Текст
I
Т.Ф. Пименова
Производство
и применение
сухого льда,
жидкого
и газообразного
диоксида
углерода
МОСКВА
„ЛЕГКАЯ И ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ'
1982
ББК 35 20
П32
УДК 621.594
। ।
Пименова Т. Ф. Производство и применение сухог
льда, жидкого и газообразного диоксида углерода. Л-
Легкая и пищевая пром-сть, 1982. —208 с.
В книге даны основные свойства сухого льда, жидкого и
образного диоксида углерода, описание технологических схем Р
цессов и аппаратов для получения диоксида углерода во всех аг
гатных состояниях. Описано оборудование для хранения и трансп ,
тировки диоксида углерода и применение его для охлаждения в 1
мораживания пищевых продуктов, а также для других цел^^Р
смотрены основные правила безопасности при производстве^ при<
нении СОа. ’
В приложениях приведены таблицы термодинамических и дру
свойств СОа, описаны методики контроля производства. *
Предназначена для инженерно-технических работников пищев^
и других отраслей промышленности, занимающихся вопросами лтрс!
изводства н применения диоксида углерода во всех агрегатных coi
тояниях. ***
Таблиц 61. Иллюстраций 79. Список литературы — 36 названий
канд. техн, наук Е. Л. ФЕДОТОВ.
X'
*
^50000-152
© Издательство «Легкая •« -
промышленность», 1982 |
Ццисловие
Гюксид углерода (синонимы — двуокись углерода, СОг, утле-
. й газ, высший окисел углерода, оксид углерода IV, ангидрид
, юй кислоты, в твердом состоянии — сухой лед) представляет
। л вещество, широко используемое во всех агрегатных состоя-
, Диоксид углерода применяют во многих отраслях народного
.. !тна. В холодильной промышленности диоксид углерода
в основном, на получение сухого льда. Сухой лед, являю-
'. I хладагентом, применяют в процессах и аппаратах, террито-
• но не связанных с сухоледной установкой. В геохимических,
Логических, технологических и других процессах диоксид угле-
к<используют как в качестве самостоятельного продукта, так
в фчестве сопутствующего. Наряду с традиционными областями
здфения в качестве хладагента для газирования напитков и
ротушения в последние 10—15 лет диоксид углерода стали
!енять в пищевой промышленности для увеличения холодиль-
? мощностей при пиковых сезонных нагрузках, упаковки про-
.*te, хранения охлажденного мяса в регулируемой атмосфере с
«I» увеличить продолжительность хранения и улучшить его ка-
те, в нефтедобывающей промышленности — для закачки в
Кгы с целью повысить выход нефти, в сельском хозяйстве —
и раскрытия облачности, предотвращения градовыпадепия ит. д.
дарение областей применения диоксида углерода привело к
емчению объемов производства и изменениям в техническом
щен и и как заводов, изготовляющих диоксид углерода, /гак и
рдов, изготовляющих оборудование для производства, приме-
ря и транспортировки газообразного, жидкого и твердого ди-
ыдз углерода.
П производстве диоксида углерода исходным сырьем являются
м звые промышленные газы, содержащие диоксид углерода,
рщво, а также природный диоксид углерода, выделяющийся из
»ВЫ.
Природными источниками газообразного диоксида углерода
ята Америка и Западная Европа. В нашей стране недавно так-
юбнаружены природные источники диоксида углерода на Ку-
рильских островах и в Сибири, которые практически невозж-кно
использовать из-за удаленности от дорог.
На нашей планете диоксид углерода, содержание которсо в
литосфере составляет около 5,5-101® т, присутствует в гидросере
и атмосферном воздухе. В гидросфере, находящейся в равновсии)
с атмосферой, диоксид углерода содержится в количестве »*,4Х р
Х1014 т, в атмосферном воздухе ~ 0,03 % по объему, или ^,ЗХ
ХЮ12 т.
Кругооборот углерода в природе стабилизирует содержат ди-
оксида углерода на нашей планете. В результате фотосикеза,
происходящего в растениях, углерод из атмосферы, в которй он
содержится в составе диоксида углерода, переходит в растния»
а свободный кислород поступает в атмосферу. Из растений,Слу*
жащих пищей животным, углерод переходит в организмы жфойр
ных, где вновь превращается в диоксид углерода и через оранф
дыхания возвращается в атмосферу. *
В атмосфере некоторых крупных промышленных городов д ре-
зультате индустриальных загрязнений содержание диоксида угле-
рода значительно превышает допустимые нормы, так как i нее
поступает значительное количество продуктов горения. В Целях
охраны природы это вызывает необходимость в осущестиении
мероприятий по снижению содержания диоксида углерода.?
Диоксид углерода, образующийся при разложении органичес-
ких углеродсодержащих веществ, дыхании растений в отсуу^вие
света, животных и при гниении органических остатков в почВе, по-
ступает в атмосферу.
СО2 из атмосферы отводится в результате процессов выветри-
вания, а возвращается в нее при вулканических изверженияк и
выделениях из воды минеральных источников. 6
Дождевая вода растворяет СОг и, просачиваясь через пфшу,
взаимодействует с известняком, растворяя его в виде гидройарбо-
ната. При выходе такой воды на поверхность и ее испарении'вяовь
образуется известняк и выделяется СО2.
t
I. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГАЗООБРАЗНОГО, ЖИДКОГО
И ТВЕРДОГО ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ркПаЮ^2
1000
100
10
О
1
-100-80-60-Ю -20 О 20 W 60 80 ta8
Рис. 1. Диаграмма фазового равно-
весия СО2 t=f (р).
При атмосферном давлении и комнатной температуре диоксид
углерода существует только в газообразном состоянии. Под дей-
ствием давления и температур, не превышающих критическую, га-
зообразный диоксид углерода легко сжижается. При охлаждении,
расширении или дросселировании ниже тройной точки равновесия
жидкий диоксид углерода превращается в твердое и газообразное
состояния.
Для диоксида углерода характерны низкая критическая точка
(f=31,05°C, р=7383 кПа) и высокая тройная точка равновесия
между твердой, жидкой и газо-
образной фазами (t=—56,57 °C,
p = 5J8,6 кПа). ’
Зависимость мёжду темпера-
турой и давлением диоксида угле-
рода во всех трех агрегатных со-
стояниях показана на диаграм-
мах фазового равновесия t=f(p)
в полулогарифмической сетке ко-
ординат (рис. I) и S = f(t)
(рис. 2*).
Значения термодинамических
свойств диоксида углерода па ли-
нии равновесия кристалл — пар
представлены в приложении 1 (табл. 1), на липин равновесия
жидкость — пар — в приложении 1 (табл. 2), в однофазной обла-
сти— в приложении 1 (табл. 3**) [1].
* На диаграмме единицы измерения следующие: р в кгс/см2, /• в ккал/кг
и S в ккал/(кг-град). При переводе в СИ значения р, i м S должны быть умно-
жены соответственно на 98,067 (кПа), 4,1868 (кДж/кг) и 4,1868 [кДж/(кг*К)].
♦♦ Уравнения пересчета величине диаграммы (рис. 2) применительно к табли-
цам (см. приложение 1, табл. 1, 2 и 3) следующие: Ь = [ Од-4,1868)+76], кДж/кг,
St=[(Sa.4j1868)—1,095], кДж/(кг«К), где iT, — энтальпия, найденная соответ-
ственно по таблицам и диаграмме; ST, 5Д — энтропия, найденная соответственно
по таблицам и диаграмме.
5
Приведенная диаграмма Крамера достаточно точна для ис-
пользования в инженерных расчетах. В табл. 1, 2 и 3 (см. прило-
жение 1) приведены точные значения термодинамических величин.
При работе с диаграммой и таблицами необходимо учитывать,
что они составлены в разных единицах измерения и имеют разные
точки начальных отсчетов энтальпии и энтропии. Диаграмма
построена, исходя из принятых условий, что при 0*С 'со,"100 ккал/кг,
S^o,“ 1 >0 ккал/(кг-град).
В таблицах в качестве начала отсчета энгплы111п было принято
состояние твердого ССЬ при 0 К.
«
Из таблиц и диаграмм видно, что давление жидкого диоксида
углерода увеличивается с повышением температуры. При этом
плотность его уменьшается, а плотность насыщенного пара над
ним увеличивается. При критической температуре (31,05 °C) жид-
кость и пар имеют одинаковую плотность и граница раздела фаз
исчезает.
При снижении давления жидкого СОг ниже тройной точки
дросселированием он превращается в белые кристаллы твердого
СО2 и пар. При атмосферном давлении температура твердого
СО2 —78,47 °C. Кристаллы СО2, сублимируясь, т. е. превращаясь
г
, МОЦуют жидкую фазу, в результате чего твердому СОг при-
№ ШШаиие «сухой лед» .'/Однако сухим льдом называют
твердый диоксид углерода, спрессованный в различные
(блоки, палочки, таблетки). Твердый несформованный дио-
упирода называют «снегообразным» диоксидом углерода,
К ОЖ имеет вид снега. Поток смеси, состоящей из газа и сне-
И*да называют «флюидом», аэрозолем.
. А’ .’3Жаж ВИДНО из диаграмм фазового равновесия (см. рис. 1 и 2),
диоксид углерода может существовать и при давлениях,
ЬНО превышающих давление тройной точкилС увеличени-
НИЯ температура твердого диоксида углерода повышается
р>3600 •10а кПа становится положительной.у
ошенне фаз выше тройной точки диаграммы можно най-
СЛедующим соотношениям:
ж + у=1; Гу4-Гх = 1.
В У ДОЛЯ вещества в парообразном и жидком видах; Г, i", i — энталь-
, пера и смеси.
области тройной точки действительны следующие соотно-
х4-у + г=1;
— «нтальпия твердого СО2;
i’x + igy+lnz=l.
2=1—(х+у)—доля вещества в твердом
I* определения величины
ДМ определения величины i можно найти бесконечное значе-
Mt Д у, *. 'которые удовлетворяют обоим уравнениям. Уравнения
возможно решить графическим путем [29].
Параметры узловых точек на линиях равновесия фаз имеют
следующие характеристики:
Критическая точка температура /кр, °C давление ркр, кПа (кгс/см1) 31,05±0,02
7383±5 (75,31)
плотность ркР, кг/м8 468,16±3
Тройная точка температура /0, °C давление р0, кПа (кгс/см8) плотность твердой фазы р”, кг/м8 —5(k57±0,0I 518,6±3 (5,289)
1501 ±9
плотность жидкой фазы р', кг/м8 1178,7±1
плотность газовой фазы Pq, кг/м8 13,797
скрытая теплота сублимации г0, кДж/кг 647,6
скрытая теплота испарения Гд, кДж/кг 362,2
тепловой эффект плавления Д/дл, кДж/кг 185±4
скачок объема при плавлении Д^пл» м8/кг 0,0001824
Нормальная точка субли-
мации
Кристалл
при 7=0 К
давление сублимации рнтс
кПа
кгс/сма
ммрт. ст.
температура сублимации
^нтс> С
плотность твердой фазы
р™£, кг/м’
плотность газообразной фазы
Р^с ’ Kr/“3
энтальпия твердой фазы
i„, кДж/кг
скрытая теплота сублимации
Гите. кДж/кг,
плотность р01С, кг/м8
скрытая теплота сублимации
Гок, кДж/кг
101.3
1,033
760
—78,47±0,005
1563±2
2,825
152,2
570,8
1719
596,5
Газ в «нормальных» условиях (р= 101,3 кПа, /=20° С) плотность р", кг/м3 удельная холодопроизводи- тельность Г"—г™, кДж/кг 1,839 651,2
Газ при р—101,3 кПа, ПЛОТНОСТЬ Pof, кг/м3 1,976
/=0°С удельная холодопроизводи- тельность — <те, кДж/кг 635,06
газовая постоянная R, кДж/(кг-К) 0,188915
Значения величин, характеризующих термодинамические свой-
ства диоксида углерода на линиях насыщения [1], получены ин-
терполяционным методом по материалам Государственной службы
стандартных данных. Термодинамические свойства жидкого и га-
зообразного диоксида углерода на линии' равновесия и в состоянии
перегретого пара были рассчитаны В. В. Алтуниным по единому
уравнению состояния Алтунина и Гадецкого, коэффициенты кото-
рого были найдены с помощью ЭЦВМ на основании статистичес-
кой обработки наиболее надежных опытных данных по сжимаемо-
сти и изобарной теплоемкости диоксида углерода.
Значения давления пара над твердым СОа — давление субли-
мации р — приведены в приложении 1 (см. табл. 1). Для кривой
равновесия кристалл — пар они были рассчитаны по интерполяци-
онному уравнению, полученному В. В. Алтуниным на основании
обработки наиболее надежных экспериментальных данных, пере-
считанных к термодинамической температурной шкале и скоррек-
тированных по современным значениям реперных точек темпера-
турной шкалы (в мм рт. ст):
1g р = 8,279684 — 1373,9907-1 + 28,56475- 10~»T —159,2822- 10-»Т« +
4-289,3125- 10-»Т«.
9
। »н ;in.'iii;i3ona температур от тройной точки до'
I Й» • нны it приложении 1 (см. табл. 1). При более низ-
ин* г имеет следующие величины:
140 -145 -150 -155 160
57J2 22,34 8,05 2,64 0,78
(70 -175 -180 -185 -189
0,049 0,0098 0,0017 0,0002 0,00004
Нг h опленке сублимации составляет менее 133 Па
Н ни р | hiiinriiMocTb давления сублимации от температу-
ра h .1 ьИ1Н ЦП р||Г 3.
Рис. 3. Зависимость давления сублимации р над твердым СО2 от температуры t
в условиях равновесия кристалл — пар.
10
Плотность диоксида углерода на линиях насыщения дана в
приложении 1 (см. табл. 1, 2 и 4).
Плотность жидкого диоксида углерода р' (в кг/м3) рассчиты-
вают по интерполяционному уравнению
р' « 468,0 + 123,2650°•391377 — 0,9898570 + 20,17055.10—30« — 0,1 • 1О~’0»,
где 0=ГИр—Г.
Плотность твердого диоксида углерода ртв (в кг/м3) подчиня-
ется интерполяционному уравнению
Ртв = 1501 + (Т„ - Т) [4,8 (То - Т) + 247]-110э.
Уравнение выведено В. В. Алтуниным на основании использо-
вания экспериментальных данных о плотности СО2 в интервале
температур 20—194 К.
Плотность твердого СО2 при получении его методом заморажи-
вания жидкого СОг колеблется от 1501 (при тройной точке) до
1719 кг/м3 (при 0 К), в льдогенераторах — от 1100 до 1300 кг/м3,
а при выработке прессовым методом плотность твердого СОг со-
ставляет 1500—1600 кг/м3. Плотность твердого диоксида углеро-
да при получении его вымораживанием из газовых смесей изменя-
ется от 900 до 1700 кг/м3 в зависимости от объемной концентрации
СОг в газовой смеси, температурного напора, продолжительности
процесса и скорости движения газовой смеси над охлаждаемой
поверхностью [30, 36].
Приведенные в приложении 1 (см. табл. 2) значения энтальпии
и энтропии жидкого и газообразного диоксида углерода были рас-
считаны по уравнению состояния, твердого СОг — получены
В. В. Алтуниным численным интегрированием сглаженных экспе-
риментальных данных, опубликованных ранее, а для пара над
твердым СОг — по соотношениям:
iK = in + r, S"^S„ + rlT.
Теплоемкость жидкого и газообразного диоксида углерода на
линии насыщения приведена в приложении 1 (табл. 5). Значения
теплоемкости рассчитаны по уравнению состояния.
Теплоемкость газообразного СОг при 0°С и атмосферном дав-
лении соответственно ср = 0,85 и с„ = 0,65 кДж/(кг-К). Показатель
адиабаты:
К = ср/с0= 1,308.
Теплоемкость твердого диоксида углерода от тройной точки до
—100"С в среднем равна 1,2 кДж/(кг-К). Как видно из приложе-
ния 1 (табл. 6), с понижением температуры теплоемкость снижа-
ется.
Скорость распространения звука на линии насыщения и в од-
нофазной области показана в приложении 1 (табл. 7). В насы-
щенном паре она примерно равна критической скорости, а в на-
сыщенной жидкости увеличивается с понижением температуры от
Окр до 5 акр в тройной точке.
<«
I t« «till HI 'Hi IRA
I ii|i4 tiiuii шипи ид углерода представляет собой бесцвет-
iH .к’кулярной массой 44,009. СО2 тяжелее
, без запаха и вкусам Слегка кисловатый
раствор. ^Чнепие о том, что газообразный
н |кна имеет запах, очевидно, обусловлено наличием
। о-, и.in же химическими явлениями в обонятельных
ах С()2 не горит и не поддерживает горения обычных
iiiph»‘iii\ HiiiHi. СО2 гасит пламя вследствие снижения концентра-
ции кислорода и (или) паров горючего вещества в воздухе до
иг ।Ionin।«I, при которой горение прекращается. Свеча гаснет в
воздухе, содержащем ~12 % СОг.
Молекула диоксида углерода имеет симметричную форму. Ее
пруктурная формула О=С=О с расстоянием С—О, равным
1,162 А. Химические связи между атомами молекулы ковалентные
полярные. Дипольный момент СОг равен нулю.
Молекулы газообразного диоксида углерода в «нормальных»
условиях имеют следующие газокинетические характеристики:
Средняя арифметическая скорость молекулы, м/с 378
Средняя длина свободного пути молекул, м 4,4-10*8
Среднее число столкновений одной молекулы 8,6 L109 В 1 с
Диаметр молекулы, м 4* (3,55-4,68) 10“10
Число молекул, ударяющихся в 1 см2 поверхности ~ 3,204-1О20
в 1 с при 0 оС и давлении газа 133,3 Па
Жидкий диоксид углерода, являющийся бесцветной жидко-
стью, может существовать только под давлением при соответст-
вующей температуре, а насыщенный — в диапазоне температур от
критической до тройной точки.
Твердый диоксид углерода представляет собой кристаллическое
тело белого цвета, обладающее островными структурами. Роль
островов играют молекулы. Кристаллы диоксида углерода — мо-
лекулярные кристаллы, которые имеют кубическую форму (длйна
ребра около 5,64 А, а число молекул 4). Интерполяционйая фор-
мула постоянной решетки кристалла'(в А) имеет вид
а0 = 5,54 + 4,679-1 О-в?2.
Решетка кристалла гранецентрированпая, кубическая. Оба
атома кислорода О каждой решетки лежат на одной прямой с
атомом углерода С.
Газообразный диоксид углерода при замораживании превра-
щается в кристаллы или сплошную прозрачную массу льда. При
дросселировании жидкого СОг до атмосферного давления дио-
ксид углерода получается в снегообразном виде, а при медленном
охлаждении и замораживании жидкого СОг—в виде прозрачной
массы, которая очень быстро становится светонепроницаемой, так
как из-за термического расширения в ней возникают многочислен-
ные трещины. В случае получения твердого диоксида углерода из
12
газовых смесей методом вымораживания на охлаждаемой поверх-
ности в зависимости от условий он выпадает в виде кристаллов
или прозрачной стеклообразной массы высокой плотности [30,36].
Величины коэффициентов переноса на линии равновесия жид-
кость — пар приведены в приложении 1 (табл. 8).
Коэффициенты вязкости и теплопроводности жидкого и газо-
образного диоксида углерода в однофазной области при темпера-
турах 220—400 К и давлениях 100—40000 кПа даны в приложе-
нии 1 (табл. 9 и 10). Данные таблиц получены В. В. Алтуниным
[1] расчетным путем на ЭЦВМ по уравнениям Алтунина и Са-
хабетдинова на основе статистической обработки опубликованных
до 1971 г. экспериментальных данных. На рис. 4 показана зависи-
мость T]=f(p, Т).
Коэффициент динамической вязкости диоксида углерода при
атмосферном давлении т| (в Па-с) рассчитывают по формуле
т| = т°’5 (2722,4646 — 1663,4607т“1 + 466,92059~2) 10“8.
Здесь х—Т1ТКр — приведенная температура.
Коэффициент кинематической вязкости v находят по соотноше-
нию динамической вязкости к массе v = ’Igp-1-
Коэффициенты теплопроводности СОг при атмосферном давле-
нии Цв кВт/(м-К)] можно рассчитать по уравнению [1]:
1 = т0’5 (57,286012 — 78,143519т-!+ 49,187118т-»— 11,509435т-*) 10“».
ЛА
и h iinaMHHUi зависимость Л = /(Л р), а а приложении
I значения 1.
Inin ш и । ц’нлопроводности твердого
'«инн но уравнению [29]
0,75Х(Рф/р),
...и 1|1|иц|од||ость и плотность твердого СОг
'"г' , зависящая
игнч инн плотность твердого СОг,
I Irniiiopur значения Л даны ниже.
диоксида углерода
на кривой
способа
от
насыщения;
его промз-
-73,15 -83,15 -93,15 -103,15
0,437 0,465 0,491 0,533
Коэффициент теплопроводно-
сти сухого льда, получаемого
прессовым методом, плотность
которого 1400 кг/м3, будет равен
0,37 Вт/(м-К).
Число Прандтля (Рг = цсрЛ)
газообразного диоксида углерода
при атмосферном давлении в диа-
пазоне температур 0—100 °C в
среднем равно 0,75. На линии на-
сыщения от тройной точки до
критической число Прандтля для
жидкой фазы изменяется от 3
до 23,5, а для газовой — от 0,9
до 23,5.
I, < -56,58 -63,15
К Пг/(м К) 0,397 0,411
Рис. 5. Зависимость коэффициента теп-
лопроводности диоксида углерода X от
давления р и температуры Т:
А К. — насыщенный пар; БК — насыщен-
ная жидкость.
Коэффициент самодиффузии СО2 Dco.-co, (в см2/с) определя-
ют по уравнению [1]
ДСО,-СО, = 0,8613382 — 2,037736т0,5 4. 1,289975т.
Некоторые значения коэффициента самодиффузии даны ниже.
р >95 233 248 273 318 363 393 483
СО,_ео2.см2/с 0,0516 0,0662 0.083 0,097 0,129 0,1613 0,1613 0,2892
Коэффициент диффузии СО2 в воздух при атмосферном давле-
нии несколько выше коэффициента самодиффузии.
т, к
£>в, см®/с
273 293 373 473
0,138 0,165 0,257 0,321
14
Коэффициент взаимной диффузии СОг в некоторых газах при
атмосферном давлении и положительных температурах D можно
определить по формуле
D = Do (Т/273)л,
где Dq — коэффициент взаимной диффузии при О °C; п — показатель степени,
и п для некоторых газов имеют следующие значения:
Do, сма/с п
СО2 “ (. 02 со2 - 02 0,0965 0,138 1,90 1,80
Н2 - со2 0,575 1,76
Н2О со2 0,146 1,84
Не - СО2 0,494 1,80
Nj СО2 0,144 1,73
СО2 0 ’42 1,70
Коэффициенты самодиффузии и диффузии при увеличении дав-
ления уменьшаются.
Коэффициент диффузии диоксида углерода в водных растворах
на порядок выше коэффициента самодиффузии. При 18 °C он ра-
вен 1,26 см2/с.
Термический коэффициент объемного расширения сжатого га-
зообразного и жидкого диоксида углерода приведен в приложении
1 (табл. 12).
Зависимость термического коэффициента линейного расшире-
ния твердого диоксида углерода от температуры на линии насы-
щения а дана в приложении 1 (табл. 13).
Термический коэффициент объемного расширения ртв твердого
диоксида углерода, являющегося изотропным телом, находят из
выражения
Ртв =
Для диапазона температур от тройной точки до —118 °C 0ТВ
имеет следующую зависимость от температуры:
t ос -56,57 70 -80 -102 118 )64
j0tb, !/К 0,00185 0,00142 0,00117 0,00098 0,00091 0,00080
Коэффициент поверхностного натяжения насыщенного жидкого
диоксида углерода о с повышением температуры уменьшается и
в критической точке равен нулю. Коэффициент поверхностного на-
тяжения имеет следующие значения:
t, °C -56,57 -52 -25 0 \ 20 30
а, Н/м 0,017 8 0,0165 0,009 8 0,0046 0,0014 0,0010
С достаточной степенью точности ст можно рассчитать по фор-
муле
с=0,080907(1 — Т/304,2)1’245.
If
Диэлектрическая проницаемость диоксида углерода примерна
одинакова с диэлектрической проницаемостью азота и кислорода;
Диоксид углерода является неэлектропроводной средой. Диалект
рическая проницаемость газообразного диоксида углерода ’cd
примерно равна 1 и почти не зависит от давления, жидкого СО)
«со, изменяется от 1,42 (при околокритических условиях) до 1,7с
(при условиях, близких к тройной точке).
Удельная электрическая проводимость жидкого диоксида угле-
рода зависит от чистоты жидкости и колеблется от 10-16 до 10-и
См/м.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Одним из основных физико-химических свойств диоксида угле-
рода является растворимость.
Газообразный диоксид углерода хорошо растворяется в жидко-
стях. В воде его растворимость увеличивается с понижением тем<
пературы и повышением давления. На рис. бив приложении 1
(табл. 14) показана зависимость растворимости газообразной
диоксида углерода от температуры и давления. В водном раствора
СОг, находящемся под давлением, при охлаждении образуются
гидраты (СО2-8Н2О), температура разложения которых зависит от
давления:
О
1р13ЛОЖ., °C
р. кПа
10
112,2 12Ь5 4671,6
Растворимость СОг в водном льду при —5°С-=—20 °C состав-
ляет 0,05—0,001 от растворимости СО2 в воде при 0°С.
Растворимость СО2 в сыво-
Рис. 6. Зависимость растворимости
диоксида углерода в воде от дав-
ления р и температуры I.
ротке крови человека равна
0,00116 г/л.
Растворимость СО2 в спирте
и водно-спиртовой смеси выше
примерно в 2 раза, чем в воде.
При 0 °C в спирте растворяется
около 6 кг/м3, при 25 °C — 4 кг/м3.
Газообразный диоксид угле-
рода хорошо растворяется в орга-
нических растворителях (ацетоне,
этаноле, метаноле, бензине, хло-
роформе и др.). При этом ко-
эффициент растворимости тем
, выше, чем ниже температура.
Растворимость СО2 в водных растворах неорганических ве-
ществ ниже, чем в чистой воде, и понижается с увеличением кон-
центрации неорганического вещества в водном растворе и с повы-
шением температуры.
16
Жидкий диоксид углерода хорошо растворяется в спирте и
»фире.
Твердый СОг хорошо растворяется в спирте, эфире и других
жидкостях, у которых низкая температура замерзания. При сме-
шении твердого СОг с этими жидкостями при атмосферном давле-
нии достигаются следующие температуры:
Хлористый МСТИЛ
Ацетон
Хлороформ
- 82 °C Треххлористый фосфор -76 °C
- 78 °C Этиловый спирт 72 °C
- 77 °C Хлористый лил - 60 °C
При смешении твердого СО2 с эфиром в зависимости от соот-
ношения количеств смешиваемых веществ температуру смеси мож-
но довести почти до —100 °C:
Эфир, % по объему 52,6 54,6 63,4 69,4
Твердый СО2, % по объему 49,4 45,4 36,6 30,6
1,°С -78,6 -83,5 -92,5 -98
Растворимость водяных паров в газообразном СОг (т. е. влаж-
ность СОг) при атмосферном давлении показана на рис. 7 и в
Рис. 7. Номограмма зави-
симости растворимости во-
дяных паров в газообраз-
ном СО2 от температуры
при нормальных условиях.
приложении 1 (табл. 15). По данным Всесоюзного научно-исследо-
вательского конструкторско-технологического института холодиль-
ной промышленности (ВНИКТИхолодпрома — ранее ВНИХИ),
17
содержание водяных паров в сжатом до 2000—7000 кПа газоо1.и
разном диоксиде углерода и охлажденном до 20—40 °C составляв
0,5—0,29г/кг СОг, что соответствует температуре точки росы!
СО2, сдросселированном до атмосферного давления, равня...
— 184—24 °C. Ге
Влажность газообразного диоксида углерода, получающегоЖт
методом газификации сжиженного диоксида углерода, который
подвергался специальной осушке, увеличивается по мере опорожц
нения емкости. Согласно данным ВНИКТИхолодпрома, в баллоЛ(
с неосушенным жидким диоксидом углерода содержание водяшХ.
паров в газовой фазе СО2, равное при полном баллоне 0,375 г/мГ
к концу опорожнения его увеличивается в 2 раза. Растворимость воды в жидком СОг уменьшается с понижением температуры: 1
t, °C 22,6 20 13 5,08 0 -20 -29а
мг Н,О/мг СО2 1040 1000 900 639 530 270 19Я
% массы 0,1 од 0,09 0,06 0,05 0,02 о.о!
1
По данным ВНИКТИхолодпрома, фактическое содержание вс|
ды, растворенной в сжиженном СО2 (при р=70004-4000 кПа 1
/ = 304-20 °C), не осушенном специально, составляет 500-j
700 мг/кг. !
По данным ВНИКТИхолодпрома, растворимость водяных па
ров в твердом СО2 составляет 0,06—0,13 г/м3.
Растворимость масла в жидком СО2 в равновесных условия;
при равенстве плотностей масла и жидкого СО2 может достич]
0,9—1 % по массе.
Максимальная растворимость масла, плотность которого npi
20 °C равна 0,85 кг/дм3, наблюдалась при 10 °C:
г>°с 25 20 10 0 ‘ -20 I
Растворимость, 0,7 0,84 0,9 0,8 0388 I
% по массе' I
Согласно данным ВНИКТИхолодпрома, фактическое содержа-!
ние масла в жидком СО2 ниже равновесного, однако достигает!
90—100 мг/кг в результате накапливания масла на стенках транс-’
портных емкостей. Как правило, промывка этих емкостей осу-
ществляется лишь после многократного их употребления.
Растворимость масла в газообразном СО2, сжатом в смазывае-
мых компрессорах до 2500—7000 кПа и охлажденном до 30—’
40°C, составляет около 1—4 мг/кг СО2 (10-4 % по массе).
Жидкий СО2 — хороший избирательный растворитель болыпин-'
ства ароматических веществ; не растворяет соли, сахара, амино-
кислоты, пептиды.
(ИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Диоксид углерода не горит и не поддерживает горения. Реак-
(ия между обезвоженным диоксидом углерода и другими соеди-
<ениями может происходить только при высоких температурах. При
•том СОг проявляет себя активным окислителем и реагирует с
ильно электроположительными металлами, отдавая полностью
1ли частично свой кислород. Диоксид углерода при высокой тем-
пературе, восстанавливаясь в СО, окисляет железо, кремний и
сурьму.
В присутствии окиси меди и при 200 °C СОг реагирует с водо-
родом, образуя метан:
СО, + 8Н = СН4 + 2Н,О.
При температуре красного каления СОг с кальцием дает карбид
и окись кальция:
5Са + 2СО, = СаС, + 4СаО.
При той же температуре СОг с сероуглеродом в присутствии
меди образует окись углерода и серу:
СО, 4-CS, = 2СО 4-S,.
