2 - парожидкостной турбодетандер;

БО - блок очистки;

ТО- теплообменный аппарат;

Км - компрессор;

Lпд1 - работа поршневого детандера;

Lтд2 - работа турбодетандера;

Рисунок 3.2.

Вариант первый. Параметры точки 6: Т6=98.98 °К, р6=6 атм, i6=-61.18 кДж/кг, S6= 3.675 кДж/(кг*К). Процесс детандирования проиходит адиабатно, то есть с постоянной энтропией S5=S6. Зная энтропию и давление в точке 5: р5=180 атм, S5= 3.675 кДж/(кг*К), найдем температуру и энтальпию данной точки: i5=-35.32 кДж/кг, Т5=121.1°К. Так так процесс расширения в детандере не идеальный, то будет происходить рост энтропии и сответственно энтальпии и температуры при постоянном давлении.

Температура начала детандирования Т5=118,3°К.

= 0.8 - кпд парожидкостного турбодетандера 2;

= 5 - теплопритоки в ректификационной колонне;

Уравнение материально-теплового баланса теплообменников:

Подставим значения:

Упрощаем:

Уравнение материально-теплового баланса установки:

Подставим значения:

Упрощаем:

Решим систему уравнений

Получаем

Рассмотрим уравнение материально-теплового баланса узла ректификации:

Подставим значения и перенесем все в левую часть:

кДж/кг

Вариант второй. Параметры точки 5: Т5=103 °К, р5=180 атм, i5=-69.121 кДж/кг, S5= 3.3728 кДж/(кг*К). Процесс детандирования проиходит адиабатно, то есть с постоянной энтропией S5=S6. Зная энтропию и давление в точке 6: р6=6 атм, S6= 3.3728 кДж/(кг*К), найдем температуру и энтальпию данной точки: i6=-90.985 кДж/кг, Т4=96.464 °К. Так так процесс расширения в детандере не идеальный, то будет происходить рост энтропии и сответственно энтальпии и температуры при постоянном давлении.

Конечная температура изоэнтропийного расширения газа в детандере Т6=98,555°К.



Уравнение материально-теплового баланса теплообменников:

Подставим значения:

Упрощаем:

Уравнение материально-теплового баланса установки:

Подставим значения:

Упрощаем:

Решим систему уравнений

Получаем

Рассмотрим уравнение материально-теплового баланса узла ректификации:

Подставим значения и перенесем все в левую часть:

кДж/кг

Подведем итог. При замене дросселя на детандер на исходном температурном уровне, количество воздуха через газовый детандер и количество производимого кислорода возрастает. При рассмотрении материально-теплового баланса колонны выяснилось, что большое количество холода выбрасывается с обратным потоком. Также заметим, что точка 5 лежит в жидкости (левее пограничной кривой). Реализация такой схемы невозможна из-за невозможности создания на практике жидкостного детандера.

Для вывода детандера из области жидкости нужно поднять температуру начала детандирования выше критической (Ткр=132,8К), тем самым попав в область перегретого пара.

Рассмотрим схему установки с давлением, пониженным до 70 атм, и с заменой дроссельного вентиля детандером с температурой Т5 начала изоэнтропийного расширения выше критической температуры. Цикл такой установке показан в T,S - диаграмме на рис. 3.3.



Рисунок 3.3.

Ш Пусть точка 5 имеет следующие параметры: Т5=140°К, р5=70атм,

i5=14.467 кДж/кг, S5= 4,1828 кДж/(кг*К). Процесс детандирования происходит адиабатно, то есть с постоянной энтропией S5=S6. Зная энтропию и давление в точке 6: р6=6 атм, S6= 4,1828 кДж/(кг*К), найдем температуру и энтальпию данной точки: i6=-10,785 кДж/кг, Т6=99,47°К. Так так процесс расширения в детандере не идеальный, то будет происходить рост энтропии и сответственно энтальпии и температуры при постоянном давлении.

Конечная температура изоэнтропийного расширения газа в детандере Т5=99,53°К.

В связи с уменьшением давления работа газового детандера измениться.

Параметры точки 4: Т4=132°К, р4=6атм, i4=125,56кДж/кг, S4=5,496 кДж/(кг*К). Процесс детандирования проиходит адиабатно, то есть с постоянной энтропией S3=S4. Зная энтропию и давление в точке 3: р3=6 атм, S3= 5,496 кДж/(кг*К), найдем температуру и энтальпию данной точки: i5=255,37кДж/кг, Т5=273,44°К. Так так процесс расширения в детандере не идеальный, то будет происходить рост энтропии и сответственно энтальпии и температуры при постоянном давлении.

Температура начала детандирования Т5=251,3°К.

Уравнение материально-теплового баланса теплообменников:

Подставим значения:

Получаем:

Уравнение материально-теплового баланса установки:

Подставим значения:

Получаем:

Рассмотрим уравнение материально-теплового баланса узла ректификации:

Подставим значения и перенесем все в левую часть:

кДж/кг

Получаем:

Решив три балансовых соотношения, видим, что потоки через газовый детандер не совпадают. Данные параметры нам не подходят. Попробуем при давление 70 атм варьировать параметрами точек 5 и 4. Следующие расчеты будут аналогичны предыдущим и поэтому расписывать их подробно не будем. Укажем только параметры точек и результаты.

Ш Давление 70 атм, Т5=150°К, Т4=132°К.

Дейстаительное значение Т6=99,917°К.

