Способ охлаждения воздуха

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Опубликовано 231182. Бюллетень ¹43

Дата опубликования описания 23. 11. 82

Р М К з

F J 3/02

Государственный комитет

С,ССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.593 (088. 8) (72) Автор изобретения

Н.К.Поливалин (71) Заявитель

Производственно-техническое предприятие специализированного треста "Укрэнергочермет" (54} СПОСОБ ОХЛЛЖДЕНИЯ ВОЗДУХА у Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано при проектировании новых и модернизации действующих воздухоразделительных установок.

Известен способ охлаждения воздуха в воздухораэделительных установках, по которому воздух, сжатый до

0,7-0,75 ИПа в турбокомпрессоре, охттаждают в холодильниках водой до температуры 300-320 К, а затем в установке азотно-водяного .охлаждения до 288-295 К и в регенераторах газами обратного потока до температуры 102-104 К (1).

Недостатком этого способа является усложнение установок разделения воздуха, в схемы которых включены установки азотно-водяного охлаждения, состоящие из воздушно-водяных и азотно-водяных скрубберов, насосов для подачи воды, переключакщихся трехходовых азотных клапанов, регуляторов подачи воды, КИП и автоматики.

К недостаткам этого способа относятся и большие гидравлические сопротивления на потоках воздуха и азота, которые увеличивают расход энергии на сжатие воздуха на 3-4%.

Известен способ охлаждения воздуха в воздухоразделительной установке, включающий регенеративный теплообмен сжатого воздуха в противоточных теплообменниках, осуществляемый путем чередования периодов охлаждения сжа-. того воздуха и нагревания газа обратного потока, подачу воды в теплообменники и ее испарение f2).

К недостаткам известного способа относятся сложность устройства для его осуществления, состоящего из предварительного теплообменника, двух влаго15 отделителей и противоточных теплообменников, например регенераторов, дополнительные затраты, энергии на преодоление гидравлических сопротивлений, создаваемых предварительными теплообменниками и влагоотделителями по прямому и обратному потокам, которые увеличивают удельный расход энергии на сжатие воздуха на 0,5-4% низкое производство жидких продук25 тов разделения воздуха ввиду разности температур увеличивающейся при охлаждении воздуха. Увеличение раз- ности температур между воздухом и газами обратного потока объясняется тем, что и теплоемкость сжатого воэ976236

40 духа (на 0,8-1,5%) и его расход (на

1,5-3% ввиду утечек и получения жидких продуктов) выше аналогичных параметров газа обратного потока.

Целью изобретения является снижение затрат энергии на охлаждение и 5 увеличение производства продуктов разделения воздуха.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу охлаждения воздуха в воздухоразделительной установ- )Q, ке, включающему регенеративный тепло обмен сжатого воздуха в противоточных теплообменниках, осуществляемый путем чередования периодов охлаждения сжатого воздуха и нагревания газа обратного потока, подачу воды в теп лообменники и ее испарение, воду испаряют при температуре выше 220 К.

Кроме того, воду подают в теплообменник периодически в моменты смены периода охлаждения сжатого воздуха на период нагрева газа обратного потока, а также тем, что воду подают в теплообменники в твердой фазе.

За счет испарения воды газами обратного потока в интервале температур выше 220 (220-290 К) увеличивают их обобщенную теплоЕмкость, под которой понимают теплоемкость сухого газа, сложенную с количеством тепла, расходуемого на испарение воды при насыщении газа в процессе его нагревания на 1 К. Обобщенная теплоемкость при температуре 220 К превышает теп= лоемкость сухого газа на 0,5%, 35 при 240 К - на 5Ъ, а при 280 К более чем в 2 раза.

Учитывая, что теплоемкость сухого сжатого воздуха при его охлаждении от 290 до 220 K на 0,8-1,5%, а его расход - на 1,5-3Ъ выше расхода газа обратного потока, то при работе противоточных теплообменников без дополнительного увлажнения газа обратного потока, разность температур между им и воздухом увеличивается с 3-3 5 К на входу воздуха до

5-5,5 К в сечении теплообменника с температурой обратного потока

220 K. При охлаждении воздуха с цополнительным увлажнением газа обратного потока разность температур снижают до 2-2 5 К за счет охлаждения воздуха до температуры на 3-4 К более низкой, чем беэ дополнительного увлажнения обратного потока. Например, в сечении теплообменника с температурой обратного потока 220 К эа счет увлажнения газа обратного потока температуру воздуха снижают с 225 К до 222 К. Дополнительное 0 охлаждение сжатого воздуха равноценно получению дополнительного холода в теплообменниках в количестве 3,55 Кдж/м воздуха. За счет этого холода с воэдухоразделительных установок на каждые 100 м охлажцаемого воздуха получают но 0,6-1 кг жидкогс азота. Меньшее значение относится к установкам с малой долей детандерного потока (10-15Ъ ), а большее к установкам с детандерным потоком, равным 24-30% от количества разделяемого воздуха, используя холод, вырабатываемый в противоточных теплообменниках, можно путем замены, примерно 1/3 детандерного потока, направляемым в верхние колонны воздухом, сжатым до 0,13-0.,15 МПа на 5-7Ъ снизить удельный расход энергии на производство кислорода, а при уменьшении доли детандерного потока увеличить извлечение из воздуха кислорода и аргона.

Предложенный способ наиболее просто осуществляется при использовании для охлаждения воздуха регенераторов.

В этих аппаратах температура, насадки изменяется на 50-100 К за один полу-.