При температуре 160—200 °C и давлении 10000—40000 кПа
СОг с аммиаком дает мочевину:
СО, + 2NH, = СО (NH,),*+ Н,СО.
При пропускании СОг над раскаленным углем образуется окись
углерода:
СО, + С = 2СО — 160 МДж.
При осуществлении этой реакции равновесное содержание СО
в газовой смеси зависит от температуры:
СО> % 2 57,7 94,0 99,3
!-°с 450 700 800 1000
При температуре ниже 800 °C равновесие устанавливается
лишь в присутствии катализатора.
Восстанавливают СОг только очень активные металлы и гидри-
ды металлов и при высоких температурах — магний при 600 °C,
кальций при 700 °C.
Щелочноземельные металлы сгорают в СОг:
2Mg + СО, = 2MgO + С.
Хотя в химическом отношении СО2 не является активным сое-
динением, но в водных растворах положение существенно изменя-
ется. При растворении в воде СО2 почти не соединяется с ней. Его
гидроксид — угольная кислота Н2СО3, являющийся слабой кисло-
той, существует лишь в момент ее образования и снова разлага-
ется:
Н,0 + СО, Н,СО, Н+ + НСО3“ 2Н+ -{- СО72.
1»
В виде кислоты в воде находится только около 0,1 %. Конм
рация ионов водорода pH в водных растворах диоксида углеЦ
практически почти не зависит от давления и содержания ССИ
воде. При изменении давления от 100 до 2340 кПа и концентре
СОг в воде от 2 до 80,5 г/л концентрация ионов водорода соей
ляет 3,5—3,2. Я
Вследствие кислотных свойств водного раствора СОг мне
реакции в нем происходят произвольно.
Угольная кислота, как двухосновная, образует два ряда соя
средние и кислые. Средние соли угольной кислоты являются ц
бонатами (СаСОз— карбонат кальция), а кислые — гидрокарбО<
тами (СаНСОз — гидрокарбонат кальция). 5
При горении топлива получается диоксид углерода. Реах|
происходит с выделением тепла:
С4-0, = СО,+ 412 МДж. |
Диоксид углерода получается также в процессе произвола
негашеной извести — оксида кальция. Реакция протекает с nori
щением тепла: •
СаСО, = СаО + СО, — 1776,5 кДж.
Диоксид углерода термически устойчив, диссоциирует на’ (
и ’/2 Ог при очень высоких температурах. Доля диссоциируема
СО2 при 2000 °C составляет 2 %, при 2900°C — 50 %, при 5000
99 %. Процесс ускоряется под действием ультрафиолетовых луч!
высокого давления и электрозаряда.
Обезвоженный газообразный и жидкий диоксид углерода .
корродирует металлы. Диоксид углерода, содержащий воду, моЖ
вызвать коррозию металлов.
II. СЫРЬЕ t, J
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СЫРЬЯ, ИСПОЛЬЗУЕМОГО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СО,
При производстве диоксида углерода можно использовать р|М
личное сырье, условно подразделяющееся на три группы (табл. Ци
группа А — бросовые промышленные газовые смеси, богаП
диоксидом углерода; к этой группе относят также диоксид угле$
да природного происхождения;
группа Б — сырье, расходуемое специально на произволе!
диоксида углерода; 1
группа В — дымовые газы или другие газовые смеси, бедя
диоксидом углерода. 1
В зависимости от вида сырья применяют соответствующую 11
нологическую схему производства диоксида углерода. При испо!
зовании сырья группы А, содержащего компоненты, от котом
нельзя очистить СОг без изменения его агрегатного состояния, 1
стый’ СОг первоначально получают в жидком виде, сырья груш
Б — газообразный СОг; а из сырья группы В — СОг в тверд!
виде.
20
1
Таблица 1
Сырье Состав исходных газов, % по объему
Содержание СО, Содержание прочих компонентов
П|иц(1пые промышленные газовые »ш»г и и СОа природного происхож- дении газы брожения 98—99,8 0,2—2 — воздух; Н,О;
*кспанзерные газы от произ- водства аммиака после водной очистки и од- 80—94 органические примеси Na — 6 — следы; СО—5—0,1;
ной ступени снижения давле- ния воды после водной очистки и вто- 98-99 На — 4—5; Na — 6-1; HaS < 20 мг/пм3 На — 2—1; HaS < 20 мг/нм3
рой ступени снижения давле- ния воды после моноэтаноламиновой 99,5—99 Na; НаО; HaS < 20 мг/нм3
очистки после производства СО, на 97,7—99 NHS —0,02; HaS— 0,12;
базе коксового газа газы, отходящие от произ- 99—99,5 ароматические и др. Na; СО; воздух
водства защитного азотного rasa газы, отходящие от произ- 99—99,5 1—0,5 — воздух; ароматичес-
водства мыла диоксид углерода природного 92—99,5 кие воздух; N,; СН4 и др.
происхождения Тпплмво в виде продуктов его НМГания (пар и дымовые газы) дымовые газы от сжигания 9—18 N3; О>< 2^4_
топлива
дымовые газы от известково- 20—40 N,; О, <2+4
обжигательных печей Дымовые газы или другие газовые 9—40 N2;. О,
ЮКИ
НОСОВЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ГАЗОВЫЕ СМЕСИ И СОг ПРИРОДНОГО
ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Газы брожения. Диоксид углерода является отходом производ-
им спирта из пищевого и непищевого сырья на спиртовых, гидро-
1Н1НЫХ, ацетоно-бутиловых заводах, из сульфитных щелоков цел-
«шлочных заводов, а также производства пива на пивоваренных
^впдих. В ходе процесса брожения — основного технологического
•♦рнцссса производства спирта, пива и других продуктов, выраба-
iMMi'Mux на этих заводах, в качестве побочного продукта получа-
СО2, который утилизируется для производства товарного СОг
иди выбрасывается в атмосферу. На спиртовых заводах процесс
йрожгния в конечном счете сводится к разложению моносахаров
«й спирт и СО2. Процесс можно описать следующими суммарными
.равнениями:
21
при сбраживании сахара в присутствии дрожжей
С.Н12О. -> 2С2Н6ОН + 2СОа;
при использовании мелассы
С1ЛА1 + Н,О - 2С,Н,8Ов - 4СаН6ОН + 4СОг.
дисахар моносахар
В соответствии с этими уравнениями теоретическое количест:
образующегося при брожении СО2 составляет 95,5 % от масс
спирта, 51,3 % от массы дисахара и 48,85 % от массы моносахар
Практический выход спирта и соответственно СО2 несколько мен
ший.
При получении спирта используют различное сырье: карт
фель, зерно хлебных злаков, свеклосахарную патоку и др. В зав:
симости от содержания в исходном сырье крахмала или caxaj
теоретический выход СО2 может изменяться (табл. 2).
Таблица 2
Некоторые виды сырья Среднее содержание крахмала или сахара, % по массе Выход спирта из 1 т сырья Теоретический выход СО.
л кг ИВ 1 V сырья, кг кг на 1 л спирта !
Картофель 18 93—117 74—93 89 0,90-0,71
Зерно хлебных злаков 50 280—310 224—246 241 0,86—0,71
Свеклосахарная патока (мелассная бражка) 47 310 250 234 0,76
По данным Харьковского конструкторского бюро научно-прош
водственного объединения пиво-безалкогольной промышленности
фактический выход диоксида углерода обставляет 0,4 кг на 1 j
спирта вследствие неритмичности процесса брожения.
Частично СО2 остается растворенным в бражке, улетучиваете:
во время промывки и дезинфекции оборудования. Чабть сахаро
затрачивается на побочные виды брожения и жизнедеятельност
дрожжей.
Для осуществления процесса брожения на спиртовых завода:
применяют закрытые бродильные чаны. Продолжительность пол
ного брожения 40—60 ч. В начальный период брожения сначалв
смесь СО2 с воздухом выпускают в атмосферу. Затем СО2 по^
избыточным давлением 1000—1500 Па направляют на производст»
во. Чтобы обеспечить бесперебойную подачу чистого СО2 на про-
изводство, бродильные чаны включаются в работу последователь-
но через определенные интервалы времени.
При установившемся режиме процесса брожения выделяются
газы, содержащие СО2 в количестве 98—99,8 % по объему. Кроме
того, в газе содержатся (в % по объему) воздух в количестве 0,3—
1,0, водяные пары — 0,5—0,9; органические примеси — 3—16 мг/л
22
Х>2. Согласно данным ;{5], органические примеси (в мг на 1 л
;О2) в зависимости от исходного сырья могут иметь следующий
остав:
Спирты (метиловый, этиловый, Над мелассной бражкой 10 Над зерновой бражкой менее 1
н-пропиловый, фтор-бутиловый, изобутиловый, н-бутиловый) Альдегиды 1 менее 1
Органические кислоты 0,5 - 1 0,5-1
Сложные эфиры U5 менее 0,5
В реальных условиях производства содержание воздуха в газе
может быть значительно большим и составляет до 3—6 % по объе-
му. Причинами этого может быть подсос воздуха через неплотности
в трубопроводах от бродильных чанов до компрессора, насыщение /
сусла воздухом и дальнейшее его выделение из сусла, находящего- /
ся в бродильных чанах, нарушение технологического режима бро-
жения и т. д^_ ________ —-------- -----------------------\
Как "Правило, бродильное отделение отдалено от установки для
утилизации диоксида углерода на 200—500 м.
При отсутствии баланса между количеством выходящего из бро-
дильных чанов СО2 и производительностью компрессоров, сжима-
ющих СО2, в трубопроводах может создаваться вакуум, что и вы-
зывает подсос воздуха в систему. Кроме того, в реальных услови-
ях производства происходят подхватывание и унос газом капель
сусла из бродильных чанов.
Для получения чистого СО2 из газов брожения необходимо
освободить газ от капель сусла, очистить газ от органических при-
месей и не допускать попадания воздуха в газ. Если воздух все-
таки попадает в газ, то необходимо освободиться от него. Однако
это можно осуществить лишь на стадии производства жидкого
СО2.
СО2, получаемый из газов брожения, очищается следующим об-
разом. После бродильных чанов газ поступает сначала в пеноло-
вушки, а затем в спиртоловушку, которая представляет собой
колонный аппарат с тарелками или насадкой. Сверху в аппарат
поступает вода, снизу — газ. Газ промывается водой, а вода насы-
щается продуктами брожения. Промывка происходит тем эффек-
тивнее, чем холоднее промывная вода. По выходе из спиртоловуш-
ки вода содержит до 1,5—2 % спирта. Из спиртоловушки газ по-
ступает на повторную промывку водой в скруббер насадочного
типа и в промывную колонку с раствором марганцовокислого ка-
лия. В том и другом аппаратах газ отмывается от органических
примесей. Вода поглощает органические примеси до 10 мг на 1 л
СО2.
В некоторых случаях для очистки СО2 от органических приме-
сей перед компрессором устанавливают адсорбционные колонки с
активным углем. Однако практически эти колонки превращаются
23
F
В отделители капельной влаги. Активный уголь в первые же ча В1
работы колонки, насыщаясь влагой, перестает работать как г ti
сорбент. Осуществление же регенерации активного угля эконом а
чески себя не оправдывает, так как влажность несжатого га и
очень велика.
Промытый газ направляется в компрессоры на сжатие. В цел
предотвращения падения давления в системе до вакуума и соо
ветственно попадания воздуха в газ иногда после скруббера пер<
компрессором устанавливают металлический или резино-тканев!
газгольдер, с помощью которого выравнивается возможный деб
ланс СО2 в системе. Для этого же на линии до компрессора п|
необходимости располагают водокольцевой компрессор или вак
ум-насос, в котором газ сжимается до 50—250 кПа.
Из спиртоловушки и скруббера воду сливают через надежи
гидрозатворы.
На гидролизных заводах этиловый спирт вырабатывают из др
весины, опилок и других отходов лесопильных и деревообрабат!
вающих заводов, а также из растительных сельскохозяйственнь
отходов и отходов масло-жировой промышленности (подсолнечна
лузга, хлопковая шелуха и т. д.). Из каждой тонны абсолютно с
хой древесины получается 170—200 л спирта и соответственно
учетом потерь 68—80 кг СО2 с 1 т сухой древесины.
При этом продукты брожения ничем не отличаются от проду
тов брожения, получаемых на спиртовых заводах, и очистка С(
осуществляется аналогичным образом.
На ацетоно-бутиловых заводах исходным сырьем для про»
водства бутилового спирта и других растворителей (ацетона, эт!
нола) являются такие крахмалсодержащие вещества, как мук:
Ацетоно-бутиловое брожение сопровождается обильным выделен!
ем СО2 и водорода. При утилизации СО2 его очищают от водород
промывкой газов брожения под давлением водой. При этом СС
освобождается от водорода не полностью. Окончательную очисти!
СО2 от водорода осуществляют на стадии получения жидкого СО
На целлюлозных заводах диоксид углерода является побочны!
продуктом, образующимся при переработке сульфитных щелоко
на этиловый спирт и кормовые дрожжи. На производство спирт
горячий сульфитный щелок поступает из варочного цеха целлк
лозного завода. Hl щелока, полученного от 1 т целлюлозы, получа
ют 50—125 л спирта и соответственно с учетом потерь — 20—50 к1
СО2 из 1 т целлюлозы. •
На пивоваренных заводах брожение пивного сусла осуществля-
ется в две стадии: главное брожение и дображивание. При глав-
ном брожении происходят сбраживание основного количества са-
харов, содержащихся в пивном сусле, и выделение СО2. В процессе
брожения сусла выделяется примерно 0,5 кг СО2 на каждый ки-
лограмм сброженного экстракта. В среднем это составляет около
28—30 г на 1 л готового пива. Главное брожение производят в
закрытых (или открытых) бродильных чанах в течение 6—10 сут
при 4—9 °C. В результате главного брожения получают молодое
24
зеленое) пиво, которое поступает на дображпванпе. При добра-
(нвании происходят медленное сбраживание оставшихся сахаров,
асыщсние пива диоксидом углерода, осветление и созревание
ива. Дображивание пива производят в закрытых лагерных танках
ри 1—4 °C и 130—150 кПа в течение 21—90 сут в зависимости от
орта пива.
Насыщение пива диоксидом углерода — одна из целей дображи-
1ания пива.
Диоксид углерода улучшает вкус пива, способствует пенообра-
ованию и сохранению его качества, подавляя развитие в нем по-
сторонних и вредных микроорганизмов.
Перед розливом пива в бутылки его дополнительно насыщают
[иоксидом углерода, чтобы компенсировать потерю СОг из пива,
юторая происходит в момент наполнения бутылок.
Содержание СОг в пиве составляет 0,39—0,41 % по массе при
30 кПа и 0,47—0,48 % по массе при 150 кПа. Поскольку при про-
(зводстве пива диоксид углерода расходуется на получение пива,
I также неизбежно теряется в процессе технологической перера-
1отки пива, выход СОг в качестве побочного продукта составляет
не более 15—20 г с 1 л пива [61.
В результате побочных реакций, происходящих при брожении
пивного сусла, СОг может обладать неприятным посторонним за-
пахом. Поэтому к этапам очистки СОг, получающегося от спирто-
вого брожения, добавляется промывка газа содовым раствором в
содовом скруббере, который устанавливают перед промывной
колонкой с раствором марганцовокислого калия.
Экспанзерные газы * от производства аммиака. Используемая
для производства СОг газовая смесь, которая является отходом
производства аммиака, может иметь различный состав. В зависи-
мости от конкретной схемы получения исходного газа (синтез-газ),
используемого для синтеза аммиака, состав газовой смеси может
быть различным. Наиболее распространенные промышленные схе-
мы синтеза аммиака основаны главным образом на использовании
топлива как исходного сырья. Они могут осуществляться по цело-
му ряду вариантов. Любой вариант включает этап освобождения
полученного газа от СОг и сброса его на утилизацию или в атмос-
феру.
Наиболее старым методом удаления СО2 из синтез-газа явля-
ется метод водной абсорбции, осуществляемый под давлением.
Выходящая из абсорбера вода поступает в турбину агрегата мо-
тор— насос — турбина в целях использования энергии сжатой во-
ды. При снижении давления воды (экспансии) происходит десорб-
ция поглощенных в абсорбере газов, т. е. выделение смеси газов,
называемых экспанзерными, большую часть которых составляет
СОг. Снижение давления воды осуществляется в одну (до 350 кПа)
♦ Принято, что газы, отходящие от производства аммиака, называют экспан-
зерными при использовании любого метода очистки синтез-газа от СО^.
25
либо в две (до 120 кПа) ступени. При использовании двухступе
чатого снижения давления воды СОг получается более чистым.
В зависимости от места отбора и числа ступеней снижения да
ления воды состав экспанзерных газов (в % по объему) моно
быть следующим:
После первой ступени После второй ступени
со2 80-94 98-99
н2 4-5 2-1
N, 6- 1
H2S от 20 мг/нм3 до следов
Кроме метода водной абсорбции СО2 из синтез-газа наибол<
часто применяют абсорбцию СОг раствором моноэтаноламш
(МЭА). При использовании этого метода СО2 получают очень bi
сокой чистоты (100%). В СО2 могут содержаться следы МЭА
сероводород, который попадает из синтез-газа. Раствор МЭА по
лощает и выделяет сероводород даже несколько активнее, че
СО2.
По данным Государственного института азотной промышле
ности (ГИАП), состав экспанзерного газа должен быть следу!
щим (% по объему):
СО2 — 98—98,9; СО —до 0,1; Н2—1 — 1,9; H2S — до 1 мг/нм
N2, Аг, СН4, моноэтаноламин — следы. <
Таким образом, очистка экспанзерных газов, поступающих и
производство СО2, на этапе перед их сжатием заключается в осва
вождении их от сероводорода и следов паров МЭА. 1
Для удаления сероводорода чаще всего используют влажнуя
(до .30—40 % влаги) поглотительную массу, в состав которой вх|
дят болотная руда (95,5 % по массе), древесные опилки (4,0 %]
и гашеная известь (0,5 %).
Активной составной частью болотной руды является гидро
окись железа Fc(OH)3, которая связывает сероводород до серня|
стого железа: *' |
3H,S + 2Fe (ОН), Fe,S, + 6Н,О. 1
Процесс очистки от сероводорода осуществляют при атмосфер)
ном давлении и температуре окружающей среды. Поглотительна!
масса регенерируется кислородом воздуха в присутствии водяноп
пара:
2Fe,S, + 30, + 6Н,0 = 4Fe (ОН), + 6S.
Поглотительная масса считается отработавшей, когда содержа
ние серы в ней достигает 50 % (в пересчете на сухую массу). На
капливающаяся в массе сера постепенно обволакивает частиц!
активного Ре(ОН)з и затрудняет доступ к ним сероводорода
Отработавший поглотитель заменяют свежим.
26
Для очистки экспанзерного газа кроме болотной руды приме-
лют активный уголь, рутенево-палладиевый катализатор, а также
пиковый поглотитель ГИАП-10, предназначенный для„ тонкой
чистки газов от сернистых соединений, изготовляемый по ТУ
•03-380—77.
Так, па предприятии, выпускающем около 25 т в сутки сухого
|»>да и жидкого диоксида углерода, используется экспанзерный газ
лсдующего состава (в % по объему): СО2—96—98; СО — 0,6—
,5; Н2 —0,6—1,5; N2—1,—1,5; О2 —0—0,2; H2S~до 2,15 мг/нм3.
Экспанзерный газ очищается следующим образом. Сначала
кспанзерный газ, проходящий через влагоотделитель, поступает
башню с болотной рудой, в которой очищается от сероводорода,
атом попадает в фильтры с активным углем для очистки от орга-
щческих примесей, следы которых могут присутствовать в экспан-
1ерных газах. Подогретый в регенеративном теплообменнике эк-
шанзерный газ поступает в контактный аппарат, в котором горю-
ше компоненты (О2, СО и Н2) сжигаются на рутснево-палладие-
юм катализаторе РПК-1. Газ охлаждается в регенеративном теп-
лообменнике, промывается в водяном скруббере, освобождается от
шпельной влаги во влагоотделителе и сжимается в компрессорах.
После очистки экспанзерный газ содержит СОг — 96—98 %, СО^
<0,5%, О2«0,2 %, H2S — отсутствует. От оставшихся примесей
газ освобождается на стадии производства жидкого диоксида уг-
лерода.
На предприятии, выпускающем около 50 т в сутки жидкого
диоксида углерода, очистка экспанзерного газа от всех компонен-
тов, кроме сероводорода, осуществляется па стадии производства
жидкого СО2. Предприятие использует экспанзерный газ следую-
щего состава (в % по объему): СО2^96,5; Ог—0»6—1; Н2^1;
СОС1; N2—2; H2S—3 мг/нм3.
Исходным сырьем для производства жидкого^ СО2 и сухого льда
на коксогазовом заводе является экспанзерный газ следующего
состава (в % по объему): СО2—97,7; синильная кислота — 0,035;
NH3—0,019; H2S—0,12; нафталин—176 мг/м3 и ароматические уг-
леводороды в пересчете на CgHe—483 мг/м3.
Очистка экспанзерного газа осуществляется следующим обра-
зом. Экспанзерный газ, сжимаемый до 170 кПа в газодувке, посту-
пает на промывку водой в насадочный скруббер, где промывается
от растворимых примесей (аммиак и др.) Далее в насадочном
скруббере газ промывается содово-гидрохиноновым раствором от
примесей, содержащих серу. Состав раствора: 20—30 г/л соды и
I—2 г/л гидрохинона. Затем газ, промываясь в водном скруббере,
после подогрева в регенеративном теплообменнике и электроподо-
гревателе до 400—450 °C поступает в камеры сжигания. В камерах
сжигания в присутствии катализатора дожигаются органические
соединения. После камер сжигания газ охлаждается в регенера-
тивном теплообменнике и холодильнике газа, промывается в про-
мывной колонке 5 %-ным раствором марганцовокислого калия, а
в насадочном скруббере—водой. После влагоотделителя поступает
27
Ir
побочный продукт производства азот»
йй1ни1иено пил I Li |»я ie мсiаллургических и машиностроитель»
1нио\<»шм азотный защитный газ — газ, не содержа»
кт nipooi Лютый защитный газ получают сжиганием природе
io газа с недостатком кислорода (коэффициент избытка возд»
при сжигании газа поддерживают 0,9—0,95) и очисткой полу»
шихся дымовых газов от СО2. Затем азотный защитный газ, codfl
ящий из N2 (96—97 % объемных), Н2 (1,5^2 % объемных) и fl
(1,5—2 % объемных), после глубокой осушки поступает в тери
ческие печи, а СО2 выбрасывается в атмосферу или утилизируе!
для производства товарного продукта. I
Для очистки дымовых газов от СО2 применяется абсорбцион!
десорбционный способ. I
Отбор СО2 на утилизацию осуществляется таким образом, ч!
бы исключить влияние системы отбора СО2 на работу оборудо!
ния, в котором используется защитный азотный газ. С этой цел!
на линии отбора СО2 устанавливают регуляторы давления «До I
бя», подача газа к компрессорам осуществляется через газгольд!
что обеспечивает сглаживание неравномерностей в подаче и nd
реблении СО2. 1
СО2, получающийся из отходов защитного азотного газа, о!
шается следующим образом. Газ охлаждается, очищается от 1
ров моноэтаноламина и освобождается от капельной влаги. 1
При работе на твердом топливе устанавливают дополнитсльн
оборудование для очистки газа от следов сероводорода. ]
Газы, отходящие от производства мыла. При производстве М
ла происходит процесс омыления жирных кислот кальцинировя
ной содой, в результате чего получаются мыло-натриевая со!
жирной кислоты, СО2 и вода:
2RCOOH + Na8CO3 2RCOONa + СО2 + HSO.
Здесь R — радикал любой жирной кислоты (для стеариновой кисло
R=Ci7—Н35, для пальмитиновой — R=Ci5—HSj).
Получающийся СО2 выдувают из аппаратуры паром и сжать
воздухом в атмосферу. На некоторых мыловаренных заводах С(
утилизируют.
В процессе производства мыла теоретический выход СО2 С
ставляет 7,8% от массы жира. На мыловаренном заводе, выраб^
тывающем 150—180 т мыла, можно утилизировать до 2 т диоксид
углерода в сутки. I 1
Отходящие газы очищаются следующим образом. Сначала га
освобождается от пейы, капель и твердых частичек продуктов омь
ления, подхватываемых с газом. Затем происходит охлаждение
промывка газа. Перед сжатием газ накапливается в газгольдер!
На одном из комбинатов синтетических моющих средств, мыл
и желатина эксплуатируется установка для выработки жидког
диоксида углерода на базе утилизации отходящих газов. Количс
28
(но газа, получающегося в процессе омыления, составляет НО—
.10 кг/ч. Газ накапливается в резино-тканевых газгольдерах,,
ниположенных на крыше цеха. После реактора газ проходит вла-
иотделитель, промывается в насадочном скруббере 1,5—2 %-ным
„новым раствором и в промывной колонке 0,5—1 %-ным раство-
н>м марганцовокислого калия, поступает во второй влагоотдели-
|с.п>, колонку с активированным углем и направляется на сжатие
И компрессор. Отбор газа из газгольдера и сжатие газа произво-
дится периодически, по мере накапливания газа.
Диоксид углерода природного происхождения. Наша страна
богата источниками минеральной воды, выходящей из-под земли
и насыщенной диоксидом углерода.
Технологическая схема получения СО2 следующая. Из скважи-
ны минеральная вода выходит под избыточным давлением. Воду
направляют в расширительный сосуд, в котором давление падает
до атмосферного. При этом из воды интенсивно выделяется СО;,
который, направляясь в компрессор на сжатие, проходит влагоот-
делитель.
В Венгрии (г. Репцелак) функционирует предприятие по про-
ншодству жидкого диоксида углерода и сухого льда, работающее
на природном диоксиде углерода, давление которого около-
7500 кПа и содержание СО2~90%. Выбрасываемый из скважин
газообразный диоксид углерода очищают от загрязнений и приме-
тен неконденсирующихся газов и ароматических веществ путем-
обезвоживания, дистилляции и адсорбирования.
ПРОДУКТЫ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА
К сырью, специально расходуемому для производства диокси-
да углерода, относят мел и серную кислоту, а также топливо.
В результате реакции между водной эмульсией мела и техни-
ческой концентрированной серной кислотой образуется газ, кото-
рый содержит СО2 (98,0—98,5%), смесь сернистых соединений с
воздухом (2—1,5%).
СаСО3 + H2SO4 -> CaSO4 + СО2 + Н»О.
Получающиеся при этом гипс и воду нс используют, и они
подлежат удалению.
При эксплуатации установок, в которых осуществляется эта
реакция, требуется использование агрессивной серной кислоты и
больших количеств исходных материалов и соответственных за-
трат труда на их перемещение. Поэтому установки для производст-
ва СО2 из мела и серной кислоты применять не рекомендуется.
В некоторых случаях диоксид углерода получают путем сжига-
ния кокса в специальном газогенераторе:
С 4- О, = СО2.
*Часть СО2 проходит в шахте газогенератора через раскален-
1 слой кокса, в результате чего частично превращается в оксид
2»
углерода (СО) :СО2+С = 2СО, который затем дожигается путем т
дачи в газогенератор дополнительного количества кислорода:
2СО + О3 = 2СОГ
На практике, однако, не удается осуществить процесс в газ
генераторе так, чтобы в СО2 полностью отсутствовал оксид угл
рода. Поскольку оксид углерода—вещество ядовитое и опасн
для людей, газогенераторы для производства СО2 применять
рекомендуется.
В результате сжигания топлива в паровых котлах получаюг
дымовые газы, содержащие в зависимости от вида используем
го топлива СО2 (9—20%), а также пар, необходимый для извл
чения из дымовых газов диоксида углерода абсорбционно-десор
ционным способом. Иногда вместо дымовых газов, получающих
непосредственно при сжигании топлива, для производства С
используют газы известково-обжигательных печей, доменные
другие газы. Однако при использовании абсорбционно-десорбц^
онного способа для осуществления процесса десорбции СО2 нео
ходим греющий пар, для получения которого расходуется топлив
ДЫМОВЫЕ ГАЗЫ И ГАЗОВЫЕ СМЕСИ
Получение СО2 из дымовых газов и газовых смесей со сравш
тельно низким его содержанием осуществляется методом вымор!
живания СО2. При этом СО2 выделяется из газовых смесей в вид
кристаллов твердого СО2. Далее в зависимости от потребности
твердый СО2 превращают в газообразное или жидкое состоян^
В отличие от абсорбционно-десорбционного способа получен^
СО2 из газовых смесей способ производства СО2 вымораживание
исключает затраты тепла.
Непосредственное выделение твердого диоксида углерода вь
мораживанием из газовой смеси при соответствующих давления
и глубоком охлаждении можно осуществить следующим образов
путем пропускания потока газовой смеси над поверхностью
охлажденной ниже температуры насыщения диоксида углерод
при ее парциальном давлении в газовой смеси;
путем вымораживания диоксида углерода в объеме газово!
потока, расширяющегося в турбодетандере регенеративной газ<
вой холодильной машины с понижением температуры до состояпг
насыщения СО2, и соответствующего преобразования СО2 за пр<
точной частью турбодетандера в мелкую кристаллическую пыл]
путем совмещения обеих схем.
111. ПРОИЗВОДСТВО ГАЗООБРАЗНОГО ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА
Принципиальная схема производства газообразного дно”
углерода из топлива показана на рис. 8. В топках парового
сжигается топливо. Из дымовых газов, содержащих не боле1ы
(О
ич
30
()5, в абсорбере раствором абсорбента извлекается СОг. Азот и
О2, оставшиеся непоглощенными, выбрасываются в атмосферу,
иствор абсорбента, обогащенный диоксидом углерода, поступает
десорбер, в котором нагревается паром до кипения и кипит. При
Гом из раствора выделяются СОг, водяные пары и пары абсор-
rina. Истощенный раствор направ-
имся в абсорбер, а влажный СОг —
холодильник газа на охлаждение и
Щлее используется в виде газа либо
фсобразуется в жидкий или твердый
Технологическая схема производ-
ства СО2 из топлива дана на рис. 9.
Технологический процесс производства
•и юобразного СО2 в газовой части
остановки (см. позиции 1—19 на
•нс. 9) слагается из следующих после-
довательно осуществляемых этапов:
сжигание топлива;
охлаждение и промывка дымовых
|.нов от примесей;
транспортировка дымовых газов че-
рез скрубберную систему к абсорберу;
абсорбция СО2 из дымовых газов
рчствором абсорбента;
десорбция СО2 из раствора абсор-
бента в десорбере путем нагрева и
кипячения водяным паром;
подогрев раствора абсорбента в регенеративном теплообменни-
ке перед поступлением па кипячение в десорбер, возврат в абсор-
бер истощенного раствора абсорбента с охлаждением в регенера-
тивном теплообменнике и холодильнике раствора;
охлаждение парогазовой смеси, подача конденсата вторичного
водяного пара в раствор абсорбента, а СО2 — па очистку от при-
месей;
очистка раствора МЭА от загрязнений;
очистка СО2 от запахов;
контроль и регулирование процессов.