Дейстаительное значение Т3=251,3°К.

Из уравнения баланса теплообменников:

Из уравнения баланса установки:

Из уравнения узла ректификации:

Ш Давление 70 атм, Т5=150°К, Т4=120°К

Дейстаительное значение Т6=99,917°К.

Дейстаительное значение Т3=230,86°К.

Из уравнения баланса теплообменников:

Из уравнения баланса установки:

Из уравнения узла ректификации:

В обоих вариантах, аналогично первому, не сошлись потоки через газовый детандер балансовых соотношений. Дальнейшее повышение температуры начала детандирования будет давать нам все меньше и меньше жидкости (см. T,s-диаграмму воздуха приложение *), что снизит долю потока через газовый детандер практически до нуля. Понижение давление приведёт к аналогичному результату. Это означает, что нам нужно двигаться в сторону возрастания давления. Выполнив несколько расчетов, удалось выяснить, что от давлений 93-95 атм начинается наблюдаться хорошая сходимость балансовых соотношений. Хорошие результаты нам дал расчет при 100 атм. Именно этот расчет ляжет в основу модернизации установки. Рассмотрим его подробно.

3.2 Установка Кж-1.6 М

В процессе модернизации установки КЖ-1.6 были рассмотрены несколько вариантов принципиальных схем и в результате выбрана наиболее эффективная, которая позволяет получать достаточное количество жидкого кислорода и обеспечивает высокую энергоэффективость. Отличительной особенностью этой схемы, по сравнению с исходной, является использование вместо дроссельного вентиля парожидкостного турбодетандера и вследствие чего более низкого рабочего давления.

Технические характеристики.

Производительность ……. 1600 кг/ч

Концентрация кислорода ……. 99,5%.

Количество перерабатываемого воздуха ……. 6000 кг/ч

Давление сжатия в компрессоре ….. 100 атм.

Принципиальная схема. Основные параметры точек цикла.

Параметры воздуха, поступающего из атмосферы в компрессор:

Р0= 101325 Па

Т0=300 °К = 27°С

В поршневом компрессоре происходит изотермическое сжатие. То есть после каждой ступени воздух охлаждается водой в теплообменнике. Температура воздуха, поступающего в блок разделения, зависит от условий охлаждения воздуха при сжатии в компрессоре, ее обычно принимают на 3 - 7 градусов выше температуры охлаждающей воды.

Т1=303 °К

Р1=10 МПа

Количество разделяемого воздуха равно 6000 м^3/ч. С учетом потерь на продувки маслоотделителей компрессора и потерь при переключении осушительных баллонов блока очистки, теряется 5 % воздуха.

Vв=6000*0,95 = 5700 м^3/ч. (при 0 °С и атм. давлении).

Масса перерабатываемого воздуха с учетом потерь равна 5700*1,29=7350кг/ч

При 20 °С и атм. давлении Vв=5700*300/273=6263 м^3/ч.

После компрессора воздух попадает в теплообменник-ожижитель I, где температуру выходящего из него воздуха принимают 2 ч 5 °К.

Т2=273+2=275 °К

Перед точкой 3 поток проходит блок очистки, где подогревается до температуры: Т2=275+3=278 °К. Вызвано это тем, что поглощение веществ сорбентами сопровождается выделением теплоты, называемой теплотой адсорбции.

После блока очистки воздух идет в основной теплообменник и при температуре Т3=270°К разделяется на два потока: один идет в поршневой детандер и расширяется до давления р4=6 атм, а второй поток идет в основной теплообменник, где охлаждается встречным потоком отходящего азота и детандируется в турбодетандере до давления р6=6 атм. Адиабатный к.п.д. поршневого детандера высокого давления составляет 0,74ч0,78%.

Принимаем здт=0,75%. Адиабатный к.п.д. турбодетандера составляет 0,7ч0,8%. Принимаем зтд=0,8%.

Далее оба потока приходят в нижнюю ректификационную колонну и после процесса ректификации воздуха, азот идет на переохлаждение полученного жидкого кислорода, а затем поступает в основной теплообменник с параметрами Т8=93°К и р8=1атм, где охлаждает прямой поток воздуха. На выходе из установки азот имеет параметры Т10 = 300 °К и р10 = 1 атм.

Полученный кислород на выходе имеет параметры Т7 = 87,9°К и р7 = 1,54 атм.

Потеря холода в окружающую среду через изоляцию qо.с.=7 кДж/кг.

Находим параметры свободных точек.

Параметры точки 5: Т5=140 °К, р5=100 атм, i5=5,8588кДж/кг, S5= 4,0816 кДж/(кг*К). Процесс детандирования проиходит адиабатно, то есть с постоянной энтропией S5=S6. Зная энтропию и давление в точке 6: р6=6 атм, S6= 4,0816 кДж/(кг*К), найдем температуру и энтальпию данной точки: i6=-20,846 кДж/кг, Т4=99,36°К. Так так процесс расширения в детандере не идеальный, то будет происходить рост энтропии и сответственно энтальпии и температуры при постоянном давлении.

Конечная температура изоэнтропийного расширения газа в детандере Т6=99,42°К.

Параметры точки 4: Т4=132 °К, р6=6 атм, i4=125,56 кДж/кг, S4= 5,4964 кДж/(кг*К). Процесс детандирования проиходит адиабатно, то есть с постоянной энтропией S3=S4. Зная энтропию и давление в точке 3: р3=100 атм, S3= 5,4964 кДж/(кг*К), найдем температуру и энтальпию данной точки: i3=284,44кДж/кг, Т3=304°К. Так так процесс расширения в детандере не идеальный, то будет происходить рост энтропии и сответственно энтальпии и температуры при постоянном давлении.

