Платная доработка на тему Расчет турбодетандера низкого давления для получения жидкого кислорода
-
Оформление работы
-
Список литературы по ГОСТу
-
Соответствие методическим рекомендациям
-
И еще 16 требований ГОСТа,которые мы проверили
Скачать эту работу всего за 290 рублей
Ссылку для скачивания пришлем
на указанный адрес электронной почты
на обработку персональных данных
Содержание:
Обозначения и сокращения 3
Введение 4
1. Литературный обзор 6
1.1. Общие сведения о производстве кислорода 6
1.1.1. Свойства кислорода 6
1.1.2. Способы получения кислорода 8
1.2. Технологические схемы кислородных установок низкого давления 14
1.3. Турбодетандеры для получения жидкого кислорода 24
1.4. Технические характеристики установок получения кислорода по циклу Капицы 30
1.5. Кислородная установка БР-14 (К-1,4) 32
2. Методика расчета турбодетандера для получения жидкого кислорода 34
2.1. Цели и задачи 34
2.2 Определение параметров состояния воздуха, размеров и числа оборотов турбодетандера 34
2.3. Определение расчетного адиабатического КПД, холодопроизводительности и мощности турбодетандера 40
2.4. Определение основных параметров по SI-диаграмме 42
3. Расчет турбодетандера для получения жидкого кислорода 45
3.1. Термогазодинамический расчет воздушного турбодетандера 45
3.1.1. Технические условия 45
3.1.2. Определение параметров состояния, размеров и числа оборотов турбодетандера 45
3.1.3. Определение расчетного адиабатического КПД, холодопроизводительности и мощности турбодетандера 47
3.1.4. Определение основных параметров по SI-диаграмме 48
Заключение 52
Список использованных источников 53
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:
В процессе написания работы была составлена методика и выполнен термогазодинамический расчёт, были определены основные параметры га-за в ходе его обработки в турботедандере, а также характеристики воздуха после выхода из установки турбодетандера. Были рассчитаны параметры установки: холодопроизводительность, которая составила 356 кДж/ч, мощность на валу турбодетандера без учета внешних потерь, которая со-ставила 0,099 кВт и действительный перепад температур турбодетандера (удельная холодопроизводительность), которая составила 32.9 кДж/кг.
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 — 183 °С он превращается в прозрачную голубоватую, легкопо-движную 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 — 218 С он переходит в твердое состояние, образуя красивые голубые кри-сталлы.
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.
1.1.2. Способы получения кислорода
Всего несколько десятков лет назад кислород умели получать только в небольших количествах, и поэтому он был очень дорог.
В настоящее время техника производства кислорода настолько раз-вилась и усовершенствовалась, что можно получать очень большие коли-чества дешевого кислорода.
Это сделало возможным широкое внедрение кислорода в промыш-ленность.
Все известные способы получения кислорода можно разбить на три основные группы;
а) химические способы;
б) электролиз воды;
в) разделение воздуха.
Химические способы.
Из всех способов получения кислорода, известных в технике, хими-ческие способы относятся к наиболее ранним.
Они основаны на способности различных химических веществ в из-вестных условиях выделять кислород.
Например, бертолетова соль (химическое обозначение КСlО3) при нагрева¬нии разлагается, выделяя кислород в количестве 270 л на 1 кг бер-толетовой соли.
Окись бария (химическое обозначение ВаО) при нагревании до 540 С поглощает кислород из атмосферного воздуха, образуя перекись бария (ВаО2). При дальнейшем нагревании до 870 С перекись бария разлагает-ся, переходя снова в окись бария и вы¬деляя поглощенный кислород.
Посредством 1 кг окиси бария можно получить около 100 л кисло-рода.
Салькомин — зернистое, искусственно приготовляемое веще¬ство, спо-собное при давлении 6,6-7,7 ата и температуре 35 С по¬глощать кислород до 4% от веса поглотителя, выделяя его об¬ратно при нагревании до 95 С и понижении давления до 1 ата.
Установка с 54 кг салькомина дает 10 кг час кислорода чистотой 99,5%.
Кислород можно получить также путем пропускания угле¬кислого га-за через свинцовокислый кальций (Са2РbО4) при тем¬пературе 700 C, раз-ложением марганцовистокислого натрия (Na2MnO4) водяным паром при 450 С или, наконец, действием серной кислоты (H2SO4) на бихромат калия (К2Сr2О7).
В некоторых случаях кислород выделяют из перекисей ще¬лочных металлов: перекиси натрия (Nа2О2) или калия (KNaO3), воздействуя на них парами воды в присутствии углекислого газа. 1 кг перекиси натрия дает до 90-100 л, а перекиси калия до 200 л кислорода.
В настоящее время все упомянутые химические способы не имеют промышленного значения, так как они малопроизводитель¬ны и дороги.
Их применяют только в лабораторной и учебной прак¬тике для полу-чения очень небольших количеств кислорода.
Электролиз воды.
При пропускании через воду, в которую добавлен 20%-ный раствор едкого натра, постоянного электрического тока вода разлагается на кис-лород и водород.