'СпН/иЦ СП Пи! ।
раствору
обсор- \Ц1
бентт §> у
Конден-
сат па-
ра
Дымовой. fap
газ
(С02 *
Топливо (С)
Рис. 8. Принципиаль-
ная схема производства
газообразного СО2 из
топлива:
1 — паровой котел: 2 —
абсорбер; 3 — десорбер.
2
J
СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА
. Процесс сжигания топлива в котельных установках____являете^
главным, во многпм определяющим^ эффективность всего произ-^
родства.
Для производства СО2 топливо может применяться любое —
твердое, жидкое и газообразное. Основным требованием к топли-
а?<нется получение при его сжигании дымовых газов, мипи-
\ загрязненных золой, сажей, летучими веществами и серни-
\ соединениями, а также имеющих стабильное максимально
31
возможное для данного вида топлива содержание СОг и mhi
мально возможное содержание кислорода.
При получении загрязненных дымовых газов требуется ус
навливать дополнительное оборудование для их очистки пе
поступлением в абсорбер, так как примеси дымовых газов по!
дают в раствор абсорбента, загрязняют его и аппараты, вызыва
изменение свойств раствора и ухудшают его абсорбционную ci
собность, выделяясь вместе с СОг в десорбере, загрязняют CI
Рис. 9. Технологическая схема получения CO2I на базе специального сж
1 — паровой котел- 2 — cki ^гббер центробежный; '.j?- скруббер холодный; — эксга
дильннк раствора; (Ch—теплообменник; 77)—кипятильник десорбера; — дефлегмато
J6 — вакуум-насос вбдокольцевой ; /7—ёмкость для чистого4 раствора МЭА; 18
точный холодильник: (£?)—масловлагоотделитсль; tZ3)— блок очистки и осушки; 24
межуточный сосуд Пс-1; 28 — промежуточный сосуд^ ПС-П; 29 — льдогенератор; 30
станция.
В котельных цехов для производства СОг необходимо прим^
нять лучшие сорта малозольных и малосернистых топлив — кок
антрацит, малосернистый мазут, природный горючи." .... а..
Высокое содержание кислорода в дымовых газах также rj*^
вает изменение свойств раствора абсорбента, способствующе
никновению коррозии в аппаратуре. Зависимость содержали';!1 у
32
1ли О2 в дымовых газах от коэффициента избытка воздуха дана
1л рис. 10.
При горении топлива осуществляются следующие основные ре-
шит:
/ С 4* Од = COgJ
2Н2 -F Оа=2НаО;
S -г Оа = SO2.
гания топлива:
стер; (бУ- скруббер содовый; (tp-скруббер промывной; СР— паср^; (8^- адсорбер; Ф— холо-
десорбера; ПЗ/-‘холодильник газа; колонка промывная; (/£>- колонка ояистительная;
конденсатор паров МЭА; 19 — куб вакуум-перегонный; компрессор; <2?— промсжу-
копдеисатор СО2; 25 — баллон стапельный; 26 — переохладитесь жидкого СО2; 27 — про-
накопительная емкость 11ЖУ; >31транспортная емкость ЦЖУ; ^/-наполнительная
Возможны нежелательные второстепенные реакции:
СО2 4- С = 2СО;
2С 4- О2 = 2СО;
СО -I- Н2О = СО2 -4 Н2;
H2 + S = H2S.
Зак. 982
33
’Чтобы избавиться от оксида углерода, в топку котла повер
еы горящего твердого топлива дополнительно вводится воздух
Я&ТОрый, однако, не должен привести к увеличению коэффициент
Избытка выше нормы.
Наилучшим топливом для производства СОг является природ
ный газ. При его использовании обеспечивается легкорегулируе
Рис. 10. Зависимость содержания
СО» н Оз от коэффициента избытка
воздуха а в продуктах горения:
/ — Природный газ; 2 —мазут; 3—4 —
твердое топливо.
дымовых газов, что способствуе
стабильности техпологическог
процесса получения СОг. При ра
боте на твердом топливе технолс
гический процесс получения СС
цикличный, обусловленный реж»
мом его сж^ания. По данньн
ВНИКТИхолодпрома, перево
цеха с твердого топлива па газе
образное приводит без всякой ег
дополнительной реконструкции
повышению производительност
цеха на 25—30 %.
Применение мазута такж
обеспечивает стабильность техно
логического процесса производст
ва СОг. Однако он менее предпо
чтителеп, чем газовое топливо, та!
как в мазуте содержится сера
При осуществлении процесса сжигания мазута особое внима
ние уделяется выбору горелок и достаточных объемов топки. Ина
че мазут сжигается не полностью, сажа, содержащаяся в дымо
Вид и марка топлива Теплота сгорания топлива, кДж/кг ♦ Объем теоретически необходимого воздуха 1/0, нм*/кг * j
при j
содержание СОс j
ИСО,> НМ’/КГ • есоД кг/кг ♦ С, % по объему
Уголь АС 26795 7,09 1,405 2,6 19
Мазут МТ-40; МТ-100; МТ-200 39230 10,28 1,596 2,43 14,24
Ставропольский газ*, р = 0,76 кг/нм8 35524 9,6 1,0 2,4 9,3
все величины относятся к нм®
газового топлива.
• Для газового топлива
вых газах, летит в оборудование и загрязняет аппараты и раствор.
Промывка дымовых газов водой в скруббере не обеспечивает их
освобождения от сажи. Для очистки дымовых газов от сернистых
соединений необходимо устанавливать дополнительные аппарать/,
в которых их промывают содовым раствором и снова водой.
34
/•
Для технологических расчетов аппаратуры и оборудования га-
зовой части установки, работающей на базе специального сжига-
ния топлива, необходимо знать количество, состав и расход топ-
чина и дымовых газов. Для топлив некоторых видов, наиболее
пригодных для получения СОг, состав основных продуктов горения
приведен в табл. 3.
Удельное количество диоксида углерода, получающегося при
полном сжигании топлива, определяется по формулам:
для твердого и жидкого топлива (в кг/кг и нм3/кг)
Ясо, = 3,67С?/100,
исо> = 3,67С?/100р£О1 0,02С>;
для газового топлива (в кг/нм3 и нм3/нм3)
£со, = иСО>/Рт»
«СО, = °>01 (СОт + СН1 + ^стн\ + COJ).
Мссь Ст — количество лерода, входящего в топливо, % по массе; СОТ,
(TIJ, 2/пСтЯ^, COJ — горючие элементы, содержащие углерод, % по объему.
Согласно табл. 3 количество СО2 в дымовых газах, получаю-
щихся при сжигании антрацита и мазута в идеальных условиях
(ц=1), составляет £со, = 2,64-2,4 кг/кг, или 19—14 % по объему,
л при сжигании газового топлива соответственно 2,4 кг/нм3 и 9,3 %
по объему.
Теоретический расход топлива Вт (в кг/ч), необходимого для
обеспечения заданной выработки газообразного* СОг^со^г
Таблица 3
Состав продуктов горения Теорети-
1 1 | при а> 1 ческий удельный
объем vsoJ> нм’/кг * объем водяных паров У° кв. п» нм3/кг полный объем дымовых I/O газов Vr, нм’/кг * полный объем дымовых газов, Vr, нм3/кг • содержание СО2, % по объему расход топлива при 80%-ном извлечении СО, gT, кг/кг
0,012 0,005 0,36 1,35 7,38 11,06 Гг= у?+1,016 (а — Усо/100 0,48 0,51
— 1) v° vr
2,13 10,76 0,51
(в кг/ч) при полном извлечении СО2 из дымовых газов, равен
f ^СС02,г/£С02.
{ Фактический расход топлива В (в кг/кг) зависит от доли из-
учения СО2 из дымовых газов [(Cj—C2)/Ci, где Ci и С2 —
2*
35
co icp.i.niiiic .Ch в дымовых газах до и после абсорбера] и велим
иы производственных потерь СОг при выработке жидкого и;
тигр к>| о С th:
В — KGCOj j-Cj/gco, Ка — ’
где К — коэффициент потерь СО_>.
Количество дымовых газов Уд.г (внм3/ч) соответственно равн(
V^,r = BVr>
где V, — полный удельный объем дымовых газов, получающихся при сжигаю
1 кг топлива, пм’/кг; находится по табл. 3 <или расчетным путем [27].
Удельный расход топлива gT (в кг/кг для твердого и жидко!
топлива и нм3/кг для газообразного) находят из выражения
Вт — Vgco,.
В теоретических условиях, когда а=1 и £со, из дымовых газо
извлекается полностью, удельный расход твердого и жидкого тог
лива равен 0,38—0,41 кг/кг, газообразного — 0,42 пм3/кг.
В производственных условиях удельный расход топлива состаг
ляет до 1 кг'кг и более.
Для обеспечения удельного расхода топлива, близкого к тес
ретическому, процесс сжигания топлива осуществляется при ма
лых избытках воздуха (1,1—1,3а). Не допускают получения и от
бора излишних количеств дымовых газов. По степени извлечени
СОг из дымовых газов в абсорбере контролируются и регулируют
ся количества сжигаемого топлива и дымовых газов. При нормал!
ной работе абсорбционно-десорбционной системы дымовые газе
из абсорбера уходят с содержанием СОг 0.5—2 % по объему
В условиях нормальной выработки СОг более высокое содержанш
СОг в дымовых газах, сбрасываемых из абсорбера в атмосферу
свидетельствует о лишнем количестве дымовых газов, подаваемы)
в абсорбер.
Котельные установки применяют обычные, без каких-либо кон
структнвных особенностей. Эксплуатация же их имеет следующук
специфику:_____________—— ------------------------------------
процесс горения топлива осуществляется при небольших избыта
ках воздуха не только в целях обеспечения максимального содер-1
жания СОг, но и для получения минимального содержания Ог в
дымовых газах;
обмуровку котла, экономайзера и дымоходов содержат в таком
состоянии, которое исключает возможность попадания воздуха в
дымовые газы вследствие его подсоса на всем пути транспортиров-
ки дымовых газов—от топки до эксгаустера;.
при использовании дымовых газов из общей котельной дымо-
ходы и паропроводы рабочего котла отделяют от остальных;
для отключения рабочего котла от резервных на дымоходах
устанавливают шиберы, надежно исключающие возможность по.Чь
coca воздуха через их коробы; в отдельных случаях в боровг/й
выкладываются глухие кирпичные перегородки; £
за процессом сжигания топлива ведется непрерывный контроль,
VIя чего непосредственно за котлом устанавливается автоматичес-
кий газоанализатор;
возвращающийся в котел из кипятильника десорбера конден-
пт najja анализируется на содержание моноэтаноламина.
ТТриисполИОвании твердого топлива для облегчения труда
ючегаров, обслуживающих котлы с ручными топками, их обору-
iyют колосниковыми решетками, охлаждаемыми водой.
В колосниковую решетку воду подают до начала растопки кот-
i.i и прекращают после удаления горящего топлива. Температура
пирсва воды должна быть не выше 40 °C.
При наличии течи воды в котле и охлаждаемой решетке обра-
|устся сероводород.
Более равномерная концентрация СОг в дымовых газах дости-
пется при сжигании твердого топлива путем его загрузки на ре-
истку топлива котла равномерным слоем. Необходимо наблюдать
in отсутствием местных прогаров топлива.
Чистку топки осуществляют не реже одного раза в смену. Пе-
шодически производят подрезку шлака и разравнивание горящего
’лоя топлива на колосниковой решетке.
Котельные и газовую часть установки строят в непосредствен-
|ой близости, что позволяет осуществлять подачу дымовых газов
ю коротким участкам трубопроводов и соответственно при не-
большом вакууме. В последнее время дымовые газы от котла к
‘крубберам подаются не по подземным боровам из кирпичной
сладки, а по дымопроводам из металлических труб круглого или
фямоугольного сечения, проходящим над уровнем пола.
Разводка дымопроводов выполняется таким образом, чтобы
была возможность сброса газов в дымовую трубу при растопке
(ОТЛОВ.
По данным [20], около 85 % цехов, производящих СОг на базе
пециального сжигания топлива, имеют свои котельные.
ЭХЛАЖДЕНИЕ И ПРОМЫВКА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ
Дымовые газы после котла и экономайзера (при его наличии)
1мсют температуру 250—350 °C и в зависимости от вида сжигае-
юго топлива могут содержать механические примеси (сажу, зо-
iy), сернистый газ, сероводород и другие компоненты.
При сжигании твердого топлива газы могут содержать до
*14 мг/нм3 механических примесей.
Горячие и загрязненные дымовые газы нельзя использовать
ля производства СОг, так как процесс абсорбции раствором аб-
ррбента можно осуществить при температурах не выше 60—70 °C,
\примеси не только влияют на свойства раствора МЭА, но и мо-
г-йбпасть в готовый СО2.
^Охлаждение и промывка дымовых газов перед поступлением
в абсорбер осуществляются в скрубберной системе (в центро-
вом, холодном, содовом и теплом скрубберах). В холодном, со-
37
ловом и теплом скрубберах для увеличения поверхности соприко
новения дымовых газов и воды укладывается насадка. Кроа
того, применяют скрубберы форсуночного и пенного типов.
Центробежный скруббер устанавливают до или после холоди
го скруббера при наличии в дымовых газах сажи и золы. С noMi
щью центробежного скруббера содержание механических прим
сей в дымовых газах уменьшается в 4—5 раз.
В цилиндрический сосуд скруббера снизу вверх тангенциалы
поступают дымовые газы. Навстречу дымовым газам сверху bhi
по стенкам корпуса пленкой сливается вода, которая тангенциал,
по подается из нескольких сопел разбрызгивающего устройств
расположенного в верхней части аппарата.
При контакте дымовых газов с водой большая часть механ
ческих примесей дымовых газов улавливается водой и удаляет<
из скруббера.
Центробежный скруббер при работе на серосодержащем топл
ве изготовляется из нержавеющей стали или изнутри футеруете
так как в нем происходит частичное поглощение водой SO2 с обр
зованием коррозирующих кислот:
Н2О + $О2 = H2SO3;
2H2SO3 + О2 = 2H2SO4.
Размеры скруббера определяют, исходя из следующих исхо
ных данных: оптимальная скорость движения дымовых газов i
входном патрубке wBx= 194-23 м/с, а внутри скруббера шСкр
= 0,22 о>вх; высота прямоугольного сечения входного патруб!
0,8 £>С|Ф; ширина прямоугольного сечения входного патруб!
0,25 Дскр-
В скруббер вода подается из сопел (3—6 шт.) диаметро
3—4 мм.
Сопротивление скруббера, по данным ВНИКТИхолодпром
составляет 300 Па.
По данным ВНИКТИхолодпрома, в центробежном скруббер
задерживается до 75 % механических примесей.
Холодный, содовый и теплый скрубберы представляют собо
полые цилиндрические аппараты башенного типа, изготовленнь
из листовой стали. В верхней (под крышкой скруббера) и нижне
частях аппарата имеются колосниковые решетки, на которые yi
ладывается насадка. Дымовые газы поступают в аппараты спид
вверх; сверху вниз противотоком дымовым газам через разбрьк
гивающее устройство на насадку сливается вода или содовы
раствор. Разбрызгивающие устройства в скрубберах применяю
различных конструкций. Устройство типа реактивного разбрызги
вателя обеспечивает равномерное распределение воды по всем
сечению скруббера.
Поскольку вся скрубберная система располагается на вса<( •
вающей стороне эксгаустера, подающего дымовые газы в абс’^
бер, насадка скрубберов выбирается из условия обеспечений
38
*ис. 11. Зависимость потерь напора воздуха от
Пороет и его движения и плотности орошения
керамических колец разме-
мм
1Ч.ЮЙ насадки из г*"....
1ми 50x50x5 мм (1,2, 3)
4 — без орошения; ,
ношение 15 м3/(м2 ч); '
орошение
и 25x25X4
(4, 5, 6):
2—орошение 10 мэ/(м2 • ч);
5—орошение 6,5 мэ/(м3 ч);
; 11,4 м3/(м2-ч).
3—
6 —
(либольшей контактной поверхности и
оздання наименьшего сопротивления.
1 настоящее время чаще всего приме-
1нют крупные керамические кольца типа
<К и полуфарфоровые типа КПФ, бес-
юрядочно уложенные (насыпью) или
итулярно (рядами). Как видно из гра-
фиков (рис. 11), построенных поданным
I. М. Жаворонкова об охлаждении воздуха водой, сопротивление
Керамических колец размером 50x50x5 мм более чем в 6 раз
ниже сопротивления колец размером 25x25x4 мм.
В качестве насадки также используют известковый камень,
кусковой кокс, камни-булыжник и т. д. Известковый камень приме-
няют при наличии больших количеств SO2 в дымовых газах, так как
и этом случае в скруббере протекает следующая реакция:
СаСО, + HaSO3 -* CaSO3 + НаО + СОа.
Сернистый кальций уносится из скруббера промывной водой, а
образующийся СО2 смешивается с дымовыми газами.
Характеристика применяющихся керамических колец типа КК
и полуфарфоровых типа КПФ по ГОСТ 17612—78 дана в табл. 4.
Насадочный холодный и центробежный скрубберы при работе
на дымовых газах от сжигания топлива, содержащего серу, внутри
футеруются.
В некоторых случаях холодный скруббер изготовляют из слабо-
нли низколегированной стали, и тогда футеровка не выполняется.
Сброс воды из скруббера, в котором промываются газы, содержа-
щие сернистые соединения, осуществляется в трубопровод услов-
но-чистых вод только после специальной ее обработки.
Промывка химически загрязненных дымовых газов происходит
и холодном скруббере вследствие растворимости их компонентов
в воде, которая повышается с понижением температуры воды
(табл. 5).
При определении размеров скрубберов учитывают два показа-
теля: продолжительность контакта сред, необходимая для погло-
щения нежелательных компонентов дымовых газов, и температура
охлаждаемых дымовых газов. Так, для поглощения сернистого га-
за водой требуется не менее 12 с. Температура газов после холод-
погэ скруббера должна быть минимально возможной.
ft табл. 6 приведена характеристика некоторых производствен-
ных холодных скрубберов.
\ Э»
Таблицу
Покаэатели Тип насадки Размер колец, мм
25x25x4 50x50x5 80x80x8 100x100
Предел прочности при сжатии КК 50 200 430 550 вдоль оси цилиндра кольца, КПФ 280 350 — — мПа, нс менее Оби'мная плотность 1 м3 насад- ки, кг, не более рядами КК 917 580 624 59Ф КПФ 753 634 — — насыпью КК 696 498 473 466 КПФ 572 487 — — Удельная поверхность насадки, м8/мя рядами КК 190 93 68 59 КПФ 245 121 — — насыпью КК 184 93 58 47 КПФ 186 93 — — Свободный объем 1 м8 насадки, м8/м8, нс менее рядами КК 0,61 0,73 0,75 0,72 КПФ 0,67 0,73 — — насыпью КК 0,68 0,79 0,79 0,72 КПФ 0,75 0,79 — — Водопоглощение колец, %, не КК 5,0 5,0 5,0 5,0 более КПФ 1,5 1,5 1,5 1,5
Таблица 5
Компоненты Растворимость газов в воде при атмосферном давлении (в м‘ на 100 и’ воды) температурой, СС
20 0
Аммиак 71540 130500
Сернистый газ 393,7 797,9
Сероводород 261,5 465,4
Диоксид углерода 87,8 171,3
Окись азота 4,7 7,4
Метан 3,5 5,4
Кислород 3,1 4,9
Окись углерода 2,5 3,5
Азот 1,5 2,4
Водород 1,8 2,2
При работе на жесткой воде или дымовых газах, загрязненш
механическими примесями, насадка скрубберов быстро и силь
загрязняется, в результате чего увеличивается ее сопротпвлсш
соответственно растет «потеря давления дымовых газов и сниж
ется производительность эксгаустера. По данным лаборатории з
вода сухого льда Мосхладокомбината № 8, насадка в скруббе
40
Таблица 6
Показатели Предприятие
Цех сухого льда ВНИКТИ- холодпрома Завод сухого льда Мое хла- докомбината № 8 Цех сухого льда Кишинев- ского хладо- комбината Завод сухого льда Мос- хладокомбина* та № 8
!ип аппарата Насадочный Насадочный Насадочный Форсуноч- ный Диаметр, м 1,5 2 1,5 2 •мсота, м 10 12,7 6,6 12,7 •мсота насадки, м 6,5 4 3,5 — ИЛъем насадки, м3 9,7 12,8 6,16 — Контактная поверхность на- 873 1416 678 — мдки, м2 Характеристика насадки Полуфарфо- Полуфарфо- Полуфарфо- Насадки нет ровые коль- ровые коль- ровые коль- ца, уложен- ца, уложен- ца 2 м— ные рядами, ные рядами, уложенные размером размером рядами 1,5 м 50х 50 X 5 мм 50 х 50х5 мм насыпью, размером 50хо0х5 мм Тип разбрызгивающего уст- Распредели- Реактивный Распредели- Форсунки цойства тельное дно разбрызгива- тельное дно Плотность орошения насадки 5,7 тель 14,2 2,8 — (на пустое сечение аппарата), м*/(м2ч) Скорость движения дымовых 0,2 0,78 0,19 0,78 Гизов, м/с Соотношение контактирую- 8,2 5 3,2 5 щих сред (масса воды к мас- се дымовых газов), кг/кг Температура дымовых газов, •с до охлаждения 255 300—330 216 300—330 после охлаждения 28 42 32—40 42 Температура воды, °C перед скруббером 16 21—30 — 21 после скруббера 49 52 — 52 Среднелогарифмическая раз- 70 95 — 95 иость температур, °C Коэффициент теплопередачи Вт/(м3-К) 244 1070 — 430 Вт/(м2-К) 3 10 — — Разрежение дымовых газов, —30 —350ч—200 —90ч—100 — Па, до скруббера Потеря давления в скруббе- ре, Па после капитального ремон- 410 650 900 — та через 9 мес эксплуатации — 3500 1340 130 В том числе в колосниковой решетке и насадке J через 9 мес эксплуатации — 2450 — — |i после капитального ремон- — 250 — — 1 та
41
загрязнялась за 9 мес работы так, что потеря давления в скру
бере увеличивалась почти в 5 раз.
В таких условиях вместо насадочных скрубберов примени!
форсуночный скруббер (без насадки).
При использовании форсуночных скрубберов (рис. 12) набл!
дается минимальная потеря давления дымовых газов (см. таб
6). Из-за сильного загрязнения насадки солями жесткости, вып
дающими из воды, насадочный скруббер был переоборудован
Рис. 12. Схема форсуhq
кого скруббера:
а — общий вид: б — форсуй
ударного действия.
форсуночный. В нем по высоте скруббера было расположено 2
форсунок ударного действия. В форсунках трех нижних ряде
водяной факел направлен снизу вверх, а у остальных сверху вни
Коэффициент теплопередачи форсуночного скруббера боле
чем в 2 раза меньше по сравнению с насадочным. Потеря давле
ния форсуночного скруббера в 10 раз и более ниже, чем насадо1
ного, и не зависит от продолжительности эксплуатации скруббер!
Расчет скрубберов, в которых происходит только охлаждена
чистых дымовых газов, проводят, исходя из следующих рекомев
дуемых величин:
скорость движения дымовых газов в свободном сечении w =
= 0,3-j-0,5 м/с;
плотность орошения насадки и=5-?10 м3/(м2-ч);
насадка из крупных керамических колец размером 50Х50Х
или 80X80X8 мм, уложенная беспорядочно (иногда регулярно)
потеря давления дымовых газов ~100 Па на 1 м насадки; |
коэффициент теплопередачи для насадочного скруббера прини|
мают равным 10 Вт/(м2-К) или рассчитывают по формуле ’
fe = <7u°’7,
где к'о—скорость движения дымовых газов при нормальных условиях по сече-
нию пустого скруббера, м/с; и — плотность орошения по сечению пустого скруб-
бера, м3/(м2-ч);
42
коэффициент теплопередачи для форсуночного скруббера при-
нимают равным 400—450 Вт/(м3-К).
Определение диаметра и высоты скруббера выполняется в
следующей последовательности.
Поверхность насадки FUac (в м2) определяют по формуле
* F нас = <?/«.
Be Q — тепловой поток, отводимый водой, Вт; определяется по количеству и со-
аву дымовых газов и температурам на входе и выходе;
Q = AQt-t с j Ч»,2*10,2)*
^ссь AQ<, с—разность тепловых потоков (внесенного в скруббер и выведен-
ного из него с сухими дымовыми газами), Вт; GWti=Bgw—количество водяных
Кров, содержащихся в горячих дымовых газах, которые поступают в скруб-
fep, кг/ч [27]; gw — удельное количество водяных паров в продуктах сжигания
ртплнва; рассчитывается по элементарному составу топлива, кг/кг;Gw % = nJ rd—
количество водяных паров в дымовых газах, выходящих из скруббера, кг/ч;
fe— влагосодержание воздуха (к которому условно приравниваются дымовые
Нзы) при температуре охлажденных дымовых газов, кг/м3; iWt 1, 2 — энталь-
Пя водяного пара при температурах дымовых газов до и после скруббера и
Квлепии в скруббере, кДж/кг; k — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-К);
среднелогарифмическая разность температур дымовых газов и воды, °C.
ht Выбрав тип насадки по ее удельной поверхности и найденно-
fe7 значению FIiaP, определяют объем скрубберной насадки инас
Чв м3)
* ^нас — Лгас/f»
fee f — удельная поверхность насадки, м2/м2, (берется из табл. 4).
F Внутренний диаметр скруббера Опн определяют, исходя из
принятого значения средней скорости движения дымовых газов
р скруббере w (в м/с):
k ^BH = VVA.r/O.785w.36OO.
I «9
Ждссь Уд,г=1д.г [(293+/) 101,3/293 (101,3+рд.г)]— среднее количество дымо-
fex газов, проходящих через скруббер, м3/ч; t — средняя температура дымовых
ртзов в скруббере, °C; рд. г— давление дымовых газов в скруббере, Па.
Высота части скруббера, в которой располагают насадку, ЯНас
м) равна
Ifr ^нас = vHac/®»785DgH.
х При определении общей высоты скруббера ЯСкр (в м)
Считывают высоту подколоспикового пространства (Н\), простран-
ства для размещения оросительного устройства (//2), которые
Йринимают конструктивно, и неорошаемого отбойного слоя насад-
ки, располагаемого под крышкой скруббера (Я3 = 0,34-0,6 м).
ЯСКр = Я1 + Яа + Я3 + Янас’
Расход воды на охлаждение дымовых газов в скруббере Gw
(в кг/ч) подсчитывают по формуле
f Gw = QJcw (/^,2 ^w,l).
сь cw — теплоемкость воды, Дж/(кг«К); tw> ь tWr 2 — температура воды до
клс скруббера, 0 С.
43
Содовый скруббер применяют для промывки дымовых газ^
от сернистых соединений 1,5—2%-ным раствором Na2CO2. Е
устанавливают после холодного скруббера. При работе на топлив
не содержащем сернистые соединения, его не применяют.
Поглощение сернистого газа SO2 раствором соды из дымовв
газов протекает в три стадии:
2Na2CO3 + Н,О + SO2 - 2NaHCO3 л- NaaSO3;
NaHCO3 -> NazSOj + НгО 2СО2;
Na2CO3 + Н2О + SO2 - 2NaHSO3.
После накапливания в растворе солей в .количестве до 20 г/1
(в пересчете на серу) раствор удаляют из системы и заменяв
свежим.
После холодного и содового скрубберов устанавливают теплы
в котором дымовые газы подогреваются до температуры, близкв
к температуре раствора, поступающего в абсорбер. Это обесп
чиваст уменьшение количества паров воды и МЭА, выбрасыва
мых из абсорбера в атмосферу.
Из практики эксплуатации скрубберной системы известно, чч
при использовании загрязненных дымовых газов полная очисть
не достигается. По данным А. Д. Тезикова, дымовые газы <
сжигания твердого топлива, содержащего серу, имели д
240 мг/нм3 механических примесей и сернистые соединения. Посд
промывки дымовые газы в скрубберах содержали до 100-
300 мг/нм3 SO2, 1,5—13 мг/нм3 H2S и 40—50 мг/нм3 механически
примесей. После установления центробежного скруббера содср
жанис механических примесей снизилось до 10 мг/нм3. Оставшией
в дымовых газах компоненты, поступая в абсорбер, образую'
с раствором абсорбента химические соединения и изменяют ер
свойства. Сероводород, легко десорбируясь из раствора, попадав
в готовую продукцию, что приводит к ухудшению ее качества. J
ТРАНСПОРТИРОВКА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ J
Для транспортировки дымовых газов по трассе от котла ф
абсорберу через скрубберную систему и создания тяги в котлаЙ
используют эксгаустер, представляющий собой вентилятор высо4
кого давления. При большой протяженности этой трассы после
котла дополнительно устанавливают дымосос. Как правило, экс?!
гаустер размещают перед абсорбером. Все оборудование, распсх
ложенное на трассе до эксгаустера, работает при давлении ниже
атмосферного. ’
При подборе эксгаустера его производительность Vajl1cr (в м3/ч)
определяют по формуле
Уэксг= Vj.r 1(293 + 0/2931 [101,3/(ЮГ,3+рд.г)).
Здесь Vj.r = Gco>tl.K(100 — CzVlCj—C2)p£Oi— расход дымовых газов
при 20 °C и давлении 101,3 кПа, нм’/ч; Г— температура дымовых газов на
44
1кетатсльной стороне эксгаустера, °C; рд. г— избыточное давление дымовых
ров на нагнетательной стороне эксгаустера, кПа; GCOj г— производительность
Гановкн, кг/ч; Л' — коэффициент, учитывающий производственные потери СО2
= 1,24-1,5); С2 — содержание СО2 в дымовых газах, входящих в абсорбер
выходящих из него, % по объему,
При расчете производительности эксгаустера принимается
’2> 14-1,5 % по объему. При недостаточной производительности,
Ьгда С2=0, неэффективно используется контактная поверхность
рсорбера. При подаче излишнего количества дымовых газов,
Srja на выходе из абсорбера содержание СО2 возрастает до
-6 % по объему, вызываются загрязнение и окисление раствора
сорбента, унос раствора из абсорбера и перерасход воды, в
Екрубберах, Производительность эксгаустера регулируется путем
Вменения частоты вращения электродвигателя эксгаустера на
1—20 % либо с помощью задвижки, установленной на нагИета-
ыьном трубопроводе эксгаустера. На заводе ВПИКТИхолод-
ома количество дымовых газов регулировалось с помощью
ивижки, установленной на выхлопной трубе абсорбера.
^Эксгаустер должен создавать напор, превышающий сопротив-0
ие коммуникации, запорной арматуры и орошаемой насадкцу
аратов. При подборе эксгаустера необходимо иметь в виду,
в процессе эксплуатации постепенно возрастает сопротивление^
орудования вследствие загрязнения насадки. Из аппаратов
(Осадку выгружают и промывает один раз в год во время капи^ /
|^ного ремонта оборудования.