Температура начала детандирования Т3=270,5°К.

Найдем долю потока через поршневой детандер. Количество получаемой жидкости нам известно, К=0,187 кг/кг. Составим материально-тепловые балансы основных узлов схемы, придерживаясь при этом правила: «Сколько вошло в систему - столько же должно выйти».

Уравнение материально-теплового баланса теплообменников:

Подставим значения:

Упрощаем:

Уравнение материально-теплового баланса установки:

Подставим значения:

Упрощаем:

Уравнение материально-теплового баланса узла ректификации:

Подставим значения:

Упрощаем:

Поток через поршневой детандер для всех узлов имеет одинаковое значение. Это говорит о том, что новая схема правильная.

Определение концентрации отбросного азота и основных потоков.

Хв, Хк, Ха, Хф - объемное содержание азота, %;

Ув, Ук, Уа, Уф - объемное содержание аргона, %;

Zв, Zк, Zа, Zф - объемное содержание кислорода, %;

При расчете установок, предназначенных для разделения на две фракции, содержащийся в воздухе аргон относят к азоту и воздух рассматривают как бинарную смесь. Для установок, на которых получают жидкий кислород или азот, количество продукта определяют из теплового баланса, а в материальном балансе определяемой величиной служит концентрация отбросного газа. Хк - концентрация азота в получаемом кислороде, Хк = 0,5%. ;

1 = А+К, где К = 0,187

А = 1 - К = 1 - 0,187 =0,813

Хв = АЧХа + КЧХк;

Количество получаемого жидкого кислорода

- плотность жидкого кислорода;

Количество воздуха в детандер:

2.5 Определение расхода энергии

а) расход энергии на сжатие 1 воздуха в компрессоре

где 0,95 - коэффициент, учитывающий потери воздуха от продувок водомаслоотделителей;

0,96 - коэффициент герметичности;

0,985 - коэффициент, учитывающий потери воздуха при переключении баллонов блока осушки.

- характеристическая постоянная газа, подвергаемого сжатию, для воздуха R=29.27;

2.3 - множитель перевода натуральных логарифмов в десятичные;

б) энергия, возвращенная газовым детандером 1



Где 0,75 - коэффициент возврата мощности;

энергия, возвращенная парожидкостным турбодетандером 2

в) расход энергии на 1 кг жидкого кислорода

Рассмотрим варианты модернизации оборудования установки, качество и эффективность которого играет очень важную роль в криогенной технике. Замена оборудования может быть связана с увеличением компактности, эффективности, экономичности и чистоты продукта. Грамотная замена оборудования не повлияет на схему работы установки. При проведении модернизации будут учитываться современные тенденции в автоматизации, энергосбережении, экологической безопасности, а также экономический фактор.

3.3 Компрессор

В установке используется компрессор типа 3Г 100/200 - поршневой, горизонтальный, пятиступенчатый. Предназначен для ситуаций, когда требуются поршневые компрессоры непрерывного действия.

· производительность -- 6000 нм3/мин

· давление нагнетания -- 19,72 МПа

· число ступеней -- 5

· приводной двигатель -- 2000 кВт

· частота вращения -- 300 об/мин

Охлаждение газа осуществляется в холодильнике водой из системы оборотного водоснабжения. Для удаления из сжатого газа масла и влаги в систему компрессора включен влагомаслоотделитель, установленный после холодильника или непосредственно в корпусе холодильника. Это позволяет в значительной степени освободить газ от масла и влаги, что предотвращает опасность взрыва и обмерзание внешних трубопроводов в зимнее время. Для выравнивания пульсаций потока и ослабления газовых ударов служит буферная емкость. Для смазки поршневого компрессора используется компрессорное масло к-2-24. Это масло обладает высокой термической стабильностью. Смазка осуществляется с помощью лубрикатора.

Воздушный компрессор 3Г 100/200 может работать с системой по утилизации тепла с дополнительным газоохладителем, либо без системы отопления и дополнительный газоохладитель предназначается как повторный охладитель воздуха.

Система предназначена для использования тепла, получаемого от компримирования II ступени компрессорной установки 3Г 100/200, и передачи его в систему отопления кислородного цеха по замкнутому циркуляционному контуру отопления. С этой целью, из общей обратной линии системы отопления вода забирается и подается с помощью насоса в замкнутый контур цеха через параллельно установленные газоохладители II ступени воздушного компрессора.

При модернизации рабочее давление сжатия в компрессоре снизится до 100 атм. Использование компрессора 3Г 100/200 будет проходить не в номинальном режиме, то есть продукт сжатия будет выводиться из 4 или 3 ступени, при этом 5 ступень не будет задействована. На расход воздуха это не повлияет, но значительно снизится кпд компрессора.

Наилучшим решением этой проблемы будет установка нового компрессора либо того же типа, что и прежний, но с меньшим рабочим давлением сжатия, либо какого-либо другого нового современно поршневого компрессора. Заметим, что винтовые компрессоры мы не рассматриваем так как они не способны создавать большие давления.

