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空分4500开车最终
KDON-4500/11000型空分设备
使用说明书
开封赛普空分设备有限公司
2015年10月
目录
1.前言-1-
2.概述-2-
3.部机-16-
4.空分设备的起动-23-
5.装置的管理-39-
6.停车和加温-44-
7.安全规程-50-
8.裸体冷冻-53-
1.前言
空气分离过程基本上为物理过程,它利用了空气组分中各组分的物理特性。
空气分离设备是一种特殊的行业,其操作的技术性要求很强,同时也是一种必须恪守相应操作规程的专业工种。
国家对于包括氧、氮、氩在内的空气制品,有很多的国家标准,而使用的相关机组也有许多标准。
所以要求操作人员必须加强理论的学习。
空分设备同时还是要求连续运转的设备,对于操作中出现的问题,要根据相应的变化和基础理论,对故障及时做出判断,并及时做出相应的处理。
对于易损易坏的部件,要定期保养,以保证整个装置的连续运行。
由于空气分离过程是建立在动态系统上的连续过程,系统平衡非常重要,主要包括物料的平衡和冷量(或者说热量)的平衡,掌握好平衡,不仅仅需要技术,也需要灵敏和足够的耐性,因为建立一个可靠稳定的平衡,并非非常简单。
对于一知半解的新操作工,必须经培训和实习后,方可上岗操作,并要求在实际的操作过程中,不断加强理论学习。
操作中,非操作人员禁止乱摸乱动!
如果运行过程中出现非正常停车,必须查明原因并解决后方可继续生产!
本说明书是KDON-4500/11000型空分设备运转及使用方面的说明书。
在不违反操作规程的情况下,可灵活运用。
有关下列机组请参照各自使用说明书:
a自洁式空气过滤器
b离心式压缩机组
c透平膨胀机组
d氮气压缩机组
e低温液体贮槽
f仪控系统(4K5ON-GC-YK)
g电控系统(4K5ON-GC-DK)
2.概述
2.1主要指标
主要指标
单位
设计工况
备注
加工空气量
m3/h
~25000
压力
MPa
0.65
温度(进冷箱)
℃
≤15
产品氧
产量
m3/h
4500
压力(出冷箱)
KPa
150
温度
℃
12
纯度
%O2
99.6
产品氮
产量
M3/h
11000
压力(出冷箱)
KPa
~13
温度
℃
12
纯度
PPmO2
<10
液氮
产量
M3/h
200
压力(出冷箱)
KPa
~200
温度
℃
饱和
纯度
PPmO2
<10
注:
压力单位均为表压力(下同),流量单位均为标准状态(0℃,101.325KPa)(下同)。
2.2基本原理和过程
空气分离设备的发展有上百年的历史,它的发展也体现了工业现代化的进程,但总的目标是围绕如何降低能耗,减少设备投资,使工艺简单,操作安全和稳定等几方面,来不断提高设备的设计、制造、安装、控制及操作维护水平。
在大中型设备上,通常采用低温分离的办法。
它的基本原理是利用液化空气中各组分沸点的不同,而将各组分分离开来。
一般说这是一个物理过程,它充分利用了空气中各组分的物(理)(特)性不同。
基础理论:
基础理论只做了一般性的描述,具体可以参看相关专业技术书籍,如《低温与制冷技术》、《现代空分设备技术与操作原理》等,操作可以参阅《新编制氧工问答》
热力学第一定律:
当一定量的热消失后,必定产生一定量的功,消耗一定量的功时,必定出现与之对应的一定量的热,在功与热的转化过程中,工质的能量是改变的,但是热和功转换时在数量上必定守恒!
热力学第二定律:
克劳修斯于1850年的描述是:
热不可能自发地、不付代价地从一个低温物体传给另一个高温物体。
溶液热力学的基本原理:
1、溶液和理想溶液的定义
²由两种及两种以上的组分组成的均匀的稳定的液体叫溶液。
³溶液是混合物。
物质有固体、液体和气体三种状态,因此混合物也有三种状态,气体混合物简称气体;固体混合物称为固溶体,如合金;液体混合物即溶液。
³溶液的均一性。
溶液各处的密度、组成和性质完全一样。
³溶液的稳定性。
温度不变,溶剂量不变时,溶质和溶剂长期不会分离。
³溶液的组分数称为“元”。
²理想溶液:
当各组分混合成溶液时,没有热效应和体积的变化的溶液。
³溶液形成的过程伴随着能量和体积的变化,可分为两个过程:
一是溶质分子的离散,这个过程需要吸热以克服分子间的吸引力,同时增大体积;二是溶剂分子和溶质分子的结合,这是一个放热过程同时体积缩小。
整个过程的综合情况是两方面的共同作用。
³从分子模型上讲,如果各组分分子的大小及作用力,彼此相似,当一种组分的分子被另一种组分的分子取代时,没有能量的变化或空间结构的变化,则可以视为理想溶液。
²因为理想溶液所服从的规律较简单,并且实际上,许多溶液在一定的浓度区间的某些性质常表现得很像理想溶液,所以引入理想溶液的概念,不仅在理论上有价值,而且也有实际意义。
以后可以看到,只要对从理想溶液所得到的公式作一些修正,就能用之于实际溶液。
²拉乌尔定律、亨利定律、康诺瓦罗夫定律都是描述理想溶液性质的定律。
2、拉乌尔定律
²Raoult法国物理学家,1887年,“在某一温度下,稀溶液的蒸汽压等于纯溶剂的蒸汽压乘以溶剂的摩尔分数”。
²数学描述:
对任意理想溶液,在给定温度下,有:
pi=pi0*xi
Pi:
第i组分的蒸汽压力
pi0:
第i组分呈纯质状态时的饱和蒸汽压力
xi:
溶液中第i组分的摩尔数
²例如:
如果把纯水放在一个密闭的容器里,并抽走上方的空气。
当水不断蒸发时,水面上方汽相的压力,即水的蒸汽所具有的压力就不断增加。
当温度一定时,汽相压力最终将稳定在一个固定的数值上,这时的汽相压力称为水在该温度下的饱和蒸汽压力。
²液态纯物质蒸汽所具有的压力为其饱和蒸汽压力时,汽液两相达到了相平衡。
²饱和蒸汽压是物质的一个重要性质,它的大小取决于物质的本性和温度,饱和蒸汽压越大,表示该物质越容易挥发。
²拉乌尔定律的理解。
第i组分的饱和蒸汽压力可以理解为:
在给定温度下的最大挥发量。
由于第i组分在溶液中仅占有Xi份额,所以挥发量在最大挥发量的基础上按Xi比例缩小。
3、亨利定律
²英国,1803,:
“在一定温度下,某种气体在溶液中的浓度与液面上该气体的平衡压力成正比。
”
²数学描述:
对任意理想溶液,在给定温度下,有:
Pi第i组分的蒸汽压力
Kx,i第i组分的x浓度下的亨利常数,其值由实验确定。
Xi溶液里第i组分的摩尔成分
4、康诺瓦罗夫定律
理想溶液,液相里的浓度和气相里的浓度是不同的,对于高沸点(较低蒸汽压)的组分,它在气相里的浓度大于它在液相里的浓度;对于低沸点(较高蒸汽压)的组分,它在液相里的浓度大于它在气相里的组分。
²不同温度下的相液平衡对应着不同的气液浓度差,该浓度差是分离的基础。
康诺瓦罗夫第一定律是精馏原理的基础。
²康诺瓦罗夫第二定律主要证明了共沸点的存在,共沸点即某组分在气液相中浓度一样的点。
共沸溶液是不可能用精馏法分离成纯质的。
但是,可以通过改变压力,使准备进行精馏处理的溶液不处于共沸点位置上。
5、二元溶液相平衡
A压力-浓度图
B由P~X~Y形成T~X~Y
C温度-浓度图
²
(1)曲线两端点分别代表纯组分的沸点,左端点代表纯轻组分沸点,右端点代表纯重组分沸点。
²
(2)上方曲线代表饱和蒸汽线,也称为露点线,该线上方的区域代表过热蒸汽区;下方曲线代表饱和液体线,也称为泡点线,该线下方的区域代表过冷液体区。
DX-Y-浓度图
(1)图中曲线上任意点D表示组成为x的液相与组成为y的气相互成平衡,且表示点D有一确定的状态,该曲线称为平衡曲线。
(2)图中对角线为x=y的直线,作查图时参考用。
由T-X-Y图生产X-Y图
(3)当y>x时,平衡线位于对角线上方,平衡线离对角线越远,表示该溶液越容易分离。
(4)在总压变化不大时,外压对平衡线的影响可忽略,但t-x-y图随压力变化较大。
6.空气分离的基本原理
²气体混合物经多次部分冷凝后,在气相中获得高纯度的易挥发组分。
²液体混合物经多次部分蒸发后,在液相中获得高纯度的难挥发组分。
连续蒸发和冷凝——精馏
经过连续的蒸发和冷凝,物料在塔板或者填料表面上进行接触,实现传质和传热的交换,从而达到混合物中不同组分的有效分离,可以获得高纯度的产品。
空分设备对于不同的产品要求,需要相应的流程组织。
要达到空气分离的目的,空分装置的工作基本上包括下列过程:
⑴空气的过滤和压缩
⑵空气中水分和二氧化碳的消除
⑶空气被冷却到液化温度
⑷冷量的制取
⑸液化
⑹精馏
⑺危险杂质的排除
产品的压缩和贮存
以上的过程都必需建立在质量平衡及能量平衡的基础上,在正常运行的过程中要始终保持这种动态的平衡,因此,操作中要缓慢调节,以保证工况稳定。
2.2.1空气的过滤和压缩
大气中的空气先经过空气过滤器过滤其灰尘等机械杂质,然后在离心式压缩机中被压缩到所需的压力,由中间冷却器提供级间冷却,压缩产生的热量被冷却水带走。
理论上,级数越多,压缩过程越接近于等温过程,效率越高。
2.2.2空气中水分和二氧化碳的清除
加工空气中的水分和二氧化碳若进入空分设备的低温区后,会形成冰和干冰,就会阻塞换热器的通道和塔板上的小孔,因而配用分子筛吸附器来预先清除空气中的水分和二氧化碳,进入分子筛吸附器的空气温度约为10℃。
分子筛吸附器成对切换使用,一只工作时另一只再生。
再生可采用电加热或蒸汽加热。
吸附器的设计必须按照吸附的操作条件、吸附入口处的杂质浓度、吸附剂的性质等条件进行,然后按照工艺要求的纯化后最大允许浓度,来确定吸附器的尺寸及吸附剂数量。
分子筛吸附剂对所有碳氢化合物(CmHn)的吸附效率不尽相同,就吸附而言,对较大分子和较复杂分子更为有效,例如:
对丙烷和丁烷的吸附要比乙烷效果好。
实际上,乙炔在任何情况下都会被吸附的很好,而甲烷和乙烷无论采取什么吸附条件和吸附剂都不能除去。
2.2.3空气被冷却到液化温度
空气的冷却是在主换热器中进行的,在其中空气被来自精馏塔的返流气体冷却到接近液化温度。
与此同时,低温返流气体被复热。
冷热气体间的温差造成的热量损失,为系统的复热不足热量损失。
2.2.4冷量的制取
由于绝热损失、换热器的复热不足损失、冷箱中低温液体产品输出及液体泵压缩液体对系统的输入功等,系统不可避免地存在一些热量损失,而这一部分损失,需靠不断补充冷量的方式,进行补偿。
分馏塔所需的冷量,是由压缩空气在膨胀机中,经等熵膨胀,以及系统的等温节流效应(如自由膨胀、气体通过节流阀的等焓膨胀)而获得的。
2.2.5液化
液化的前提是,气体被另一种温度更低的气体或液体,冷却至露点温度。
通常是低温低压气体或液体,来冷却高温高压气体,并使之液化。
在起动阶段,加工空气在主换热器和过冷器中,与返流低温气体换热而被部分液化,在正常运行中,氮气和液氧的热交换,是在冷凝蒸发器中进行的,由于两种流体压力的不同,氮气被液化而液氧被蒸发,氮气和液氧分别由下塔和上塔供给,这是保证上、下塔精馏过程的进行所必需具备的条件。
(注:
起动时,大部分气体也是在主冷中被冷却至液化温度而被液化的)。
2.2.6精馏
实现空气产品的最终分离,是在精馏塔中实现的。
理论上,空气中的大多数成分,都可经过低温精馏得到分离。
空气产品的提取率,依照不同的流程而不同。
提取率的高低,可以基本反映设备的技术水平,在同样理论板的情况
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- 4500 开车 最终