^Для контроля за изменением напора эксгаустера в зависи-
Ьсти от загрязнения трассы на всасывающем и нагнетательном
Вубопроводах эксгаустера устанавливают U-образные манометры,
Юйтроль за изменением производительности эксгаустера осущест-
|яется по показаниям водяного дифманометра и диафрагмы,
вгановленной на нагнетательном трубопроводе эксгаустера. Как
Ьавило, диафрагму применяют нестандартную, рассчитанную на
Ьепад давления не более 200—250 Па, чтобы не увеличивать
Ьяротивление трубопровода дымовых газов.
К По показаниям этих приборов ведется наблюдение за работой
gfraycrepa. Снятые показатели давления и количества дымовых
|тов сравнивают с оптимальными, зафиксированными после про-
цения капитального ремонта оборудования, когда чистая трасса
№ла наименьшее сопротивление.
Г Во время эксплуатации в эксгаустере может накапливаться
|Ма, попадающая в него вместе с влажными дымовыми газами.
Бя того, чтобы от нее освободить эксгаустер, во время монтажа
^нижней его части приваривается штуцер для продувки. Для
здетки и промывки рабочего колеса и корпуса от золы и сажи
а последнем выполняются герметичные лючки. При работе на
^грязненных газах лопатки рабочего колеса изготовляют из
’ржавеющей стали. Для предотвращения попадания влаги и золы
эксгаустер перед ним монтируется объемный влагозолоотдели-
лъ. Чтобы раствор из абсорбера не мог попасть через нагие-
< 45
татсльпый пл।рубок в эксгаустер и вызвать поломку лопат!
рабочею колеса, при монтаже эксгаустера патрубок при необя
днмостп делают в виде f) -образной петли с высотой 1—21
Па।рубок вводится в абсорбер под колосниковую решетку I
0,5 0.7 м выше среднего уровня раствора в абсорбере. ]
В некоторых случаях устанавливают резервный эксгауста
При этом очень большое значение придается конструкции шиа
ров, переключающих эксгаустеры, особенно их герметичное!
При отсутствии надежных шиберов эксгаустеры отключают]
глухими заглушками. j
Для создания нормальных условий сжигания топлива в тол
котла и нормализации уровней раствора МЭА в аппаратах э|
гаустср включают в работу после того, как топливо начнет на
мально горсть. До этого момента дымовые газы направляю'!
в трубу. К моменту пуска эксгаустера в скруббер подастся вся
и включаются насосы для перекачки раствора абсорбента. J
Мощность электродвигателя эксгаустера N (в Вт) опре!
ляется по формуле I
ЛГ = У9ксгЯЛЬ |
где Я —полное давление, создаваемое эксгаустером, Па (Я—6—7 тыс. II
т) — КПД эксгаустера. Ч
АБСОРБЦИЯ СО2 ИЗ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ РАСТВОРОМ АБСОРБЕНТА jd
На большинстве отечественных установок, получающих дио«
углерода абсорбционно-десорбционным способом из дымовых^!
зов от специально сжигаемого топлива, в качестве абсорбй!
применяют моноэтаноламин (МЭА) — CH2CH2OHNH2. S
В настоящее время применяют абсорбенты, более эффекЯ
ные, чем моноэтаноламин. В промышленности производства I
оксида углерода из продуктов специально сжигаемого топлЯ
пока используют только моноэтаноламин. На некоторых предпД
тиях используется также поташ — К2СО3/
Абсорбция СО2 из дымовых газов раствором абЬэрбента Я
провождается быстрой химической реакцией. Молекулы гЛ
растворенного в жидкости, вступают в реакцию с активным кЯ
понентом раствора абсорбента. Большинство реакций, протекЯ
щих при этом, являются экзотермическими и обратимыми. Обра|
вавшиеся при более низких температурах химические соединен
в условиях повышения температуры до кипения разлагаются
выделением исходных компонентов — происходит десорбция С|
из раствора адсорбента. «
В общем виде реакции можно выразить следующими уря
нениями: 4
адсорбент — К2СО3 — поташ:
К2СО3 + Н2О 4- СО2 2КНСО3;
I абсорбент — CH2CII2OHNH2— моноэтаноламин:
2RNH2 + Н2О + CO2^r (RNH3)2CO3;
2 (RNH3)2 CO3 + H2O + CO2 2RNH3HCO3;
R = CH2CH2OH.
При низких температурах эта реакция стремится вправо и
^исходит абсорбция, высоких — влево и протекает десорбция,
сорбция осуществляется с выделением тепла, а десорбция —
то поглощением. Когда реакция идет вправо, карбонат абсор-
1та не полностью переходит в бикарбонат, а когда идет влево,
карбонат абсорбента разлагается не полностью.
Течение процессов абсорбции либо десорбции СО2 из раствора
юрбента вызывается нарушением равновесия между концентра-
эми СО2 в газовой и жидкой фазах. Если концентрация СО2
газовой фазе выше равновесной, осуществляется процесс аб-
>бции и реакции будут проходить слева направо. Если канцен-
щия СО2 в газе ниже равновесной, то возникает процесс де-
)бции, реакция в уравнениях идет справа налево.
По данным ВНИКТИхолодпрома, в производственных условиях
лена поташа моноэтаноламином более чем в 2 раза повышает
фективность процессов производства СО2.
Технический моноэтаноламин представляет собой бесцветную или слегка
|лтоватую, сильно пахнущую аммиаком, горючую, вязкую, гигроскопическую
идкость, смешивающуюся с водой во всех отношениях. Химическая формула
9А C^rOJ4(CH2CH2OHNH2), молекулярная масса 61,08.
, МЭА получается при взаимодействии аммиака с окисью этилена.
Промышленность выпускает МЭА по ТУ 02-915—74, согласно которому его
йество должно соответствовать следующим требованиям и нормам (табл. 7).
Таблица 7
Показатели 1 сорт 2 сорт 3 сорт
ешний вид •Бесцветная или слегка желтоватая вязкая жид- кость, не темнее бихромата калия концентрации 0,2 г/л
^^тиость при 20° С, кг/л 1,015—1,018 1,015—1,025 1,015—1,035
держание моноэтаполамина, К, не менее 98,0 95,0 78,0
содержание диэтаноламина, %, в более 1,0 г- 2,0 7,0
МЭА хорошо смешивается с водой и спиртом, растворим во многих орга-
МИеских растворителях. Температура кипения при 760 мм рт. ст. 172,2 °C,
с^овоспламенепия 450 °C, вспышки 93 °C.
Температура замерзания МЭА зависит от его концентрации в водном рас-
rjfcpe: при 15 %-ной концентрации —4 °C, 30%-ной —16 °C, 60 %-пой —85 °C,
raflb-ной —70 °C. В холодное время года моноэтаноламин хранят в обогревае-
помещении.
кейоМоноэтаноламин — щелочь более сильная, чем аммиак. С повышением тем-
цамтуры щелочность МЭА понижается. pH водного раствора МЭА при 24 СС
составляет 12,5, а при 138 °C—7,
47
На МЭА сильно действует сернистый ангидрид SO2. В присутствии ‘
водный раствор МЭА дымит и образует явно видимый туман.
Московский научно-исследовательский институт гигиены им. Ф. Ф. Эрисм
относит моноэтаноламин к высокотоксичным веществам. В качестве нормат
ной предельно допустимой концентрации МЭА в воде водоемов обществен
бытового водопользования рекомендуется считать 0,5 мг/л. Предельно допу(
мая концентрация МЭА в воздухе рабочей зоны, по предварительным дат
Московского научно-исследовательского института гигиены труда и профзабс
ваний, равна 5 мг/м3.
На предприятиях, вырабатывающих СО2, используют раствор МЭА, а
концентрированный МЭА. С концентрированным МЭА работают только
переливании его из тары. Содержание МЭА в растворах может быть различг
к колеблется от 5 до 18 %. В основном предприятия работают с 8—11 %-г
раствором МЭА, несмотря на то что коэффициент абсорбции повышается
увеличением концентрации до 30 %. При содержании МЭА около 30 % кс
фициент абсорбции достигает максимального значения. Выбор той или и
концентрации на разных предприятиях обусловливается различными конкрст
ми условиями их эксплуатации. Не малую роль играет стремление уменьш
потерн моноэтаноламина, являющегося летучим веществом. Потери МЭА bcj
ствие его летучести резко увеличиваются с повышением его концентрации
растворе и температуры раствора.
Плотность, теплоемкость и теплопроводность раствора МЭА практиче
используемой концентрации отличаются незначительно от подобных свойств
ды [18].
По данным ВНИКТИхолодпрома, вязкость раствора МЭА, загрязнена
различными примесями, больше вязкости чистого раствора. Вязкость раств
МЭА несколько превышает вязкость воды. С возрастанием концентрации А’
вязкость раствора увеличивается.
Поверхностное натяжение растворов МЭА уменьшается с повышением i
центрации МЭА.
Растворы МЭА способны вспениваться при загрязнении. Причинами bi
нивания могут быть попадание в раствор органических кислот, накопление
растворе различных примесей (например, сульфида железа), резкие измене
давления и расхода газа и жидкости. Для борьбы со вспениванием расти
МЭА в цехе сухого льда ВНИКТИхолодпрома применялся химический ni
гаситель для паровозных котлов. В результате периодического добавления
в раствор МЭА технологический процесс на некоторое время полностью нор
лизовался и производительность установки повышалась.
Вспенивание раствора легко обнаруживается по повышению концентра
моноэтаноламина в конденсате вторичного пара до 5—7 %. В этом случа
раствор МЭА вводится 2—3 мг пеногасителя на 1 л раствора. Через ЗС—60 t
вспенивание прекращается и концентрация моноэтаноламина в конденсате в
ричного пара снижается до нормального уровня (0,18—0,25%). ।
В раствор, начавший пениться, пеногаситель вводится один раз в сут
Моноэтаноламин корродирует цветные металлы. Чистый раствор моно;
коламина сталь не корродирует. Так, слабым раствором МЭА (0,5 % по ма(
промывают стальную аппаратуру перед пуском в эксплуатацию для созда1
коррознестойкой пленки на поверхности металла. Загрязненный раствор М
насыщенный СО2, может вызвать коррозию стальных аппаратов. ।
Абсорбер — аппарат, в котором происходит процесс извлей
ния СО2 из дымовых газов, конструктивно выполняется в основн
насадочным. На некоторых предприятиях эксплуатируются аба
беры пенного типа.
Насадочный абсорбер представляет собой высокий цилиц
заполненный насадкой, которая находится на колосниковой
шетке. Насадку иногда делят на 2—3 секции. В зависимости,
применяемого абсорбента (МЭА или поташ) и производите
ности установки в систему включают от одного до четырех аба
48
)в. При работе на МЭА установки производительностью до*
СО2 в сутки оснащаются только одним абсорбером.
3 абсорберы дымовые газы поступают снизу вверх и проходят
чедовательно через все абсорберы. Раствор абсорбента также
кодит последовательно через все абсорберы, начиная с послед-
) по ходу дымового газа, и поступает в верхнюю часть абсор-
а. Через разбрызгивающее устройство раствор распределяется
всему сечению абсорбера, стекает по насадке и соприкасается
ымовыми газами, движущимися снизу вверх навстречу рас-
)у. При этом абсорбент вступает в химическую реакцию с СО2,
езультате чего осуществляется процесс абсорбции СО2 абсор».
то» п образуются соединения, которые в дальнейшем при на»
ванин раствора в десорбере разлагаются с выделением СО2.
Характеристика некоторых абсорберов и режимов их работы
(всдепа в табл. 8.
^Процесс абсорбции СО2 из дымовых и промышленных газов
кществляется при следующих средних параметрах режима:
к Давление Близкое к атмо-
/ сферному
| Содержание СО2 в дымовых газах перед
1 абсорбцией, получаемых от сжигания,
< % по объему
газового топлива, а также в доменных 8—10
газах
твердого топлива 14-20
жидкого топлива 10-12
при использовании газов известково- 18-35
обжигательных печей
Концентрация МЭА в растворе, % по массе 8 — 13
Скорость движения дымовых газов 0,3 - 0,5
(в свободном сечении), м/с
Плотность орошения насадки, м 3/ (м 2 .ч) 4-8
Температура раствора и дымовых газов 30-55
на входе в абсорбер, °C
Соотношение раствора и дымовых газов, 6-14
л/нм3
Потеря давления дымовых газов 1000 - 6500
в абсорбере, Па
На эффективность процесса влияют концентрация МЭА в рас-
оре, обеспечение наилучшего контакта между дымовыми га-
ми и раствором абсорбента (равномерность распределения рас-
ора, плотность орошения насадки, скорость движения дымовых
зов, нагрузка, содержание СО2 в дымовых газах и температуры
ед).
Как показала многолетняя практика эксплуатации, главным
1ктором, определяющим эффективность процесса абсорбции, яв-
стся концентрация МЭА в растворе абсорбента £.
Таблица Й
Показатели Предприятие
Завод сухого льда | Цех сухого льда
Мос хладокомбината № 8 Мос хладокомбината № Ю Краматорского холодильника ВНИКТИхолодпрома Кишиневского хладокомбината
Диаметр, м 2,2 1,15 0,9 1,52 0,9
Высота насадки, м — 9,9 12 7,5 13,0
Объем насадки, м3 57 10,29 7,99 13,5 8,25
Поверхность насадки, м2 5130 1339 1573 1500 910
Тип насадки Керамические коль- Керамические коль- Керамические коль- Керамические коль- Керамические коль-
ца размером 50X ца размером 50 х ца размером 25 X ца размером 50 X ца размером 50 X
х50х5 мм, уло- х50х5 мм, уло- Х25х3 мм, уло- х50х5 мм, уло- Х5ОХ5 мм, уло-
женные насыпью женные насыпью женные насыпью женные насыпью женные рядами
Тип разбрызгивающего устрой* «Паук» «Паук» Распределительное «Паук» Форсунка
ства 39—48,8 дно
Температура насыщенного рас- 36,2 37 51,17 46,3—53
твора после абсорбера, °C Плотность орошения насадки, м3/(м2-ч) 6,9 14,3 0,48—0,57 7,44 4,3—4,7 14—20
Скорость движения дымовых газов, нм3/(м3с) Смачиваемость насадки, л/(м2-ч) 0,185 0,105 0,09—0,19 5,3—5,7 0,48-0,5
5,04 10,9 2,97 12,0—14,3
Содержание СО2 в дымовых га- зах, средневзвешенный % по объему до абсорбера
13,2* 14,9* 11,6* 15,3*—10,3** 9—10* ♦♦
после абсорбера 1,4 5,9 4,4 3,6—3,7 1,5—3,5
Нагрузка насадки по дымовым 0,436 1,5 0,37—0,51 0,42—0,81 1,2—1,3
газам, нм3/(м2-ч) Соотношение раствора и дымо- 5,8—8,8 6,8—13,6
11’7 7,43 9,5—12
вых газов, л/нм3 330—370
Производительность по СО2, КГ/Ч Сопротивление абсорбера, Па 520—600 80—160 13^-184 75-162
fcC увеличением концентрации МЭА в растворе увеличивается
вржанис СОг в насыщенном /?я и истощенном R„ растворах.
;ако содержание СО2 в насыщенном растворе увеличивается
ютом концентрации с большей скоростью, чем содержание СОг
стощенном. Съем СОг с 1 м3 раствора, циркулирующего по
кнутому кольцу абсорбер—десорбер — абсорбер, при увеличе-
I концентрации МЭА возрастает. По данным ВНИКТИхолод-
)ма, эту зависимость можно выразить следующей формулой:
ДК^З,04^*54,
Д/?— съем СО2 с 1 м3 раствора, нм3; |я—концентрация МЭА в насыщен
Кастворе, % по массе.
1а рис. 13 показана графическая зависимость /?и, Яи,
(|п) от концентрации МЭА в растворе [19]. Несмотря на повы
ие эффективности процесса аб-
бини при увеличении концентра-
I МЭА в растворе, его рабочую
цептрацию выбирают, исходя из
кретных условии работы каждой
ановки в отдельности. Это свя-
о с тем, что из абсорбера уно-
ся МЭА с дымовыми газами
I больше, чем выше его концен-
|ция. На заводах, использующих
рдое топливо, для повышения
Концентрация растбораИЗА^
Рис. 13. Зависимость содержа-
ния СОа в насыщенном (/) и
истощенном растворах (2) и
съема СОа с 1 м3 раствора
(5) от концентрации МЭА в
насыщенном растворе.
активности процесса применяют
:твор МЭА, концентрация кото-
о составляет 13—16 %. На заво-
(, работающих на газообразном
1ливе, предпочитают работать на
ггворе, концентрация которого
оло 10% МЭА по массе.
Содержание СО2 в насыщенном
енных условиях примерно на 30 % ниже теоретической. Па
шнению с раствором поташа раствор МЭА эффективнее
! раза. Съем СО2 с 1 м3 раствора моноэтаноламина равен 16—
кг, с 1 м3 раствора поташа — 8—10 кг.
На процесс абсорбции большое влияние оказывает обеспечение
растворе МЭА в произвол-
илучшего контакта между раствором и дымовыми газами, кото-
[й достигается равномерностью распределения раствора по сече-
ю абсорбера и определенной величиной плотности орошения
1садки, а также соответствующим соотношением масс раствора
‘дымовых газов. В насадочных аппаратах для подачи раствора
вменяют устройства в основном двух типов — распределитель-
яе тарелки (или распределительное дно) и реактивные разбрыз-
[ватели конструкции А. Д. Тезикова и Н. А. Елуфимова, описан-
ие в [29]. Согласно практике эксплуатации этих устройств на
Лрде сухого льда ВНИКТИхолодпрома при использовании реак-
^ifcoro разбрызгивателя обеспечивалось значительно более равно-
5Г
мерное распределение раствора по сечению абсорбера по 1
нию с распределительной тарелкой. I
Влияние плотности орошения насадки от 3,5 до 7 м3/ч Я
чете на 1 м2 пустого сечения абсорбера оказалось неявным.
личение плотности орошения насадки в 2 раза путем приме»
рециркуляции раствора в абсорбере, установленном на зЛ
сухого льда ВНИКТИхолодпрома, не дало ощутимых результЯ
Многолетний опыт эксплуатации абсорберов показал, чтои
сорберы необходимо конструировать па условия обеспечения
нительно небольших плотностей орошения насадки. Это позвои
применять абсорберы с большими сечениями и меньшей выс I
в результате чего потери давления потока дымовых газов *
минимальными. Ж
Согласно материалам ВНИКТИхолодпрома по обсле ^^В
действующих установок сопротивление насадки абсорбер »
чснием времени значительно увеличивается вследствие загря. V
насадки, которое тем больше, чем мельче применяемые коЖ
Кроме того, мелкая насадка, обладающая худшей смачиваемо Я
увеличивает долю застойных участков. Расчетный коэффицЯ
смачиваемости насадки из керамических колец размером 25хЯ
ХЗ мм равен 0,5—0,6, тогда как коэффициент смачиваемо!
ласадки из керамических колец размером 50x50x5 мм — 0,7—
Преимущественно применяют I
садки из керамических ко!
размером 50x50X5 мм. Я
Скорость движения дымов
газов в диапазоне 0,2—0,5 Я
не влияет на эффективность •
сорбции. При больших скород
наблюдалось вспенивание р5
твора, поэтому ее рекомендуем
принимать не выше 0,7 м/с. (
Величиной, влияющей на з
фективность абсорбции, являс
отношение количества раство;
дымовых газов к величине к
тактной поверхности насад
Как видно из графиков (рис. 1-
чем больше концентрация р
твора, тем выше коэффици.
абсорбции (Kaf) и абсорбцио
ный съем (Kaf&P). Оптимальн;
поверхности насадки по раство!
ЧПкШ ГЯЧЯМ 1 икжЗ/( кя2 . LT^ '
Концентрация насыщенного
раст&ора М^А, % по массе
Рис. 14. Зависимость коэффи-
циента абсорбции СОг из дымо-
вых газов (а) и абсорбционного
съема СО2 (б) от концентрации
МЭА в насыщенном растворе.
величина нагрузки контактной 1-----7------ ------ __ _-----
равна 5—7 л/(м2-ч), а по дымовым газам — 1 нм3/(м2-ч).
Влияние содержания СО2 в дымовых газах на процесс абсор(
ции характеризуется абсорбционным съемом СО2 с поверхности
насадки который при постоянной концентрации раствор
МЭА остается почти неизменным и составляет примерно 0,1
СО2 с 1 м2 поверхности насадки в диапазоне изменений движуи^’
52
.длы абсорбции Др от 6 до 10 Па. Это объясняется тем, что
" увеличением содержания СО2 в дымовых газах и движущей
.илы абсорбции Др коэффициент абсорбции уменьшается. На
коэффициент абсорбции и абсорбционный съем оказывает положи-
тельное влияние концентрация МЭА в растворе (чем выше тем
больше K(lf и КаДр).
Колебание температур сред в абсорбере от 30 до 60 °C за-
метно не влияет на эффективность процесса абсорбции. Для
уменьшения же потерь МЭА с дымовыми газами, отходящими
из абсорбера, температуру дымовых газов, поступающих в абсор-
бер, поддерживают на уровне 30—35 °C. Кроме того, для умень-
.’дления потерь водяных паров и паров МЭА с дымовыми газами
Обеспечивают равенство температур дымового газа до и после аб-
г вбции путем регулирования процесса охлаждения истощенного
^гвора в холодильнике раствора, а дымовых газов — в скруб-
^ах.
> В некоторых цехах осуществляется улавливание МЭА из дымо-
Bfcix газов после абсорбера промывкой отходящих дымовых газов
рециркулирующей водой или охлаждением водой в холодильниках
дымовых газов, устанавливаемых под крышкой абсорбера. Однако,
как показала практика эксплуатации, в промывной воде и кон-
денсате, образовавшемся в холодильнике дымовых газов, накап-
ливается МЭА в количестве, не превышающем 0,4 % по массе.
Промывная вода и конденсат загрязняются механическими приме-
сями и органическими соединениями дымовых газов. При работе
на твердом топливе промывная вода и конденсат приобретают
(острый, неприятный запах и корродирующие свойства, и вслед-
ствие этого нежелательно их возвращать в раствор. Поэтому для
борьбы с потерями МЭА предпочитают применять очистку рабо-
чего раствора МЭА в вакуум-перегонной установке, где происходит
его регенерация.
Повышение температуры абсорбции до 70 °C и выше недопу-
стимо. так как при этом начинается обратный процесс — десорб-
ция СО2 из раствора МЭА.
Исходя из сказанного, расчет абсорбера (определение диа-
метра и высоты абсорбера) осуществляют в следующей последо-
вательности.
В зависимости от вида выпускаемой продукции принимается
коэффициент потерь СО2. Для определения количества циркули-
рующих сред необходимо рассчитать исходную производитель-
ность газовой части установки Ссо,.г (в кг/ч).
Ссо,,г= 1 »ЮСо,,ж ИЛИ ^СО2,г “ J»24- 1»36СО1 с л.
Здесь бсо^ ж, бсо|. с. л — производительность установки при выпуске соответст-
венно жидкого и твердого СО2, кг/ч.
т] Зная состав топлива, находят содержание СО2 в дымовых
взах после сжигания топлива (Сь в % по объему).
п; Задаются концентрацией МЭА в насыщенном рабочем рас-
53
««сороента (в % по массе). При использовании газа
Топлива £н=10%, а твердого и жидкого £„=13% по массе.
По графикам (см. рис. 13) соответственно выбранной
центрации определяют значение съема СОг с 1 м3 раствора
(в нм3/м3) и необходимое количество циркулирующего раств
МЭА Vp (в м3/ч) и 6Р (в кг/ч):
Vp = бСО1Г/р^о>л/?.
При плотности раствора ~1000 кг/м3 и газообразного
оксида углерода 1,84 кг/им3
Gp~10»Gr/6g;p64.
Задаются содержанием СО2 в дымовых газах, выходящих
абсорбера (С2, % объемные), С2=1 %.
Меньшее содержание СО2 после абсорбера допускать не рекр
мендуется, так как ие будет обеспечен точный контроль *
эффективностью работы абсорбера, который, как правило, осу-
ществляется с помощью обычного ручного химического газоапа
лизатора ГХП, точность измерения которого равна 1 % СО2.
Количество дымовых газов Уд.г (в нм3/ч), необходимых дл)
обеспечения производительности газовой части установки, опре
деляют по формуле, приведенной ранее.
При С, = 10 % ^'.r>6GCOi>I..
Удельное соотношение количеств дымовых газов и абсорбента
будет равно при Д7?=*10 нм3/м3 и Ci—С2=10% по массе
Vp/V« г Ю л/нм».
Задаются скоростью движения дымовых газов
равна 0,25—0,5 нм3/(м2-с), и определяют сечение
.аппарата D (в м) по формулам:
Fa = V* г/Шд.г-3600; D = V4Fa/n.36OO .
При этом диаметр абсорбера должен быть не
не более размера, при котором плотность орошения насадки будет
ниже 3,5—4 м3/ (м2 • ч). •
Высоту аппарата, занятого насадкой Н (в м), определяют из
выражения Н= V„xc/Fa.
Здесь Vnar = F„ar//— объем насадки, ма; Pnac^Gco,, т1К„)\р— необходимая
контактная поверхность насадки, м2; Kai^P— абсорбционный съем, принимается
по графикам (см. рис. 14, 6) в зависимости от gn или принимается по графи-
кам (см. рис. 14, а) г. зависимости ст £н, Др — движущая сила абсорбции, кПа,
рассчитывается по формуле:
Др = (Др; — Др2) (2,31g Др^Дрг)-1;
ДР1 = рг । Рж,2> &Pi~Pr,2 Рж,1«
' Iх1
Здесь Рг, 1, Рг. 2 — парциальное давление СО2 в дымовых газах соответ iralci
до и после абсорбера, Па; р», >, Рж,2 — парциальное давление СО2 над / q
ром соответственно насыщенным и истощенным, Па.
54 !
а>дг, которая
F и диаметр
менее 1,2 м и
II Io сравнению co значениями pr.i и рг,2 величины и р>к>2
Irin, малы и в расчетах принимаются равными 0.
Парциальное давление СО2 в дымовых газах pr,i и рг,2 рас-
пнывают по выражениям:
рг,1 = 0»01£1Рд.г,1 * ^г,2 ~ 0,01С2Рд г
<• Pav, Рд.г, 2 — давление дымовых газов соответственно до и после абсор-
ра, Па.
В качестве насадки выбираются крупные керамические кольца,
ж правило, уложенные насыпью, размером не менее 50Х50Х
5 мм и обеспечивающие низкое гидравлическое сопротивление
лучшую смачиваемость поверхности. По данным табл. 4 находят
^дельную поверхность 1 м3 выбранной насадки f и определяют
**?обходимое количество кольцевой насадки.
f Рассчитанный по абсорбционному съему объем насадки про-
вот по коэффициентам нагрузки насадки по раствору и ды-
мовым газам, которые должны быть равными рекомендованным
выше.
Рассчитав Янас, определяют общую высоту абсорбера //а (в м):
Яа = Я1 + /72 + Я3Н-Япас,
где Я,1—высота подкол осн и ко во го пространства абсорбера, равная 1,5—2 м;
Я2 — высота пространства от орошаемой насадки до отбойного (неорошаемого)
лоя насадки, расположенного под крышкой абсорбера. В этом пространстве
располагают разбрызгиватель. Величину Я2 принимают конструктивно. Я3 — вы-
сота отбойного стоя насадки, расположенного под крышкой абсорбера, рав-
ная 0,3—0,6 м.
ДЕСОРБЦИЯ СО2 ИЗ РАСТВОРА АБСОРБЕНТА
Процесс выделения СО2 из насыщенного раствора абсорбента
(десорбция) осуществляется в десорбере, который состоит из
двух частей, расположенных одна над другой. В нижней части
Находится вертикальный либо горизонтальный кипятильник ко-
жухотрубчатого типа, а в верхней — дефлегматор, как правило,
|Н|садочный. В цехе сухого льда ВНИКТИхолодпрома более
1 лет эксплуатировался тарельчатый барботажный дефлегматор.
1а нескольких предприятиях применяют дефлегматор пенного
ипа.
Насыщенный раствор МЭА поступает в верхнюю часть десор-
>ера (рис. 15) и через разбрызгивающее устройство сливается
<а насадку дефлегматора. С разделительного дна под дефлегма-
тором раствор по наружным трубам поступает под трубчатку
кипятильника. По трубам кипятильника раствор поднимается в
надтрубное пространство и оттуда уходит в теплообменник. В меж-
трубное пространство кипятильника подается греющий пар. При
использовании горизонтального кипятильника пар поступает в
трубное пространство. В кипятильнике десорбера раствор нагре-
вается и кипит. При этом из раствора выделяется СО2, водяной
пар, пары МЭА. Эта парогазовая смесь, поднимаясь вверх, про-
59
поступают в холодильник газа.
Таким образом, в десорбере
щего пара совершается в два
Рис. 15. Теплообменник и десорбер
с дефлегматором насадочным:
/ — теплообменник; 2 — отбойный слой
насадки; 3 — дефлегматор; 4 — десорбер;
5 — кипятильник.
ходит через насадку дефлегматора. При соприкосновении с болей
холодным насыщенным раствором парогазовая смесь охлаждается,
а раствор нагревается и из него выделяется СО2. При этом часть
водяных паров* и паров МЭА, конденсируясь, стекает вниз и
возвращается в кипятильник. Несконденсировавшаяся часть водя-
ных паров и Л\ЭА, а также выделенный СО2 из дефлегматора
процесс теплопередачи от грею-
этапа. Сначала в кипятильнике
теплота конденсации греющего
пара передается раствору, посту-
пающему в кипятильник из де-
флегматора. Затем теплота пере-
дается контактным способом
образовавшейся в результа^*
первого процесса парогазово^
смеси раствору, поступающему
из теплообменника. За счет теп-
лоты греющего пара насыщенный
раствор, догрсваясь до темпера-
туры кипения, кипит. Из раствора
испаряются вода и МЭА. Проис-
ходит реакция химического раз-
ложения части карбоната МЭА, и
СО2 десорбируется из раствора
МЭА.
При этом тепло частично те-
ряется в окружающую среду че-
рез стенки аппарата и уносится в
холодильник * газа вторичными
водяными парами, не сконденси-
ровавшимися в дефлегматоре,
СО2 и парами МЭА.
Основным показателем экономичности всего процесса произ-
водства СО2 из топлива абсорбционно-десорбционным способом
является удельный расход топлива, который зависит в основном
от удельного расхода пара в десорбере. Последний тем меньше,
чем меньшее количество теплоты расходуется па каждый из про-
цессов, происходящих в десорбере.
Состав процессов, на которые расходуется теплота конденса-
ции пара, виден из уравнения баланса тепла в десорбере:
Я = <7хим + Яр + <7вт.п 4- 2<7пот»
где q — общее удельное количество теплоты, вносимой в десорбер греющим
паром, равное общему удельному количеству расходуемой теплоты, кДж/кг;
<7хим—удельное количество теплоты, затрачиваемой на осуществление реакции
1 Водяные пары, которые образовались из кипящего раствора абсорбента,
принято называть «вторичными» водяными парами и конденсат этого пара также
называют конденсатом «вторичного» водяного пара.