3.4 Теплообменное оборудование

В блоках разделения воздуха применяют теплообменные аппараты различного назначения и различных конструктивных форм. По назначению теплообменные аппараты разделяют на предварительные и основные теплообменники для охлаждения перерабатываемого воздуха и нагрева продуктов разделения; переохладители для охлаждения жидкостных потоков; ожижители, в которых воздух частично конденсируется; используют также и другие теплообменники вспомогательного назначения.

В нашей установке, как и в большинстве установок высокого и среднего давления времен СССР, используются теплообменники с витыми трубками.

В основном теплообменнике установки охлаждаемый воздух под избыточным давлением 180 атм проходит по трубкам 10*1,5 мм, а азот с давлением 1 атм нагревается в межтрубном пространстве.

Температуру полученного жидкого кислорода понижают в витом теплообменнике-переохладителе отбросным потоком азота.

При повышенных температурах окружающего воздуха и охлаждающей воды необходимо дополнительно охлаждать воздух, поступающий в блок разделения или осушки. Это снижает расход энергии на разделение воздуха и облегчает работу блоков осушки и регенераторов. В установке используется азотно-водяное дополнительное охлаждение, когда воздух охлаждается водой, предварительно охлажденной отходящим азотом. Воду охлаждают азотом в азотно-водяных скрубберах. Воздух охлаждают водой в установках высоко давления в трубчатых холодильниках.

Рисунок 3.4.

После модернизации, в связи с изменением параметров некоторых точек, использование описанных выше теплообменников придется пересмотреть.

В новой схеме мы понизили давление до 100 атм и установили парожидкостной турбодетандер, в результате чего температура точки 3 сползла вниз, а точки 5 поднялась.

Во-первых, точка 3 опуститься ниже точки замерзания воды. Значит нужно либо использовать вместо воды рассолы, либо работу холодильника оставить при прежних параметрах, но из середины основного теплообменника часть воздуха отводить в детандер, а остальной воздух пропускать дальше через трубки теплообменника для последующего охлаждения (рис 3.4). Во-вторых, эффективность основного теплообменника может сильно упасть. Для того чтобы узнать насколько сильно, нужно провести конструктивный и гидравлический расчет.

Рассмотрим применение других видов теплообменников.

Регенеративные теплообменники более выгодны по сравнению с рекуператорами. В регенераторах значение недорекуперации меньше. В ВРУ применение регенераторов обеспечивает не только охлаждение прямого потока до нужной температуры, но и делает возможным эффективную очистку его от влаги и двуокиси углерода путем вымораживания последних на насадке. Насадка, это теплоаккумулирующая поверхность теплообмена, которая попеременно омывается потоками теплого и холодного газа. В качестве насадки используют диски гофрированной алюминиевой ленты. В установке регенераторы не используются. Связано это с тем, что воздух очищается от примесей в адсорберах и в теплообменник поступает чистым. Так же в ВРУ нужно минимум два регенератора для периодического переключения потоков, в связи с этим используются системы клапанов, что утяжеляет обслуживание установки и занимает много места.

Пластинчато-ребристые теплообменники относятся к аппаратам с двухсторонним оребрением поверхностей нагрева, отличаются от остальных высокими массовыми, габаритными и эксплуатационными характеристиками. Эти теплообменники изготавливаются, как правило, из дешевых и легких алюминиевых сплавов. Серьезным недостатком пластинчато-ребристых теплообменников является сравнительно невысокая прочность конструкции, поэтому они рассчитаны на давления не более 30-40 атм. Хотя достижения техники сейчас позволяют поднять предел давлений до 100 атм, но это большая редкость.

3.5 Очистка воздуха

Для обеспечения работоспособности аппаратуры и машин необходимо удалить из перерабатываемого механические частицы и все газовые и паровые примеси, которые при охлаждении могут затвердеть и забить или загрязнить рабочие поверхности оборудования (пары воды и масла, диоксид углерода), а также угрожать безопасности процесса разделения (ацетилен).

Для очистки газа от паров воды применяют адсорбционную осушку и дополнительно процесс вымораживания в регенераторах и холодильниках, снижая тем самым нагрузку на адсорбер. Для поглощения влаги в качестве адсорбентов используют главным образом силикагели, активную окись алюминия (алюмогель), активный глинозем и синтетические цеолиты. Цеолиты позволяют осуществлять более глубокую осушку воздуха, не резко снижают адсорбционную емкость с повышением температуры.

Для очистки газа от двуокиси углерода в установки применяется метод промывки. В скрубберах воздух проходит снизу вверх по насадке из колец Рашига, орошаемой раствором едкого натра. Циркуляция щелочи в скрубберах поддерживается насосами.

При температурах 200 К двуокись углерода хорошо адсорбируется рядом поглотителей. Метод адсорбции благодаря простоте и эффективности очистки получил широкое применение. Имеет смысл произвести замену щелочной очистки на адсорбционную очистку. В качестве адсорбентов используют силикагель, активированные угли и цеолиты.

Очистка воздуха от ацетилена производится адсорбционными и каталитическими методами. Адсорбцию ацетилена можно производить как при низких температурах (силикагель и алюмогель), так и при нормальных (цеолиты).

3.6 Сравнение с современными аналогами

В качестве прототипа для сравнения выбираем установку К - 0.4, т. к. установка предназначена для получения жидкого и газообразного кислорода чистотой 99,5 %, а также жидкого азота. Также установка имеет относительно несложную схему.

