制氧設(shè)計(jì)計(jì)算書15

設(shè)計(jì)內(nèi)容原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：產(chǎn)氣量15Nm3/h，純度93%,德國(guó)BF5A分子篩解:從優(yōu)化設(shè)計(jì)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(yàn)，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(shí)，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(jì)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(jì)算在使用工況下，壓縮空氣實(shí)際流量Qa實(shí)為：Qa實(shí)=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(shí)/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(jì)內(nèi)容３、空壓機(jī)排氣量V空的計(jì)算PSA系統(tǒng)是以標(biāo)態(tài)干基空氣作為設(shè)計(jì)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(duì)濕度ψ＝65%為設(shè)計(jì)基數(shù)，所以選擇空壓機(jī)排氣量時(shí)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(jì)5A分子篩裝填量G分的計(jì)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(jì)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(shí)際裝填量為G分實(shí)=G分×1.1=300×1.1=330（kg）式中G分實(shí)——5A分子篩裝填量的實(shí)際值（kg）吸附塔單塔裝填5A分子篩容積V分的計(jì)算V分＝G分實(shí)/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(jì)算根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)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(shí)）/（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(shí)）/（60πD2）＝（4×31.93/3600）/(3.14×0.502)=0.045≈0.045(m/s)G分=240kgG分實(shí)=264kgV分＝0.20m3D＝450mmω=0.037m/s設(shè)計(jì)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(yàn)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(shí)，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(jì)算a、壓縮空氣從空氣凈化組件到ＰＳＡ系統(tǒng)無多大變化，故?。校樱料到y(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(shí)際流量Qn實(shí)Qn實(shí)=PNTSQn/PSTN=[0.101×（273+20）×15]/[（0.5+0.101）×（273+20）]＝2.52（m3/h）則d2＝[（4Qn實(shí)）/（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(jì)Ha：D=2.02H１=1.459mH=1.5md1=40mmm3/hd2=50mm設(shè)計(jì)內(nèi)容①空氣緩沖罐容積緩的初步計(jì)算=KaQn=0.011×190=2.09(m3)式中Ka——緩沖系數(shù),按經(jīng)驗(yàn)取0.01~0.015(h)②空氣緩沖罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)內(nèi)容①氧氣緩沖罐容積緩的初步計(jì)算=KaQn=0.031×15=0.465(m3)式中Ka——緩沖系數(shù),按經(jīng)驗(yàn)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(jì)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(jì)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