56
!вч1мм)1о разложения карбоната МЭА для получения 1 кг СОг, величина
пиная, равная 1463 кДж/кг; —удельное количество теплоты, затрачивае-
'Я, н процесс догрева раствора от температуры раствора перед дефлегмато-
ть Ш 1смпературы десорбции, кДж/кг; q9r. а — удельное количество теплоты,
Л Л юс со вторичными водяными парами, которые уходят из дефлегматора
Я- Я лнльник газа, кДж/кг; 2<?пот = (Qco. + <?мэа + Опот)— удельные потери
Жж с СОг и парами МЭА, уходящими из дефлегматора в холодильник газа,
а ^Вплопотери через стенки десорбера в окружающую среду, кДж/кг; величина
несоизмеримо меньше ?хим, 7р и 4вт. п-
^вДоля количества теплоты, затраченной на каждый из указан-
процессов не одинакова. Подавляющее количество теплоты
> j^yxoayeTCH на нагрев раствора и теряется с вторичными водяными
‘Ирами, т. е. 9=/(?р~^?вт.п)- Расход количества теплоты зависит
параметров технологического режима процесса десорбции, при-
не всегда одинаково. Так, зависимость q$ и pDT.n от темпера-
П»- насыщенного раствора (/нр)> поступающего из теплообмен-
з дефлегматор, противоположная. Если удельное количество
| ты, расходуемой на догрев раствора, тем ниже, чем выше /Н.Р
J >ем меньше разность между /д и /н.р), то потери количества
J (лоты с уходящими вторичными парами тем меньше, чем ниже
j ) температура (и тем ниже температура вторичных водяных
1|1ров, выходящих из дефлегматора, /п,д).
W Удельное количество теплоты, расходуемой на нагрев раствора
фависит нс только от разности температур (/д — /н.р), но и от
концентрации МЭА в растворе £ц, так как съем СО2 с 1 м3 рас-
а тем больше, чем выше |ц. В результате этого, чем выше
ентрация МЭА в растворе, тем меньше раствора требуется
улировать через десорбер и jeM меньше расходуется тепла
о нагрев и кипячение.
то наглядно видно из формулы для определения удельного
эда тепла на догрев раствора:
<7р--(/д-/н.р)Ср-Ю3/6^''
юрмула получена, исходя из следующих зависимостей:
<7р = (Си.р Он.р)/^г»
!и. р = бм. р^дСр — тепловой поток, уносимый из десорбера с истощенным
>ром, Вт; Qa. p=GH. р^н. р^р — тепловой поток, вносимый в десорбер снасы-
ш раствором, Вт; би р —6н р — GCOjr 103/G^’54— масса раствора, кг/ч.
отеря тепла из десорбера со вторичными водяными парами
сит не только от его температуры после дефлегматора, но и
бщего давления парогазовой смеси, уходящей из дефлегма-
рпл. Чем выше ртд, тем меньшее количество вторичных водя-
паров выносится вместе с СО2 из дефлегматора (т. е. тем
ниже соиспаряемость вторичных водяных паров) и тем меньшее
количество тепла расходуется в десорбере бесполезно.
Это становится достаточно очевидным при анализе следую-
щего уравнения:
<7вт.п — 1п.дх»
57
10
им
-TOP it. ж — энтальпия вторичных водяных паров, кДж/кг; величина зав
' Температуры парогазовой смеси после дефлегматора /п. д и его давлени
Сопротивление насадки дефлегматора составляет по сравнению с давлени
сорбции рц незначительную величину» поэтому рп. д—Рд', х— сокскаря
Вторичных водяных паров, кг Н2О/кг СО2;
X = (jBT.n^C0t ,г»
где GBT.n= ^COj.r^H^O^ljO/^COs/^fl ~ ^н2о)» кг/ч; HHgo/FlCOt =16/44 = 0,
отношение молекулярных масс; рн 0 — парциальное давление водяных
в парогазовой смеси после дефлегматора при tn. д, кПа.
Зависимость соиспаряемости вторичных водяных паров от
щего давления и температуры парогазовой смеси после дефлс
тора иллюстрируют графики (рис. 16). Согласно графикам,
меньшее количество вторичных водяных паров образуется
рд 2^1704-200 кПа и соответственно 1154-120 °C. При э
условиях значительно уменьшается зависимость соиспаряемо
вторичных водяных паров от уровня охлаждения парогазо
смеси в дефлегматоре. Так, при рд = 200 кПа, и /п.д= 1034-110
л—1 кг/кг. Однако дальнейшее повышение давления и темпе
туры десорбции нежелательно, так как может привести к хими
ским изменениям раствора. На эффективность же процесса хим
ческого разложения карбоната МЭА повышение температур
десорбции выше 100 °C оказывает незначительное влияние. С
гласно данным ВНИКТИхолодпрома, при повышении температур
десорбции от 100 до 130 °C и соответствующих давлениях десор
ции остаточное содержание СОг в истощенном растворе умен
MB
1Й>
______________t______ti
g- 1Ш9 1ЦЬ7 1/6,81°C
* 150 150 170 200 250рк0а
Рис. 16. Зависимость соиспаряемости вторичных водяных паров от общего Лаэч
ления десорбции и температуры парогазовой смеси: , | j
tu ti, t3, tt, «в — температуры парогазовой смеси после дефлегматора. J J
Рис. 17. Зависимость остаточного содержания СОг в растворе моноэтанолalfejJ
от температуры десорбции (концентрация моноэтаноламина в растворе
200
Л - - -к. -
§ g. 20 30 W 50 60 70 80 901001Ш120150
5,451 Температура
шается на 10%, причем 6 % приходится на диапазон температу*
100—115 °C (рис. 17). Поэтому осуществлять процесс десорбции
наиболее экономично при давлении 170—200 кПа и соответствую)
щих температурах десорбции 115—120 °C. При таких условиях
уменьшаются потери тепла на выпарку вторичных водяных паров
и снижается расход электроэнергии на последующее сжатие СОг-
Кроме того, при наличии избыточного давления в десорбере легко
осуществляется слив конденсата вторичного пара самотеком из
холодильника газа в адсорбер.
58
<ЯП<> данным [17], общий удельный расход тепла q имеет
'Лтмальное значение, так как зависимость q~f(qP+qOtп) =
W(/n. Ря> (/пл— 6i.p), (!я — А1.р)5н) носит параболический харак-
117]. Причем значение i/min тем меньше, чем выше концентра-
Вй МЭА в растворе. Это положение ил-
Кстрируют графики (рис. 18), построен- -
Kl по результатам расчетов значений
Kt работе десорбера в следующих уело-
/00001
ООО.
4000
iOOO
. ' d кДж/кг COi
и q нооо^Л—
20%
/О /5 20 25 it,°C
I 1 1 1 1 1
Рис. 18. Зависимость об-
щего удельного расхода
тепла от концентрации
раствора £ и разности
между температурами А/
парогазовой смеси /п.д
и насыщенного раствора
tn.p при /д = 115°С и
^п.д—^н.р = 5 °C.
Ku: /д= 115 °C,' рд=170 кПа', Д<=(/пп —
1Й),)=5°С, (ta — ta.P)— от 10 до 35 ®С,
•5; 10; 15; 20 % по массе.
В Как видно из графиков, при £я=20 °/о и
К ~~ ^и.р) = 20 °C <7тш = 5500 кДж/кг, при
В* 5 % И (£д — ^и.р) в 15 °C <7min =
10000 кДж/кг.
В Для расчетных условий удельный об-
Кй и минимальный расходы тепла q и
Вщ 'двисят только от концентрации МЭА
растворе и температуры десорбции насы-
Венного раствора, оптимальная величина
второй в свою очередь также зависит
Ьлько от концентрации раствора:
I tH.p = 94,6+14,4e-0,228 4
<7min = 17,8-103/^
В производственных условиях расход тепла на процесс десорб-
1ии значительно превышает расчетный. Часто давление десорбции
10 регулируется, и процесс десорбции осуществляется при дав-
К'ниях, близких к атмосферному, используется раствор с низкой
концентрацией МЭА, в плохом состоянии содержатся теплообмен-
1ая поверхность кипятильных труб и насадки дефлегматора или
IX поверхность недостаточна, поэтому не обеспечивается эффек-
тивный теплообмен, из-за чего .парогазовая смесь дефлегматора
недостаточно охлаждается и т. д.
В табл. 9, по данным ВНИКТИхолодпрома, приведена харак-
теристика работы некоторых производственных десорберов, а на
рис. 19 — характеристика работы дефлегматоров в этих десорбе-
оах. Как видно из табл. 9, режимы работы десорберов на разных
предприятиях очень различны. Так, доля СО2, десорбированного
из раствора в дефлегматоре, составляет 75—98 %, удельный рас-
ход тепла при |в=9-г-13,5 % 9000—19 000 кДж/кг СОг, расход
пара 4,8—8 кг/кг СОг. Съем СОг с 1 м2 поверхности пасадки
дефлегматора изменяется от 0,1 до 0,3 кг/м2 и увеличивается
с ростом концентрации МЭА в растворе (рис. 19,а), гидравличе-
ской нагрузки поверхности насадки дефлегматора и плотности
теплового потока теплообменной поверхности кипятильника Qf.kmo
<й дефлегматора <7р)Лсфл). Однако при увеличении <7р,,ага в 2—
Ч раза десорбционный съем увеличивается всего в 1,5 раза
Лис. 19, б) и поэтому является экономически нецелесообразным.
1; $9
Т а б л и
Параметр Предприятие
завод сухого льда цех сухого льда
Мосхладоком- бината № 8 Мос хладоком- бината Ns 10 Краматорского холодильника Кншине! хладоком
Тип аппарата Вертикаль- Дефлегма- Вертикаль- Вертика ный (дефлег- тор верти- ный (дефлег- ный (де матор и ки- кальный, ки- матор и ки- матор и пятильник в пятильник пятильник в пятильц одной обе- (основной и одной обе- одной а чайке) дополнитель- чайке) чайке) ный) гори- зонтальный 3 Диаметр, м 1,8 1,5 0,8 0,& Поверхность нагрева, м2 287 190 (в 1970 г. 30 30! второй кипя- 1 тильник по- ’ верхностью нагрева 55 м2 от- ключен) Высота насадки дефлегмато- 7,8 6,8 8 8 ра, м Тип насадки Керамичес- Керамичес- Керамичес- Керамиче кие кольца кие кольца кие кольца кие коль; размером размером размером размером 25Х25Х 25x25x4 мм 25x25x3мм 50Х50Х Х4 мм, уло-в два яруса (7 м — на- х5 мм, ; же иные на- сыпью, 1 м — женные р сыпью рядами) дами Поверхность насадки дефлег- 3920 2400 806 441 матера, ма Отношение высоты насадки 4,33 ^,53 10 10 к диаметру / Рабочая характеристика десорберов / Производительность по СО.2, 1080—1162 450—524 70—151 162 кг/ч Концентрация раствора МЭЛ, 8,8—10 12—15,6 4-—20 9,1 % по массе j * Плотность орошения насадки 18,2—1 9',2 11,5—12,5 8,2—10,0 23,6 дефлегматора, м3/(м2 ч) • Нагрузка поверхности насад- 11,8—12,2 8,4—9,2 5,1—6,4 28,5 ки дефлегматора по раствору л/(м2ч) Плотность теплового потока 265—460 370—440 116—230 1630 поверхности теплообмена на- садки дефлегматора, Вт/м2 Температура насыщенного 100—99 86—92 108—111 83,5 раствора, входящего в де- флегматор, °C Температура десорбции, °C 119—122 122—123 109—117 125 Давление десорбции, кПа 196—235 196 147—168 212 Сопротивление дефлегматора, 12—26 0,69 0,69—3,4 — кПа Температура парогазовой 112—119 91—116 107—ПО 124 смеси после дефлегматора, °C
60
Продолжение табл. 9
Предприятие
Параметр завод сухого льда цех сухого льда
Мосхладоком- бииата Ns 8 Мосх ладо ком- бината Ns 10 Краматорского холодильника Кишиневского хладокомбината*
Кпслогарифмическая раз- 5,6—6,6 3,7—11,7 — Н температур в дефлег- Кфе, СС Ипсратура греющего пара, 144—152 135—142 123—136 адьный расход пара M I м3 раствора, кг/м3 117—161 85—122 94—102 И 1 м2 поверхности тепло- 27,5 19,2 20,5 Обмена кипятильника, •г/(м2 • ч) М 1 кг СО2, кг 6,3—5,3 5 5,6—4,8 класть теплового потока 13,4—17,5 8,4—11 12,8 Оерхности теплообмена «итильника, кВт/м2 |гльная нагрузка поверх- 0,166—0,172 0,157—0,163 0,103—0,16 етн теплообмена кипятиль- Ха по раствору, м3/(м2 ч) Испаряемость вторичных 2—4 0,2—0,9 1,1—3 |дяных паров, кг водяных фов на 1 кг СО2 Характеристика работы десорберов Жнентрация МЭА в насы- 9,5 13,5 9 Ином растворе, % по мас- 1сльный съем СО2 г 1 м- поверхности насад- 0,21—0,25 0,15—0,2 0,1—0,13 ки дефлегматора (десорб- ционный съем), кг СО2/ма с 1 м3 раствора, кг/м3 1657—18,4 20,33—26,68 18—19,8 с 1 м2 поверхности тепло- 3,2—4,2 3,4—3,9 3,0—3,7 обмена кипятильника, кг/м2 'дельный расход пара, кг/кг 6,3—5,3 5 5,6—4,8 Р3 'дельный расход тепла, 14—12 11,3—9 12,5—11 цс. кДж/кг СО2 154 109 45 8,3 28,5 0,485 0,93 9,1 0,29 11,4 5,4 8 18,7
По данным ВНИКТИхолодпрома, наилучшие результаты ра-
оты производственных десорберов обеспечиваются соблюдением
ледующего рекомендуемого технологического режима их экс-
луатации:
Концентрация МЭЛ, £ н, % по массе
Давление десорбции, рд, кПа
Температура десорбции, tg, °C
Не ниже 8
170-230
115-123
Давление греющего пара рп, кПа 320-400
Температура пара tn, °C 135- 143
Удельный расход пара на 1 кг СО2 gn, кг/кг 5.5 6.5
Плотность теплового потока поверхности
теплообмена, кВт/м2
кипятильника gF, кип 8-10
дефлегматора 0.3-0.4
Коэффициент теплопередачи, Вт/ (м2-ч)
кипятильника 550-600
дефлегматора 50-70
Десорбционный съем СО2 с 1 м2 поверхности 0,15-0,2
теплообмена дефлегматора Kgf Др, кг/м2
Гидравлическое сопротивление насадки из До 10
керамических колец размером 25x25x4, уложенных
насыпью, кПа I
Удельная гидравлическая нагрузка поверхности
теплообмена, л/(м2,ч)
кипятильника 200
дефлегматора 8-12
Расчет десорбера проводится в следующей последоваз
ности.
По заданной производительности газовой части устань
^сож.г определяют количество циркулирующего через десо,
раствора Vp (в м3/ч):
ур— ^cof,r/^Pcot«
% по массе
Рис. 19. Характеристика
боты дефлегматора:
। а — зависимость десорбциок
! съема от концентрации £и
нагрузке по раствору:
28 л/(м2-ч); 2—12 л/(м*
3 — 8—9 л/(м2 • ч); 4 — 6—7 л/1
Хч); б — зависимость десор'
онного съема от плотности
левого потока поверхности те
обмена дефлегматора. 1
1045 2090 3135 4180 5225 5270л2ж№
О 250 500 750 1000 1250 1500 ккал/ЬЦ
а 7'
Здесь А/? находят по графику (см. рис. 13) соответственно мин
мальной из рекомендованных концентраций МЭА в растворе
= 8 %.
42
||мнчина теплообменной поверхности кипятильника F^ (в м2)'
дгляется из выражения:
^кнп,1 = СкИп/^КшДшП >
/пип — общий тепловой поток через теплообменную поверхность кипятиль-
ог греющего пара, Вт; определяется или по рекомендованному значению
ною расхода теплоты па 1 кг СОг <7со, и заданному значению
t (Знип =^со/'со2,г)» или рассчитывается по тепловому балансу
бора, при этом принимают, что в кипятильнике десорбера десорбируется
о 10—15 % СОг-
[айденное значение FKnn,i проверяют по рекомендуемому зна-
ю удельной гидравлической нагрузки поверхности кипятиль-
। 0,2 м3/(м2-ч) и найденному количеству циркулирующего
вора
Лшп,2 = Ур°’2-
(ля дальнейших расчетов принимают величину Гкип, наиболь-
• из найденных.
1о найденному значению Гнил конструктивно определяют
ренний диаметр десорбера £>дсс (в м). Высоту труб Н
) обычно принимают равной высоте теплообменника раствора,
шальный диаметр труб кипятильника — не ниже Я/80, раз-
ение труб в трубных решетках стандартное.
Для характеристики экономичности процесса десорбции опре-
деляются удельный расход пара gn (в кг/кг) и топлива gT
(в кг/кг) :5г
gn= Qrain^C/^cOj.r (‘п— *к)>
gr = Ёп/ЯтЦ*
где К — коэффициент, учитывающий производственные потери СОг (К=
1,14-1,5); — теплосодержание греющего пара и его конденсата, кДж/кг;
qT—теплота сгорания топлива, кДж/кг; -q — КПД парового котла (т]=0,64-0,8).
Величину теплообменной поверхности насадки десорбера Гдефл
(в м2) определяют по удельной тепловой нагрузке насадки де-
флегматора: /**дефл,1 = Одафл/-Кдсфл®дефл>
где Одефл — общий тепловой поток в дефлегматоре, Вт; рассчитывае мся по теп-
ловому балансу дефлегматора.
В расчете принимается, что в дефлегматоре десорбируется
85—90 % СО2. Величина КДСфл [в Вт/(м2-К)] принимается реко-
мендованная, вдефл (в °C) рассчитывается по формуле
Одефл = Ц^п.г,2 ^н.р,1) (^п.г, 1 ^н.р.2)]/2 (^п.г,2 ^н.р, 1)
X (^п.г, 1 ^и.р,2) \
где /п. р, j, ta. р, 2 — температура соответственно насыщенного раствора, входя-
щего в дефлегматор и выходящего из пего (/н. 2 обычно па 2—5 °C ниже тем-
пературы десорбции); ta, г> ь /п. г, 2 — температура соответственно парогазовой
меси, входящей в дефлегматор (обычно равна температуре десорбции) и выхо-
дящей из него, ° С.
51
IV
II
“Г
|1* । и
till I
ill-
|V» I
1И1
1 '"
I V»'
I ‘ s
Кроме того, /’’лгф.1 определяется по рекомендованному знй|
десорбционного съема (Кд/Лрл = 0,15-?0,2 кг/м2): I
^дефл2 = ^СО2 .гЛ^Д/^Рд) |
и по рекомендованному значению удельной тепловой нагрузк!
лообменной поверхности насадки дефлегматора ^гдефл (в В
^дефлз — Сдефл/^Гдефл-
Для дальнейших расчетов принимают ГдефЛ, наибольшу
найденных.
Объем насадки Vliac (в м3) и высоту объема десорбера,
того насадкой, //нас (в м) определяют по формулам:
Кнас ~ Яцефл//*» Янас “ KHac/0,785D2,
где f — удельная поверхность 1 м3 насадки (принимается по табл. (?).
В качестве насадки дефлегматора обычно применяют м
керамические кольца размером 25x25x4 мм, укладываемые®
сыпью. В '
Общая высота десорбера II (в м) находится как сумма В
Н = /ц + Якип + h2 + й3 + ЯНас + ^4 + ^5»
где Аз, й3, /14, Л5 — высота пространств от нижнего дна до нижней тру8И|
решетки, от верхней трубной решетки до разделительного дна, от разделите/”'т <
дна до колосниковой решетки под орошаемой насадкой дсфлегдЛгора, о 1
садки дефлегматора до колосниковой решетки под неорошаемым отоойным < 1
насадки, и от колосниковой решетки до верхней крышки десорбера. V
При разработке конструкции десорбера и определении р I
меров fti — й5 учитывают опыт эксплуатации этих аппаратов. Т ]
между разделительным дном и верхней трубной решеткой пре,
сматривают пространство высотой (h2) не менее 0,8—1,2 м. 3
позволяет предотвратить затапливание разделительного дна ра
твором при нарушениях нормальной его циркуляции. Нижню)
трубную решетку кипятильника размещают не менее чем н*
0,15 м выше дна кипятильника (/п), что способствуем улучшении!
циркуляции раствора и уменьшению отл(*кений в трубах меха!
нчческих примесей, содержащихся в растворе. Трубы для пере-1
лива раствора из десорбера в теплообменник располагают па
0,1—0,15 м выше верхней трубной решетки кипятильника. Этим
обеспечивается наличие постоянного слоя раствора над трубами
кипятильника, в результате чего исключается перегрев концов
труб и трубной решетки.
Кипятильные трубы и трубные решетки десорбера контакти-
руют с СО2 и кипящим раствором МЭА, содержащим СО2. Как
показала практика эксплуатации десорберов, эта среда является
агрессивной. Поэтому кипятильные трубы и трубные решетки
кипятильника, как правило, изготовляют из коррозиестойкой угле-
родистой стали.
64
♦ иДОГРЕВ, ОХЛАЖДЕНИЕ И РЕЦИРКУЛЯЦИЯ РАСТВОРА АБСОРБЕНТА
Ihi (огрев насыщенного раствора путем частичного охлаждения
рн’кто истощенного раствора (рекуперация тепла) происходит
ишлообменниках, устанавливаемых вертикально или горпзон-
Прн работе на дымовых газах, загрязняющих раствор,
шикает необходимость чистки теплообменника от осадков, вы-
ч.| инощих в теплообменнике из раствора при его охлаждении.
Нн-ному при монтаже теплообменника его располагают с учетом
шнможности чистки труб и межтрубного пространства. Кроме
uno, предусматривается такое размещение теплообменника отно-
ин'льно кипятильника десорбера, при котором обеспечиваются
лпос заполнение теплообменника раствором и отвод парогазовой
। меси из верхних точек трубного и межтрубпого пространств теп-
шобмепника в десорбер (или сброс в атмосферу). Верхнее днище
лообменпика должно быть ниже патрубка для слива истощен-
ного раствора из десорбера в теплообменник не менее чем на
200—300 мм. В противном случае верхняя часть теплообменника
может оказаться заполненной парогазовой смесью, а не раство-
ром. При этом создаются условия для коррозии труб и трубной
решетки теплообменника, увеличивается возможность подтопления
разделительного дна десорбера раствором, что вызовет выбросы
раствора в холодильник газа и нарушение всего технологического
режима работы газовой части установки.
Для отвода СО2, растворенного в истощенном растворе, на
трубопроводе слива раствора в теплообменник монтируется паро-
газоотделитель, из верхней точки которого СО2 и водяные пары
отводятся в десорбер, а из нижней — раствор в теплообменник.
При невозможности непрерывно освобождать теплообменник
от газовой подушки его снабжают безопасным устройством для
периодической продувки трубного и межтрубного пространств
аппарата.
Как правило, в качестве теплообменников используют кожухо-
трубчатые одноходовые вертикальные аппараты с жестким креп-
лением трубных решеток (ГОСТ 15122—69).
При подборе теплообменника необходимая поверхность F
(в м2) определяется по формуле
^=1Л<2н.р7*0»
где k — коэффициент теплопередачи аппарата, зависящий от его конструкции
и режима работы, Вт/(м2’К); 0 — среднелогарифмическая разность между тем-
пературами иа холодном и горячем концах теплообменника.
При скорости движения раствора в межтрубном пространстве
теплообменника 0,1—0,2 м/с £ = 7004-750 Вт/(м2-К). Иногда в
качестве теплообменника применяют аппараты завышенных разме-
ров. Как показала практика эксплуатации таких аппаратов,
скорость движения раствора в них составляет 0,01—0,003 м/с, а
£ = 504-100 Вт/(м2-ч).
Поскольку температура насыщенного раствора после тепло-
обменника определяет температуру парогазовой смеси после де-
3 Зак. 982 55
флегматорп, при невозможности полезного использования теЯм
парогазовой смеси п давлении десорбции ниже 170 кПа те^»>
обменник рассчитывается на условия большой недорскупера^Ир
тепла и разность между температурами на горячем конце пр^м>
мается близкой к 20 °C. При полезном использовании тепла паИ.
газовой смеси разность между температурами на горячем ко^Ь
теплообменника составляет 5 °C. Разность между температурой
на холодном конце теплообменника принимается равной ifl
15 °C. Ж
Нагрев раствора в теплообменнике до температур, близ Л»
к температуре кипения раствора, не допускается, так как в апгЖ
рате уже при 75—85 °C начинается десорбция СО2, что мояя
способствовать возникновению коррозии аппарата.
Для охлаждения истощенного раствора перед его подачейД
абсорбер и доведения его температуры до температуры, близкЯ
к температуре дымовых газов, предназначен холодильник растворВ
Он работает при температурах, наиболее благоприятных дД
выпадения из воды солей жесткости в трубах, что вызываД
необходимость частой остановки холодильника раствора на очистД
труб. Для предотвращения этого явления на некоторых преД
приятиях применяют ультразвуковой метод предупреждения вД
падения солей жесткости. а
Холодильник раствора снабжается водой из общей водопровода
ной сети или оборотной водой из градирни. Так, в цехе сухогв
льда ВНИКТИхолодпрома для охлаждения элементов холодили
ника раствора, последних по ходу раствора, использовалась обо:
ротная вода с градирни ГПВ-130. С ее помощью раствор охлаж^
дался в летнее время до 40—45 °C. Теплая вода после холодильника
раствора иногда используется на хозяйственные нужды либс
направляется в скрубберы для дополнительного орошения на-
садки.
В качестве холодильника раствора используются аналогичные
теплообменники Общего назначения. При скорости движения срех
не ниже 0,15—0,2 м/с коэффициент теплопередачи следует при-
нимать равным 150—200 Вт/(м2-ч).
Рециркуляция раствора абсорбента через систему абсорбер
теплообменник — десорбер — теплообменник — холодильник par
твора — абсорбер осуществляется с помощью насосов, количест»
которых равно числу абсорберов плюс один.
При работе на растворе МЭА (особенно при отсутствии уст
новки для его регенерации) насосы очень подвержены коррози
Все детали насосов из цветного металла заменяют стальными ид
чугунными. При отсутствии насосов в кислотостойком исполнен!,
у обычных насосов еще до включения в работу вал и рабочи.
колеса заменяют коррозиестойкими. Рабочие колеса иногда изп
товляют из литого чугуна.
Производительность насоса, подающего истощенный раствор,
меньше производительности насоса, подающего насыщенный рас-
твор, на количество вторичных водяных паров, унесенных из де-
м
!фбгра вместе с С02. При небольшой производительности газовой
•пи установки, где количество вторичных водяных паров не
||гнышает 200—300 кг/ч, разность между производительностями
it»нов не ощутима для приборов.
Производительность насоса примерно должна быть равной
8 м3/ч па каждые 100 кг/ч СО2.
Параллельно каждому насосу обычно устанавливают резервный.
Производительность насоса регулируется запорным вентилем,
^положенным на нагнетательном трубопроводе. Регулировка
юизводительности насоса вентилем на всасывающем трубопро-
i/ic вызывает эрозию полости всасывания насоса. Для контроля
регулировки производительности насосов на нагнетательных
|рубопроводах насосов устанавливаются расходомеры.
Насосы должны применяться с надежными сальниками, не до-
пускающими утечек раствора МЭА. На некоторых предприятиях
раствор МЭА из сальников насосов собирается в емкости и вновь
I перекачивается в систему. Однако такой раствор, который в тече-
ние длительного времени соприкасался с кислородом воздуха,
нельзя возвращать в систему, так как в нем произошли необрати-
мые химические изменения. В некоторых случаях, когда процесс
десорбции осуществляется при высоком давлении, насос, пере-
качивающий истощенный раствор, нс используется. Истощенный
раствор подается в абсорбер вследствие разности между давле-
ниями в десорбере и абсорбере. Всякие изменения давления де-
сорбции при отсутствии приборов автоматики, обеспечивающих
его стабильность, вызывают соответствующие колебания произво-
дительности насоса, а следовательно, производительности всей
установки.
Потребную мощность электродвигателя jV (в Вт) при непо-
средственном соединении с насосом определяют из выражения
Я = уря/п,
где Ур — количество подаваемого раствора, м3/с; Я— напор насоса, Па;
л— КПД насоса (для центробежных насосов п=0,6ч-0,8).
ОХЛАЖДЕНИЕ ПАРОГАЗОВОЙ СМЕСИ
Охлаждение парогазовой смеси, выходящей из дефлегматора
десорбера, осуществляется в холодильнике газа. В качестве
холодильника газа применяют кожухотрубчатые и элементные
аппараты. Парогазовая смесь (СО24-Н2О + пары МЭА) поступает
из дефлегматора десорбера в межтрубное пространство холодиль-
ника газа сверху, а охлаждающая вода проходит по трубам
противотоком снизу вверх. В результате охлаждения парогазовой
смеси образуется конденсат вторичных водяных паров, насыщен-
ный газообразным СО2. В конденсате также содержится 0,3—
0,5 % МЭА. Для восстановления первоначальной концентрации
и количества раствора конденсат возвращается в абсорбер. После
охлаждения влажный СО2 направляется на очистку и сжатие в
компрессоре.
3*
67
На предприятиях, на которых тепло парогазовой смеси ,
используется, применяют холодильник газа, состоящий из
аппаратов (бойлера и собственно холодильника газа).
Для того чтобы СО2 отделить от водяных паров, СО2 долзЯ^'
быть максимально охлажден (до 18—20°C). Поэтому в холодиЯ
ник газа (или в его последний по ходу газа элемент) пода^Я*
наиболее холодная вода, которой располагает предприятие. <Я
воду затем используют в других аппаратах.
Слив конденсата из холодильника газа в абсорбер осущеЯ
вляется автоматически, если между ними имеется достаточцЯ]
разность давлений. Это возможно при работе десорбера и, с^Н
довательио, холодильника газа, под избыточным давлением. ]Н'
линии конденсата вторичного пара устанавливают соленоиднЯ
вентиль, получающий импульс от дистанционного указатеЯ
уровня. Указатель уровня располагают на холодильнике гаЯ
либо на специальном сборнике конденсата так, чтобы обеспечиЯ
гидравлический затвор, исключающий проскок газа из холодилЯ
ника газа в абсорбер. Я
При отсутствии достаточной разности между давлениями коЯ
денсат перекачивается насосом. Для нормальной работы насоЯ
из него периодически сбрасывают в атмосферу СО2, выделившийся
из конденсата. -
Насос должен быть кислотоупорным, так как работает в услоЯ
виях перекачки агрессивной среды (конденсат вторичного парам
содержащей растворенный СО2 и слабую угольную кислоту. <
Холодильник газа быстрее всех аппаратов газовой части уста-!