Технические параметры установки

· Получение газообразного кислорода 460 м^3/час

· Получение жидкого кислорода 175 кг/час

· Получение жидкого азота 160 кг/час

· Рабочее давление 45-70 атм

· Потребляемая мощность не более 500 кВт

Описание установки. Воздух из окружающей среды, имеющий параметры Т = 300 К и Р = 0,1 МПа, поступает в компрессорную станцию. В компрессоре он сжимается до давления 4,5 МПа и охлаждается в водяной ванне до температуры 310 К. Повышение температуры обусловлено потерями от несовершенства системы охлаждения. После сжатия в компрессоре воздух направляется в теплообменник - ожижитель, где охлаждается до температуры 275 К, в результате чего большая часть содержащейся в ней влаги конденсируется и поступает в отделитель жидкости, откуда выводится в окружающую среду. После теплообменника - ожижителя сжатый воздух поступает в блок комплексной очистки и осушки, где происходит его окончательная очистка от содержащихся в нём влаги и СО₂ . В результате прохождения через блок очистки воздух нагревается до температуры 280 К. После этого поток сжатого воздуха направляется в основной теплообменник, где охлаждается до температуры начала дросселирования, затем дросселируется до давления Р = 0,65 МПа. В основном теплообменнике поток разделяется. Часть его выводится из аппарата и поступает в детандер, где расширяется до давления Р = 0,65 МПа и поступает в нижнюю часть нижней колонны. Поток из дросселя поступает в середину нижней колонны. Начинается процесс ректификации. Кубовая жидкость (поток R, содержание N₂ равно 68%) из низа нижней колонны поступает в переохладитель, где переохлаждается на 5 К , затем дросселируется до давления 0,13 МПа и поступает в середину верхней колонны. Азотная флегма (поток D, концентрация N₂ равна 97%) забирается из верхней части нижней колонны, пропускается через переохладитель, где также охлаждается на 5К, затем дросселируется до давления 0,13 МПа и поступает в верхнюю часть верхней колонны.

В верхней колонне происходит окончательная ректификация, внизу верхней колонны собирается жидкий кислород, откуда он направляется в переохладитель, где переохлаждается на 8 - 10 К. Далее поток кислорода направляется в жидкостной насос, где его давление поднимается до 10 МПа, и обратным потоком направляется в основной теплообменник.

Затем он направляется в теплообменник - ожижитель, откуда выходит к потребителю с температурой 295 К. Азот из верхней части колонны последовательно проходит обратным потоком переохладитель азотной флегмы и кубовой жидкости, основной теплообменник и теплообменник - ожижитель. На выходе из теплообменника - ожижителя азот будет иметь температуру 295 К.

Как видно, схема установки К-0.4 абсолютно идентична схеме установки Кж-1.6 и является ее модификацией. Единственным ее отличием является небольшое давление, а как следствие меньшая производительность. Установка отвечает современным требованиям.

Оснащена блоком очистки и осушки цеолитами. Установка разделения воздуха К -0.4 позволяет предприятиям, технологический цикл которых зависит от использования жидкого и газообразного кислорода или жидкого азота быть независимыми от поставщиков, а также позволяет уменьшить прямые производственные затраты, что приведет к уменьшению окончательной продукции. Установки среднего давления рассчитаны на производство газообразных продуктов. При производстве жидких продуктов затраты превосходят затраты аналогичных специализированных ВРУ. Установка активно и продуктивно используется н предприятиях машиностроения и промышленного назначения. В данное время собирается на заводе «Криогенмаш» в г. Балашиха Московской области.

Установка Кж-1.6м получилась экономичной - удельный расход энергии не превышает кВт*ч на 1 кг жидкого кислорода. После установки нового оборудования расход энергии может снизиться на 10%.

Глава 4. Характеристика готовой продукции

Готовой продукцией цеха разделения воздуха могут являться кислород, азот, аргон и редкие газы. Газообразные продукты подаются потребителям по газопроводам под требуемым давлением или доставляются в баллонах или реципиентах под высоким давлением, предусмотренным ГОСТ и ТУ на данную продукцию. Сжиженные газы поставляются в сосудах Дьюара, резервуарах и цистернах различной емкости под давлением, близком к атмосферному.

Краткие технические характеристики основных видов готовой продукции воздухоразделительных цехов приводится ниже.

Кислород. В зависимости от назначения кислород выпускается следующих видов: технический, медицинский и технологический. Технический и медицинский кислород выпускают в газообразном и жидком виде; технологический - только в газообразном.

Технический газообразный кислород вырабатывают трех сортов: первого, с содержанием не менее 99,7% ; второго - не менее 95,5%; третьего - не менее 99,2%; остальные - аргон и азот (от 0,3 до 0,8%). Количество водяных паров для всех сортов кислорода при 20°С и 760 мм рт. ст. не должно превышать 0,005 г/, что соответствует температуре насыщения (точке росы) при 760 мм рт. ст. не выше минус 63°С. Содержание водорода в кислороде, получаемом электролизом воды, допускается не более 0,7%.

Медицинский газообразный кислород. Для медицинских целей по ГОСТ 5583-68 поставляется газообразный кислород второго сорта, т.е. содержащий не менее 95,5% . По соглашению с потребителем допускается поставка кислорода третьего сорта (не менее 99,2 % ). Медицинский кислород не должен содержать вредных для человеческого организма примесей - двуокиси углерода, газообразных кислот и оснований, озона, а также других газов-окислителей; не должен иметь запаха. Проверка медицинского кислорода на содержание вредных примесей производится методами, предусмотренными в указанном ГОСТ. Кислород, полученный электролизом воды, не может применяться в качестве медицинского.

