制冷专业低温课程设计

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1、2121目录目录3已知条件6工艺流程计算71.主要点状态参数72.装置总物料平衡93.装置总热量平衡104.单个设备的物料和热量平衡115.技术经济指标15换热器设计181.结构设计182.传热计算21参考文献2521主要设计及说明主要结果已知条件1.产量和纯度：氧:VO2=150Nm3/h,纯度yO2=99.5%O2氮:VLN2=30L/h,其它为气氮,yN2=xLN2=99.99%N2抽馏分量:VF=0.1Nm3/Nm3A,yF=80%(Ar+N2)液空纯度:xA=36~38%O22.冷损分配:总跑冷:q3=8~9kJ/Nm3Aq3上塔=3.5kJ/Nm3A(含冷凝蒸发器)q3LN

2、2=0.3kJ/Nm3A,q3LA=0.3kJ/Nm3Aq3下塔=2kJ/Nm3A,换热器I:q3I=1.2kJ/Nm3A,II:q3II=1.7kJ/Nm3A3.压力和阻力:加工空气进冷箱:p3=20~22bar产品输出压:p21,16,13>=1.02bar上塔阻力:∆puc=0.2bar,下塔阻力:∆plc=0.1bar返流阻力:换I:∆p20-21=0.05bar,II:∆p19-20=0.04bar4.温度温差:环境温度:30°C,预冷空气:5°C空气进冷箱:10°C/8°C膨胀以后空气过热度:5°C,6°C或8°C主换热器I,II热端温差均为3°C,最小温差>1°CLN过冷

3、器冷端温差:3~8°C取38%O2取9kJ/Nm3A取22bar取1.03bar取8°C取6°C取2°C取5°C21主要设计及说明主要结果LA过冷器冷端温差:3~5°C1.效率:ηs=0.72(膨胀功不回收)ηT=0.65(空压机)ηm=0.75(机械效率)2.其它条件：液氧液面高度:400mm加工空气损失取10%工艺流程计算1.主要点状态参数上塔顶部压力p17=p21+∆p20-21+∆p19-20=1.03+0.05+0.04=1.12bar上塔底部压力p14=p17+∆puc=1.12+0.2=1.32bar冷凝蒸发器液氧液面温度根据p14=1.32bar,yO2=99.5%O2

4、,查得：TLO2Su=－180.7°C液氧密度ρLO2=1131.8kg/m3液氧底部压力pLO2b=p14+ρLO2HLO2×10-4×98.0665=1.32+1131.8×0.4×10-4×98.0665=1.364bar液氧底部温度根据pLO2b=1.364bar,yO2=99.5%O2,查得：取4°C上塔顶压力1.12bar上塔底压力1.32bar液氧液面温度-180.7°C21主要设计及说明主要结果=－180.36°C液氧平均温度TLO2m=(TLO2Su+TLO2b)/2=(-180.7-180.36)/2=－180.53°C下塔顶部氮气冷凝温度冷凝蒸发器平均温差：∆Tc

5、=1.6°C氮气冷凝温度Tc=TLO2m+∆Tc=-180.53+1.6=－178.93°C下塔顶部压力根据Tc=－178.93°C,yN2=99.99%N2,查得：plct=5.0724bar下塔底部压力plcb=plct+∆plc=5.0724+0.1=5.1724bar空压机排出压力pCOMK=22bar透平膨胀机的状态参数膨胀前压力p4=22bar膨胀后压力p7=plcb=5.1724bar膨胀后过热度∆tsu=6°C根据p7=5.1724bar,查得空气饱和温度Tsa=－176.59°C膨胀后温度T7=Tsa+∆tsu=－170.59°C膨胀后焓值根据p7=5.1724bar

6、,T7=－170.59°C,查得：h7=－207.54kJ/kg液氧底部温度－180.36°C氮气冷凝温度－178.93°C下塔顶部压力5.0724bar下塔底部压力5.1724bar膨胀后温度－170.59°C21主要设计及说明主要结果过热空气焓差∆hsu=h7－hsa=－207.54－(－391.03)=183.49kJ/kg膨胀前焓值利用hysys建立膨胀机模型，得h4=－178.15kJ/kg膨胀前温度T4=－126.4°C产品气体温度T21,16,13=5°C返流气进I温度T20,15,12=－129.4°C1.装置总物料平衡空气成分:78.08%N2,20.95%O2,0

7、.93%Ar,0.04%CO2单位氮产量VN2=(550/150)VO2=3.67VO2由VO2=150Nm3/h,得氧流量为：6.344kmol/h由VLN2=30L/h,得液氮流量为：0.86359kmol/h所以，单位液氮产量为：VLN2=(0.86359/6.344)VO2=0.136VO2根据空气物料平衡VO2(1-yO2)+3.67VO2yN2+0.136VO2yN2+VWNyWN=78.08%其中污氮纯度取：yWN=80%－3%=