ловки подвергается коррозии, так как работает с агрессивно®
средой. Особенно сильно подвергаются коррозии трубопроводы-
Холодильник газа, изготовленный из обычной стали, заменяют
новым через 3—4 года. Поэтому рекомендуется выполнять холо-5
дильник газа из нержавеющей стали.
При эксплуатации холодильника газа температура СО2, выхо-
дящего из него, должна быть максимально близкой к температуре
охлаждающей воды. При уменьшении или прекращении подачи
охлаждающей воды либо при перебросах горячего раствора абсор-
бента из дефлегматора в холодильник газа возможно повышение
температуры СО2 выше нормальной. В первом случае необходимо
увеличить количество подаваемой воды или устранить причину
прекращения ее подачи, а во втором — уменьшить количество
греющего пара, подаваемого в кипятильник десорбера, или устра-
нить вспенивание раствора. При перебросах раствора абсорбента
из дефлегматора в холодильник газа, коррозии трубопроводов или
трубной решетки и вследствие этого попадания охлаждающей
воды в полость парогазовой смеси повышается уровень конден-
сата. При давлении воды, которое ниже давления парогазовой
смеси, снижается уровень конденсата вследствие утечки конден-
сата и СО2 в охлаждающую воду через имеющиеся неплотности.
При перебросах раствора временно уменьшают количество пода-
ваемого в кипятильник десорбера пара. Во всех остальных случаях
68
|.|,1овку останавливают, освобождают холодильник газа от сред
„ in крывают его для ремонта. Текущие трубы находят путем за'
„ 1 пения трубного пространства водой и просмотра труб.
Конденсат из холодильника газа может захватиться газом,
иппасть в фильтр и компрессор, что может привести к аварии
...мпрессора вследствие гидравлического удара.
Для аварийного слива быстро накапливающегося конденсата
,ы корпусе холодильника газа монтируется патрубок с вентилем.
Расчет холодильника грза проводится по обычным формулам.
Нагрузка на холодильник газа по вторичному водяному пару
j нпределяется по графикам (см. рис. 16) в зависимости от дав-
ления и температуры парогазовой смеси. По данным ВНИКТИхо-
лодпрома, общий средний коэффициент теплопередачи холодиль-
ника газа равен 500 Вт/(м3-К).
При расчете холодильника газа условно принимают, что в
it ом аппарате происходит только конденсация вторичных водяных
паров.
ОЧИСТКА РАСТВОРА МЭА ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
Физико-химические свойства раствора моноэтаноламина с тече-
ICM времени изменяются, и он становится агрессивным.
Изменение свойств раствора МЭА происходит под воздействием
диоксида углерода, температуры процесса десорбции, состава ды-
мовых газов, загрязнений раствора и т. д. [11, 12, 16]. При этом
образуются побочные продукты. С увеличением концентрации по-
бочных продуктов в растворе возрастают скорость их образования
и соответственно скорость коррозии оборудования. В замкнутой
системе рециркуляции раствора в системе абсорбер — десорбер —
абсорбер неизбежно образуются и постепенно накапливаются
продукты побочных реакций МЭА до такого количества, при кото-
ром начинается коррозия аппаратов. Для предотвращения корро-
зии необходимо обеспечить минимальное содержание этих продук-
тов в рабочем растворе МЭА путем вывода части загрязненного
раствора и замены его чистым раствором.
Признаками нарастания коррозионной активности раствора
МЭА является изменение цвета раствора от бесцветного до чер-
ного. Окраска раствора изменяется в результате повышения кон-
центрации в нем продуктов его полимеризации и железа.
По данным ГИАП, в рабочем растворе МЭА предельно допу-
стимая концентрация накопившихся смолистых веществ равна 2 г/л
(0,2 % по массе). Содержание железа в растворе МЭА может
доходить до 0,12 % по массе, тогда как в чистом растворе его
концентрация не превышает 0,0002 %.
Смолистые вещества появляются в результате побочных реак-
ций МЭА с СОг. При взаимодействии МЭА с СОг образуется
N- (оксиэтил) этилендиамип. Согласно данным ГИАП, при содер-
жании в растворе МЭА 4 % Af-(оксиэтил) этилендиамина корро-
зионная активность раствора возрастает в 3 раза [12 ,16].
69
По мере накапливания продуктов этих реакций скороств^В
градации раствора значительно увеличивается. При этом^Я'
больше, чем выше температура и содержание МЭА и СОг в
творе. По данным ГИАП, скорость деградации 20%-ного рас-т^Я'
МЭА возрастает в 1,6—1,8 раза на каждые 10 °C в интерв^Р’
150—200 °C. Поэтому десорбцию рекомендуется осуществляться’
температурах не выше 127—130 °C и в качестве теплоноситИг
следует принимать пар низкого давления (400—500 кПа). Mai^B*
мально допустимая концентрация МЭА в растворе равна 20Им
Содержание СО2 при данной концентрации раствора не долзИ'
превышать 31,5 нм3/м3.
Скорость образования побочных продуктов реакций соедине^И*
МЭА с СО2 уменьшают добавлением в раствор Na2CO3,
или КОН.
Смолистые вещества образуются также в результате взаи^Н
действия МЭА с кислородом, который всегда содержится в дьц^В
вых газах, поступающих в абсорбер. Кроме того, МЭА конт^В
тирует с кислородом воздуха в емкостях для запасов концент^И
рованного МЭА, если хранение МЭА не осуществляется в сре^Н
диоксида углерода. При контакте МЭА с кислородом в итсЛ
образуется щавелевая кислота, которая корродирует с углеро,1^И
стой сталью. Я
Взаимодействие МЭА с кислородом также приводит к потер^И
МЭА в результате его химического связывания (3—6 кг МЭЯ
в расчете на 1 т сухого льда). Я
Химические потери МЭА значительно возрастают при наличЛ
в дымовых газах сернистых соединений. В растворе может нам
капливаться до 6 г/л сернистых соединений.
Сероводород, содержащийся в дымовых газах, реагирует с МЭ/и
при наличии в газе кислорода с образованием тиосульфата МЭАя
2RNH. + 2H*S + 2О2 - (RNHs),S»O, + Н2О. 1
Диоксид серы реагирует с МЭА с образованием сульфата МЭА:)
2RNHg + Н2О + SO2 - (RNH3)2 SO3. 1
Тиосульфат и сульфат МЭА—нерегенерируемые соединения.
Они могут связывать до 10 % МЭА и накапливаться в растворе,
в результате чего снижается его абсорбционная способность. До-
бавление в раствор кальцинированной соды (или щелочи) способ-
ствует разложению этих соединений с образованием свободного
МЭА.
При добавлении кальцинированной соды в рабочий раствор и
последующем его кипячении происходят обменные реакции по
схемам:
(RNH^aSgO, + Na2CO3 = 2RNH2 + Н2О + СО2 + Na2S2O3 и (RNH3)2 SO4 +
+ Na3CO3 = 2RNH2 + H2O + CO2 + Na2SO4.
Здесь R-CHjCHjOH.
70
। 11 < taiiHWM ВНИКТИхолодпрома, добавление кальцинирован-
( ►••Л кцы в количестве 74 г/л в раствор, использовавшийся в
, н-пинс 126 сут, приводит к увеличению на 15,8 % суточной
И -и шолитсльпости сухоледной установки, которая работает на
ч -ич<1В1.|х газах, содержащих сернистые соединения. Кроме того,
pi. \ 1ствие соды в растворе обусловливает снижение на 35 %
( ui 1 1ППЧССКИХ потерь МЭА. В результате добавления кальцини-
t г -n.iiiiioH соды к свежему раствору МЭА его физико-химические
нпйс!ва и абсорбционная способность по отношению к СОг не
( читаются.
При наличии в дымовых газах диоксида серы и сероводорода
и растворе происходит их взаимодействие с выделением серы,
ыиорая накапливаясь засоряет системы.
SO3 + HjP + 2H2S = ЗНаО + 3S.
В присутствии сероводорода в растворе, уже обладающем не-
спорой коррозионной способностью, особенно в условиях высоких
|гмператур, накапливаются продукты коррозии (комплексы же-
•н’за с МЭА). Поэтому важно не допускать попадания сероводо-
рода в рабочий раствор МЭА.
В результате влияния на оаствор температуры и кислорода
и растворе могут образовываться высокомолекулярные вещества,
наличие которых повышает коррозионную активность раствора
МЭА, а также иногда является одной из причин вспенивания
раствора. Предполагается, что вспенивание раствора возникает
при накоплении в растворе грубодисперспых и коллоидных частиц,
попадающих в раствор в виде золы из дымовых газов, а также
сульфида железа и серы, которые образуются в растворе. Кроме
того, вспениванию раствора способствуют резкие изменения дав-
ления пара в десорбере и расхода СОг, а также содержание при-
месей в исходном концентрированном МЭА.
Почти от всех загрязнений раствор можно очистить путем его
регенерации, которая осуществляется непрерывной или периоди-
ческой перегонкой раствора МЭА под вакуумом или при рабочем
давлении. На заводах сухого льда и сжиженного СО2 применяют
вакуумную перегонку.
Регенерационная установка состоит из вакуум-перегонного
куба, конденсатора, одного или двух сборников для чистого от-
регенерированного раствора МЭА и вакуум-насоса или парового
эжектора (рис. 20). В некоторых случаях в состав установки входит
емкость для накапливания грязного раствора МЭА. Однако в
вакуум-перегонный куб правильнее подавать горячий грязный рас-
твор МЭА непосредственно из кипятильника десорбера.
Раствором заполняется не более 7з общей высоты вакуум-
перегонного куба. В противном случае возможны перебросы за-
грязненного раствора МЭА в чистый отрегенерированный раствор.
Вакуум-перегонный куб оснащен надежными регулирующими
приборами типа поплавкового регулирующего вентиля, которые
должны поддерживать необходимый уровень раствора в кубе.
71
При регенерации раствора МЭА, содержащего соединения cd
в вакуум-перегонный куб регенерационной установки насосом за
чивается заранее приготовленный раствор едкого натра (из о
чета 1,25 г на 1 г серы в растворе). 1
и взаимодействии с едким натром не только сернистые.-!
и значительная часть других побочных продуктов разлагается
результате чего образуется свободный МЭА. При наличии в р
творе других соединений количество добавляемого к раств<
Рис. 20. Схема регенерационной установки:
/ — вакуум-перегонный куб; 2 — поплавковый регулирующий вентиль; 3 — конденсатом
4 — сборник для чистого регенерированного раствора; 5 — вакуум-насос.
едкого натра должно составлять 1 моль на 1 моль связанного
МЭА. Процесс регенерации осуществляется при разрежении да
20—70 кПа. Из загрязненного раствора МЭА в вакуум-перегон!
ном кубе выпариваются водяные пары и МЭА, а полимеры, смо!
листые вещества, соединения МЭА с железом и другие вещества
остаются в нем и выводятся по мере накопления. Пары МЭА и!
воДя'ньщ'^пары охлаждаются iTконденсаторе, конденсируются, co-j
бираются в одном или двух сборниках и возвращаются в систему;
с рабочим раствором МЭА. Неконденсирующиеся газы отсасыва-
ются вакуум-насосом из сборника для отрегенерированного МЭА.
В установках, работающих под давлением, пары МЭА и водя-
ные пары из перегонного куба отводят в десорбер под насадку
дефлегматора.
Количество рабочего раствора, подвергаемого регенерации,
определяется конкретно для каждой установки в зависимости от
загрязнения рабочего раствора МЭА. В качестве определяющего
фактора загрязненности принимается величина содержания в нем
железа. В зависимости от содержания железа регенерация осу-
ществляется непрерывно или периодически. Регенерации подвер-
гается рабочий раствор в количестве 5—10 или 15 % от всей массы
раствора, находящегося в системе. После регенерации содержа-
ние железа в чистом растворе должно быть 0,0005 % по массе.
Цвет раствора после регенерации желто-соломенный.
Расчет оборудования регенерационной установки проводится в
следующей последовательности.
72
I Принимается, что продолжительность регенерации всего коли-
Iна раствора, содержащегося в системе, 100 ч.
1еплопередающую поверхность кипятильных труб вакуум-
нгрсгонного куба определяют по формуле
1дссь SQ = Qi + Q2+ Qa>
i/tc У1=0,01 ОрСр(/г—/i)—расход тепла на подогрев раствора Gp от температу-
ры раствора, входящего в вакуум-перегонный куб, t\ до температуры кипения t2 при
принятом давлении перегонки, Вт; Q2=0,01 ОР г — расход тепла на испарение
рлствора при давлении перегонки, Вт; г — теплота испарения раствора при дав-
ании перегонки (принимается равной теплоте испарения воды);
Ui = 0,l (Q44-Q2)—потери тепла в окружающую среду через степки аппа-
рпта, Вт; k — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-К) (£=5204-580 Вт/(м2-К).
Расход греющего пара Gu (в кг/ч) определяется из выражения
Оп =
Как правило, используется пар, давление которого 300—
500 кПа.
Теплопсредающую поверхность конденсатора определяют по
формуле
F = Q2/£0.
Здесь Q2 принимается равной теплоте испарения раствора, Вт; £=3004-
4-350 Вт/(м2К); 6=/к — + fWf)/2— разность между температурами кон-
денсации паров воды при давлении перегонки tK и средней температурой охлаж-
дающей воды.
Количество неконденсирующихся газов (воздуха) и пара, от-
сасываемых из системы вакуум-насосом принимают равным 3 %
от массы греющего пара, расходуемого на регенерацию раствора.
При наличии действующей регенерационной установки почти
полностью исключается коррозия аппаратуры.
ОЧИСТКА ГАЗООБРАЗНОГО СО2 ОТ ПРИМЕСЕЙ
Для получения чистого газообразного СОг из продуктов сжи-
гания топлива абсорбционно-десорбционным способом не требуется
сложной системы очистки газа. Как правило, диоксид углерода
содержит лишь следы моноэтаноламина, которые придают газу
едва уловимый запах МЭА. Для того чтобы избавиться от него,
достаточно промыть СО2 водой.
При добавлении в раствор свежего концентрированного моно-
этаполамина СО2 пахнет резко. Поэтому в первые сутки после
добавления МЭА газ промывается 0,5%-ным раствором марган-
цовокислого калия в промывной колонке, в которой при необхо-
димости воду можно заменить раствором марганцовокислого
калия, и наоборот. Раствор марганцовокислого калия довольно
быстро утрачивает розовый цвет и теряет свою окислительную
способность, превращаясь в темно-коричневую жидкость. Прак-
тика применения раствора марганцовокислого калия для очистки
СО2 от следов МЭА и сероводорода показала, что розовая окраска
73
н окислительная способность этого раствора сохраняются в тЯ
ние 4—8 ч. В последующий период раствор те.мно-коричне|И
цвета задерживает пары МЭА и другие органические прийИ
в таком же количестве, как вода. Образовавшаяся двуокись (Л
ганца забивает насадку, уложенную в промывной колонке, Л
личивает ее сопротивление и ухудшает промывку газа. ПоэтЛ
от следов МЭА очистку СОг эффективнее осуществлять проточЛ
или циркулирующей водой. Л
В некоторых случаях в СОг может содержаться сероводорИ
Так, при использовании топлива, содержащего серу, в МЭА Л
можно наличие сульфидов и тиосульфатов МЭА, одним из пЯ
дуктов разложения которых является сероводород. а
Раствор марганцовокислого калия кроме паров МЭА частив
очищает газ от H2S и SO2. По данным ВНИКТИхолодпроЛ
свежий раствор марганцовокислого калия, концентрация которсЯ
0,5 %, в течение первых 2—3 ч задерживает 51—53 % от обще
количества этих веществ. 1
По данным ВНИКТИхолодпрома, H2S легко адсорбируется
СО2 путем применения активного угля купрамит, который соде!
жит CUSO4. Этот уголь, засыпанный в колонку, обеспечивай
очистку СО2 не только от сероводорода, но и от паров МЭА. Пр|
скорости прохождения газа 1 л/мин 1 г купрамита способен адсо£
бировать 29 мг H2S. Обычными способами купрамит не регене
рируется.
РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА И КОНТРОЛЬ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
Стабильность технологического режима обеспечивается pery-j
лированием давления греющего пара, давления десорбции и
уровня конденсата вторичного пара в холодильнике газа [31].
Одновременно стабилизируются температура раствора, входящего
в абсорбер, и расход циркулирующего раствора.
Для регулирования этих параметров применяют регуляторы
давления греющего пара и десорбции.
Регулятор давления греющего пара, работающий по схеме
«после себя», получает измерительный импульс из кипятильника
десорбера и передает воздействие регулирующему органу, уста-
новленному на входе пара в кипятильник. В задачу этого регуля-
тора давления входит поддержание стабильного режима десорб-
ции путем исключения влияния нестабильности количества и
параметров пара, подводимого в десорбер.
Автоматический регулятор давления десорбции, работающий по
схеме поддержания давления «до себя», получает измерительный
импульс из трубопровода СО2 после холодильника газа и воздей-
ствует на дроссельный регулирующий орган, который расположен
на всасывающем трубопроводе компрессора. Регуляторы давления
десорбции и пара стабилизируют режим десорбции, исключая
влияние таких факторов, как режим работы компрессоров, льдо-
74
1•миологический процесс Нормативный показатель Норма
в mi инне топлива Содержание в дымовых газах
О, <2—3%
H2S Отсутствие
со. Для твердого топлива 16%, для газового 9%, для жидкого 11%
со Отсутствие
Охлаждение и промыв- Температура дымовых газов после Не более 45° С
мл дымовых газов охлаждения Содержание SO2 и SOs в дымовых .газах после промывки Отсутствие
Концентрация содового раствора в содовом скруббере 2—1,5%
Максимальное содержание Na2SO4 в содовом растворе перед его за- 20 г/л
меной
Абсорбция СО2 из ды- Оптимальная концентрация абсор-
новых газов раствором бента в растворе 130 г/л
абсорбента поташа
моноэтаноламина При твердом топливе 13—16%, при газовом
Содержание СО2 в дымовых газах после абсорбции СО2 моноэтанол- и жидком 9—10% От 0,5 до 2%
амином
Содержание СО, в насыщенном растворе моноэтаноламина
при концентрации МЭА 9% и со- держания СО2 в истощенном раст- 14,5 нм3/м3
воре 4 нма/м3
при концентрации МЭА 16% и содержании СО2 в истощенном 24 нм3/ма
растворе 9,5 нм^/м® Количество циркулирующего раст- вора в расчете на производство 6 м3/ч
100 кг/ч COt Количество дымовых газов, подавае- мых в абсорбер, в расчете на произ- водство 100 кг/ч СО2 600 нм3/ч
Десорбция СОа из Оптималчная температура десорбции 115—123° С
раствора абсорбента (температура истощенного раствора после десорбера)
Соответствующее оптимальное дав- ление десорбции 170—230 кПа
Расход греющего пара в расчете на 5,5—6,5 т
производство 1000 кг СО2 То же в расчете па 1 м3 раствора Съем СОа с 1 мэ раствора А/? при концентрации МЭА в насыщенном До НО кг
растворе 13,5 нм3/м3
15%
10% 10,8 нм3/м3
7% 8,5 нм3/м3
Количество СО2, выделенного в дефлегматоре десорбера из раствора 85—90%
Продолжение таб
Нормативный показатель
Норма
ПодмрВ*! охлаждение Температура раствора перед абсор-
я рециркуляция раст- бером, °C
вора МЭА МЭЛ
поташа
Температура насыщенного раствора
перед десорбером, °C
при использовании горячей воды
из холодильника газа на собст-
венные нужды
при сливе горячей воды из холо-
дильника газа в канализацию
Охлаждение парогазо- Температура парогазовой смеси
вой смеси в холодиль- после холодильника газа
нике газа Содержание МЭА в конденсате вто-
ричного пара
Уровень конденсата в холодильнике
газа или в сборнике конденсата
Очистка рабочего раст- Цвет чистого раствора после реге-
вора МЭА перации
Максимальное содержание железа
в рабочем растворе перед включе-
нием регенерационной установки
Давление регенерации
Очистка готового СОа Концентрация раствора марганцово-
в период добавления кислого калия
МЭА в систему
30—45
45—50
Ниже температуры Я
рогазовой смеси, въЛ
дящей из дефлсгматЯ
ра, на 5—7° С
Ниже температуры Я
рогазовой смеси, выД
дящей из дефлегматЯ
ра, на 15—20° С 4
Не более 25° С I
> » 0,2—0,5% I
±50 мм от середины!
указательного стекла ’
Не темнее соломенно--
желтого 1
Не более 0,001% :
Остаточное давление
не более 13—16 кПа
0,5—1% по массе
генераторов или прессов. Эти регуляторы состоят из измерителя
давления, регулирующего прибора, ключа, магнитного пускателя,
исполнительного механизма и регулирующей заслонки. К регу-
ляторам предъявляются требования поддержания давлений с точ-
ностью 10—12 кПа. Для этой цели подходят электронные регу-
лирующие приборы общего назначения.
Поддержание уровня конденсата вторичного пара в холодиль-
нике газа и возврат его в абсорбер осуществляются сшомощью
регулятора уровня, который состоит из поплавкового датчика
уровня ДУ, двухпозиционного реле уровня РУ и электромагнит-
ного вентиля СВ на линии сброса конденсата вторичного пара
в абсорбер. По мере накопления конденсата реле срабатывает и
конденсат удаляется из холодильника.
Все остальные параметры технологического режима только
контролируются. Расход циркулирующего раствора и содержание
СОг в дымовых газах предпочтительнее контролировать непре-
рывно с помощью самопишущих приборов. При отсутствии таких
приборов для контроля расхода применяют показывающие рас-
ходомеры, а для контроля состава дымовых газов — переносный
76
•нмнческнй газоанализатор ручного действия ГХП (ГОСТ
।’»150 -69). При контроле технологических параметров руковод-
ihviotch нормами технологического режима, приведенными в
вбл. 10.
Химические анализы, необходимые для осуществления конт-
ля технологических параметров, выполняются в соответствии
рекомендуемыми методиками (см. приложение 2) и
IOCT 8050—76 на СО2.
IV. ПРОИЗВОДСТВО ЖИДКОГО И ТВЕРДОГО ДИОКСИДА
УГЛЕРОДА
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА
Сущность процесса производства жидкого и твердого диокси-
да углерода (сухого льда) заключается в охлаждении сжатого до
давления конденсации газообразного СО2 и превращении его по-
следовательно в жидкое и твердое состояния путем ступенчатого
дросселирования с дальнейшим уплотнением получающейся при
этом снегообразной массы и возвратом газа для реконденсации.
Кроме того, при соблюдении определенных температур и давле-
ний сухой лед можно получить вымораживанием непосредственно
из газа.
Установка для производства сухого льда путем последователь-
ного фазового превращения СО2 с дросселированием жидкой фа-
зы представляет собой обычную холодильную машину, работаю-
щую по разомкнутому холодильному циклу* Газообразный СО2
сначала сжимается компрессором до давления конденсации, за-
тем в результате отвода тепла окружающей средой сжижается.
Жидкий СО2 дросселируется до давления ниже тройной точки,
вследствие чего получается его твердая фаза. Холодильный цикл
как бы прерывается. Твердый СО2 извлекается и используется для
получения холодильного эффекта в другом месте, где он превра-
щается в газ.
Таким образом, круговой термодинамический процесс холо-
дильного цикла получения сухого льда состоит из двух частей: в
одной затрачивается работа и из газообразного получается сна-
чала жидкий, а затем твердый СО2; в другой производится искус-
ственный холод путем преобразования твердого СО2 снова в га-
зообразный.
От обычных холодильных циклов цикл получения сухого льда
принципиально отличается тем, что рабочее тело (СО2) не только
совершает круговой процесс, но и непрерывно обновляется.
Поскольку сухоледная установка состоит из установок для
производства жидкого СО2 и его превращения в сухой лед, в ней
* Комплекс элементов, осуществляющих обратный круговой процесс
в разомкнутой холодильной машине для получения сухого льда, принято назы-
вать сухоледной установкой.
77
кроме сухого льда вырабатывается и жидкий СОг, который 01
рается после конденсации либо после дросселирования.
Однако не всегда требуется объединять производство всех
дов товарного СОг на одной установке. Поэтому выпускают у<
новки для производства только сухого льда, только жидкого <
и обоих видов СОг на одной установке.
Принципиальная схема производства жидкого и твердого
оксида углерода из различного сырья показана на рис. 21.
А
$
*S
70 ~90% С02 ★ неконденсирующиеся
газы*ароматические бещестоа
100% С02+ароматические дещестба
Очист-
каС02 _________
от за- \ \кидко-
пахоб
Полу-
чение
ЮбОХСОг +неконденси-
рующиеся вазы
< м бода
Жидкий СО?
ъ-Топлибо
Сжига-
ние
топли-
ба
Пар
Дымобые
газы
Получе-
ние га-
зообраз
наго
si
и
gJT
Дымобые газы (15'65% С02 от избесткобо-
обжигательных печей, 9~10% от сжига-
ния газообразного то пл аба)
Сухой лед
Полу-
чение
сухо-
го
го 002
ж
'ухой лед
I
*
Рис. 21. Принципиальная схема производства жидкого СО2 и сухого льда и|
различного сырья.
Технологические схемы получения жидкого и твердого СОг из4
бросовых промышленных газовых смесей и топлива различают*
ся лишь па этапе получения газообразного СОг. При работе на
бросовых промышленных газовых смесях используют готовый СОг»
а при работе на топливе специально его производят. Дальнейшие
этапы технологического процесса являются общими и не зависят
от исходного сырья.
В зависимости от условий производства и в соответствии с тре-
бованиями ГОСТ 8050—76 к качеству жидкого СОг выпускаются
сварочный, пищевой и технический жидкий СОг. Каждый из них
можно изготовить в двух видах:
жидкий СО2, имеющий плюсовую температуру (от 0 до 31 °C)
и соответствующее высокое давление (от 3482 кПа до критиче-
ского); его называют жидким диоксидом углерода высокого дав-
ления;
жидкий СО2) имеющий минусовую температуру (от 0 до
—56,5 °C) и соответствующее низкое давление (от 3482 кПа до
тройной точки); его называют низкотемпературным.
78
Самое высокое качество имеет сварочный жидкий СО2, и по-
тому его применяют не только для сварки, по и для пищевых и
ipyriix целей.
В соответствии с требованиями ГОСТ 12162—77 сухой лед вы-
пускается пищевой и технический.
ПРОИЗВОДСТВО ЖИДКОГО ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
Жидкий диоксид углерода высокого давления
Жидкий диоксид углерода высокого давления можно получить
несколькими способами. Технологические схемы производства
жидкого диоксида углерода показаны на рис. 22. Жидкий СОг
иысокого давления получают из чистого газообразного диоксида
углерода путем сжатия газа до давления конденсации, охлажде-
ния и конденсации его водой (см. рис. 22,а); из газовой смеси,
содержащей СОг в количестве 75—95%, — путем сжатия, охлаж-
дения и фракционной конденсации в конденсаторе-испарителе слу-
жебной холодильной машины (см. рис. 22,6); из низкотемпера-
Рис. 22. Схема производства жидкого диоксида углерода высокого давления:
а — из газообразного СОз; б — из газовой смеси с содержанием 75—95 % СО2; в — из низ-
котемпературного жидкого СО2; /, 2, 3 — 1. II, III ступени сжатия СО2 в компрессоре; 4,
Б, 6 — промежуточные холодильники; 7, 8, 9 — масловлагоотделители; 10 — фильтры очи-
стки СО2 от масла; 11 — блок осушки СО2; 12 — конденсатор СО2; 13 — накопительная ем-
кость; 14 — пост наполнения баллонов; 15 — конденсатор СО2 — испаритель служебной хо-
лодильной машины; 16 — служебная холодильная установка; 17 — регулятор давления <до
себя»; 18 — насос для перекачки жидкого СО2; 19 — подогреватель низкотемпературного
жидкого СОг-
турного жидкого СО2 — путем заполнения насосодй баллонов
догревом жидкости (см. рис. 22, в).
Наиболее широко распространены установки, работающие^!
схеме а. Чистый газообразный диоксид углерода давлением 1С^!
200 кПа в зависимости от технологического процесса его пол^^^
ния сжимается до давления конденсации. Поскольку охлаждав
сжатого СО2 в конденсаторе осуществляется водой, давление мЯ
денсации даже в зимнее время не понижается ниже 4500 к]Я
Вследствие этого сжатие газа от 100—200 кПа до давления кЯ
денсации осуществляется в несколько ступеней. После каж/Н
ступени сжатия газ сначала охлаждается в промежуточных хоЯ
дильниках, а затем освобождается от капельной влаги и масл^Я
масловлагоотдслитслях. В блоке очистки и осушки газ оконЯ
тельно осушивается и очищается от масла, а затем поступали
конденсатор. В конденсаторе газ охлаждается и превращает^
в жидкость. Я
Полученный жидкий СОг направляется далее в транспортнЯ
емкости (баллоны, изотермические цистерны и др.) либо на лД
лучение сухого льда. Я
Удельный расход электроэнергии на сжатие газа Afay Я
кВт-ч/кг) определяют по формуле Я
Уау=ТО6п, Я
где К — коэффициент, учитывающий потери газа в цикле; Уа — адиабатическЯ
мощность компрессора, кВт;
#а = СкмЬ-2,78.10"<3
^км — производительность компрессора, кг/ч; L — работа сжатия газа в ко|
прессоре. кДж/кг;
п
= У] >
с ‘ft- в
£5 3,0 5,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,05
£л=42—ц — работа сжатия газа в каждой ступени компрессора, кДж/кг
(i> /г —удельная энтальпия газа в начале и конце сжатия, кДж/kj; г)— КГЦ
компрессора, учитывающий все энергетические потери в компрессоре.
1
Рис. 23. S, /-Диаграмма, характери-
зующая процесс производства жид-
кого СОг высокого давления из чис-
того газообразного СО2 (К =1,1 и
ц = 0,6):
1—2, 3—4, 5—6 сжатие СОа в I. II и
III ступенях компрессора; 2—3, 4—5, 6—
6a — охлаждение сжатого ССЪ в проме-
жуточных холодильниках; 6—7 — охлажде*
ние и конденсация СО2 (g — количество
жидкого СОг высокого давления; gi=
“Яз=^5 — количество СО2, поступающего
в компрессор).
Для процесса, параметры которого приведены на рис. 23, рас-
ход электроэнергии на получение 1 кг жидкого СОг высокого
давления составляет 0,12 кВт-ч/кг.
80
л
Описанная схема очень проста в эксплуатации. Однако на
фгдприятии для ее осуществления необходимо иметь воду, тем-
•••ратура которой не выше 20—23 °C, т. е. хотя бы на 11—8 °C
-иже критической температуры СОг. Это не всегда осуществимо.
Чище всего для снабжения конденсатора холодной водой спе-
nn.'ibHO сооружаются артезианские скважины. Там, где такая
м»да отсутствует, применяют водоохлаждающие холодильные ма-
Й1НИЫ.
