Разработка методики расчета криогенного блока очистки гелия от высококипящих примесей

1.

XLVIII научная и учебно-методическая Конференция Университета ИТМО
Разработка методики расчета криогенного блока очистки
гелия от высококипящих примесей
Магистрант гр. W4205
Научный руководитель к.т.н., доц.
Санкт-Петербург 2019
Мороз А.Е.
Зайцев А.В.

2. Цель работы

Целью работы является очистка отработанной
дыхательной смеси от примесей, с целью
получения из неё чистого газообразного гелия для
его последующего повторного использования при
приготовлении дыхательной смеси, например,
применяемой при проведении подводных работ.
2

3. Основные параметры работы установки

Разработка методики расчета адсорберов криогенного
блока очистки гелия от высококипящих примесей
Основные параметры работы
установки
время работы установки в режиме очистки – 6 часов;
часовая производительность – 37,8 нм3 /ч;
рабочее давление разделяемой смеси – 8,0 МПа;
температура газовой смеси на входе в установку – 303 К.
V = 0,65 м3
P = 40 МПа
G = 42,5 нм3/ч
3

4. Объемные концентрации компонентов в смеси

Разработка методики расчета адсорберов криогенного
блока очистки гелия от высококипящих примесей
Объемные концентрации
компонентов в смеси
Значения критических параметров
отдельных компонентов разделяемой
смеси
Критический
Критическое
Критическая
давление ,
температура ,
МПа
К
Кислород
5,043
154,58
Гелий
0,229
5,19
Азот
3,40
126,2
параметр
O2 – 23%
Компонент
He – 47%
N2 – 30%
смеси
4

5.

Разработка методики расчета адсорберов криогенного
блока очистки гелия от высококипящих примесей
Cхема криогенного блока установки
разделения смеси O2–He–N2
I – теплообменник;
II – дефлегматор;
III – сепаратор;
Vотбр
VHe
IV и V – дроссельные вентили;
ВН
X
VI – низкотемпературный адсорбер;
Аж
XI
VII – азотная рубашка;
VIII, IX, X и XI – запорные вентили
I
Vсм
IX
IV
VIII
II
VI
VII
V
III
5

6.

Разработка методики расчета адсорберов криогенного
блока очистки гелия от высококипящих примесей
Расчётная схема узла теплообменных аппаратов
установки разделения смеси O2–He–N2
Vотбр
Vсм
VHe
XII
VHe
I
XIII
II
IV
I, XII, XII – теплообменники;
II – дефлегматор;
III – сепаратор;
IV, V – дроссельные вентили;
V
VHe+N2
III
6

7. Параметры прямого и обратных потоков, проходящих через теплообменник

Разработка методики расчета адсорберов криогенного
блока очистки гелия от высококипящих примесей
Параметры прямого и обратных потоков, проходящих через
теплообменник
Поток
Среднее давление, МПа
Средняя температура, К
Тср=0,5· (Твх+Твых)
Исходная смесь, Vсм
8,0
290,5
Чистый гелий, VHe
8,0
274,5
Отбросной поток, Vотбр
0,12
274,0
Физические параметры прямого и обратных потоков,
проходящих через теплообменник XIII
Поток
Плотность ρ,
кг/м3
Теплоёмкость ср,
кДж/(кг·К)
Вязкость µ,
Па·с·