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設(shè)計內(nèi)容原始設(shè)計數(shù)據(jù):產(chǎn)氣量15Nm3/h,純度93%,德國BF5A分子篩解:從優(yōu)化設(shè)計的角度出發(fā),考慮生產(chǎn)成本和設(shè)備能耗等因素,根據(jù)經(jīng)驗,選定PSA系統(tǒng)(變壓吸附),工作壓力P1=0.5MPa,溫度T1=20℃。工作壓力在0.5MPa時,5A分子篩的產(chǎn)氧率K=50NL/kg,氧氣回收率η=35.2%。壓縮空氣耗氣量Qa的計算(空氣中的氧氣含量為20.9%)Qa=(Qn×C)/(20.9%×η)=(15×93%)/(20.9%×35.2%)=190(Nm3/h)式中Qa——壓縮空氣流量(Nm3/h)Qn——氧氣流量(Nm3/h)C——氧氣純度(%)η——氧氣回收率(%)系統(tǒng)主管路管徑da的計算在使用工況下,壓縮空氣實際流量Qa實為:Qa實=PNTSQa/PSTN=[0.101×(273+20)×190]/[(0.5+0.101)×(273+20)]=31.93(m3/h)式中Qa——壓縮空氣在標(biāo)態(tài)下的流量(Nm3/h)PN——標(biāo)態(tài)絕壓PN=0.101MPaPS——使用狀態(tài)下的絕壓修正PS=PN+氣源壓力(Mpa)TN——?dú)怏w在標(biāo)態(tài)下的溫度修正TN=273.15+標(biāo)態(tài)絕溫(K)TS——?dú)怏w在使用狀態(tài)下的溫度修正TS=273.15+使用絕溫(K)則da=[(4×Qa實/3600)/(πυ)]1/2=[(4×26.05/3600)/(3.14×8)]1/2=0.037(m)式中υ——?dú)怏w流速8~12m/s,取υ=8m/s園整主管路管徑da=0.04m=40mm。da=40mm設(shè)計內(nèi)容3、空壓機(jī)排氣量V空的計算PSA系統(tǒng)是以標(biāo)態(tài)干基空氣作為設(shè)計基數(shù)的,而空壓機(jī)排氣量是以吸入空氣壓力P0=0.101MPa,溫度T0=293K,相對濕度ψ=65%為設(shè)計基數(shù),所以選擇空壓機(jī)排氣量時要將Qa折算到空壓機(jī)吸入口的狀態(tài)。VQaT0/264(P0-ψPb)=(190×293)/[264×(1.01-65%×0.0238)]=55670/262.55=212.04(m3/h)=3.54(m3/min)式中Pb——吸入溫度下飽和水蒸汽分壓(kgf/cm2)AC空氣凈化組件的選型根據(jù)壓縮空氣耗氣量選擇相應(yīng)處理氣量的Schneider牌空氣凈化組件:AC-PSA系統(tǒng)的設(shè)計5A分子篩裝填量G分的計算G分=Qn/K=15/50=0.3(T)=300kg式中G分——5A分子篩裝填量的理論計算值(kg)Qn——氧氣產(chǎn)量(Nm3/min)K——產(chǎn)氧率(NL/kg)考慮分子篩粉化和老化等因素的影響,增加5%~7%的產(chǎn)氣富裕量,則實際裝填量為G分實=G分×1.1=300×1.1=330(kg)式中G分實——5A分子篩裝填量的實際值(kg)吸附塔單塔裝填5A分子篩容積V分的計算V分=G分實/2ρ分=330/(2×670)=0.25m3式中ρ分——分子篩堆密度(ρ分=670kg/L)吸附塔直徑D的計算根據(jù)經(jīng)驗,對于立式PSA系統(tǒng),高徑比取H:D≥2,空塔空氣線速度取ω≤0.045m/s。則吸附塔直徑D為[(4Qa實)/(πω)]1/2=[(4×31.93/3600)/(3.14×0.045)]1/2=0.501m圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑D=0.55m=500mm校核空塔空氣線速度ω=(4Qa實)/(60πD2)=(4×31.93/3600)/(3.14×0.502)=0.045≈0.045(m/s)G分=240kgG分實=264kgV分=0.20m3D=450mmω=0.037m/s設(shè)計內(nèi)容因此折算為直徑Φ1250的單塔裝篩高度Ha為=(4V分)/(πD2)=(4×0.25)/(3.14×0.552)=1.58(m)驗證高徑比,Ha:D=1.58/0.50=3≥2(符合要求)吸附塔結(jié)構(gòu)尺寸的確定當(dāng)D≥800mm時,吸附塔采用如圖(一)所示的結(jié)構(gòu)。