Будневич С.С. Процессы глубокого охлаждения

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 4. 11

Определение исходных расчетных величин

и:

о.

Определяемая величина и ее размерность

Номер

расчетной

формулы

•

Численное

значение

1 и 2

Водяной эквивалент массы насадки ш,

ккал/м^-град

—

0,05

Водяной эквивалент потока воздуха ^^

ккал/град- ч

т^ 1/ч

Безразмерная длина насадки 61

Безразмерная длительность периода

(4. 14)

(4. 26)

(4. 27)

5000

0,01

1000

Водяной эквивалент потока воздуха

ккал/град

•

«2 1/ж^

«2 1/ч

Безразмерная длина насадки Ь^

Безразмерная длительность периода

(4. 29) •

(4. 29)

(4, 34)

(4. 40)

300

0,1067

640

Водяной эквивалент потока азота И^з

ккал/град

•

/Из !/'<

Безразмерная длина насадки Ь,

Безразмерная длительность периода 83

(4. 70)

(4. 75)

(4. 79)

,4000

0,0125

1000

16,77

соответствует 303—90 = 213° К. На основании данных, приведен-

ных выше, определяем исходные расчетные величины. Расчет

сводим в табл. 4. 11.

В предыдущем примере для двухпериодной работы регенератора

изложена последовательность определения искомых величин.

Здесь приводится в основном только конечный результат.

Распределение температуры насадки в начале первого периода

находим из уравнений (4. 102), (4. 101) и (4. 103). В табл. 4. 12

приведены результаты расчета. Величина суммы членов ряда

1 = 12

В предпоследнем столбце найдена из равенства

0,75 [/? (л,)] И •

(=12

1—0,75

251

ьэ

СЛ

Таблица

4. 12

Начальное распределение температуры насадки

первый период работы регенератора

О -и о ^

о ^ о О

1 = 12

к.

0,703

0,140

0,060

0,032

0,020

0,013

0,009 0,006 0,004

0,003

0,002

0,0015

0,005

0,998

0,688

0,145

0,062 0,034

0,020

0,013

0,009

0,007

0,005

0,004 0,003 0,0018

0,005

0,997

0,646

0,161

0,071

0,039

0,024

0,016

0,011

0,008

0,006

0,004 0,003 0,002

0,006

0,997

0,570

0,186

0,087

0,049 0,030

0,020

0,014 0,010

0,007 0,006

0,004

0,003

0,009

0,995

0,464

0,218 0,111

0,064

0,041

0,027

0,019 0,013 0,010

0,007

0,005

0,004

0,012

0,995

0,333

0,242

0,138

0,084

0,055 0,038 0,027

0,019

0,014

0,010

0,008 0,0057

0,017

0,991

0,198

0,243

0,164

0,109

0,074 0,052

0,038

0,027

0,020

0,015

0,012

0,009

0,027 0,988

0,092

0,208

0,177 0,132

0,096

0,070 0,052

0,039 0,029 0,022

0,017

0,012

0,036

0,982

0,033

0,144

0,166

0,143 0,113

0,087

0,067 0,05'1 0,039

0,030

0,022

0,017 0,051

0,963

0,009

0,080

0,131 0,135 0,119

0,099

0,079

0,062 0,048 0,037

0,028 0,022

0,066

0,915

0,009

0,045 0,087

0,108 0,108

0,097 0,082

0,066 0,053

0,041

0,032

0,025

0,075 0,828

0,059

0,038

0,051

0,072

0,081

0,079

0,070 0,059 0,048 0,038

0,030

0,023

0,069

0,717

0,151

0,020

0,017

0,024 0,030 0,030 0,027

0,023

0,019 0,016

0,012

0,0095

0,029

0,408

0,036

0,0007

0,0005

0,0008

0,0010

0,0009

0,0008

0,0006 0,0005

0,0004

0,0003

0,0009

0,044

0,000

0,000 0,000

0,000

0,000 0,000 0,000

0,000

0,000 0,000

0,000

0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

0,000

0,000 0,000

мерного отношения ^^ ^

'ов—^оы^

а в последнем столбце табл. 4.13

она пересчитана в °К.