Отсутствие вредных примесей в медицинском кислороде, получаемом из атмосферного воздуха глубоким охлаждением, может быть гарантировано поставщиком; в этом случае контрольные испытания на содержание этих примесей при сдаче готовой продукции не производится.

Кислород перед отпуском потребителю принимает ОТК завода-поставщика для соответствии требованиям ГОСТ; каждая партия кислорода снабжается паспортом, удостоверяющим качество продукции. На баллоны с кислородом для медицинских целей наклеивается этикетка «Кислород Медицинский».

Технологический кислород содержит 90 - 99,5% и применяется для интенсификации процессов на заводах металлургической, химической и других отраслей промышленности. Выпускается в соответствии с требованиями того технологического процесса, в котором кислород используется. Жидкий кислород выпускают двух видов: технический и медицинский, которые согласно ГОСТ 6331 - 68 должны отвечать следующим требованиям:

Содержание	Технический кислород	Медицинский кислород
	Первый сорт	Второй сорт	Третий сорт
Кислорода, не менее, %	99,7	99,5	99,2	99,2
Ацетилена, мл/	От.	От.	0,04	От.
Масла, мг/	От.	От.	0,01	От.
Окиси углерода, газообразных кислот и оснований, озона, а также других газов-окислителей	Н.н.	Н.н.	Н.н.	К.и.
Влаги и мех. примесей	От.	От.	Н.н.	От.
Запах	Н.н.	Н.н.	Н.н.	От.

Н.н. - не нормируется;

К.и. - должны выдерживаться качественные испытания по ГОСТ 6331 - 68.

От. - отсутствие.

Азот. Предприятия вырабатывают азот следующих видов: технический, медицинский и особой чистоты.

Технический азот, газообразный и жидкий, согласно ГОСТ 9293 - 59 должен отвечать следующим требованиям:

Содержание в %	Газообразный азот	Жидкий азот
	Электро-вакуумный	Первый сорт	Второй сорт
Азота, не менее	99,9	99,5	99	96
Кислорода, не более	0,1	0,5	1,0	4
Паров воды	Соответственно пределам насыщения газа при температуре его в баллоне.

Медицинский азот не должен содержать , газообразных кислот и оснований, а также озона и других окислителей. Эти примеси определяют методами, принятыми для медицинского кислорода по ГОСТ 5583 - 68. Отсутствие вредных примесей в медицинском азоте, получаемом из атмосферного воздуха глубоким охлаждением, может быть гарантировано поставщиком; в этом случае испытаний при сдаче продукции не производят. В баллонах, наполняемых азотом, не должно быть воды; на них наносят надпись «Азот медицинский». Перекачку азота производят только компрессорами с водяной смазкой цилиндров или без смазки.

Азот газообразный, жидкий технический и медицинский принимает ОТК предприятия-поставщика в соответствии с ГОСТ 9293 - 59.

Газообразный азот поставляют в баллонах по ГОСТ 949 - 57 под избыточным давлением 1505 кгс/см2 при 20 °С. Количество жидкого азота выражают в кубических метрах газообразного азота при давлении 760 мм рт. ст. и температуре 20 °С. При пересчете принимают, что 1 кг жидкого азота соответствует 0,86 газообразного азота, а 1 жидкого азота - 0,69 газообразного. Азот особой чистоты поставляется по РТУ 6-02-375 - 66 и должен содержать: азота не менее 99,997%, кислорода не более 0,003%, паров воды не более 0,02 г/ при 760 мм рт. ст. Отпускается в стальных баллонах малой и средней емкости по ГОСТ 949 - 57, снабженных мембранными вентилями. Аргон. Вырабатываются технический и чистый аргон, а также аргон особой чистоты. Аргон используется как инертный газ.

Технический аргон согласно МРТУ 6-02-291 - 64 должен содержать не более 12-16% азота, 0,4 % кислорода, 0,3% двуокиси углерода. Воды в виде капель быть не должно. Используется в качестве сырья для чистого аргона. Чистый газообразный аргон. По ГОСТ 10157 - 62 чистый газообразный аргон вырабатывается трех марок: Марка А - для сварки и плавки активных и редких металлов (титана, циркония, ниобия) и сплавов на их основе, а также для сварки особо ответственных изделий из других материалов на заключительных этапах изготовления;

Марка Б - для плавки и сварки плавящимся и неплавящимся (вольфрамовым) электродом сплавов на основе алюминия и магния, а также других сплавов, чувствительных к примесям газов, растворимых в металле;

Марка В - для сварки и плавки нержавеющих хромоникелевых жаропрочных сплавов, различных легированных сталей и чистого алюминия.

По составу чистый газообразный аргон должен соответствовать следующим показателям:

Содержание в %	А	Б	В
аргона, не менее	99,99	99,96	99,90
кислорода, не менее	0,003	0,005	0,005
азота, не более	0,01	0,04	0,10
паров воды при 760 мм рт. ст., г/не более	0,03	0,03	0,03

Содержание азота и влаги проверяют в каждом баллоне, а кислорода - вв каждом пятом. Баллоны с чистым аргоном окрашивают в серых цвет и зеленой краской наносят полоску и надпись «Аргон чистый». Под колпак баллона вкладывают этикетку с указанием номера баллона, даты отпуска и марки аргона. Каждая партия чистого аргона сопровождается документом, удовлетворяющим его качество.