1 цикл, Для того, чтобы обеспечить испарение дополнительно введенной воды при температурах ниже 273 К ее вводят в регенераторы в конце периода теплого - начале периода холодного дутья, либо при переключении регенераторов с прямого потока на обратный. Этим и обеспечивается испарение воды при температурах ниже

273 К. B нереверсивные теплообменники воду надо вводить в виде снега.

При этом используется теплота ее сублимации, а место ввода можно выбрать в любом сечении теплообменника.

На чертеже схематично изображена установка для осуществления предло" женного способа.

Установка включает турбокомпрессор 1, охладитель 2 воздуха, теплообменники 3 и 4, адсорбер 5, блок 6 разделения, бак 7 для воды, насос

8, регулятор 9 расхода воды и форсунки 10.

Способ осуществляется следующим образом.

Атмосферный воздух сжимают в компрессоре 1 до давления 0,6-0,65 NIIa, охлаждают в холодильнике 2 до температуры 300-320 К, а затем в теплообменнике 3 до 101-103 К, осушают и очищают от примесей. При охлаждении воздуха насадка нагревается и на ней накапливается примеси воздуха.

Иэ теплообменников воздух большей частью подают в блок 6, а 10-12% воздуха при средней температуре 140145 К отбирают в адсорберы 5, очищают от примесей и направляют также в блок 6 разделения. В блоке разделения 12-25Ъ воздуха расширяют в турбодетандерах, а затем весь воздух разделяют на кислород и азот, которые пропускают через теплообменники под давлением 0,11.-0,13 МПа, охлаждая и очищая ими насадку от

976236

Температура азота, К

243 253 263 273 283 293 ф

Показатели

223 233 303

Теплоемкость сухого азота, кДж кг

1,013 1,011 1,009 1,008 1,007 1,006 1,005 1,005 1,004

1,566 2,06 2,81 4,12

1,29

105 114 138 156 205 . 208 411

100% 100, 6, 102

Формула изобретения накопившихся примесей воздуха. В начале периода обратного дутья в сечение теплообменника с температурой

270-275 К подают мелко распыленную форсунками 10 воду, количество и время подачи которой автоматически регулируют устройством 9. Мелкодисперсные частицы воды, поступающие в поток газа и на насадку частично испаряются, насыщая и охлаждая газ и насадку. Большей частью мелкие брызги воды высаживаются на насадке и накапливаются на ней в виде снега или пленки воды. По мере охлаждения насадки вода замерзает, но ее испарение и охлаждение за счет этого газа обратного потока продолжается и при температурах 200-?73 К. За счет скрытой теплоты испарения воды обобщенная теплоемкость обратного потока

Обобщенная теплоемкость азота, кДж кг 1,019 1,032 1,064 1,15

3а счет испарения воды при температурах 252-300 K cKopocTb oxnarcge-ния насадки увеличивается в 1,1-3 раза. A так как испарение воды осуществляют в начале периода холодного дутья, то гидравлическое сопротивление теплообменников быстро снижается, что экономит энергию на сжатие воздуха. Теплообменники на прямом и обратном потоках работают по

3-,4 мин после чего меняются местами.

Кислородные теплообменники работают аналогично и поэтому на схеме установки не показаны.

Использование изобретения поэволяетг исключить иэ схем воэдухораэделительных установок аппараты и машины для предварительного охлаждения воздуха, в интервале температур 225-245 К увеличивается на 1-5%, а при температурах 260-280 К в 1,4-2 раза. В таблице показано изменение,теплоемкости сухого азота и его обобщенной теплоемкости при насыщении парами воды на 90%. Давление азота принято равным 0,105 ИПа. 3а счет испарения дополнительно введенной пары разность между температурой воздуха и газа !

О обратного потока понижают с 3-3,5 К на входу воздуха в теплообменник до

1,5-2 К при температуре насадки 220230 К. Для подачи воды в холодные эоны насадки теплообменника ее вво15 дят через форсунки 10 в конце периода охлаждения воздуха,В таблице приведены теплоемкость сухого и насыщенного потока в зависимости от температуры. в 1,5-2 раза увеличить производство продуктов разделения воздуха, вырабатываемых на установках низко5p ro давления, либо на 6-8% снизить удельный расход энергии на получение газообразных продуктов разделения воздуха и увеличить их выработку, увеличить продолжительность рау бочих кампаний за счет уменьшения условий незабиваемости теплообменников и уменьшить габаритные раз-, меры газовых адсорберов.

1. Способ охлаждения воздуха в воздухоразделительной установке, включающий регенеративный теплообмен

4 .сжатого воздуха в противоточных теп976236

Составитель Н .Поливалин

Редактор Г.Волкова ТехредТ.фанта Корректор Н . Король

Заказ 8982/65 Тираж . 543 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 лообменниках, осуцествляемый путем чередования периодов охлаждения сжатого воздуха и нагревания газа обратного потока, подачу воды в теплообменники и ее испарение, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения затрат энергии на охлаждение и увеличение производства продуктов разделения воздуха, воду испаряют при температурах выые 220 K

2. Способ по п.1, о т л и ч а юц и и с я тем, что воду подают в теплообменники периодически в моменты смены периода охлаждения сжатого воздуха »а период нагрева газа обратного потока.

3. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что воду подают в теплообменники в твердой фазе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кислород, Справочник. Т. 2,, 10 М., Металлургиздат, 1973, с. 9-11.

?. Авторское свидетельство СССР

9349867, кл. F 25 J 1/00, 1970 °