Для контроля, исходя из

полученного выше распределе-

ния температуры насадки в на-

чале первого периода с помош,ью

выражений (4. 28), (4. 39) и

(4.92), последовательно опреде-

лена температура насадки в кон-

це первого, в конце второго и в

конце третьего периодов, т. е.

найдены значения (г,) =

Очевидно, что

в табл.4. 14 приведены резуль-

таты расчета. Сравнение вели-

чин во втором и последнем

столбцах табл. 4. 14 показывает

хорошую сходимость значений

температуры насадки в начале

первого периода, найденных из

общих выражений (4. 102),

(4. 101) и (4. 103), а также при

последовательном расчете по

периодам. На рис. 4. 5 графи-

чески представлено изменение

температуры насадки в начале

всех трех периодов.

В табл. 4. 13 температура на- "

садки в начале первого не- ^

риода дана как в зависимости

от безразмерного параметра Г],

так и в зависимости от отно-

шения величины теплопере-

дающей поверхности насадки

от теплого конца до данного

сечения ко всей поверхности

насадки Р/Ро- В предпослед-

нем столбце табл. 4. 13, как

и в табл. 4. 12, начальная

температура насадки в пер-

вый период дана в виде безраз-

о.

СЗи

О ^

!М О О О О

СГ) т}- о О

с^ из СП о' о"

с— о ^ с^

см —'

00 те о о

Р § 3 8 §

о о о о о

1ц

00 о о С<1

со Ю

Ю со 00

•о о о о —

—• <м со ю

те (м о> со

-ф — 00 со

о 05 1С со

о СП (Л 00 со

со см см <М (М

0-.

00 (М со Ю 00

00 00 со — <м

<75 (Л 05 05 00

о" <сГ о" о" о

о 00 те о

со — 00 со ^

— см см со

о о о о о"

к.

со 00 сг> о

к.

О ^

со со со со 00

СО_ СО_ С35 СП СЭ

с^" оТ см" —" —" ~

о о о о о о

со со со со со СО

яг

00 г- Ю Ю —'

Оз О^ 05 05

05 05 О^ ^

о" о" с5 о о С5

ь.

т1> ОО о —' —<

о — гС —.

о о о о —

о о о о о о

о —' С^) со ю

255

а) Г

1,0

0.8

О,в

0,1

0,2

у;)

5) (

',0

0.6

0,1

0,2

О 2 1 В 8 /О 12 г, О 0,2 0,1* 0,6 0,8 Г,ОГ/Го

Рис. 4. 5. Температура насадки в начале 1, 2 и 3-го периодов

Таблица

4.14

Изменение температуры насадки

по

периодам

Г1

/з ('-,)

=/?(г„)

0,998

1,000

0,999

0,997

1,000

0,998

0,997

1,000

0,999 0,994

0,995

1,000

0,999

0,994

0,995

1,000

0,999

0,991

5 0,991 1,000

0,998

0,991

0,988

0,999

0,998

0,985

0,982 0,998

0,996 0,975

0,963

0,997 0,994

0,956

0,915

0,997

0,992

0,918

0,828

0,997

0,992 0,840

0,717

0,995

0,979 0,708

0,408

0,975

0,961

0,416

0,044

0,933

0,918

0,050

13,5

0,022

0,896 0,869

0,025

0,000

0,818

0,787

0,000

14,5

0,000 0,740

0,686 0,000

14,7

0,000

0,686

0,631 ,

0,000

14,8

•0,000 0,660

0,794 0,000

14,9

0,000

0,634 0,996

0,000

0,000 0,608

1,000

0,000

Таблица

4. 15

Изменение температуры газовых потоков

на

выходе

из

генератора

зависимости

от

безразмерного

времени

1-й

период

2-й

период

3-й

период

вых

"вых

^ вых

0,000 0,999

0,999

0,000

0,999 0,999

0,000

1,000

0,999

0,000

1,000

0,998

0,000

1,000

0,998

0,000

1,000

0,997

0,014

1,000

0,997

0,076

1,000

0,994

0,220

1,000 0,991

0,434

0,989

9,5

0,558

—

0,988

0,633

—

0,987

Таблица

4. 16

Количество

тепла, переданное

регенераторе

различные периоды

Период

%ер из (4. 117)

'^пер из (4. 115)

Период

ккал/период

' 3

42 500

42 600

ООО

42 350

Переходим к определению количества тепла, переданного в ре-

генераторе в каждый из периодов. Для определения тепла, отдан-

ного (воспринятого) газовыми потоками в каждый из периодов,

находим изменение температуры потоков на выходе из аппарата в

каждый из периодов. Переменную температуру воздуха на выходе

из регенератора в первый период определяем с помощью ра-

венства (4. 24); температуру воздуха на выходе из регенератора

во второй период — из уравнения (4. 48), а температуру азота

на выходе из аппарата в третий период — из уравнения (4. 76)

(табл. 4. 15). В табл. 4. 16 приведены расчетные значения коли-

чества тепла, переданного в регенераторе во все три периода его

работы, определенные графическим интегрированием с помощью

ур.авнения_(4. 117) и для^контроля из формулы (4. 115). Как видно

из таблицы, определенные двумя независимыми способами тепло-

вые потоки во всех трех периодах сходятся с достаточной точ-

ностью.

ЛИТЕРАТУРА

1. Архаров А. М., Буткевич К- С., ГоловинцовА. Г. и Др.

Техника низких температур. М.—Л., Энергия, 1964. 448 с.

2. Бошнякович Ф. Техническая термодинамика. Пер. с нем. изд. и

редакция М. П. Вукаловича и В. А. Кириллина. М.—Л., Госэнергоиздат, ч. I.

1955. 437 е., ч. 2. 1956. 255 с.

3. БудневичС. С. и КондряковИ. К- Совершенствование холо-

дильного цикла для сжижения газов. Научные доклады высшей школы. —

«Энергетика», 1958, № 2, с. 171—176.

4. БудневичС. С. иКондряковИ. К. Совмещенный детандерный

цикл для сжижения воздуха, — Труды ЛТИХП, 1958, т. 15, с. 27—38.

5. Г е р ш С. Я- Глубокое охлаждение. М.—Л., Госэнергоиздат, ч. 1. Тер-

модинамические основы сжижения и разделения газов. 1957. 392 е., ч. 2. Кон-

струкции машин и аппаратов, тепловые расчеты, описание установок глубокого

охлаждения. 1960. 495 с.

6. Г е р ш С. Я. Эффективные'циклы глубокого охлаждения и новые прин-

ципы разделения воздуха. М. 1946. 120 с.

7. Гер ш С. Я. Ступенчатая ректификация воздуха. — Процессы разде-

ления, конденсации и создания вакуума в холодильных установках. Под ред.

В. Е. Цыдзина. М., Машгиз, 1953, с. 5—36.

8. Д а н и л о в И. Б. Установка для ожижения гелия ГС-2. — «Кислород»,

1958, № 4, с. 20—26.

9. Д а н и л о в И. Б. Современные ожижители гелия. — «Кислород», 1959,

№ 1, с. 37-45.

10. Елухин Н. К. иСтаросвитскийО. И. Теплоотдача и гидра-

влические сопротивления в регенераторах с насыпными насадками воздухораз-

делительных установок. — Аппараты и машины кислородных установок. М.,

Машгиз, 1962, с. 36—60. (Труды ВНИИкимаш, вып. 5.)

11. Елухин Н. К- иСтаросвитскийО. И. Теплоотдача и гидра-

влические сопротивления в дисковых насадках регенераторов. — Аппараты и

машины кислородных установок. М., Машгиз, 1963, с. 73—89. (Труды ВНИИ-

кимаш. вып. 7.)

12. Зельдович А. Г., Петунии Б. В. иДанилов И. Б. Лабора-

торные ожижители водорода. — «Кислород», 1950, № 5, с. 1—12.

13. 3 е л ь д о в и ч А. Г., Д а н и л о в И. Б. и др. Лабораторный гелиевый

ожижитель. —«Кислород», 1951, № 3, с. 16—26.

