ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплообменные аппараты кислородных установок из "Производство кислорода" Если пропускать воздух, предварительно осушенный и охлажденный в теплообменнике до температуры —135 —140° через один из двух включенных параллельно адсорберов, то он будет практически полностью очищен от содержащегося в нем СОг. Регенерировать адсорбент можно с помощью сухих азота или кислорода, выходящих из аппарата при температуре -f 20°., Регенерация заканчивается тогда, когда температура регенерирующего газа на выходе из адсорбента достигает —10°. [c.111] Такой способ очистки воздуха от СОг значительно проще, чем химическая очистка, срок работы аппарата между отогревами достигает года и более дополнительное достоинство такого способа заключается и в том, что адсорбент одновременно с двуокисью углерода поглощает и ацетилен, удаление которого важно с точки зрения безопасности работы установки. Недостатком адсорбционного способа при очистке воздуха высокого давления является необходимость в использовании толстоиснных сос)дов для корпусов адсорберов, работающих в условиях низких температур и арматуры высокого давления для их переключения. Периодическое нагревание и охлаждение адсорберов вызывает небольшие дополнительные потери холода. [c.111] В настоящем разделе будут рассмотрены процессы теплообмена и аппаратура для охлаждения поступающего сжатого воздуха и нагревания выходящих из аппарата продуктов разделения, так как они непосредственно связаны с осушкой воздуха и очисткой его от СОг. [c.111] В установках высокого и среднего давления сжатый воздух охлаждают в теплообменниках. В установках, где используется два давления воздуха — низкое и высокое, часть воздуха, сжатая до высокого давления, также охлаждается в теплообменниках. Как правило, воздух поступает в теплообменники очищенным от влаги и углекислого гйза. В аппараты, где осушка воздуха осуществляется в переключающихся вымораживателях, воздух поступает неосушенным. Выморлживатели от обычных теплообменников принципиально не отличаются. [c.111] Теплообменники для охлаждения воздуха и нагревания продуктов разделения в кислородных установках выполняют в виде трубчатых аппаратов. Выбор теплообменного аппарата такого типа в кислородных установках связан с тем, что теплообмен происходит в условиях, когда давление одного из потоков намного превышает давление другого (воздух 50—200 ати, а азот и кислород 0,1—0,4 ати). Так как теплообменник предназначен для работы прп температурах до—195°, его трубки должны быть изготовлены из металла, сохраняющего ударною вязкость при низкой температуре и устойчивого против коррозии. Обычно в теплообменниках применяют цельнотянутые медные трубки. Обе-ча11ки теплообменников изютовляют из листовой латуни или меди, коллекторы — из лат 1П1. [c.112] Протекание разности температур в теплообменнике обусловлено изменением состояния потоков газов (жидкостей), проходящих через него. Поэтому уменьшение поверхности теплопередачи Р. а следовательно и размеров теплообменника, может быть достигнуто только путем увеличения коэффициента теплопередачи, Величина коэффициента теплопередачи к в теплообме тнике определяется в основном коэффициентами теплоотдачи 1 и г между газами и стенкой трубки, так как термическое сопротивление трубки сравнительно невелико вследствие высокой теплопроводности меди и незначительной толщины стенки. [c.112] В настоящее время большинство воздухоразделительных аппаратов оборудовано спиральными поперечноточными теплообменниками, более компактными и эффективными. Схема протекания потоков в таком теплообменнике показала на рис. 2-12, в. [c.113] Сжатый воздух проходит по трубкам, навитым по спирали в несколько слоев на сердечник. Между слоями трубок проложены прокладки определенной толщины, благодаря чему создаются кольцевые зазорьс для прохода газа в межтрубно-м пространстве. Вследствие того, что кислород и азот двигаются везде перпендикулярно трубкам, а воздух идет внутри изогнутых трубок, коэффициенты теплоотдачи с наружной и внутренней сторон трубок больше, чем в описанных ранее конструкциях. Это приводит к увеличению коэффициента теплопередачи до 150—200 ккал/м час-°С. Конструкции таких теплообменников для аппаратов высокого, среднего и двух давлений описаны в гл. 4. Трубчатые теплообменники успешно применяют для охлаждения воздуха в. малых и средних кислородных установках. [c.114] Обе эти задачи были решены путем применения в кислородных установках регенераторов, сочетающих одновременно