Расчёт и проектирование установки для получения жидкого кислорода
Курсовой проект - Производство и Промышленность
Другие курсовые по предмету Производство и Промышленность
?ика:
Истинное значение Vдет вычислим из баланса установки:
Vдет = [VMq3 + KMk?i2K 3K + VM?i4B 3B VM?i1B 2B]/Mhад?ад = [1*29*8 + 0,187*32*(352,8 349,9) + 1*29*(522,32 516,8) 1*29*(563,82 553,75)]/29*(394,5 367,5)*0,7 = 0,2
Vдет = 0,2V = 0,2*1711 = 342 м3/ч
Составляем балансы этих теплообменников:
I VCpV?T4B 6B = KCpK?T3K 4K + ACpA?T2A 3A
II (V Vд )CpV?T6B-5B = KCpK?T3K 3K + ACpA?T2A 2A
Добавим к ним баланс теплообменника ожижителя. Получим систему из 3 уравнений.
III КСр к?Т4К 5К + АСрА?Т3А 4А = VCpv?T2В 3В
Вычтем уравнение II из уравнения I:
VCpV?T4B 6B - (V Vд )CpV?T6B-5B = KCpK?T3K 4K - KCpK?T3K 3K + ACpA?T2A 3A - ACpA?T2A 2A
Получаем систему из двух уравнений:
I VCpV (T4B - 2T6B + T5B ) + VдCpV(T6B T5B) = KCpK(T4K T3K) + ACpA?T3A 2A
II КСр к?Т4К 5К + АСрА?Т3А 4А = VCpv?T2В 3В
I 1*1,012(280 2*173 + 138) + 0,387*1,093(173 138) = 0,128*1,831(T4K 88) +0,872*1,048(T3А85)
II 1*1,012*(310 275) = 0,128*1,093(295 - T4K) + 0,872*1,041(295 T3А)
T4K = 248,4 К
T3А = 197,7 К
Для удобства расчёта полученные данные по давлениям, температурам и энтальпиям в узловых точках сведём в таблицу:
№1В2В3В4В5В56В7В1R2R3Ri, кДж/
кг553,7563,8516,8522,3319,2319,2419,1367,513501131,21243Р, МПа0,14,54,54,54,50,654,54,50,650,650,65Т, К30031027528013880188125797476,4№1D2D1К2К3К4К5К1А2А3А4Аi, кДж/
кг10152465354,3349,9352,8467,9519,5328,3333,5454,6553,Р, МПа0,650,650,130,121010100,130,130,130,13Т, К7974938488248,42958085197,7295ПРИМЕЧАНИЕ.
1. Значения энтальпий для точек 1R, 2R, 3R , 1D, 2D взяты из номограммы Т i P x y для смеси азот кислород.
2. Прочие значения энтальпий взяты из [2].
5. Расчёт основного теплообменника.
Ввиду сложности конструкции теплообменного аппарата разобьём его на 4 двухпоточных теплообменника.
Истинное значение Vдет вычислим из баланса установки:
Vдет = [VMq3 + KMk?i2K 3K + VM?i4B 3B VM?i1B 2B]/Mhад?ад = [1*29*8 + 0,128*32*(352,8 349,9) + 1*29*(522,32 516,8) 1*29*(563,82 553,75)]/29*(394,5 367,5)*0,7 = 0,2
Vдет = 0,2V = 0,2* = 342,2 м3/ч
Составляем балансы каждого из четырёх теплообменников:
I VA (i4B i1) + Vq3 = A(i3A i3)
II VK (i4B i2) + Vq3 = K(i4K i4)
III (VA Vда)(i1 i5B) + Vq3 = A(i3 i2A)
IV (VК Vдк)(i2 i5B) + Vq3 = К(i4 i2К)
Здесь VA + VК = V , Vда + Vдк = Vд
Параметры в точках i1 и i2 будут теми же, что в точке 6В
Температуру в точке 5В задаём:
Т5В = 138 К
Р5В = 4,5 МПа
i5В = 319,22 кДж/кг = 9257,38 кДж/кмоль
Принимаем VA = А = 0,813, VК = К = 0,187, Vдк = Vда = 0,1, q3 = 1 кДж/кг для всех аппаратов.
Тогда из уравнения I
VA (i4B i6В) + Vq3 = A(i3A i3)
0,813(522,32 419,1) + 1 = 0,813(454,6 i3)
i3 = (394,6 112,5)/0,813 = 324,7 кДж/кг
Т3 = 140 К
Проверяем полученное значение i3 с помощью уравнения III:
(0,872 0,1)(394,5 319,22) + 1 = 0,872(i3 333,5)
59,1 = 0,872i3 290,8
i3 = (290,8 + 59,1)/0,872 = 401,3 кДж/кг
Уменьшим VА до 0,54:
0,54(522,32 419,1) + 1 = 0,872(454,6 i3)
i3 = (394,6 70,023)/0,872 = 372,2 кДж/кг
Проверяем полученное значение i3 с помощью уравнения III:
(0,54 0,1)(394,5 319,22) + 1 = 0,872(i3 333,5)
i3 = (290,8 + 34,123)/0,872 = 372,6 кДж/кг
Т3 = 123 К
Тогда из уравнения II:
VK (i4B i6В) + Vq3 = K(i4K i4)
0,56(522,32 419,1) + 1 = 0,128(467,9 i4)
72,6 = 59,9 0,128 i4
i4 = (72,6 59,9)/0,128 = 332 кДж/кг
Т4 = 140 К
Рассчитываем среднеинтегральную разность температур для каждого из четырёх теплообменников.