14. Капица П. Л. Турбодетандер для получения низких температур и его

применение для сжижения воздуха.—ЖТФ, т. 9 вып. 2, 1939, с. 99—123.

15. Карамзина Л. Н. иЧистова Э. А. Таблицы функций Бесселя

от мнимого аргумента и интегралов от них. М., изд. АН СССР, 1958. 328 с.

17 с. С. Будиевич 753 257

16. л е в п н В. И. н Г р о с б е р г Ю. И. Дифференциальные уравнения

математической физики. М.—Л., Гостехнздат, 1951. 575 с.

17. Мал ков М. П. и др. Справочник по физико-техническим основам

глубокого охлаждения. М.—Л., Госэнергоиздат, 1963. 416 с.

18. М а л к о в М. П. и Ф р а д к о в А. Б. Водородо-ожнжительная станция

для научно-исследовательских институтов. — ЖТФ, 1952, т. XXII, вып. 3,

с. 436—44^.

19. Разделение воздуха методом глубокого охлаждения. Под. ред.. Епифа-

новой В. И. и Аксельрода Л. С. М., «Машиностроение», 1964, т. I. Термодинами-

ческие основы разделения воздуха, схемы и аппараты воздухоразделительных

установок. 478 с. т. 2. Промышленные установки, машинное и вспомогательное

оборудование. 592 с.

20. С е г а л Б. И. и С е м е н д я е в К- -А. Пятизначные математические

таблицы. Изд. 3-е. М., Физматгиз, 1962. 464 с.

21. С м и р н о в В. И. Курс высшей математики, т. 4 изд. 3-е. М., Гостех-

нздат, 1953. 804 с.

22. Столпер М. Б. Новый метод расчета ректификации тройной смеси.—

«Кислород», 1948, №. 6, с. 5—15.

23. Столпер М. Б. Применение нового метода расчета ректификации'

тройной смеси. — «Кислород», 1950, № 2, с. 11—24.

24. Т и X о н о в А. Н. и С а м а р с к и й А. А. Уравнения математической

физики. М., Гостехнздат, 1953. 679 с.

25. Таблицы Барлоу. Изд. 2-е, М.—Л., ОНТИ НКТП, 1936. 233 с.

26. Ф р а д к о в А. Б. Водородо-ожижительная станция ВОС-3. — «Кисло-

род», 1958, № 5, с. 21—28.

27. Я к о б М. Вопросы теплопередачи. Пер. с англ. Под ред. В. П. Мотуле-

вича, М., Изд. иностр. лит., 1960. 516 с.

28. А п 2 е И и 8 А. ОЬег Егтегтип§ уегтШеЬ йигсИз^гбтепйег МесИеп.—

«2. ап^е^. Ма(Ь. МесЬ. 1926, В. 6, 8. 291.

29. В а г I 3 с Ь А. Ке§епега1огеп ёег Т1е11етрега(иг1есЬп1к. ВегИп. УеЬ.

Уег1а§. ТесЬшк., 1961. 618 5.

30. Н а и 5 е п И. ОЬег (11е Т11еог1е йез Шагтеаи81аи$с11ез 1п Ке§епега1о-

геп. — «2. ап§е\у. МаЯ1. МесЬ.» 1929, В. 9, 3. 173—200.

31. Наизеп И. ^агтеаиз^аизсИ 1п Ке§епега1огеп. — «2. У01», 1929,

В. 73., 8. 431.

32. М а и 3 е п Н. ^Vа^п1ейЬе^^^а§ип2 !п Ое§епз1гот, 01е1с11з1гот ип(1 Кгеиг-

5{гот. ВегИп, СбШпбеп, Не1(1е1Ьег§., 1. Р. Вег§тапп, МПпсНеп, 1950. 464 8.

33. N и 3 3 е 1 I 01е Т11еог1е дез \У1пс1егЫ{2егз. — «2. УОЬ>, 1927, В. 71.

8. 85.

