Коротко о файле:МГУТУ им.К.Г.Разумовского / Кафедра МАПП / В работе модернизирована воздухоразделительная установка для получения жидкого неона. / Состав: 5 листов чертежи + спецификация + ПЗ (84 страницы)
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава1 Выбор схемы разделения воздушной смеси
1 Технико-экономическое обоснование
2 Выбор схемы разделения воздушной неоно-гелиевой смеси
3 Расчет дефлегматора
3.1 Материальный и энергетический балансы
3.1.1 Исходные данные
3.1.2 Общий материальный баланс аппарата
3.1.3 Материальный баланс насадочной секции
3.1.4 Материальный баланс нижней секции
3.1.5 Материальный баланс верхней секции
3.1.6 Энергетический баланс насадочной секции
3.1.7 Энергетический баланс нижней секции
3.1.8 Энергетический баланс верхней секции
3.1.9 Потери неона в дефлегматоре, обусловленные растворением в жидком азоте
3.1.10 Коэффициент извлечения неоно-гелиевой смеси
3.2 Конструктивный расчет дефлегматора
3.2.1 Расчет насадочной секции
3.2.2 Гидравлический расчет
3.2.3 Расчет поверхности теплообмена
3.3 Прочностной расчет дефлегматора
3.3.1 Расчет обечайки нижней секции
3.3.2 Расчет обечайки верхней секции
3.3.3 Расчет трубных решеток
3.3.4 Расчет закрепления труб в трубной решетке
3.3.5 Расчет днищ
3.3.6 Расчет паяных соединений
3.4 Расчет трубопроводов
3.5 Расчет наибольшего допустимого диаметра отверстия
Глава 2 Конструкция дефлегматора и расчёт блока осушки
4 Конструкция дефлегматора
5 Газовый анализ неоно-гелиевых смесей
5.1 Определение состава неоно-гелиевых смесей хроматографическом способом
5.2 Определение состава смесей при помощи газовых весов
6. Расчет блока комплексной очистки и осушки воздуха
Заключение
Список использованных источников
Применение жидкого кислорода, азота, неона и др. продуктов разделения воздуха жизненно необходимо для современной промышленности и различных сфер деятельности человека. Инертный жидкий неон с успехом может найти применение для получения температур в интервале 24-43К. Откачиванием паров над твердым неоном, можно получить температурные уровни значительно ниже температуры тройной точки Ттр=24,54 К.
«Преимущества неона как хладагента особенно отчетливо видны при сравнении его с водородом, к которому он близок по температуре кипения»<14>. Объемная теплота парообразования жидкого неона в точке кипения в 3,3 раза больше, чем у водорода, и в 50 раз больше, чем у гелия /25/. Благодаря этому, использование жидкого неона как хладагента снижает расход охлаждающей жидкости, сокращает ее потери при длительном хранении и транспортировке. Эти характеристики неона могут быть полезно использованы при ожидании водорода. Применение неона особенно удачно, если требуются небольшие количества водорода. Водород, непосредственно взятый из баллона, может быть сконденсирован при кипении неона при нормальном давлении или под вакуумом. Эта операция может быть реализована в закрытой системе, например, в термосифоне. Для получения 100 см3 водорода необходимо 40-100 см3 неона /24/. Ввиду превосходных характеристик неона при перевозке и хранении, имеется возможность проводным жидким неоном сжижать водород на любом месте. Жидкий неон также удачно может быть использован для предварительного охлаждения аппаратуры, заполняемой жидким гелием, что уменьшает расход последнего.
Неон находит применение в низкотемпературных пузырьковых камерах, которые являются важнейшими приборами, используемыми как для научных целей, так и в промышленности. Согласно литературных источников «криогенная жидкость, заполняющая камеру, должна отвечать двум основным требованиям: она должна быть хорошей мишенью для проходящих элементарных частиц и хорошим детектором – фиксировать протекание реакций» <3>. Поэтому в последнее время начали использовать комбинированные камеры, в которых мишенью служит водород, а продукты реакции индицируются жидкой водородно-неоновой смесью, которая чувствительна к γ- квантам.