функции теплообменны и очистительных аппаратов. Идея использования регенераторов в низкотемпературных воздухоразделительных аппаратах была предложена М. Френклем в 1924 г. (ВНР 490878). С начала 30-х годов регенераторы начали широко использовать в кислородных установках. [c.114] Принцип действия и устройство регенераторов. Действие регенераторов основано на использовании теплоемкости массы материала при развитой наружной поверхности и форме, позволяю щей пропускать через него газ с малыми потерями давления. Через аппарат-регенератор, заполненный таким материалом (насадкой) пропускают попеременно в противоположных направлениях два газа — один теплый, а другой холодный. Когда через насадку проходит теплый газ, то в результате теплообмена насадка нагревается, а газ охлаждается. При последующем пропускании холодного газа через теплую насадку теплообмен происходит в противоположном направлении холодный газ нагревается, а насадка охлаждается. Таким образом тепло, аккумулированное насадкой, передается от теплого газа к холодному. После эгого через насадку снова пропускается газ и все описанные процессы повторяются. В результате чередования процессов охлаждения и нагревания насадки теплый газ выходит из регенератора охлажденным, а холодный — нагретым. Чтобы обеспечить непрерывное нагревание одного из газов и охлаждение другого, необходимы два регенератора. Если в данной паре регенераторов происходит теплообмен между воздухом и азотом, регенераторы называют азотными, если между воздухом и кислородом — кислородными. [c.115] Положном направлении, нагревается и выносит выделившиеся на насадке Н2О и СО2. Массообмен осуществляется за счет диффузионного процесса. [c.116] Рассмотрим положение клапанов для случая, когда по регенератору 1 идет воздух, а по регенератору 2 — кислород. В это время на регенераторе 1 открыты принудительный воздущный клапан 1В и автоматический воздушный клапан В1. Кислородный принудительный клапан 1К и автоматический кислородный клапан К.1 закрыты. На регенераторе 2, но которому идет кислород, наоборот, воздушные клапаны 2В и 82 закрыты, а кислородные клапаны, как принудительный 2К, так и автоматический К2, — открыты. Перепускной клапан П, назначение которого будет объяснено ниже, в это время закрыт. [c.117] Регенератор представляет собой цилиндрический сосуд, заполненный насадкой. Корпуса регенераторов до последнего времени изготовляли из малоуглеродистой стали. Однако вследствие малой ударной вязкости такой стали при низких температурах в крупных установках было несколько случаев хрупкого разрушения регенераторов во время работы. Поэтому в СССР корпусы регенераторов изготовляют из нержавеющей стали марки 1Х18Н9Т, которая сохраняет высокую ударную вязкость при низких температурах. [c.118] Насадка регенераторов кислородных установок долж на удовлетворять ряду требо1ваний а) материал насадки должен обладать достаточной теплоемкостью и теплопроводностью б) форма насадки должна обеспечить возможно большую поверхность в единице объема и иизкое гидравлическое сопротивление в) материал насадки должен быть устойчивым при переменных температурах против коррозии и истирания. [c.119] В настоящее время в регенераторах применяют два вида насадки. [c.119] Насадка м э алюминиевых лент по казана на рис. [c.119] Насадка из камней (насыпная насадка) применена впервые фирмой Линде. [c.120] Объем и вес такой насадки на единицу поверхности теплообмена больше, чем у насадки из алюминиевой ленты. Поэтому объем регенератора с насыпной насадкой для того же количества воздуха примерно в четыре (а диаметр в два) раза больше. Однако вследствие большей теплоемкости всей массы насадки удается увеличить продолжительность цикла до 24 мин. вместо 6 мин. и, следовательно, производить переключения в четыре раза реже — раз в 12 мин. вместо трех. Это позволяет уменьшить потери воздуха при переключениях регенераторов. Насыпная насадка отличается еще одним важным преимуществом. В массе такой насадки можно помещать трубки, по которым пропускается часть полученного кислорода или азота. Эти трубки благодаря соприкосновению с насадкой и потоками газов могут быть использованы как теплообменники для непрерывного нагревания проходящих через них чистых газов, которые е загрязняются влагой и углекислым газом и не смешиваются с воздухом, остающимся в регенераторе после каждого переключения. Недостаток каменной насадки в увеличении времени, необходимого для ее охлаждения до рабочих температур при пуске аппарата. [c.120] Вернуться к основной статье