34. N и 3 3 е 1 I XV. Вег ВеИаггип^згиз^апё 1т ШтйегИИгег. — «2. У01»,

1928, В. 72., 8. 1052.

35. 8 с Ь т е 1 (1 1 е г. МаШетаИзсНе ТЬеог1е с1ег \Уагтезре1сИегип§. —

«2. ап§е\у. Ма1Ь. МесЬ.», 1928, В. 8, 8. 385.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие 3

Глава 1. Холодильные циклы глубокого охлаждения 5

1. 1. Газовые холодильные циклы —

1. 2. Дроссельные газовые холодильные циклы 8

1. 3. Детандерные газовые холодильные циклы 17

1. 4. Соединение холодильных циклов 29

1. 5. Соединение дроссельных газовых циклов 33

1. 6. Соединение дроссельного цикла с детандерным 44

1. 7. Соединение газовых циклов с циклом паровой холодильной

машины 49

Глава 2. Ожижение газов 56

2. 1. Идеальный процесс ожижения газа —

2. 2. Циклы ожижения с рабочим телом холодильного цикла, иден-

тичным ожижаемому газу 60

2. 3. Ожижение газов с помощью дроссельных газовых циклов 61

2. 4. Ожижение газов с помощью дроссельных газовых циклов,

соединенных с циклом паровой холодильной машины 77

2. 5. Ожижение газов с помощью детандерных циклов, соединенных

с дроссельными . _ 85

2. 6. Совершенствование процесса ожижения газов 100

' 2. 7. Ожижение водорода 106

2. 8. Ожижение гелия 115

Глава 3. Анализ процесса ректификации бинарной газовой смеси 141

3. 1. Процесс разделения на отдельно взятом участке колонны —

3. 2. Процесс разделения на всех участках колонны в совокупно-

сти (разделение во всей колонне) 147

3.3. Характер линии полюсов участка колонны Т53

3. 4. Оптимальные режимы разделения 160

3. 5. Оптимальный режим разделения при всех заданных вводимых

в колонну потоках 161

17* 259

3. 6. Оптимальный режим

разделения при заданных концентра-

циях продуктов разделения и одном переменном вводимом по-

токе 165

3. 7. Анализ процесса ректификации по условиям разделения на

нижнем участке колонны при переменной величине жидкостно-

го потока 169

3. 8. Примеры 173

Глава 4. Теплообмен в регенераторах 186

4. 1. Изменение температуры газового потока и насадки регене-

ратора 187

4, 2. Нахождение распределения температуры насадки в установив-

шемся режиме в начале первого периода при двух периодах ра-

боты регенератора 197

4. 3. Нахождение распределения температуры насадки в устано-

вившемся режиме в начале первого периода при трех периодах

работы регенератора 208

4.4. Случай наличия одного несквозного потока при трехпериодной

работе регенератора 220

4. 5. Установление количества тепла, переданного в регенераторе 223

4. 6. Решение дифференциального уравнения теплообмена в реге-

нераторе 224

4. 7. Пример определения начальной температуры насадки в уста-

новившемся режиме при двух периодах ..работы регенератора 239

4. 8. Пример определения начальной темпе^тур4>1 насадки реге-

нератора в установившемся режиме при т^ех периодах его

работы ..•....••... 250

Литература 257

Семен Самойловт Будневич

ПРОЦЕССЫ ГЛУБОКОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

Редактор издательства Л. И. Орлова

Переплет художника О. И. Цыплакова

Технический редактор О. В. Сперанская Корректор РТ. Г. Клейнер

Сдано в производство 2/7X11 1965 г. Подписано к печати 25/.У 1960 г. М-190М

Формат бумаги бОХЭО'/ц Печ. листов 16,25 Уч.-изд. листов 15,8 Темплап 1966 г. № 157

Бумага типографская № 2 Тираж 6500 экз. Цена 1 р. 05 к. Зак. 753

Ленинградское отделение издательства «Машиностроение»

Ленинград, Д-65, ул. Дзержинского, 10

Ленинградская типография № 6

Главполиграфпрома Комитета по печати при Совете Министров СССР

Ленинград, ул. Моисеенко, 10