Применение жидкого неона целесообразно для охлаждения мощного электромагнита. При охлаждении до 27К резко падает электросопротивление обмотки такого магнита, выполненной из чистого алюминия. Это ведет к существенному снижению расхода мощности. Неон находит применение при исследованиях сверхпроводимости материалов. Так, откачиванием паров над твердым неоном при давлении около 5 тыс./ мм.рт.ст/ могут быть получены температуры около 17,5 К /24/. При такой температуре можно проводить исследования такого эффективного сверхпроводника, как Nb3Sn, для которого критическая температура перехода Тс =18,06 К /20/.
Сырьем для получения неона служит неоно-гелиевая смесь, согласно учебника под ред. Микулина Е.И «извлекаемая при разделении воздуха на установках глубокого холода. Неон, гелий и водород – наиболее легколетучие компоненты воздуха. Поэтому они не сжимаются в аппарате и накапливаются в верхней части азотных конденсаторов. Для предотвращения накопления неконденсированных газов под крышкой конденсатора и в трубах неоно-гелиевую смесь отводят периодически или непрерывно через вентиль или диафрагму в трубопровод отбросного азота. Содержание неона и гелия во фракции зависит от скорости отбора и составляет в среднем 3-5%. Содержание водорода во фракции составляет 1-2%.»
Аппарат для извлечения неоно-гелиевой смеси выполнен вертикальным прямотрубным, состоящим из трех секций.
Основной материал дефлегматора – медь М3. Трубные решетки выполнены из латуни ЛМЦ-59-1-1. Сварка ручная электродуговая в среде защитного газа –аргона. Пайка шов произведена на мягком припое ПОС – 40, кроме пайки подводящих труб в развальцованных отверстиях, выполненный твердым припоем.
Обечайки аппарата имеют рифления, которые выполняют роль компенсатора. Аппарат компактен. Его габаритные размеры d=260х1780. Поверхность теплообмена – 4,3 м2.
Дефлегматор был подвергнут гидравлическим и пневматическим испытаниям в трубном и межтрубном пространствах.
Размеры дефлегматора позволяют разместить его внутри кожуха блока КтК –З5.
Заключение
В данной выпускной квалификационной работе модернизирована воздухоразделительная установка для получения жидкого неона. Основой установки послужила принципиальная схема по отбору и обогащению неоно-гелиевой смеси Блазнака и Кандэна , которая отличается применением конденсационно-отпарной колонны , давление в которой больше, чем в верхней.
В результате модернизации заменили газовые адсорберы со всей арматурой и трубопроводами обвязки, вместо них смонтированы два адсорбера, заполненные активной окисью алюминия и синтетическим цеолитом, вместе с переключающей арматурой, фильтрами, трубопроводами и приборами КИПиА для управления работой блока очистки.
Для очистки неоно-гелиевой смеси от водорода использовался метод каталитического окисления водорода . Использование двухсекционного дефлегматора с насадочной секцией дало возможность увеличить концентрацию неона и гелия в выходящем потоке из аппарата и увеличить коэффициент извлечения. С целью уменьшения потерь неона, обусловленных растворимостью, в дефлегматоре использовали насадку. Установка насадочной секции в нижней части аппарата позволила производить отмывку неона от азота, вследствие чего содержание неона в жидкой фракции, выходящей из дефлегматора, уменьшилось от 0,51% до 0,05%. Кроме того расположение дефлегматора внутри блока дало возможность использовать азот выходящий из нижней секции, который отводится в трубопровод азота, поступающего в регенераторы. Используемая схема и конструкция дефлегматора отличаются рядом достоинств, таких как: максимальная концентрация неоно-гелиевой смеси; высокий коэффициент обогащения неоно-гелиевой смеси; компактность и надежность аппарата; минимальные изменения в схеме блок разделения; минимальные потери холода; отсутствие дополнительных эксплуатационных затрат. Производительность установки по газообразному азоту после реконструкции составила 8 300 м3/ч. Паспортная производительность П = 8 000 м3/ч.
