name: Повышение эффективности разделения воздуха стабилизацией тепломассообмена в ректификационной колонне на азотном режиме
keyword_list: Эффективность, ректификация, энергозатраты, детандер, азот, воздухоразделительная установка, ТЕПЛОМАССООБМЕН
abstract: Цель исследования - снижение удельных энергетических и материальных затрат при получении жидкого азота стабилизацией тепломассообмена за счет поддержания уровня кубовой жидкости в ректификационной колонне. В результате выполнения исследования подтверждена гипотеза возникновения колебательного режима работы ВРУ из-за перехода на параллельный режим работы адсорберов БКО или изменения производительности детандерного агрегата с частотой колебаний давления в колонне поучения азота около 0,6 ч⁻¹ и амплитудой до 0,12 МПа при уровнях кубовой жидкости 130 - 300 мм по шкале уровнемера. Установлен механизм возникновения колебательных режимов мобильной ВРУ типа ТКДС-100В, связанный с величиной тепловой инерционности массы кубовой жидкости и коррелирующий с цикловым функционированием БКО. Методика расчета колонны получения азота мобильной ВРУ позволила предсказать момент возникновения скачка давления и его величину в зависимости от соотношения между термодинамическими параметрами, геометрическими характеристиками и величинами потоков фаз в условиях теплового возмущения питания ректификационного аппарата.Термодинамическим анализом процесса дросселирования получены обобщающие аналитические зависимости для определения энергетического состояния потока питания колонны разделения воздуха. В результате параметрического анализа статических режимов функционирования азотной колонны мобильной ВРУ установлено, что при давлении в ректификационном аппарате 0,6 МПа жидкий азот требуемого качества можно получить при числе ситчатых тарелок в колонне не менее 15 штук, а понижение давления от 0,7 МПа до 0,5 МПа увеличивает производительность колонны примерно в 1,2 раза; эффективность тарелок по Мерфи монотонно возрастает по высоте колонны до практически постоянной величины, начиная с 14-го контактного устройства. Дана оценка соотношения времен релаксации основных термодинамических параметров ректификации воздуха в условиях нестабильности тепломассообмена, согласно которой время установления диффузионных процессов примерно в два раза больше длительности переходных процессов для температуры и давления и на порядок превышает продолжительность стабилизации расхода жидкости на тарелках колонны. Рекомендовано условие стабилизации тепломассообмена при получении азота, заключающееся в обеспечении минимального количества кубовой жидкости, которое при давлении сжатого воздуха 20 МПа, давлении в колонне 0,6 МПа и ступенчатом повышении температуры дроссельного потока питания на 15 К составило 0,494 кмоль или 443 мм по шкале уровнемера. Снижение давления компримированного воздуха до 15 МПа, давления в колонне до 0,5 МПа и температурного возмущения потока питания до 10 К уменьшают необходимое количество кубовой жидкости на 4,6%, 5,3% и 8,6% соответственно. Предложен алгоритм стабилизации давления в азотной колонне путем повышения расхода флегмы, для измерения которого запатентованы новый способ и устройство. В предельном случае увеличения расхода флегмы на 0,001137 кмоль/с за счет прекращения отбора дистиллята скачок давления при ступенчатом увеличении температуры дроссельного потока питания на 15 К уменьшается примерно в шесть раз. Предложен рациональный режим функционирования колонны разделения воздуха, заключающийся в одновременном увеличении уровня кубовой жидкости и снижении давления в ректификационном аппарате, что дало возможность при изменениях уровня кубовой жидкости от 280 до 490 мм и давления от 0,59 до 0,37 МПа увеличить выдачу потребителю жидкого азота и соответственно снизить расход топлива и масла в 2,12 раза и одновременно снизить удельные энергозатраты в 1,93 раза. Результаты исследования использованы в практической деятельности заводов ОАО «НПО «ГЕЛИЙМАШ», г. Москва, и АО «УКЗ», г. Екатеринбург.
chairman_dissertation_council.surname: Петренко В.Р.
chairman_dissertation_council.position: заведующий кафедрой
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
organization_supervisor.surname: Проскурин Д.К.
organization_supervisor.position: Врио ректора
organization_supervisor.degree: Кандидат физико-математических наук
rubrics.code: 61.31.31
rubrics.name: Азот и его соединения
rubrics.code: 29.17.43
rubrics.name: Теория необратимых процессов и кинетических явлений
rubrics.code: 44.09.39
rubrics.name: Энергетический баланс
oecds.code: 02.11.00
oecds.name: Other engineering and technologies
speciality_codes.name: Промышленная теплоэнергетика
speciality_codes.code: 05.14.04
supervisors.fio: Слюсарев М.И.
supervisors.scientific_degree: Доктор технических наук
supervisors.speciality_code: Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Лавров Н.А.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Чагин О.В.
opponents.scientific_degree: Кандидат технических наук
opponents.speciality_code: Процессы и аппараты химических технологий
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ФГБОУ ВО "ВГТУ"
protection_organization.name: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет"
protection_organization.ogrn: 1033600070448
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: Военно-воздушная академия или ВУНЦ ВВС "ВВА"
author_organization.name: федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е.Жуковского и Ю.А.Гагарина" Министерства обороны Российской Федерации
author_organization.ogrn: 1095050007414
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство обороны Российской Федерации
author_organization.okopf: Учреждения