а) Материальный баланс теплообменника I:
VA (i4B i1) + Vq3 = A(i3A i3)
Из баланса расчитываем истинное значение теплопритоков из окружающей среды:
0,54*1,15(280 173) + 1*q3 = 0,872*1,99(197,7 123)
q3 = 121,9 - 66,4 = 55,5 кДж/кг
Рассчитываем коэффициенты В и D:
VA (i4B i6В) + Vq3 = A(i3A i3)
VA ?iB + Vq3 = A ?iA
?iB = A ?iA/ VA - V q3/VA | ?iA/ ?iA
?iB = A ?iA/ VA - Vq3* ?iA/ ?iA
В = A/VA = 0,872/0,54 = 1,645
D = V q3/VA ?iA = 1*55,5/0,54*(197,7 123) = 0,376
?iB = В ?iA - D ?iA = С ?iA = (1,635 0,376) ?iA = 1,259 ?iA
Составляем таблицу:
№ТВ , Кiв, кДж/кг?iВТА, КiА, кДж/кг?iА0 0280522,320197,7454,601 1272512,010,324190,23-8,22 2261501,720,648182,76-16,43 3254491,330,971175,29-24,64 4245481,041,295167,82-32,85 5235470,751,619160,35-416 6225460,461,943152,88-49,27 7218450,172,267145,41-57,48 8210439,7382,59137,94-65,69 9199429,492,914130,47-73,810 10188419,12103,2123372,682Строим температурные кривые:
?Тсринт = n/?(1/?Тср)
№?Тср1/?Тср1820,0122820,0123780,01284790,01275770,0136720,01397730,01378720,01399690,014510650,0154?(1/?Тср) = 0,1339
?Тср = 10/0,1339 = 54,7 К
б) Материальный баланс теплообменника II:
VK (i4B i6В) + Vq3 = K(i4K i4)
Из баланса расчитываем истинное значение теплопритоков из окружающей среды:
0,56*1,15(280 173) + 1*q3 = 0,187*1,684(248,4 140)
q3 = 23,4 - 68,9 = -45,5 кДж/кг
Рассчитываем коэффициенты В и D:
VК (i4B i6В) + Vq3 = K(i4K i4)
VК ?iB + Vq3 = К ?iК
?iB = К ?iК/ VК - V q3/VК | ?iК/ ?iК
?iB = К ?iК/ VК - Vq3* ?iК/ ?iК
В = К/VК = 0,128/0,56 = 0,029
D = V q3/VК ?iК = -1*45,5/0,56*(248,4 140) = -0,75
?iB = В ?iК - D ?iК = С ?iК = (0,029 + 0,75) ?iК = 0,779 ?iК
Составляем таблицу:
№ТВ , Кiв, кДж/кг?iВТК, КiК, кДж/кг?iК0 0280522,320248,433201 1272511,710,589237,56-13,5932 2261501,121,178226,72-27,1863 3254490,631,767215,88-40,7794 424548042,356205,04-54,3725 5235469,352,973194,2-67,9756 6225458.863,534183,36-81,5587 7218448,274,123172,52-95,1518 8210437,684,735161,68-108,779 919942795,301150,84-122,3310 10188419,12105,9140467,93135,93?Тсринт = n/?(1/?Тср)
№?Тср1/?Тср1320,031252340,02943340,02944400,0255410,02446420,02387450,02228480,02089480,020810480,0208
?(1/?Тср) = 0,245
?Тср = 10/0,245 = 40,3 К
в) Материальный баланс теплообменника III:
(VA Vда)(i6В i5B) + Vq3 = A(i3 i2A)
Из баланса расчитываем истинное значение теплопритоков из окружающей среды:
(0,54 0,1)*2,204(188 - 138) + 1*q3 = 0,813*1,684(123 85)
q3 = 55,8 33,9 = 21,9 кДж/кг
Рассчитываем коэффициенты В и D:
(VA Vда)(i6В i5B) + Vq3 = A(i3 i2A)
(VА - Vда) ?iB + Vq3 = А ?iА
?iB = А ?iА/ (VА - Vда) - V q3/VА | ?iА/ ?iА
?iB = А ?iА/ (VА - Vда) - Vq3* ?iА/ ?iА
В =А/(VА - Vда) = 0,813/0,44 = 1,982
D = V q3/(VА - Vда) ?iА = 1*21,9/0,44*(372,6 333,5) = 0,057
?iB = В ?iА - D ?iА = С ?iА = (1,982 0,057) ?iА = 1,925 ?iА
Составляем таблицу:
№ТВ , Кiв, кДж/кг?iВТА, КiА, кДж/кг?iА0 0188394,50123372,601 11753877,527119,2-3,912 2168379,415,1115,4-7,823 3162371,9222,58111,6-11,734 4158364,430,1107,8-15,645 5155356,937,6104-19,556 6152349,345,2100,2-23,467 7149341,852,796,4-27,378 8145334,360,292,6-31,289 9141326,867,74188,8-35,1910 10138319,2275,2885333,539,1
?Тсринт = n/?(1/?Тср)
№?Тср1/?Тср1560,01792530,01893500,024500,025510,01966520,01927530,01898520,01929520,019210530,0189
?(1/?Тср) = 0,192
?Тср = 10/0,245 = 52 К
г) Материальный баланс теплообменника IV:
(VК Vдк)(i6В i5B) + Vq3 = К(i4 i2К)
Из баланса расчитываем истинное значение теплопритоков из окружающей среды:
(0,56 0,1)*2,204(188 - 138) + 1*q3 = 0,128*1,742(123 88)
q3 = 7,804 - 50,7 = - 42,9 кДж/кг
Рассчитываем коэффициенты В и D: