Дипломная работа (ВКР) — бакалавр, специалист на тему Расчет турбодетандера низкого давления для получения жидкого кислорода

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 5

1. Литературный обзор 7

1.1. Общие сведения о производстве кислорода 7

1.1.1. Свойства кислорода 7

1.1.2. Способы получения кислорода 9

1.2. Технологические схемы кислородных установок 15

1.2.1. Установки высокого давления 15

1.2.2. Установки среднего давления 17

1.2.3. Установки двух давлений 18

1.2.4. Установки низкого давления 20

1.3. Турбодетандеры для получения жидкого кислорода 30

1.4. Технические характеристики установок получения кислорода по циклу Капицы 36

2. Методика расчета турбодетандера низкого давления для получения жидкого кислорода 40

2.1. Обоснование актуальности. Цели и задачи 40

2.2 Определение параметров состояния воздуха, размеров и числа оборотов турбодетандера 40

2.3. Определение расчетного адиабатического КПД, холодопроизводительности и мощности турбодетандера 47

2.4. Определение основных параметров по SI-диаграмме 48

3. Расчет турбодетандера низкого давления для получения жидкого кислорода 51

3.1. Термогазодинамический расчет воздушного турбодетандера низкого давления 51

3.1.1. Технические условия 51

3.1.2. Определение параметров состояния, размеров и числа оборотов турбодетандера 52

3.1.3. Определение расчетного адиабатического КПД, холодопроизводительности и мощности турбодетандера 57

3.1.4. Определение основных параметров по SI-диаграмме 59

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 63

Введение:

Разделение воздуха для получения кислорода осуществляется мето-дом глубокого охлаждения в воздухоразделитель¬ных установках.

При этом обрабатываемый воздух сжимается (компримируется), очищается от механических примесей, очищается двуокиси углерода и влаги, сжижается и, вследствие наличия разности температур кипения кис-лорода и азота, разделяется за счет реализации процесса ректификации.

Как правило применяется процесс двукратной ректификации, реали-зующий довольно полное отделение кислорода от азота.

Для сжижения воздуха и компенсации потерь холода в соответствии с производительностью и назначением установок применяются различные холодильные циклы.

Холодильный цикл при получении газообразных продуктов разде-ления определяется количеством перерабатываемого воздуха, поскольку чем выше производительность агрегата, тем удельные потери холода меньше и рабочее давление ниже.

В установках, перерабатывающих не более 0,19 м3/сек (700 м3/ч) как правило используют цикл высокого давления при сжатии всего перераба-тываемого воздуха до давления 10-20 МПа; свыше 0,19 до 0,28 м3/сек (700-1000 м3/ч) — цикл среднего давления с пор¬шневым детандером при сжатии всего перерабатываемого воздуха до давле¬ния 3-5 МПа; свыше 0,28 до 2,5 м3/сек (1000-9000 м3/ч) — цикл двух давлений с поршневым де-тандером при сжатии части перерабатываемого воздуха (30-50%) до дав-ления 10-20 МПа2 и остального воздуха до дав¬ления 0,6 МПа; свыше 2,5 м3/сек (9000 м3/ч) — цикл одного низкого давле¬ния с турбодетандером при сжатии всего перерабатываемого воздуха до давления 0,8-0,5 МПа.

При получении жидких продуктов разделения необходима большая холодопроизводительность цикла и поэтому, как правило, применяют цикл высокого давления с поршневым детандером.

Для этих же целей применяют и цикл низкого давления с турбоде-тандером (установка ТК-2000, разрабо¬танная акад. Капицей П. Л.), а так-же циклы с циркуляцией воздуха или азота высокого или низкого давле-ний, но при этом удельный расход энергии повышается.

Заключение:

Выполнен термо-газодинамический расчет воздушного турбодетан-дера низкого давления для исходных данных.

Начальное давление р0 = 5 МПа.

Конечное давление рк = 0,6 МПа.

Начальная температура Т0 = 170° К.

Расход воздуха m = 0,27 кг/с.

Получены следующие результаты.

Действительный теплоперепад в турбодетандере (удельная холодо-производительность) – 43,066 кДж/кг.

Холодопроизводительность турбодетандера (часовая) – 41860 кДж/ч.

Мощность на валу турбодетандера (без учета внешних по¬терь) – 11,628 кВт.

Фрагмент текста работы:

1. Литературный обзор

1.1. Общие сведения о производстве кислорода

1.1.1. Свойства кислорода

Кислород (химическое обозначение О2) является самым рас-пространенным элементом на земле.

Он обладает свойством чрез¬вычайно легко и энергично вступать в химические соединения со всеми веществами, за исключением благород-ных металлов- золота, платины, серебра, и редких газов-аргона, криптона, ксенона, неона, гелия.

Соединения различных веществ с кислородом являются наи¬более распространенными в природе.

Так, например, почти вся земная кора состоит из различных соеди-нений химических эле¬ментов с кислородом.

В воде содержится до 88% кислорода.

В жи¬вых организмах и в растениях также содержится зна¬чительное количество кислорода.

Наконец, огромное количество кислорода в свободном, химически не связанном состоянии на¬ходится в атмосферном воздухе, который состоит на 1/5 часть (по объему) из кислорода и на 4/5 — из азота.

Кислород является основой жизни на земле, так как без него не могут существовать живые и растительные организмы, не могут протекать про-цессы окисления, на которых основаны все жизненные процессы окружа-ющего нас животного и раститель¬ного мира.

Впервые кислород был открыт учеными в 1771 г., а в после¬дующие годы его свойства были подробно изучены.

Изучением кислорода занимались великие русские ученые — Ломоно-сов, Менделеев и другие, сделавшие в этом направлении ряд важнейших открытий и внесшие неоценимый вклад в миро¬вую науку.

В нормальных условиях кислород является бесцветным и прозрач-ным газом, не имеющим ни запаха, ни вкуса.

Кисло¬род несколько тяжелее (плотнее) воздуха.

Вес 1 м3 кислорода при температуре 0°С и давлении 760 мм рт. ст. равен 1,429 кг.

При охлаждении кислорода под атмосферным давлением до темпе-ратуры минус 183 °С он превращается в прозрачную голубоватую, легко-подвижную жидкость, быстро испаряющуюся при комнат¬ной температуре.

1 л такой жидкости весит 1,14 кг, а при испарении образует 790 л га-зообразного кислорода (при температуре 0 °С и давле¬нии 760 мм рт. ст.).

Если жидкий кислород подвергнуть длительному воздей¬ствию элек-трического разряда, то он частично переходит в но¬вое химическое соеди-нение-жидкий озон-темно-голубую, легко взрывающуюся жидкость.

При дальнейшем охлаждении жидкого кислорода до темпера¬туры минус 218 С он переходит в твердое состояние, образуя красивые голу-бые кристаллы.

Газообразный кислород, так же, как и азот, способен раство¬ряться в воде.

Кислород обладает магнитной восприимчивостью, т. е. его молекулы способны под действием магнитного поля намагничи¬ваться и притягивать-ся магнитом.

Все химические реакции горения и окисления, т. е. соединения ве-ществ с кислородом, протекают в атмосфере чистого кислорода очень быстро и энергично, сопровождаясь выделением значитель¬ного количе-ства тепла.

Если, например, в сосуд с кислородом внести тлеющую лу¬чинку или спичку, то дерево загорится ярким пламенем.

Кусо¬чек серы, горящий на воздухе бледным огоньком, внесенный в сосуд с кислородом, мгновенно вспыхивает и горит красивым фиолетовым пламенем.

Для больных, находящихся в тяжелом состоянии, вдыхание кисло-рода служит средством повышения деятельности организ¬ма и поддержа-ния сил.

Горючие газы (ацетилен, водород, метан и др.) образуют с кислоро-дом взрывчатые смеси.

Различного рода жиры и мас¬ла при соприкосновении со сжатым кислородом способны са¬мовоспламеняться.

Пористые горючие вещества (уголь, угольная пыль, прес¬сованный мох, торф), пропитанные жидким кислородом, при воспламенении в за-мкнутом пространстве дают взрыв боль¬шой разрушающей силы.