Схема производства жидкого СОг высокого давления из газо-
юП смеси, содержащей СО2 (см. рис. 22, б), до этапа конденсации
««алогична схеме а. В конденсаторе, являющемся одновременно
испарителем хладагента служебной холодильной машины, газовая
смесь охлаждается до температуры насыщения СО2, соответствую-
щей его парциальному давлению. При этом часть СО2 превраща-
ется в жидкое состояние, выводится из конденсатора и направля-
йся в баллоны или в установке для производства СО2 других ви-
дов. Остальная часть СО2 и неконденсирующисся компоненты га-
1овой смеси непрерывно выбрасываются в атмосферу. Данную
схему производства жидкого СО2 высокого давления обычно на-
ливают каскадной. Эффективность характеризуется удельным
расходом газовой смеси на получение 1 кг жидкого диоксида уг-
лерода.
Расход газовой смеси х на получение 1 кг сжиженного СО2 за-
висит от общего давления (р), начального (Ci в долях единицы)
и конечного (Сг=рсо,,2/р) содержания СО2 в газовой смеси, вы-
ходящей из конденсатора, которое в свою очередь, зависит от
температуры холодильного агента (в кг/кг):
х = (1 — Рсоа,2/Р)/1 >84 — РсОя,2^Р)‘
При понижении температуры и соответствующего давления
конденсации, а также при увеличении начальной концентрации
СО2 (общее давление смеси неизменно) удельный расход газовой
смеси уменьшается, в результате чего увеличивается удельный об-
щий расход электроэнергии.
В реальных условиях расход газовой смеси значительно пре-
вышает расчетный.
В табл. 11 приведена характеристика работы производственной
каскадной установки на экспанзерных газах. На установке выра-
батывались жидкий СО2 высокого давления и сухой лед. В каче-
стве конденсатора-испарителя использовался двухтрубный сек-
ционный теплообменный аппарат с промежуточным отводом жид-
кости.
При получении СО2 неконденсирующисся газы частично раст-
воряются в холодном жидком СО2. В дальнейшем, при наполнении
баллонов, эти газы, выделившись из жидкости, затрудняют ее по-
ступление в баллоны. Поэтому для наполнения баллона необходи-
мым количеством жидкого СО2 требуется несколько раз осуще-
ствлять сбрасывание неконденсатов из баллонов.
st
Жидкий С02 высокого давления получают 93 имеющегоа^^
тового жидкого низкотемпературного СО2 (см', рис. 22, в)
повышения его давления и температуры перед поступление^®'
баллоны. Для перекачки жидкого СО2 из цистерны в балло|^®
пользуют насос, который устанавливают так, чтобы был обесП^®>
Вм
Т а б л и oj
Показатели Жидкий СО, Сухой лед ’
Содержание СОа в экспанзерных газах, % по объему 82—90 82—90
-Общее давление газовой смеси в конденсаторе, кПа 7400—7700 6000—7000
Температура жидкого СОа на выхо- де на конденсатора, °C —54—15 —0,54-—14
Содержание СО2 в газах, выбрасы- ваемых из конденсатора в атмосфе- ру» % по объему 41—72 43—70
Содержание неконденсатов в газах, выдуваемых из баллонов, % по объему 11—12 —
Холодопроизводительность служеб- ной аммиачной холодильной уста- новки, кВт 24-31 38—41
Температура кипения NH3, °C Расход -244—28 —204—27
экспанзерных газов, нм3/кг электроэнергии, кВт*ч/т 0,8 1,4
300 735
воды, м3/т 173 337
Количество вырабатываемого СОа, 230—300 150
жг/ч
подпор жидкого СО2. Перед насосом монтируется коллектор
вентилями для продувки газообразного СО2, образовавшегося
.всасывающих трубопроводах насоса.
Жидкий низкотемпературный диоксид углерода
Получение низкотемпературного жидкого СО2 легко осущест-
вляется на установках, производящих жидкий СО2 высокого дав
ления или сухой лед и дооснащенных дополнительным оборудо
ванием, а также на установках, специально предназначенных дл?
производства низкотемпературного жидкого СО2. ,
В качестве дополнительного оборудования используются ком-1
прессор для отсасывания и сжатия газообразного СО2, получаю-
щегося при дросселировании; конденсатор для сжижения этого ко-
личества СО2; регулирующие вентили; промежуточные сосуды или
накопительные емкости, предназначенные для разделения жидкой
и газовой фаз СО2 после дросселирования и создания запаса жид-
кого СО2.
42
IСхема получения низкотемпературного жидкого СО2 на уста-
ках для получения сухого льда идентична схема получения
□го льда. Эти схемы различаются лишь разными нагрузками
ступени сжатия СО2 в компрессоре, так как твердый СО2 вы-
ится из установки при атмосферном давлении, а низкотемпера-
ный жидкий СО2 — при давлениях выше тройной точки.
Как правило, на заводах-изготовителях жидкого СО2 высокого
ления и сухого льда при переходе на выпуск низкотемператур-
) жидкого СО2 не всегда устанавливают дополнительное ото-
звание. Поскольку резервы по компрессорам на заводах отсут-
пот, происходит снижение производительности установок на
тину, значение которой зависит от мощности используемых в
ном случае компрессоров и числа ступеней дросселирования
женного СО2 с давления конденсации до давления выпускав-
э низкотемпературного жидкого СО2.
В табл. 12 показаны результаты расчета изменения производи-
тельности установок, оснащенных компрессорами ЗУГМ и 2УП,
Таблица 124
Компрессор (его произво- дительность) Ступе- ни сжатия СО, в ком- прес- соре Номиналь- ная произ- водитель- ность компрессо- ра при выпуске жидкого СО, высо- кого давле- ния, кг/ч Фактическая производитель- ность компрес- сора при рабо- те по сухолед- кому циклу, кг/ч Требуемая производитель- ность компрес- сора при вы- пуске ннзко- темпера турного жидкого СО,, кг/ч Превышение требуемой производи- тельности над фактичес- кой, кг/ч Соответствую- щее снижение производи- тельности установки при выпуске низкотемпера- турного жид- кого СО,, кг/чг
»УГМ I 275 250; 250* 275; 275’ 25; 25’ 9,1; 9,1’
(250 кг/ч) II 275 310; 460 343; 510 33; 50 9,6; 9,8
III 275 460; 460 510; 510 50; 50 9,8; 9,8
2УП I 242 164; 164 242; 242 78; 78 32; 32
(220 кг/ч) II 242 205; 305 302; 450 97; 145 30; 32
III 242 305; 305 450; 450 145; 145 32; 32
* Первая цифра относится к двухступенчатому дросселированию, вторая — к одноступенчатому-
при переводе их с выработки жидкого СОа высокого давления на
выработку низкотемпературного СОг без включения в схему до-
полнительных компрессоров [21].
Расчет выполнен для условий, показанных в термодинамичес-
кой диаграмме (рис. 24). Процессы сжатия СОг в I, II и III ступе-
нях обозначены линиями 1—2, 3—4, 5—6, процессы охлаждения'
сжатого СО2 в первом и во втором промежуточных холодильни-
ках — линиями 2—3, 4—5, процесс охлаждения и конденсации СОг
после III ступени сжатия — кривой 6—7, процессы дросселирова-
ния СО2 до давления в емкости с низкотемпературным жидким
СОг — кривыми 7—8 и 9—11. Удельное количество СОг, сжимае-
мого в I, II и III ступенях компрессора, обозначено соответствен-
но gi, gs и g5.
83
сор ЗУ ГМ)
ГС
180
/^7
100
60
20
-20
-60
ЧОО
180
1W
1ОО -
60 “
20 -
-20 -
-60 >
-1ОО £-
2,5
Л
И*
Рис. 24.
зующая
кого низкотемпературного
жидкого СО2 высокого давления:
а—двухступенчатое дросселирование жид-
кого СО2 высокого давления; б — одно-
ступенчатое дросселирование жидкого СО2
высокого давления.
Чтобы определить производительность установки при выр
же низкотемпературного СО2, проведен расчет нагрузки на ст
сжатия СО2 в компрессоре при одинаковых условиях. Возмо
нагрузку рассчитывали, исходя из производительности комп
ров при выработке сухого льда, которая равна 92 кг/ч (ком
и 60 кг/ч (компрессор 2УП). В расчете принято,
потери при производстве ж
го СО2 составляют 10 %, а с
льда — 20%. Давление вса
ния СО2 в ступенях компрес
при получении СО2 высокого
ления 100, 300, 1200 кПа, а
котемпературного — 100,
2800 кПа. Давление конденс
и получения жидкого СО2 в
кого давления 6000 кПа, а да
пие получения низкотемпера
ного СО2 1000 кПа.
Низкотемпературный СО2
лучали двух- и одноступенча
дросселированием. При этом
эффициенты парообразования
ставляли при дросселировании
давления конденсации до дав
ния в первом промежуточном
суде —0,33 с давления конден
ции до давления во втором п
межуточном сосуде —0,46 и п
дросселировании с давления
первом промежуточном сосуде
давления во втором —0,2. Темп
ратура СО2 перед всасыванием
I ступень сжатия принята равн
20 °C, во II и III ступени 35 е
40 #7 %? 5,5 SiUMa
&
S, /-Диаграмма, характери-
процссс производства жид-
СОг из
Расчеты показали, что требуемая производительность компрес
соров оказалась больше фактической на 10% (компрессор ЗУГМ
и 32 % (компрессор 2УП), что привело к снижению общей произ
водительности установки при использовании компрессора ЗУГЛ
до 225 кг/ч вместо 250 и компрессора 2УП — до 150 кг/ч вмест
220. Кроме того, при одноступенчатом дросселировании нагрузк
на II ступень сжатия СО2 в компрессоре увеличивается на 50 %
что вызывает соответствующее увеличение расхода электроэнер
гии на сжатие газа и воды на охлаждение и конденсацию допол
яительного количества СО2.
Расчеты подтвердились фактическими данными, полученным?
Харьковским конструкторским бюро научно-производственного
объединения пиво-безалкогольной промышленности [15]. Для про-]
изводства жидкого диоксида углерода использовалась установка
УВЖС-500. Производительность установки УВЖС-500 при полу-
:84
Iмин жидкого СОг высокого давления в зависимости от давле-
м всасывания и температуры конденсации изменялась от 510
мч предварительного сжатия) до 710 кг/ч ( с предварительным
рптием до 145 кПа), а при получении низкотемпературного жид-
|ЬП) СО2 — до 470—500 кг/ч, т. е. понижалась на 8—21 %.
Одновременное получение СО2 высокого давления и низкотем-
Цратурного СО2 осуществлялось на специально предназначенной
этого установке АР 250/1СА завода «Мафа Вурцен» (ГДР)
цюнзводительностью 250 кг/ч [7]. Жидкий низкотемпературный
,02 производится методом дросселирования жидкого СО2 высоко-
п давления. Для отсасывания пара из накопительной емкости
редназначен дополнительный одноступенчатый компрессор ТС1
К100/60 с индивидуальным конденсатором. Компрессор рассчи-
•н на работу при давлении всасывания 17,6-102—21,6-102 кПа
(18—22 кгс/см2) и давлении нагнетания до 88,2-102 кПа
(90 кгс/см2).
«Свежий» газообразный СО2 сжимается в трехступенчатом
компрессоре ТСЗ 2К160/220 и конденсируется в двухтрубном про-
1ИВОТОЧНОМ водяном конденсаторе поверхностью теплообмена
>.2 м2.
После конденсатора жидкий СО2 высокого давления направ-
ляется в баллоны либо в накопительную емкость через регули-
рующие вентили.
Накопительную емкость вместимостью 25 м3, представляющую
собой вертикальную стационарную изотермическую цистерну, раз-
мещают за контуром здания.
Жидкий низкотемпературный СО2 из накопительной емкости
поступает в транспортные изотермические цистерны самотеком.
Кроме того, жидкий СО2 из накопительной емкости перекачивает-
ся в баллоны поршневым насосом, производительность которого
400 кг/ч. Характеристика насоса СР 100/13 приведена ниже.
Число цилиндров
Диаметр цилиндра, мм
Ход поршня, мм
Частота вращения, об/мин.
Давление всасывания, кПа
Давление нагнетания, кПа
Производительность, кг/ч
Мощность на валу, кВт
1
30
100
160
9,8-102
98-Ю2
400
U
После насоса смонтирован подогреватель жидкого СО2.
На установке, специально предназначенной для производства
низкотемпературного жидкого СО2, СО2 производится с примене-
нием каскадных схем. Из жидкого СО2 высокого давления низко-
температурный жидкий СО2 получается дросселированием с дав-
ления конденсации до давления в изотермических емкостях. По-
лучающийся при дросселировании газообразный СО2 возвращается
на производство жидкого СО2 высокого давления или сухого льда
для повторной конденсации.
85
Принципиальная схема этой установки приведена на рис.
Цикл получения жидкого СО2 — двухступенчатый, а цикл
жебной холодильной машины — одноступенчатый.
Чистый газообразный диоксид углерода засасывается ко
сором I ступени, сжимается до давления Рн.т» при котором
ционарные и транспортные цистерны наполняются низкотем
турным жидким СО2, охлаждается в промежуточном холоди
ке 2 и смешивается с потоком СОг, отсасываемым из накопи
Газообразный
C0z(~*100% OOp
2
t
температур-*
ный 002
он.т'втмпооклЫу 2
Жидкий
GO? )
Рис. 25. Схема полу
жидкого низкотемпер
ного СО2 по каскад
циклу среднего дав
(сплошной линией по
цикл СО2, а пунктирно
цикл служебной холод
ной установки):
а —схема установки: 1, 1*,,
компрессоры; 2, 4 — пром
точные холодильники;
конденсатор; 5 — конд
тор СОз-испаритель хлад
та; б, б' — регулирующие
тили; 7 — изотермическая
копительная цистерна; 8,
изотермическая транспор
цистерна; 10— насос; б — S\ /-диаграмма: 1—2, 5—6 — сжатие СО2 в I и II ступенях к
прессора; 2—3, ‘ б—7 — охлаждение сжатого СО2 в промежуточных холодильниках; 7—
охлаждение и конденсация СО2; 9—10 — дросселирование жидкого СО2; 12—4 — на
возвратного газа в коммуникациях; 11 — состояние низкотемпературного жидкого
перед наполнением емкостей; Г—2' — сжатие хладагента; 2'—9' — охлаждение и конде
ция хладагента; 9'—10' — дросселирование хладагента; 10'—Г — кипение хладагента.
s
/Г
ной емкости. Затем через масловлагоотделитсль поступает на сж
тие во II ступень компрессора 3. Сжатый в компрессоре С
охлаждается в промежуточном холодильнике 4. проходит масл
влагоотделитель и поступает в конденсатор 5, где вследств
кипения хладагента охлаждается и конденсируется. Далее жил
кий СО2 дросселируется в регулирующем вентиле 6 до Рн\т = 800
-г- 1000 кПа. Получившаяся при дросселировании парожидкостная
смесь направляется в накопительную емкость 7 или непосредст-
венно в транспортные емкости 8 и 9. Из емкостей пар отсасывает-
86
Рис. 26. S, Т-Дииаграмма
«идеального* сухоледно-
го цикла.
Л компрессором II ступени 3. В схеме предусмотрен насос 10, с
нмшпью которого можно наполнять баллоны жидким СОг высо-
Лцю давления. На рис. 25,6 описанный цикл показан на S, Лди-
Ърм мме.
ЮИЗВОДСТВО СУХОГО ЛЬДА
Производство сухого льда из бросовых промышленных газовых
рмвсей и топлива
Сухоледную установку, так же как и установку для производ-
ила жидкого низкотемпературного диоксида углерода, относят к
щлодильным машинам, работающим по разомкнутому (разрыв-
Юу) циклу. Рабочее тело — диоксид углерода — совершает об-
ратный круговой процесс, непрерывно обновляясь. Диоксид угле-
юда извлекается из машины в твердом состоянии при начальном
целении ро и низкой температуре, а в установку непрерывно
Поступает диоксид углерода в газообразном
циде при том же давлении и температуре
окружающей среды. На рис. 26 изображена
диаграмма процесса получения твердого
С()2 в «идеальном» цикле, который харак-
иризуется следующим. Сжатие СО2 осу-
ществляется изотермически, а охлаждение
(восприятие тепла от СО2) — окружающей
средой. Давления в начале (точка /) и
конце (точка 2) процесса равны. Таким
образом, диоксид углерода, непрерывно охлаждаясь, из состоя-
ния 1 переходит в состояние 2, в котором он извлекается из уста-
новки.
Как известно, работа идеального цикла с изотермическим сжа-
тием равна минимальной работе. Для условий, когда Т = 293,15К,
/>=100 кПа, минимальная удельная работа, затраченная на произ-
водство сухого льда по «идеальному» циклу, равна 308,5 кДж/кг,
что соответствует удельному расходу электроэнергии
'0,086 кВт-ч/кг. В действительных циклах получения сухого льда
удельный расход электроэнергии значительно превышает это зна-
чение.
Кроме удельного расхода электроэнергии показателем, харак-
теризующим действительный цикл получения сухого льда, явля-
ется коэффициент п выхода сухого льда из 1 кг сжиженного в
конденсаторе диоксида углерода (Ссо2.ж.к):
п =* ^СО^с.л^СО^ж.к
Иногда пользуются обратной величиной 1/п, показывающей
потребность жидкого СО2 на производство 1 кг сухого льда. Мак-
^мальное значение п и соответственно минимальное значение
равное 1, достигается в теоретическом цикле. В действитель-
циклах коэффициент выхода сухого льда, так же как и рас-
электроэнергии, зависит от конкретной схемы установки.
условиях /(=1,34-2. Особенно велики потери СО2
небольшой производительности, периодически ncpei
производства сухого льда на выработку жидкого О
сухой лед. При этом выключаемые из работы аппа
заполненными СО2, который теряется через пеплотн
л
Одним из важнейших показателей является коэффициент^^
терь СО2 в цикле /(. Если в теоретическом цикле для получ^К,.
1 кг /твердого СО2 требуется 1 кг жидкого СО2, на выработку^Ь,
торого соответственно расходуется 1 кг газообразного СО2,
реальных ~
тановках
чаемых с
снова на
остаются
в атмосферу. Чем больше объемы оборудования переключа
части установки и чем чаще переключения, тем выше коэффи
потерь СО2.
Производственные установки могут работать по циклу вы
го давления либо по каскадному циклу высокого и среднего
ления.
Цикл высокого давления. Этот цикл известен как цикл т
ступенчатого сжатия. Его применяют в условиях, когда темп
тура охлаждающей воды достаточно низка для обеспечения к
денсации чистого диоксида углерода.
Традиционный цикл давления осуществляется с трехступс
тым дросселированием. Существуют также циклы высокого да
г
РВШ
:: Г| | Оулой лед [
с
¥
’с
К емкостям ежи- L -
енногоСО2 бысоъ £
лого дабл ел ил ; ‘
лнакопительным 'К транспортным I
1__________цистернам___цистернам_________|
Отходы промышленного про из-1t
бодства [ 1—---------
Топлидо .—. I
3
la
А
'{JrnTodbl промышленного
Z/i—I______произооОстоа______
а
Рис. 27. Принципиальная схема получения сухого льда в льдогенераторах (а
и прессах (6): .
/ — оборудование для получения газообразного СО2 из топлива; II— оборудов* *1*гая
очистки СО2 от запахов, III — сухоледная установка; / — компрессор основной;.
прсссор дополнительный; 2 — промежуточный холодильник; 3 — объемный масл<
литель; 4 — блок очистки СО? от масла и осушки; 5 — конденсатор (или конден. ЭТ-
испаритель хладагента); 6 — ресивер (стапельный баллон); 7, 8 — промежуточн’
9 — льдогенератор; 9а — пресс; 10 — буферный сосуд.
88
с двух- и одноступенчатым дросселированием. Так, цикл с од-
•вступенчатым дросселированием применяют для получения сне-
•«ибразного диоксида углерода или таблеток сухого льда непо-
«сдственно из жидкого СОг, налитого в баллоны, с двухступенча-
тым — для упрощения установки.
Принципиальная схема сухоледной установки с трехступенча-
4 «мм сжатием и трехступенчатым дросселированием жидкого СОг
। указана на рис. 27, а процессы, осуществляющиеся в этой уста-
< жиже, — в i, р-диаграмме на рис. 28.
' Технологическая схема производства сухого льда по циклу вы-
I мжого давления представлена на рис. 9,
Л
Рис. 28. Цикл высокого давления с трехступенчатым сжатием и трехступенча-
тым .(двухступенчатым или одноступенчатым) дросселированием в р-диаграмме:
Г —состояние «свежего» СО2; 1—2, 4—6, 8—70 — сжатие СО2 в I, II и III ступенях; 2—3»
S—7, 10—10' — охлаждение в промежуточных холодильниках; 10'—11 — охлаждение и кон-
денсация; 11—12, 13—14, /5—76 — дросселирование в регулирующих вентилях PBI, РВИ,
PBIII (или 11—14*, 75—/5 — при двухступенчатом и 11—16* — при одноступенчатом дрос-
селировании); 77 —состояние твердого СО2; 18 — состояние насыщенного пара над твер-
дым СО2;
gt, 62, fis — количество жидкого СОг, поступающего на дросселирование в PBIII, PBII и
PBI; gj, — количество газообразного СОг, отводимого после дросселирования в I,
11 и III ступени компрессора; go, (?сОв —количество свежего СОг и сухого льда;
xjfx2), х3(х£ — коэффициенты парообразования; До —давление газа, всасываемого I сту-
пенью сжатия; pi, Рг и рз —давление газа, нагнетаемого соответственно I, II и III ступе-
нями сжатия.
Газообразный диоксид углерода, являющийся отходом какого-
либо производства или полученный в газовой части установки
для производства СОг из топлива, после очистки поступает в су-
холедную установку. Далее газ сжимается компрессором, после
каждой ступени сжатия охлаждается в промежуточных холодиль-
никах и освобождается от крупных капель масла и влаги в объем-
ных масловлагоотделителях, окончательно осушивается и очища-
йся от масла в блоке очистки и осушки и поступает в конденса-
>р, где сжижается.
>9
При производстве сухого льда в льдогенераторе жидки||^^Н
из конденсатора поступает в регулирующий вентиль РВ1, в^^В
ром дросселируется до 2500 кПа. Получающаяся при этом
жидкостная эмульсия направляется в промежуточный сосуд
которого жидкий СОг отводится в регулирующий вентиль
пар — в III ступень сжатия СО2 в компрессоре. В регулируй^И
вентиле РВИ жидкий СОг дросселируется с 2500 до 800 кПа^М
рожидкостная эмульсия после регулирующего вентиля РВИ
дится в промежуточный сосуд 8, из которого жидкий СОг п^М
пает в льдогенераторы, а пар — во II ступень компрессорами
льдогенераторе в регулирующем вентиле РВШ осуществляли
третье дросселирование жидкого СОг с 800 кПа до атмосфер^Н
давления и превращение жидкого СО2 в твердое состояние.
лучающийся при этом пар отводится в I ступень сжатия С^Н
компрессоре.
При использовании прессов первое дросселирование с давл^И
конденсации обычно сразу осуществляется до 1600 кПа, а вторсяИ
до давления, превышающего на 200—300 кПа тройную точИ
Третье дросселирование проводится в камере пресса в две стуИ
ни: сначала в вентиле верхнего отсоса до 350—300 кПа, а заЯ
в вентиле нижнего отсоса до 100 кПа.
Потоки свежего газа и газа, образовавшегося после стуцЯ
чатого дросселирования жидкого СОг, сжимаются либо в од^В
компрессоре (работа по совмещенному циклу), либо раздельна
двух компрессорах. Компрессор для сжатия свежего газа (рабЛ
по основному циклу) принято называть основным, а компрессор дЯ
сжатия газа после ступеней дросселирования (работа по дополЛ
тельному циклу) — дополнительным. В основном цикле процД
заканчивается получением жидкого СОг, который далее соедиЛ
ется с жидким СО2, полученным в дополнительном цикле. ЧаЛ
всего потоки газообразного СОг из обеих компрессоров соедиД
ют перед конденсатором. В
В случае использования прессов разделение потоков на осно!
ной и дополнительный является обязательным из-за большой pal
ницы между давлениями свежего СО2 и СОг после дросселиров!
ния в вентиле верхнего отсоса СО2 из пресса. 1
Цикл высокого давления с трехступенчатым сжатием и трея
ступенчатым дросселированием рассчитывают следующим обр!
зом [29]. , |
Температуру и теплосодержание обозначают через t и i с ней
мером точки на диаграмме совмещенного цикла (см. рис. 28). ]
По следующим формулам определяют массы жидкого и газа
образного СОг, циркулирующих в установке:
Количество газообразного диоксида углерода 8о (в кг/ч) npi
ро, получающегося при дросселировании жидкого диоксида угле
рода с pi до ро (от точки 15 до точки 16) и льдообразовании:
во = ^СО,,с.я —х1) •
где ^сОрс.л —производительность установки по сухому льду, которая теоре
М
^|еки равна количеству газообразного СО* поступающего на I ступень сжа-
кг/ч; Xi — коэффициент парообразования при намораживании блоков
о льда в льдогенераторах.
•Ш Количество жидкого диоксида углерода gi (в кг/ч) при давле-
Ви pt, поступающего в льдогенераторы, и количество газообраз-
Kfo СОг, поступающего в I ступень сжатия совмещенного ком-
ессора (точка /):
в1 = °сО,,с.л + вО = ^СО>,*.л/(1 — *>)•
В Количество пара Si (в кг/ч) при pi после дросселирования
Вцдкого диоксида углерода с Рг до рк
В ft = £Л/(1 — *«) = Осо„е.лж«/(1 — *1) 0 - *4) •
В* *2 — коэффициент парообразования при дросселировании жидкого диоксид3
Имерода с давления Рз до Pi (от точки 13 до точки 14).
I Количество жидкого диоксида углерода gz (в кг/ч) при давле-
Шн р2 (точка 13) и количество газообразного СОа, поступающего
Ко II ступень сжатия совмещенного компрессора (точка 4),
I £г = Si + ft = бсо,.с.л/(1 — *1) О —
I Количество пара ft (в кг/ч) при рг после дросселирования
"жидкого диоксида углерода с р3 до р2:
g'z = — *») = <'сО»,с.лжэ/(1 — *1) о — *а) (1 — *»).
fie xs—коэффициент парообразования при дросселировании жидкого диоксиДЭ
углерода с рз до рг (от точки 11 до точки 12). Значения xt, х2 и х3 находят по
диаграмме (по данным А. Д. Тезикова практически ^=0,56 (29]).
Количество жидкого диоксида углерода gs (в кг/ч), проходя-
щего через первый регулирующий вентиль (точка 11), и колйче”
ство газообразного СОг, поступающего в III ступень сжатия сов-
мешенного компрессора (точка 8):
g» = £2 + gi = Ссо^с лЯ1 — Xi) (1 — хг) (1 — х3).
При разделении потока на основной и дополнительный вс>все
ступени основного компрессора поступает °со,>с.л кг/ч, а в >» J*
и III ступени сжатия дополнительного компрессора е° ’
ft и ft кг/ч СОг.
По найденным значениям масс и удельных объемов газа. за‘
сасываемого каждой ступенью компрессора, которые находят по
i, р-диаграмме (рис. 2 точки 1, 4 и 8), определяют теоретические
часовые объемы цилиндров, а с учетом коэффициентов подачи
действительные их объемы.
Коэффициент выхода сухого льда п за один цикл рассчиты-
вают по формуле
п — 100бсО,,с.лЯ?з-
91
Затем определяют мощность Na (в кВт), необходимую
сжатия пара,
ЛГа = Уах + Уа2 + УМ- Д 1
Для цилиндра первой ступени
Уах = 0г~ й) 51*2,78-10~*. W
Для цилиндра второй ступени
Уа2 = (Ч — U 52-2,78-10—*. Я
Для цилиндра третьей ступени: Я
^аз=(Чо-«’8)5Э-2,78-10-«. Я
Здесь is, i’e и йо находят по диаграмме (см. рис. 2), а й, Я
is — по формулам: Я^
й = ( й Сс0,,с.л + й₽5о)/5г:
*4 = (*з£1 + ^iSl)/S2>
*8 = (hSi + Й5г)/5з-
Значения »р й» h находят по диаграмме (см. рис. 2) соотвЯ
ственпо температуре газа, превышающей на 8—10 °C температзЯ
воды, поступающей в промежуточные холодильники, а йв, й и
соответственно р0, Pt и рг на диаграмме на линии насыщения паЯ
При определении эффективной мощности компрессора учит®
вают коэффициент полезного действия компрессора q Я
Ne = NtJn. fl
Удельный расход электроэнергии (в кВт-ч/кг) fl
теоретический
Уау = Уа/^со„с.л‘’
эффективный t I
Ney = Уе/бсО,,с.л*
По такому же принципу выполняют расчет вариантов цикле!
получения сухого льда с двух- или одноступенчатым дросселирс!
ванием. I
Цикл высокого давления с трехступенчатым дросселированием
является менее энергоемким, чем цикл с двух- или одноступенча!
тым.
В табл. 13 даны результаты расчета цикла производства сухоге
льда с трехступенчатым сжатием и трех-, двух- и одноступенча
тым дросселированием в сопоставлении с идеальным циклом изо-
термического сжатия применительно к получению сухого льда в
льдогенераторах. Расчет выполнен для следующих условий: /к=!
=20°С; рз=5729 кПа; рг=2500 кПа; pi = 8000 кПа; ро=ЮО кПа;
A=l; X], х2, х3 — по диаграмме.
92
видно^из табл. 13, при замене трехступенчатого дроссели-
И ни я двух-.’Мли одноступенчатым расход электроэнергии уве-
шивается соответственно на 15 и 45 %.
Существенно улучшается эффективность цикла снижением тем-
Гратуры и соответственно давления конденсации СОз, что воз-
ржно при наличии холодной воды. Так, при понижении темпера-
Т а б ли ца 13
Циклы высокого давления
Показатели теорети- ческий с изотерми- ческим сжатием с трехсту- пенчатым дроссели- рованием с двухсту- пенчатым дроссели- рованием с одноступенчатым дросселированием
с возвратом газа после дроссели- рования со сбросом газа после дроссели- рования в атмосферу
дсход газообразного СО2, кг/кг 1 1 1 1 3,5
дельный теоретический расход 86 150 173 216 745
Вйктроэнергии, кВт«ч/т
Кдход сухого льда из 1 кг жид- 1 0,305 0,296 0,290 0,29(У
Кго СО2, кг/кг
уры конденсации с 30 до 20°C коэффициент выхода сухого льда
м увеличивается на 30 %, а удельный расход энергии на сжатие
Юг в Ш ступени сжатия СОг в компрессоре уменьшается почти
|2 раза.
Кроме того, коэффициент выхода сухого льда, не влияя значи-
тельно на ' абсолютную величину затрачиваемой энергии, также
несколько увеличивается при переохлаждении сжиженного СОг.
Что приводит к увеличению температуры конденсации.
