Способ охлаждения воздуха

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик он 976236(23) ПриоритетОпубликовано 231182 Бюллетень Мо 43Дата опубликования описания 23.11.82 Р 11 М К з Е 25 Л 3/02 Государственный комитет С,СС Р по делам изобретений и открытий(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 возду. ха в воздухораэделительных установках, по которому воздух, сжатый до 0,7-0,75 йПа в турбокомпрессоре, охлаждают 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 температу.ры 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 охлажпения возду"ха в воздухоразделительной установке,включающий регенеративный теплообмен сжатого воздуха в противоточныхтеплообменниках, осуществляемый путемчередования периодов охлаждения сжа-.того воздуха и нагревания газа обратного потока, подачу воды в теплообменники и ее испарение 21,К недостаткам известного способаотносятся;сложность устройства для его осуществления, состоящего из предварительного теплообменника, двух влагоотделителей и противоточных теплообменников, например регенераторов,дополнительные затраты, энергиина преодоление гидравлических сопротивлений, создаваемых предварительными теплообменниками и влагоотделителями по прямому и обратному потокам,которые увеличивают удельный расходэнергии на сжатие воздуха на 0,5-1%;низкое производство жидких продук тов разделения воздуха ввиду разности температур увеличивающейся приохлаждении воздуха. Увеличение раз-ноститемператур между воздухом игазами обратного потока объясняетсятем, что и теплоемкость сжатого воэ 97623640 духа на 0,8-1,5) и его расход (на1,5-3 ввиду утечек и получения жидких продуктов) выше аналогичных параметров газа обратного потока.Целью изобретения является снижение затрат энергии на охлаждение и 5увеличение производства продуктовразделения воздуха.Указанная цель достигается тем,что согласно способу охлаждения воздуха в воздухоразделительной установ, ке, включающему регенеративный теплообмен сжатого воздуха в противоточных теплообменниках, осуществляемыйпутем чередования периодов охлаждениясжатого воздуха и нагревания газаобратного потока, подачу воды в теплообменники и ее испарение, водуиспаряют при температуре выше 220 К,Кроме того, воду подают в теплообменник периодически в моментысмены периода охлаждения сжатоговоздуха на период нагрева газа обратного потока, а также тем, что воду подают в теплообменники в твердойфазе,За счет испарения воды газамиобратного потока в интервале температур выше 220 (220-290 К) увеличивают их обобщенную теплоЕмкость, подкоторой понимают теплоемкость сухогогаза, сложенную с количеством тепла, ЗОрасходуемого на испарение воды принасыщении газа в процессе его нагревания на 1 К, Обобщенная теплоемкостьпри температуре 220 К превышает теп=лоемкость сухого газа на 0,5, Э 5при 240 К - на 5, а при 280 К болеечем в 2 раза.Учитывая, что теплоемкость сухого сжатого воздуха при его охлаждении от 290 до 220 К на 0,8-1,5, аего расход - на 1,5-3 выше расходагаза обратного потока, то при работе противоточных теплообменниковбез дополнительного увлажнения газаобратного потока, разность температур между им и воздухом увеличивается с 3-3,5 К на входу воздуха до5-5,5 К в сечении теплообменникас температурой обратного потока220 К, При охлаждении воздуха с цополнительным увлажнением газа обратного потока разность температур снижают до 2-2,5 К за счет охлаждениявоздуха до температуры на 3-4 К более низкой, чем беэ дополнительногоувлажнения обратного потока. Например, в сечении теплообменника с температурой обратного потока 220 Кэа счет увлажнения газа обратногопотока температуру воздуха снижаютс 225 К до 222 К. Дополнительное 60охлаждение сжатого воздуха равноценно получению дополнительного холодав теплообменниках в количестве 3,55 Кдж/м воздуха, За счет этогохолода с воэдухоразделительных уста новок на каждые 100 м охлаждаемоговоздуха получают о 0,6-1 кг жидкогсазота. Меньшее значение относитсяк установкам с малой долей детандерного потока (10-15 ), а большее кустановкам 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 5-7 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 использованиидля охлаждения воздуха регенераторов.В этих аппаратах температура, насадкиизменяется на 50-100 К за один полуцикл, Для того, чтобы обеспечитьиспарение дополнительно введеннойводы при температурах ниже 273 К еевводят в регенераторы в конце перио.