课程设计说明书设计题目：KZON-150/550空分装置工艺流程计算及换热器设计能源与动力工程学院制冷与低温专业学生姓名：学号：专业班级：完成日期:指导教师：华中科技大学1目录目录2已知条件3工艺流程计算41.主要点状态参数42.装置总物料平衡63.装置总热量平衡74.单个设备的物料和热量平衡85.技术经济指标12换热器设计151.结构设计152.传热计算18参考文献……………………………………………………………………………………………………………………………………222主要设计及说明主要结果已知条件1.产量和纯度：氧:VO2=150Nm3/h,纯度yO2=99.5%O2氮:VLN2=30L/h,其它为气氮,yN2=xLN2=99.99%N2抽馏分量:VF=0.1Nm3/Nm3A,yF=80%(Ar+N2)液空纯度:xA=36~38%O22.冷损分配:总跑冷:q3=9kJ/Nm3Aq3上塔=3.5kJ/Nm3A(含冷凝蒸发器)q3LN2=0.3kJ/Nm3A,q3LA=0.3kJ/Nm3Aq3下塔=2kJ/Nm3A,换热器I:q3I=1.2kJ/Nm3A,II:q3II=1.7kJ/Nm3A3.压力和阻力:加工空气进冷箱:p3=20~22bar产品输出压:p21,16,13>=1.02bar上塔阻力:∆puc=0.2bar,下塔阻力:∆plc=0.1bar返流阻力:换I:∆p20-21=0.05bar,II:∆p19-20=0.04bar4.温度温差:环境温度:30°C,预冷空气:5°C空气进冷箱:10°C/8°C膨胀以后空气过热度:5°C,6°C或8°C主换热器I,II热端温差均为3°C,最小温差>1°CLN过冷器冷端温差:3~8°C取38%O2取22bar取1.03bar取8°C取6°C取5°C3主要设计及说明主要结果4LA过冷器冷端温差:3~5°C5.效率:ηs=0.72(膨胀功不回收)ηT=0.65(空压机)ηm=0.75(机械效率)6.其它条件：液氧液面高度:400mm加工空气损失取10%工艺流程计算1.主要点状态参数上塔顶部压力p17=p21+∆p20-21+∆p19-20=1.03+0.05+0.04=1.12bar上塔底部压力p14=p17+∆puc=1.12+0.2=1.32bar冷凝蒸发器液氧液面温度根据p14=1.32bar,yO2=99.5%O2,查得：TLO2Su=92.5K液氧密度ρLO2=1131.8kg/m3液氧底部压力pLO2b=p14+ρLO2HLO2×10-4×98.0665=1.32+1131.8×0.4×10-4×98.0665=1.364bar液氧底部温度根据pLO2b=1.364bar,yO2=99.5%O2,查得：取5°C上塔顶压力1.12bar上塔底压力1.32bar液氧液面温度92.5K5主要设计及说明主要结果6=93K液氧平均温度TLO2m=(TLO2Su+TLO2b)/2=(92.5+93)/2=92.75K下塔顶部氮气冷凝温度冷凝蒸发器平均温差：∆Tc=1.6°C氮气冷凝温度Tc=TLO2m+∆Tc=92.75+1.6=94.35K下塔顶部压力根据Tc=94.35K,yN2=99.99%N2,查得：plct=5.1bar下塔底部压力plcb=plct+∆plc=5.1+0.1=5.2bar空压机排出压力pCOMK=22bar透平膨胀机的状态参数膨胀前压力p4=22bar膨胀后压力p7=plcb=5.2bar膨胀后过热度∆tsu=6°C根据p7=5.2bar,查得空气饱和温度Tsa=100K,hsa=2600kJ/kmol膨胀后温度T7=Tsa+∆tsu=100+6=106K膨胀后焓值根据p7=5.2bar,T7=106K,查得：h7=2900kJ/kmol液氧底部温度93K氮气冷凝温度94.35K下塔顶部压力5.1bar下塔底部压力5.2bar膨胀后温度106K7主要设计及说明主要结果8过热空气焓差∆hsu=h7－hsa=2900-2600=300kJ/kmol膨胀机绝热效率ηs=0.72膨胀前焓值按作图试凑得：h4=3800kJ/kmol根据p4=22bar,h4=3800kJ/kmol,查空气T-S图，得膨胀前温度T4=－126.4°C产品气体温度T21,16,13=5°C返流气进I温度T20,15,12=－129.4°C2.装置总物料平衡空气成分:78.08%N2,20.95%O2,0.93%Ar,0.04%CO2单位氮产量VN2=(550/150)VO2=3.67VO2由VO2=150Nm3/h,得氧流量为：6.344kmol/h由VLN2=30L/h,得液氮流量为：0.86359kmol/h所以，单位液氮产量为：VLN2=(0.86359/6.344)VO2=0.136VO2根据空气物料平衡VO2(1-yO2)+3.67VO2yN2+VWNyWN=78.08%其中污氮纯度yWN=80%－3%=78%，VWN=0.1Nm3/Nm3A解得：单位氧产量VO2=0.191Nm3/Nm3A单位氮产量VN2=3.67VO2=0.701Nm3/Nm3A其中，单位液氮产量为VLN=0.136VO2=0.026Nm3/Nm3A其余为气氮。校核单位空气量：膨胀前温度－126.4°C返流气进I温度－129.4°CVO2=0.191VN2=0.701VLN=0.0269主要设计及说明主要结果VK=0.191+0.7010.1=0.992Nm3/Nm3A误差：EVK=(1-0.988)/1=0.8%理论加工空气量VK=150/0.191=785.34Nm3/h实际加工空气量VKp=VK/(1－∆V)=785.34/(1-0.04)=818.06Nm3/h3.装置总热量平衡等温节流效应膨胀产冷量∆hpr=Vpk×(h4－h7)=Vpk(3800-2900)=900Vpk...