Аргон особой чистоты (МРТУ 6-02-377 - 66) должен содержать не более 0,005% азота, 0,001% кислорода, 0,02 г/ паров воды при 760 мм рт. ст. Поставляется потребителям в стальных баллонах малой с средней емкости (ГОСТ 949 - 57) с мембранными вентилями или запаянных стеклянных баллонах емкостью 2 д; из баллонов предварительно удаляется воздух вакуумированием. Абсолютное давление газа в стеклянном баллоне 600 - 650 мм рт. ст.

Глава 5. Техника безопасности при производстве кислорода

Основной причиной взрывов в аппаратах блоков разделения воздуха является накопление взрывоопасных примесей, присутствующих в небольших количествах в перерабатываемом воздухе.

Наиболее опасными из газообразных примесей воздуха являются ацетилен, кислородосодержащие и циклические углеводороды, сероуглерод, взрывоопасные в среде кислорода и воздуха. Представляют опасность масло (в виде паров и капель), попадающее в воздухоразделительный блок и его аппараты вместе с воздухом, а также продукты термического разложения масла в цилиндрах поршневых компрессоров при высоких температурах и давлениях сжатия. Кроме того, причиной некоторых взрывов явилось неудовлетворительное качество изготовления аппаратов (например, длиннотрубных компрессоров) и монтажа блоков разделения воздуха. Поэтому основными способами защиты аппаратов от взрывов являются:

· использование для переработки воздуха, в наименьшей степени загрязнённого указанными примесями;

· очистка перерабатываемого воздуха от взрывоопасных примесей;

· проведения процесса разделения воздуха таким образом, чтобы содержание взрывоопасных примесей в жидком обогащенном воздухе и жидком кислороде не превышало установленных норм;

осуществление ряда мероприятий при конструировании, изготовлении и монтаже аппаратов и коммуникаций блоков разделения, направленных на исключение возможности местного накопления взрывоопасных примесей в различных частях аппарата, где нет достаточной прочности жидкости и возможно интенсивное ее выпаривание (в трубках и межтрубном пространстве конденсаторов, стояках, «утках» трубопроводов, арматуре и пр.).

Взрывы блоков разделения происходят относительно редко и в основном в тех случаях, когда вопросам техники безопасности уделяется недостаточное внимание или нарушаются технологический режим и правила контроля производства.

Чаще всего взрывы носят местный характер и приводят к разрушению некоторых частей и узлов аппарата. Однако были взрывы большой силы, которые полностью выводили из строя воздухоразделительный аппарат.

Взрывоопасные примеси воздуха.

Ацетилен. Среднее содержание ацетилена в 1 атмосферного воздуха может колебаться в пределах 0,001 - 0,1 . Если вблизи от места забора воздуха компрессором производятся работы по газовой сварке и резке или находится ацетиленовая станция с ямами для сбора и хранения карбидного ила, то количество ацетилена в 1 воздуха может возрасти до 0,5 - 1 , а в отдельные моменты - даже до 15 - 30 , особенно если ветер дует от ацетиленовой станции. Такое содержание ацетилена в воздухе опасно для работы воздухоразделительного аппарата.

Ацетилен переходит в твердое состояние при температуре -83,6 °С, поэтому, попадая вместе с воздухом в кислородный аппарат, где температура значительно ниже, он затвердевает. Ацетилен способен растворяться жидкой азото-кислородной смеси, жидком кислороде и жидком азоте.

Ацетилен ненасыщенный углеводород, способный разлагаться со взрывом. Склонность ацетилена к взрывчатому самораспаду увеличивается с повышением его концентрации в данном объеме (например, при повышении давления, переходе в жидкое или твердое состояние).

В смеси с жидким кислородом опасны все углеводороды, но наибольшую опасность представляет ацетилен-жидкий кислород. Эта смесь взрывается при малейшей величине начального импульса (механического удара). Установлено также, что при содержании ацетилена в жидком кислороде ниже предела его растворимости в кислороде система не взрывоопасна. Взрыв может происходить при насыщении жидкого кислорода ацетиленом выше предела растворимости, при выделении в виде суспензии или при высаживании его на стенках сосуда в твердом виде.

Как показали исследования, система ацетилен-жидкий кислород становиться наиболее чувствительной к удару в момент, когда при испарении жидкого кислорода кристаллы твердого ацетилена начинают выступать из жидкости и соприкасаться с газообразным кислородом. В этом случае энергия поджигания ацетилено-кислородной смеси в 5*10^8 раз меньше, чес твердого ацетилена. Взрывоопасность ацетилена повышается вследствие малой растворимости его в жидком кислороде или жидком воздухе и сравнительно небольшой упругости паров.

Если содержание ацетилена превышает пердел его растворимости в жидком кислороде или в воздухе, избыток твердого ацетилена находится в жидком кислороде в виде суспензии, т. е. очень мелких частиц, распределенных по всей высоте слоя кипящей жидкости. При испарении жидкости твердый ацетилен превращается в белый хлопьевидный осадок и остается в соответствующих частях воздухоразделительного аппарата до момента его отогрева.

Ацетилен накапливается чаще всего в конденсаторе разделительного аппарата; жидкий кислород находиться здесь в состоянии кипения, постоянно испаряясь. При этом ацетилен практически полностью остается в жидком кислороде вследствие очень малой упругости его паров. Накопление и выделение твердого ацетилена может происходить также в испарителе нижней колонны, арматуре и трубопроводах, особенно там, где быстро выпаривается жидкость, содержащая ацетилен.