圖中D1=D/2,h1=50mm,h2=50mm,h3=120mm。A區(qū)裝填3A分子篩,B區(qū)裝填氧化鋁干燥劑,C區(qū)為分子篩壓緊附件。則考慮塔內(nèi)管路附件所占容積,故A區(qū)加上0.05m作為修正,即:HA=H+h1=1.58+0.05=1.63(m)H1=HA+h2=1.63+0.05=1.68(m)吸附塔直邊高H為H=H1+h3=1.68+0.1=1.78(m)園整為H=1.81m吸附塔結(jié)構(gòu)尺寸如圖(二)所示壓縮空氣進(jìn)口管徑d1與氧氣出口管徑d2的計算a、壓縮空氣從空氣凈化組件到PSA系統(tǒng)無多大變化,故取PSA系統(tǒng)壓縮空氣進(jìn)氣口管徑和空氣凈化組件壓縮空氣進(jìn)氣口管徑一致,即:d1=da=40mmb、使用狀態(tài)下產(chǎn)品氣實際流量Qn實Qn實=PNTSQn/PSTN=[0.101×(273+20)×15]/[(0.5+0.101)×(273+20)]=2.52(m3/h)則d2=[(4Qn實)/(3600πυ)]1/2=[(4×2.52)/(3600×3.14×8)]1/2=0.0105(m)考慮PSA系統(tǒng)均勻后吸附塔升壓的需要可取比d1小一檔的管徑,即:d2=12mm6、T緩沖罐組件的設(shè)計Ha:D=2.02H1=1.459mH=1.5md1=40mmm3/hd2=50mm設(shè)計內(nèi)容①空氣緩沖罐容積緩的初步計算=KaQn=0.011×190=2.09(m3)式中Ka——緩沖系數(shù),按經(jīng)驗取0.01~0.015(h)②空氣緩沖罐結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮運(yùn)輸、整套設(shè)備外觀協(xié)調(diào)等因素,緩沖罐直邊高取≤1800mm,緩沖罐結(jié)構(gòu)如圖(3)所示a、初取緩沖罐直邊高H=1810mm,估算緩沖罐的直徑D緩D緩=[(4×V)/(π×H)]1/2=[(4×2.09)/(3.14×1.81)]1/2=1.22(m)園整為標(biāo)準(zhǔn)直徑:D緩=1.2mb、緩沖罐直邊高H緩的確定緩=4(V-2)/π=4(2.09-2×0.225)/(3.14×1.22)=1.45(m)園整為:H緩=1.5m③空氣緩沖罐容積V緩的計算和校核緩沖系數(shù)KaV緩=πH緩/4+2=(3.14×1.22×1.5)/4+2×0.255=2.15(m3)Ka=V緩/Qn=2.15/190=0.0113(h)=2.2m3D緩=1.2mH緩=1.5mV緩=2.24m3設(shè)計內(nèi)容①氧氣緩沖罐容積緩的初步計算=KaQn=0.031×15=0.465(m3)式中Ka——緩沖系數(shù),按經(jīng)驗取0.030~0.04(h)注:Ka=(5.5/0.5)/(60×6)1h=60min(0.5+0.101)/0.101②氧氣緩沖罐結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮運(yùn)輸、整套設(shè)備外觀協(xié)調(diào)等因素,緩沖罐直邊高取≤1800mm,緩沖罐結(jié)構(gòu)如圖(3)所示a、初取緩沖罐直邊高H=1810mm,估算緩沖罐的直徑D緩D緩=[(4×V)/(π×H)]1/2=[(4×0.465)/(3.14×1.81)]1/2=0.57(m)園整為標(biāo)準(zhǔn)直徑:D緩=0.6mb、緩沖罐直邊高H緩的確定緩=4(V-2)/π=4(0.465-2×0.0352)/(3.14×0.62)=1.4(m)園整為:H緩=1.4m③氧氣緩沖罐容積V緩的計算和校核緩沖系數(shù)KaV緩=πH緩/4+2=(3.14×0.62×1.4)/4+2×0.0352=0.4
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