Оба эти ве¬щества выделяются из воды в виде газа.
Кислород собирается около положительного, а водород-около отри-цательного полюса электрической цепи.
На каждый кубический метр кислорода одновременно получается 2 м3 водорода.
Содержание:
Обозначения и сокращения 3
Введение 4
1. Литературный обзор 6
1.1. Общие сведения о производстве кислорода 6
1.1.1. Свойства кислорода 6
1.1.2. Способы получения кислорода 8
1.2. Технологические схемы кислородных установок низкого давления 14
1.3. Турбодетандеры для получения жидкого кислорода 24
1.4. Технические характеристики установок получения кислорода по циклу Капицы 30
1.5. Кислородная установка БР-14 (К-1,4) 32
2. Методика расчета турбодетандера для получения жидкого кислорода 34
2.1. Цели и задачи 34
2.2 Определение параметров состояния воздуха, размеров и числа оборотов турбодетандера 34
2.3. Определение расчетного адиабатического КПД, холодопроизводительности и мощности турбодетандера 40
2.4. Определение основных параметров по SI-диаграмме 42
3. Расчет турбодетандера для получения жидкого кислорода 45
3.1. Термогазодинамический расчет воздушного турбодетандера 45
3.1.1. Технические условия 45
3.1.2. Определение параметров состояния, размеров и числа оборотов турбодетандера 46
3.1.3. Определение расчетного адиабатического КПД, холодопроизводительности и мощности турбодетандера 47
3.1.4. Определение основных параметров по SI-диаграмме 48
Заключение 49
Список использованных источников 50
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:
В процессе написания работы была составлена методика и выполнен термогазодинамический расчёт, были определены основные параметры га-за в ходе его обработки в турботедандере, а также характеристики воздуха после выхода из установки турбодетандера. Были рассчитаны параметры установки: холодопроизводительность, которая составила 356 кДж/ч, мощность на валу турбодетандера без учета внешних потерь, которая со-ставила 0,099 кВт и действительный перепад температур турбодетандера (удельная холодопроизводительность), которая составила 32.9 кДж/кг
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 — 183 °С он превращается в прозрачную голубоватую, легкопо-движную 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 — 218 С он переходит в твердое состояние, образуя красивые голубые кри-сталлы.
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.
1.1.2. Способы получения кислорода
Всего несколько десятков лет назад кислород умели получать только в небольших количествах, и поэтому он был очень дорог.
В настоящее время техника производства кислорода настолько раз-вилась и усовершенствовалась, что можно получать очень большие коли-чества дешевого кислорода.
Это сделало возможным широкое внедрение кислорода в промыш-ленность.
Все известные способы получения кислорода можно разбить на три основные группы;
а) химические способы;
б) электролиз воды;
в) разделение воздуха.
Химические способы.
Из всех способов получения кислорода, известных в технике, хими-ческие способы относятся к наиболее ранним.
Они основаны на способности различных химических веществ в из-вестных условиях выделять кислород.
Например, бертолетова соль (химическое обозначение КСlО3) при нагрева¬нии разлагается, выделяя кислород в количестве 270 л на 1 кг бер-толетовой соли.
Окись бария (химическое обозначение ВаО) при нагревании до 540 С поглощает кислород из атмосферного воздуха, образуя перекись бария (ВаО2). При дальнейшем нагревании до 870 С перекись бария разлагает-ся, переходя снова в окись бария и вы¬деляя поглощенный кислород.
Посредством 1 кг окиси бария можно получить около 100 л кисло-рода.
Салькомин — зернистое, искусственно приготовляемое веще¬ство, спо-собное при давлении 6,6-7,7 ата и температуре 35 С по¬глощать кислород до 4% от веса поглотителя, выделяя его об¬ратно при нагревании до 95 С и понижении давления до 1 ата.
Установка с 54 кг салькомина дает 10 кг час кислорода чистотой 99,5%.
Кислород можно получить также путем пропускания угле¬кислого га-за через свинцовокислый кальций (Са2РbО4) при тем¬пературе 700 C, раз-ложением марганцовистокислого натрия (Na2MnO4) водяным паром при 450 С или, наконец, действием серной кислоты (H2SO4) на бихромат калия (К2Сr2О7).
В некоторых случаях кислород выделяют из перекисей ще¬лочных металлов: перекиси натрия (Nа2О2) или калия (KNaO3), воздействуя на них парами воды в присутствии углекислого газа. 1 кг перекиси натрия дает до 90-100 л, а перекиси калия до 200 л кислорода.
В настоящее время все упомянутые химические способы не имеют промышленного значения, так как они малопроизводитель¬ны и дороги.
Их применяют только в лабораторной и учебной прак¬тике для полу-чения очень небольших количеств кислорода.
Электролиз воды.
При пропускании через воду, в которую добавлен 20%-ный раствор едкого натра, постоянного электрического тока вода разлагается на кис-лород и водород.
Оба эти ве¬щества выделяются из воды в виде газа.
Кислород собирается около положительного, а водород-около отри-цательного полюса электрической цепи.
На каждый кубический метр кислорода одновременно получается 2 м3 водорода.