При кипении раствора ацетилен-кислород кристаллы ацетилена постепенно откладываются на поверхности трубок конденсатора, имеющих более высокую температуру, а также в местах, куда жидкий кислород поступает периодически и может там полностью испаряться. Высадившиеся кристаллы периодически то покрываются тонким слоем жидкого кислорода, то выступают из него, т.е. создаются условия, наиболее благоприятствующие для возникновения взрыва при наличии импульса.

Установлено, что кристаллы ацетилена высаживаются не только на трубках, периодически омываемых жидким кислородом, но и в щелях между трубками и трубной решеткой, трещинах, зазорах между кромками листов при плохой пайке и других местах, где созданы благоприятные условия для выпаривания жидкости и задержания части ацетилена.

Известны случаи взрывов вследствие накопления твердого ацетилена в воздушном дроссельном вентиле, трубопроводах перед адсорберами, а также на тарелках (особенно колпачковых) нижней и верхней колонн, где возможно выпаривание жидкости при временных остановках аппарата на частичный отогрев. Взрывы чаще происходят в периоды пуска аппарата, когда он уже несколько прогрет, а жидкости мало, и она интенсивно упаривается, что приводит к повышению концентрации ацетилена в растворе.

Образовавшийся твердый ацетилен снова почти не растворим в жидком кислороде или жидком воздухе; он может длительное время находиться в аппарате в твердом виде до момента возникновения начального импульса взрыва, хотя анализы и показывают отсутствие ацетилена в жидкости. Поэтому, например, сетчатые тарелки лучше колпачковых, так как на них жидкость при остановке аппарата не остается и не выпаривается, а стекает через отверстия тарелок вниз и может быть слита из конденсатора или испарителя вместе с содержащимся в ней ацетиленом.

Сила взрыва определятся количеством твердого ацетилена. Присутствия масла в месте взрыва ацетилена способствует увеличению силы взрыва.

Непосредственная причина взрывчатого самораспада твердого ацетилена еще не может считаться окончательно установленной. Предполагают, что взрыв происходит вследствие трения и ударов твердого ацетилена о трубки конденсатора, от присутствия в жидком кислороде окислов азота и перекисных органических соединений, присутствия жидкого озона и в результате разряда статического электричества.

Можно предположить, что взрывчатый самораспад твердого ацетилена происходит в момент сублимации его, т.е. перехода ацетилена из твердого состояния непосредственно в газообразное.

Взрыв может произойти также от гидравлического удара и удара газовой волны, например, при быстром открытии вентиля, резком повышения давления, быстром вскипании жидкого кислорода или воздуха. Ударный импульс - это наиболее вероятная причина взрывов ацетилена.

Другие примеси. Такие углеводороды, как метан, этан, этилен, достаточно хорошо растворяются в жидком кислороде и жидком воздухе и, сделовательно, не накаприваются в аппаратах в твердом виде. Растворимость метана, например, в 1,5*10^5 раз больше, чем ацетилена. Поэтому метан менен опасен для воздухоразделительных установок, так как благодаря хорошей растворимости в жидком кислороде и высокой упругости паров метан выводится из аппарата вместе с жидкостью. То же можно сказать об этане и этилене.

Меньшей растворимостью. Чес указанные выше углеводороды, обладают пропан, пропилен, бутан и бутилен, поэтому они представляют большую опасность в случае высокого содержания их в перерабатываемом воздухе. Наиболее опасен пропилен: по способности к взрыву он находится на втором месте после ацетилена. Пропан хорошо растворяется в жидком кислороде, однако его примесь взрывоопасна. Температура плавления пропана 84 °К, пропилена 88°К, т.е. ниже температуры кипения жидкого кислорода. Поэтому при концентрациях, превышающих пределы растворимости, эти углеводороды находятся в жидком кислороде в виде капель, плавающих на поверхности и способных коагулировать, и может создавать условия, способствующие возникновению взрыва.

Представляет опасность также накопление в аппарате сероуглерода, который в смеси с жидким кислородом по чувствительности к ударному импульсу взрыва близок к ацетилену и пропилену.

Взрывоопасны смеси смазочного масла и его погонов с жидким кислородом, хотя по отношению к ударному импульсу взрыва чувствительность в несколько раз ниже, чем у ацетилена. Опасность масла и погонов состоит в том, что они могут накапливаться в аппарате в значительных количествах и усиливать силу взрыва. Взрыв масла может также возникать в результате первостепенного микровзрыва углеводородов в жидком кислороде.

Заключение

Рассмотрены два основных процесса получения низких температур - дросселирование и расширение с совершением внешней работы (процесс в детандере). Сделаны выводы о преимуществах процесса в детандере над процессом в дросселе.

В результате модернизации схемы установки получения жидкого кислорода Кж-1.6 нам удалось снизить энергозатраты на получение 1 кг продукта с до при неизменной производительности и имеющемся оборудовании. Это нам далось включением в схему вместо дроссельного вентиля парожидкостного турбодетандера и, как следствие, понижением давления. Так же нами было рассмотрено современное оборудование для современных воздухоразделительных установок, при установке которого эффективность повысится и энергозатраты уменьшаться.

Новая схема установки может послужить для модернизации существующих Кж-1.6, а также может использоваться для создания новых установок. Цена таких установок будет выше, но себестоимость продукции меньше.

...