да теплого - начале периода холодно.го дутья, либо при переключении регенераторов с прямого потока на обратный. Этим и обеспечивается испарение воды при температурах ниже273 К, В нереверсивные теплообменники воду надо вводить в виде снега,При этом используется теплОта еесублимации, а место ввода можно выбрать в любом сечении теплообменника.На чертеже схематично изображенаустановка для осуществления предло"женного способа.Установка включает турбокомпрессор 1, охладитель 2 воздуха, теплообменники 3 и 4, адсорбер 5, блок бразделения, бак 7 для воды, насос8, регулятор 9 расхода воды и форсунки 10.Способ осуществляется следующимобразом.Атмосферный воздух сжимают в компрессоре 1 до давления 0,6-0,65 МПа,охлаждают в холодильнике 2 до температуры 300-320 К, а затем в теплообменнике 3 до 101-103 К, осушаюти очищают от примесей. При охлаждении воздуха насадка нагревается ина ней накапливается примеси воздуха.Иэ теплообменников воздух большейчастью подают в блок б, а 10-12воздуха при средней температуре 140145 К отбирают в адсорберы 5, очищают от примесей и направляют такжев блок б разделения. В блоке разделения 12-25 воздуха расширяют втурбодетандерах, 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 от976236 Температура азота, К 243 253 263 273 283 293 Показатели 223 233 303 Теплоемкостьсухогоазота,кДжкг 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 . 208411 100 100,6, 102 формула изобретения накопившихся примесей воздуха. Вначале периода обратного дутья в сечение теплообменника с температурой270-275 К подают мелко распыленнуюфорсунками 10 воду, количество ивремя подачи которой автоматическирегулируют устройством 9. Мелкодисперсные частицы воды, поступающие впоток газа и на насадку частичноиспаряются, насыщая и охлаждая гази насадку. Большей частью мелкиебрызги воды высаживаются на насадкеи накапливаются на ней в виде снегаили пленки воды. По мере охлаждениянасадки вода замерзает, но ее испарение и охлаждение за счет этого газа обратного потока продолжается ипри температурах 200-273 К. За счетскрытой теплоты испарения воды обобщенная теплоемкость обратного потока Обобщенная теп- лоемкостьазота,кДжкг 1,019 1,032 1,064 1,15 За счет испарения воды при температурах 252-300 К скорость охлажце- . ния насадки увеличивается в 1,1-3 раза. А 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.11 спольэование изобретения позволяет:исключить иэ схем воэдухораэдели. тельных 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,теплоемкостисухого азота и его обобщенной теплоемкости при насыщениипарами водына 90, Давление азота принято равным 0,105 ИПа. За счет испарениядополнительно введенной пары разностьмежду температурой воздуха и газа Ообратного потока понижают с 3-3,5 Кна входу воздуха в теплообменник до1,5-2 К при температуре насадки 220230 К. Для подачи воды в холодныеэоны насадки теплообменника ее вво 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 низко О го давления, либо на 6-8 снизитьудельный расход энергии наполучение газообразных продуктов разделения воздуха и увеличить их выработку,увеличить продолжительность рау бочих кампаний за счет уменьшенияусловий незабиваемости теплообменников и уменьшить габаритные раз-, меры газовых адсорберов. 1. Способ охлаждения воздуха ввоздухоразделительной установке,включающий регенеративный теплообмен65.сжатого воздуха в противоточных теп976236 Составитель Н.ПоливалинРедактор Г.ВолковаТехредТ.фанта Корректор Н ороль Подпитета СССРкрытийнаб., д. 4 8982/65 Тираж 5 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раушисное За к к тент", г, Ужгород, ул. Проектная,Филиал ПП 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 щ и й с я тем, что, с целью снижения затрат энергии на охлаждение и увеличение производства продуктов разделения воздуха, воду испаряют при температурах выые 220 К,2. Способ по п,1, о т л и ч а ю - ц и и с я тем, что воду подают в теплообменники периодически в моменты смены периода охлаждения сжатого воздуха на период нагрева газа обратного потока3. Способ по п,1, о т л и ч а ющ и й с я 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. 2. Авторское свидетельство СССР Р 349867, кл. Р 25 Э 1/00, 1970.