Повышение эффективности цикла высокого давления возмож-
но путем замены процессов дросселирования адиабатическим рас-
ширением. При этом увеличится коэффициент выхода сухого льда
и появится возможность частичного возврата затраченной энергии.
Каскадные циклы. Эти циклы высокого давления применяются
1 установках, работающих на газовых смесях, содержащих СОа в
количестве 75—80%. Отличие этой установки от установки высо-
кого давления, работающей на чистом СОг, заключается в необ-
ходимости обеспечения более низкой температуры конденсации
СО2 из газовой смеси, что достигается применением для этой цели
служебной холодильной установки.
Конденсатор СОг является одновременно испарителем служеб-
ной холодильной установки. Газовая смесь после сжатия в основ-
ном компрессоре охлаждается, часть СОг конденсируется в конден-
саторе СОг-испарителе хладагента. Остальная часть смеси СОг с
неконденсирующимися компонентами непрерывно сбрасывается в
атмосферу. Сжиженный СОг поступает в оборудование для про-
изводства сухого льда либо для наполнения транспортных емко-
стей. Насыщенные пары СОг, образовавшиеся в цикле при дроссе-
9$
лированяи жидкого СО2, отсасываются в дополниЯ(иыдрй ко|^^М
сор. Дополнительный компрессор работает по стайной
цикла высокого давления на чистом диоксиде углерода.
Схема получения сухого льда по каскадному циклу аналоЯ
на описанной ранее схеме получения жидкого СО2 высокого Ш
ления из газовой смеси. Характеристика производственной уЯ
новки для получения сухого льда из газовой смеси по каскад^Я
циклу была приведена в табл. 12. Я
В конденсаторе неконденсирующиеся компоненты сначала Я
тично растворяются в холодном жидком диоксиде углерода, аЯ
тем выделяются из жидкости в аппаратах, что приводит к п(Я
шению общего давления в системе. Вследствие этого аппара^Я
жидким СО2 имеют устройства для сброса неконденсирующ|Д
компонентов. Во избежание образования сухого льда во btc^L
промежуточном сосуде и в коммуникациях, связывающих их^Г
льдогенераторами (или прессом), их эксплуатируют при да^В
ниях, превышающих обычные на 100—300 кПа. Я
Каскадные циклы высокого давления также применяют В
конденсации чистого СО2 при высоких температурах охлаждИ
щей воды. ^Я
Сухоледная установка, работающая по каскадному циклу qfl
него давления (Рксо, = 2200 ± 300 кПа), состоит из двухстуйЯ
чатой установки для сжатия СО2 и одноступенчатой служебЯ|
компрессионной холодильной установки. Некоторые сухоледйЯ
установки не имеют служебной холодильной установки, так
конденсатор СО2-испаритель NH3 снабжается жидким аммиайЯ
-от имеющейся па предприятии холодильной установки. Я
В качестве служебной можно применить абсорбированную Я|
лодильную установку. По данным ВНИКТИхолодпрома, каскЯ|
ный цикл со служебной абсорбционной холодильной установке’
экономически обоснован только при использовании в ней бросоЯ
го тепла. Я
Для производства сухого льда на месте его потребления прЛ
назначены автономные сухоледные установки, работающие по кай
кадному циклу и пополняющиеся жидким низкотемпературна
СО2, давление которого 800—2500 кПа, из изотермических см кв
стей. Принципиальная схема такой установки аналогична с хе»
сухоледпой установки, работающей по каскадному циклу. I
Наряду с автономными сухоледными установками для проиж
водства сухого льда в виде небольших элементов различных форы
и размеров с массой 10—200 г применяют сухоледные агрегат»
-оснащенные грануляторами (таблетерами). 1
Принципиальная схема сухоледного агрегата для производсш
ва элементов сухого льда в виде палочек или таблеток приведен!
на рис. 29, а термодинамическая диаграмма цикла, осуществля
емого в таком агрегате, — на рис. 30. Агрегат состоит из изотер»
мической емкости с жидким низкотемпературным СО2, грануля-
тора и оборудования для рекондснсации СО2 со служебной холо-‘
дильной установкой. J
94 I
к Омимг ЛЙономного сухоледного агрегата от автономной су-
ОледПМ установки заключается в том, что СО2, получающийся
при последнем дросселировании, не возвращается в цикл, а сбра-
сывается в атмосферу, что связано с принципом работы экструде-
ра-гранулятора (выпрессователя). Формирование элементов су-
хого льда происходит путем прессования снегообразной массы и
выдавливания сухого льда через отверстия экструдера из камеры
Рис. 29. Принципиальная схема автономного сухоледного агрегата:
I — служебная холодильная установка; 2 — конденсатор СО2-нспаритель хладагента; 3—
установка для реконденсации СО2; 4 — гранулятор.
Рис. 30. Цикл автономного сухоледного агрегата в S, /-диаграмме:
1 — дросселирование жидкого СО2 в дроссельном устройстве таблетера; 2 — дросселиро-
вание СО2 при выпрессовывании элементов; 3 — сжатие СО2, отсасываемого из камеры таб-
летсра; 4 — охлаждение и конденсация СО2, испарение хладагента; 5 — сжатие холодиль-
ного агента; 6 — охлаждение и конденсация холодильного агента; 7 — дросселирование хо-
плднльного агента.
гранулятора непосредственно в атмосферу. При этом теряется до
10 % Диоксида углерода.
Теоретический расход электроэнергии на сжатие в компрес-
соре отводимого из гранулятора газа, получающегося при дроссе-
лировании жидкого СОг, 76 кВт • ч/т (расчет выполнен при исполь-
зовании фреоновой служебной холодильной установки). Теорети-
ческий коэффициент выхода сухого льда в цикле 0,43 кг/кг.
В тех случаях, когда получающийся при дросселировании СО?
не возвращается обратно в цикл, сухоледный агрегат состоит
только из изотермической емкости и таблетера.
К автономным сухоледным агрегатам относят также установки
для получения снегообразного диоксида углерода из жидкого низ-
котемпературного СОг или жидкого СОг высокого давления. Их
широко применяют в скороморозильных аппаратах, в которых
твердый диоксид углерода в качестве хладагента непосредственно
контактирует с продуктом. Чаще всего насыщенные пары СОг, по-
лучающиеся при дросселировании и сублимации твердого СО2,
сбрасываются в атмосферу. В некоторых случаях пары СО2 от-
сасываются для рекондснсации.
Получение твердого СО2 вымораживанием из газовых смесей
Принципиальная схема получения сухого льда методом вымо-
раживания из дымовых газов или из других газовых смесей (далее
из газовых смесей, содержащих до 40 % СО2) показана на рис. 31.
95
газообразной фазами
Дымобые Дымовые
газы I газы
Рис. 31. Принципиаль-
ная схема получения СОг
вымораживанием из ды-
мовых газов:
а — на поверхности; б — в
потоке расширяющегося
газа; 1 — компрессор; 2 —
холодильник; 3 — осуши-
тель; 4 — регенератор; 5 —
вымораживатель; 6 — хо-
лодильная установка; 7 —
детандер; 8 — сепаратор.
л “’Г- П 1 V di I I
Вымораживание СО2 можно осуществлять на охлаждаешь
верхности или в потоке расширяющейся газовой смеси.
] Сущность процесса вымораживания диоксида углерода из raj
зовой смеси на охлаждаемой поверхности заключается в охлаж*
дении газовой смеси до температуры равновесия между твердой и <
(при данном парциальном давлении СОгк
при которой СО2 переходит в твердое со-1
стояние и выделяется на поверхности. До
тех пор, пока температура поверхности
ниже температуры насыщения СО2, кри-<
сталлы СО2 продолжают осаждаться на
слое инея, в результате чего увеличивается’
его толщина. По мере вымерзания части
СО2 из газовой смеси его парциальное дав-<
ление в смеси уменьшается, что приводит етГ
понижению температуры насыщения СО21
Одновременно увеличивается термическое
сопротивление слоя твердого СО2, нарастаЛ
ющего на поверхности. При неизменной*
температуре источника холода, охлаждаю*/
щего поверхность, в процессе выморажива*
ния наступает момент, когда температура
поверхности становится недостаточно низ-
кой для его продолжения, цикл выморажи- -
вания заканчивается. Чтобы продолжить I
процесс вымораживания, необходимо осво-1
бодить охлаждающую поверхность от ело J
твердого СО2 и повторить весь цикл снаЛ
чала. Поэтому для непрерывного производив
ства СО2 вымораживанием устанавливаю^
несколько переключающихся выморажива-И
телей, последовательно включаемых в цик-Я
лы работа — опорожнение.
На рис. 31, а условно изображена уста-
новка с одним вымораживателем, работа
которой осуществляется следующим образом. Дымовые газы после
промывки в скрубберах (на схеме не показаны) и очистки на-
правляются в вымораживатель. Предварительно дымовые газы
охлаждаются сначала в водяном холодильнике, а затем после
освобождения от водяных паров в осушителе — в регенеративном
теплообменнике обратным потоком газовой смеси, уходящей из
вымораживателя. В вымораживатсле на холодной поверхности
труб, внутри которых циркулирует хладагент от холодильной уста-
новки, из газовой смеси выпадает кристаллический диоксид угле-
рода. Газовая смесь из вымораживателя через регенеративный 1
теплообменник сбрасывается в атмосферу, а вымороженный ди- 1
оксид углерода по окончании цикла извлекается из выморажива-
теля.
96
Степень извлечения диоксида углерода из газовой смеси зави-
. нт от начального содержания СОг в смеси, а также от характери-
< гики служебной холодильной установки.
Парциальное давление СОг в газовой смеси до (Рсо,,1) и
после (Рсо,,2) процесса вымораживания определяют из выра-
жений:
Рсо,. 1 =
Рсо,»2 =
• де Ci и С2— содержание СО2 в газовой смеси до и после процесса выморажи-
вания, доли единицы; р—общее давление газовой смеси, поступающей в вымо-
ра живатель, Па.
Если содержание СО2 в исходной газовой смеси является ве-
личиной известной, то содержание СО2 в газовой смеси после
процесса вымораживания — величиной, зависящей прежде всего
от температуры охлаждающего агента /а, которая определяет тем-
пературу охлаждающей поверхности и соответственно температуру
насыщения СО2 при данном его парциальном давлении:
Сл = PcOit2^P*
Pcot,2 = f ( *СО,,2)»
^COt,2 ~ f + ^0 »
1дс Д/ — разность между температурами, зависящая от термического сопротив-
ления труб вымораживателя, а также от возможных отложений, °C.
В табл. 14 показана зависимость температуры вымораживания
от содержания СО2 в дымовых газах при атмосферном давлении и
гемлературе хладагента. Таблица 14
Показателя Содержание СО,, % по объему
20 13 10 7 3
Парциальное давление / со2 / кПа —97,2 13 10 7 /3 мм рт. ст. 99 76 53 / 23 Температура вымора- —102,2 —101,2 —102,9 —107,3 /-113 живания СО2, °C Температура хладаген- —102,2 —106,2 —107,2 —112,3 —118 та, °C
Температура и парциальное давление при данной температуре
вымораживания найдены по табл. 1 (см. приложение 1).
Таким образам, для того чтобы из газовой смеси выморозить
СО2, например до содержания 7%, необходимо иметь хладагент,
температура которого —112 °C, а до 3 %—температура которого
4 Зак. 982
97
— 118 °C. Для этого необходимо применять специальные низко1^Ь(
пературные холодильные машины.
Процесс вымораживания можно осуществлять и при более
сокой температуре путем повышения парциального давления
в газовой смеси и соответственно температуры насыщения СНм
Для этого перед вымораживанием газовую смесь сжимают в К^К<
прессоре.
Расход электроэнергии на процесс вымораживания СО2 на Иц
лаждаемой поверхности W (в кВт-ч/кг) можно определить по Яр
ражению: И»
^(^ + ^)/£со/Ь V
где Уь — адиабатическая мощность соответственно холодильной машЦ^Н
обслуживающей выморажмватель, и компрессора, сжимающего газо^И
смесь^кВт.
I Сущность процесса вымораживания диоксида углерода из Я**
зовой смеси в потоке заключается в том, что предварителен
сжатую газовую смесь подвергают расширению, в результате ч^н
понижается температура смеси. При этом диоксид углерода,
держащийся в газовой смеси, охлаждается до состояния насыцЯ
ния и .превращается в кристаллы, взвешенные в потоке газа
кого давления.
Принципиальная схема установки для осуществления таксИ
процесса дана на рис. 31, б. Так же как и в установке выморажЯ
вания СО2 на охлаждаемой поверхности, газовая смесь после прЯ
мывки и очистки от механических примесей сжимается в компреИ
соре, охлаждается в холодильнике водой и в регенеративном теЯ
лообмепиике обратным газовым потоком, а затем поступает в Л
тандер, в котором расширяется и соответственно охлаждается Я
температуры насыщения твердого СО2. При этом появляюп
кристаллы диоксида углерода. После детандера смесь газа и кр
сталлов СО2 направляется в сепаратор, где кристаллы сухого лщ
задерживаются, а газовая смесь через регенеративный теплоо
мепник сбрасывается вдатмосферу. При необходимости снегообра
ную массу прессуют. J <
Энергетические йбказатели этой установки, так же как и уст
новки вымораживания СО2 на охлаждаемой поверхности, завись
от начального содержания СО2 в газовой смеси и, кроме того, с
степени расширения газового потока в детандере.
Удельный расход электроэнергии N на получение сухого льд
в установке определяется отношением работы, затрачиваемой я
привод основных и вспомогательных механизмов (с учетом возвр$
та работы от детандера), к количеству получаемого продукта:
дг = (NKM — #тд + £Авсп)/£сО1»
где Nkm, ^тд, Л^исп — работа компрессора, турбодетандера, вспомогательны
механизмов, кВт.
В СССР способ вымораживания проверен во ВНИКТИхолод
проме (на охлаждающей поверхности) и в Ленинградском техне
98
)гичсском институте холодильной промышленности (в потоке
1сширяющейся газовой смеси) [10].
В установке, разработанной во ВНИКТИхолодпроме, в каче
вс вымораживателей использовались кожухотрубчатые теплооб-
пшики. Исходным газом служили дымовые газы от сжигания га-
iBoro топлива, содержащие СОг в количестве 8,5%. Хладоноси-
•лем являлся воздух, рециркулирующий через ожижитель газовой
лодильной машины ЗИФ 1002-1. Перед поступлением в вымо-
|живатели дымовые газы осушивались силикагелем КСМ. В вы-
ираживатели дымовые газы поступали сверху вниз в межтрубное
юстранство, а холодный воздух — снизу вверх по трубам.
Температура воздуха, поступающего в вымораживатель,
130 °C, а выходящего из него, —904—80 °C.
Выпадение инея СОг начиналось на нижней части труб вымо-
i/кивателя при достижении температуры воздуха —110°С. Затем
|блюдалось* инееобразоваиие по всей длине труб вымораживате-
। и начиналось увеличение толщины слоя твердого СОг.
При заполнении вымораживателя сухим льдом (около 50 %
>ъема) наблюдалось увеличение аэродинамического сопротивле-
1я вымораживателя с 20 до 100 кПа.
По предварительным расчетам ВНИКТИхолодпрома получе-
(е СО2 вымораживанием по сравнению с получением СОг из
шлива приведет к экономии 0,4—0,5 т условного топлива на 1 т
смороженного диоксида углерода, в результате чего уменыиат-
। выбросы дымовых газов в атмосферу (от 4000 до 5000 нм3 на
1 1 т СОг). По сравнению с получением СО2 из газовых смесей
вменение процесса вымораживания исключает расходы па транс-
фтировку СОг до потребителя и снижает себестоимость СО2.
Установка, разработанная в ЛТИХП, представляла собой газо-
гю холодильную машину, схема которой показана на рис. 31,6.
В установке ЛТИХПа газовую смесь (воздух — СО2) сжимали
двухступенчатом центробежном турбокомпрессоре, охлаждали в
эдяном и регенеративном теплообменниках, а затем расширяли
радиальном центростремительном турбодетандере до атмосфер-
но давления. При расширении газовой смеси в объеме газового
кока происходило вымораживание СО2. Далее в сепараторе
{егообразный СО2 отделяли от газа и формировали в блоки в
пековом прессователе.
Содержание СО2 в смеси составляло 6—19 % по объему, ежа-
ie газа в компрессоре осуществляли с 99 до 155 кПа, расширение
турбодетапдере — с 147 до 107 кПа.
Температура газовой смеси, охлажденной в регенераторе об-
1тпым потоком газовой смеси до 180—183 К» после расширения
детандере достигала 170—173 К.
Степень извлечения СО2 из газовой смеси составляла 10—15%.
ристаллы твердого диоксида углерода отделялись от потока в
‘параторе при снижении скорости его движения до 1—0,5 м/с.
Расход электроэнергии на процесс в среднем составлял
)00 кВт-ч на 1 т сухого льда.
4е
99
ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ '
Технологический процесс производства сухого льда состот^И
следующих этапов: ^Я
сжатие СО2 до давления конденсации, включающее проме^Я
точное охлаждение сжатого газа и освобождение его от масла,^И
ды и их паров;
конденсация сжатого СО2;
снижение давления и температуры жидкого СО2, включакх^И
дросселирование жидкого СО2, отделение жидкой фазы от газ^Я
разной и ее накапливание;
собственно получение твердого СО2 и его хранение.
Технологический процесс получения жидкого СО2 высоь^Я
давления состоит из двух первых (а низкотемпературного
всех этапов получения сухого льда, за исключением последнего^!
этапов наполнения жидким СО2 баллонов или цистерн и их хра^!
ния. В каскадных установках среднего и низкого дарения моз^^
исключаться этап дросселирования жидкого СО2. ^!
Оборудование для получения жидкого СО2 выпускается одИ
типным, пригодным для использования как в сухоледных устайЯ
ках, так и в установках для производства жидкого СО2. Я
Комплект оборудования для производства жидкого диокаЯ
углерода и сухого льда представляет собой единую установку.Я
настоящее время отечественной промышленостью серийно изЯ
товляются установки высокого давления УВЖС и каскадная срЛ
него давления УЖС. Всесоюзным научно-исследовательским
ститутом холодильного машиностроения (ВНИИхолодмаш)Я
Краснодарским компрессорным заводом создана новая каскад^!
установка среднего давления УЖС-5,4. Кроме того, в эксплуаЛ
ции находятся установки высокого давления ЗУГМ, 4УГ, 4УГ Я
комплекте с установками 5УГ, УВЖС-500, а также установки вЯ
сокого давления, изготовленные на заводе «Мафа Вурцен» (ГДГЯ
Установка высокого давления УВЖС предназначена для прВ
изводства сухого льда в количестве 60 кг/ч или жидкого СО2 вЯ
сокого давления в количестве 220 кг/ч. Установка вьТпускаетсяЯ
трех исполнениях: для получения сухого льда и жидкого СО2 (иН
полнение I), только сухого льда (исполнение II), только жидкоЯ
СО2 (исполнение III). Масса установки I исполнения 6287 кг, IIЯ
6167 кг, III — 4220 кг. При выработке сухого льда в установи
УВЖС осуществляется смешанный цикл трехступенчатого сжатД
с трехступенчатым дросселированием. I
Принципиальная схема установки УВЖС показана на рис. 31
техническая характеристика оборудования, входящего в комплеД
установки, — в табл. 15. i
Каскадная установка среднего давления УЖС (рис. 33) пред
назначена для производства 110 кг/ч сухого льда в льдогенератеж
рах или 270 кг/ч низкотемпературного жидкого СО2. Установи
работает по каскадной схеме с давлением конденсации СС^
1500 кПа. Верхний каскад — двухступенчатый аммиачный цикл^|
100 I
нижний — двухступенчатый цикл СОг. Сжатие аммиака и диок-
сида углерода осуществляется одним компрессором.
В установку УЖС входят бессмазочный компрессор 2УАП для
сжатия СОг и аммиака с электродвигателем (1 шт.), конденсатор-
испаритель КИ (1 шт.), масловлагоотделитель УВ4 (2 шт.), осу-
Рис. 32. Принципиальная схема установки УВЖС:
/ — компрессор 2УП; 2. 3, 5 — промежуточные холодильники; 1 — смеситель газа; 6 —
масловлагоотделитель; 7—фильтр высокого давления; 8 — электроподогреватель; Р —па-
роподогреватель; 10 — пост наполнения баллонов; 11 — конденсатор; 12, 13 промежуточ-
ные сосуды; 14 — льдогенераторы.
шитель-вымораживатель ВУ (2шт.), промежуточный сосуд
УСП-2 (1 шт.), промежуточные холодильники Т1А (1 шт.), Т4
(1 шт.), льдогенератор СЛФ (4 шт.), теплообменник для подогре-
ва жидкого СОг перед поступлением в баллоны Т4 (1 шт.), насос
для перекачки сжиженного СОг (плунжерный насос) КН-4 (2 шт),
рампа для наполнения баллонов (пост) ПУ1 (3 шт.), а также обо-
рудование аммиачной системы. К нему относят кожухотрубчатый
конденсатор 20 КГТ (1 шт.), отделитель жидкости ОЖГ70 (1 шт.),
промежуточный сосуд 40ПСЗ (1 шт.), поплавковый аммиачный
регулятор 5ПРа (1 шт.), линейный ресивер 0,4РВ (2 шт.), дренаж-
ный ресивер 3,5РД (1 шт.) и аммиачный фильтр 15АФ ( 2 шт.).
Общая масса установки 9300 кг.
При исполнении установки для получения жидкого СОг из нее
исключают промежуточный сосуд и льдогенераторы, а для полу-
чения сухого льда — рампы для наполнения баллонов ПУ-1, насос
КУ-4 и теплообменник Т4.
Каскадная установка среднего давления УЖС-5, 4 предназна-
чена для производства сухого льда и жидкого СОг всех видов.
101
1бжсние KoriQ
Для осушиМ
воздуха, кем I
Киндгисация СО2 осуществляется при 1500 кПа. Снабжение ко|
/нч км тор а кипящим аммиаком — централизованное. ,
СО;, к установку включен стандартный блок осушки
’юрый установлен перед II ступенью компрессора.
Таблица || !
Оборудование Марка Объем Поверх- ность теплообме- на, м* Масса, кг Коле* чеет* ВО, tsh
Компрессор 2УП 1850 1 1
Электродвигатель мощ- АВ-2-101-8В — — — 1 4
ностью 75 кВт (частота вращения 735 об/мин) Блок управления БУ5120-ЗЗГЗ 11
Промежуточный холо- дильник I ступени Т4 1,8 130 1
II » Т1А .— 1.6 117 1в
III » Т2 — 0,975 71 1 Ж
Масловлагоотделитель I ступени 32У-В1-А 0,085 102 1 а
II » 32У-В1-А 0,085 .— 102 I
III » 80-УВ 0,032 — 65 1 U
Фильтр высокого давле- ФУ1 0,035 — 212 4
ния Конденсатор КУ1 2,3 187 3
Регулирующий вентиль РВ1, РВ2 — — — 2
Промежуточный сосуд первый УСП1 0,29 250 1
второй УСП2 0,43 — 360 1
Рампа для наполнения ПУ-1 —. — 38 3
баллонов (пост) Льдогенератор (льдофор- ма) Электронагреватель СЛФ 0,034 — 242 5
— 0,27 38 1
(7,5 кВт) Теплообменник тз — 0,35 22 1
В установку УЖС-5,4 входят бессмазочный компрессор 2УП-5,4
с электродвигателем (1 шт.), конденсатор-испаритель (кожухо-j
трубчатый теплообменник 400 ТНГ-1-25-М8Н/20ГЗ-—2) (7 шт.)?
промежуточный холодильник (кожухотрубчатый теплообменник
273 ТКГ-25-М8Н/20Г1-1) (2 шт.), промежуточный сосуд УСП-2
(2 шт.), угольный фильтр ФУ1А (1 шт.), льдогенератор (СЛФ)
(8 шт.), газофикатор жидкого СО2 УГ-300 (2 шт.), изотермиче-
ская накопительная цистерна НЖУ-8 (1 шт.), блок осушки СОг
УОВБ-2М (ТУ26-01-188-71) (1 шт.), насос для перекачки низко-
температурного жидкого СО2КУ4 (4 шт.).
В зависимости от вида выпускаемого СО2 состав оборудования
изменяется.
На установках ЗУГМ, 4УГ в комплекте с установкой 5УГ мож-
но изготовлять сухой лед и жидкий СО2. ‘
102
Производительность всех установок регламентируется произ-
водительностью компрессора, работающего но основному или по
совмещенному циклу.
Рис. 33. Принципиальная схема установки УЖС:
/ — конденсатор NH3; 2 — промежуточный сосуд для аммиака; 3— отделитель жидкости NH3:
4 — фильтр; 5 — осушитсль-выморажнватель; 6— конденсатор-испаритель; 7 — реси-
вер жидкого СО2; 8— промежуточный сосуд; 9 — льдогенераторы; 10 — персохладитель;
7/ — насос; 12 — теплообменник; 13 — влагоотделнтель; 14 — промежуточный холодиль-
ник; 15 — коллектор наполнительной станции; 16 — компрессор 2УАП; 17 — теплообменник;
18 — ресивер для аммиака.
За рубежом установки для производства жидкого СО2 и сухо-
го льда выпускаются также скомплектованными в единый агрегат
[23]. Производительность этих установок колеблется от 50 кг/ч до
нескольких тонн в час.
В табл. 16 приведены характеристики и типы установок, вы-
пускаемых фирмой «Ликвид Карбоник» (США).
Таблица 16
Тип установки Используемое сырье П роизводителыюсгь жидкого СО,, кг/ч
пск Побочные продукты химических и неф- теперерабатывающих заводов 500, 1000, 10000
ПСКФ ПСКФБ Отходящие газы спиртовых и пивова- ренных заводов 50, 150, 300, 500, 1000
пскс Топливо 150—4200
103
Схема установки типа ПСКФБ традиционная (рис. 34), сж|»
тие двухступенчатое, конденсация СО2 осуществляется с помощь®
холодильной установки, осушка двухступенчатая (I ступень — ви»
Рис. 34. Схема уста ном®
ПСКФБ:
/ — пеноловушка; 2 — бустер
компрессор; 3 — скруббер;
двухступенчатый компрессе
5 — адсорбер с активным М
лем; 6 — вымораживатель цД
ги; 7 — адсорберы-осушитаЛ
8 — конденсатор СО.-испаЛ
тель NH3; 9 — переохладит^®
жидкого С02; 10 — ресяяВ
NH3; 11 — конденсатор ЬцИ
12 — компрессор NH3. S
мораживание, II — адсорбционная). Компрессоры применяют
бессмазочные. Техническая характеристика установки этого ти,
приведена в табл. 17.
Таблица 171
Производитель- ность установки хю жидкому СО,, кг/ч Потребляемая мощность, кВт Удельный расход электро- энергии, кВт«ч/т Расход охлаждающей воды Необходимая площадь, мЧ
м* м’/т
50 17 340 4.1 82 25
150 40 266 7.5 50 40
300 57 190 9,0 30 50
500 95 190 15,0 30 60
1000 190 190 33,0 33 80
Установки производительностью 500 кг/ч и более снабжен!
пневматическими регуляторами разгрузки.
Установки ПСКФБ оснащаются контрольно-измерительным!
приборами для определения влажности СОг, газоанализаторам!
Таблица 18
Производи- тельность, т в сутки Вид вырабатыва- емого СО, Исходное сырье Дополнительное оборудование, входящее 1 в установку 1
1,5—38 Жидкий СО2 Топливо Оборудование газовой части установки
1,5—38 То же Чистый COt Изотермические стационарные цистерньи вместимостью 100 т 1
1,5-38 » Продукты спиртового брожения Изотермические стационарные цистернья вместимостью 20 т ]
0,96—1,5—3 > То же Мягкие газгольдеры I
1,5—12 Сухой лед и жидкий СО2 Чистый газообразный соа Изотермические стационарные цистер-1 ны вместимостью 25—50 г, насос для] перекачки жидкого СО2
104
।я определения Ог в готовом СО2, электронным устройством
ыя автоматической регулировки давления в линии подачи газа-
1ырца, что предупреждает образование вакуума на всасывающей
• троне компрессора и препятствует попаданию воздуха в систему.
В ГДР машиностроительный завод «Мафа Вурцен> выпускает
полные комплекты установок (табл. 18).
В установку для производства сухого льда входит пресс про-
изводительностью 250 кг/ч для получения блока сухого льда мас-
mii 10 кг. Все установки комплектуются бессмазочными поршне-
ними вертикальными компрессорами.
Сжатие газообразного СО2
Сжатие газа до давления конденсации СО2 осуществляется в
поршневых газовых компрессорах (двух- или трехступенчатых).
Цилиндры компрессоров и полость нагнетательного клапана
III ступени компрессора охлаждаются водой. После каждой сту-
пени сжатия газ охлаждается в промежуточных холодильниках и
освобождается от капель масла и влаги в масловлагоотделителях,
и в аппаратах для очистки от масла и осушки СО2— от паров
масла и воды. Поэтому к оборудованию для сжатия газа относят
компрессоры, промежуточные холодильники, масловлагоотдели-
тсли и блок аппаратов для очистки и осушки СО2. Компрессоры
применяются со смазкой и бессмазочные. Техническая характе-
ристика компрессоров дана в табл. 19.
Горизонтальный трехступенчатый компрессор ЗУ ГМ (рис. 35)
может работать как основной (в цикле производства только жид-
кого диоксида углерода) и как дополнительный — для отсоса газа,
получающегося после всех ступеней дросселирования жидкого ди-
оксида углерода (в цикле производства сухого льда или жидкого
низкотемпературного СО2). При сжатии поступающего в компрес-
сор газа с давлением, близким к атмосферному, избыточное давле-
ние в ступенях сжатия газа в компрессоре следующее: при работе
по основному циклу — 2004-400/13004-2000/60004-7500 кПа, а по
дополнительному — 800/2800/60004-7500 кПа. При подаче в ком-
прессор газа с избыточным давлением 70 кПа его производитель-
ность по жидкому СО2 увеличивается с 250 до 400—450 кг/ч.
Компрессор 4УГ предназначен для работы по основному цик-
лу, а компрессор 5УГ — для работы только в дополнительном цик-
ле при прессовом способе производства сухого льда (рис. 36).
Перепады давления такие же, как и в компрессоре ЗУГ(М). В
I ступень всасывания компрессора 5УГ поступает СО2 из камеры
пресса после дросселирования СО2 в верхнем РВШ (газ верхнего
отсоса). Газ из камеры пресса после дросселирования в нижнем
РВШ (газ нижнего отсоса) отсасывается компрессором 4УГ
Цилиндр I ступени компрессора 5УГ рассчитан на давление
всасывания до 700 кПа. Давление в ступенях сжатия СО2 следу-
ющее: I ступень (при давлении всасывания 400 кПа) — 1000 кПа,
II ступень — 2500 кПа, III ступень — 7500 кПа.
Таблица 19
Компрессоры
Показатели 2УП 2УЛП для со, и NH, 2УП-5.4 ЗУП ЗУГМ 4УГ 5УГ
Производительность, кг/ч по жидкому СО2 при давлении всасывания 100 кПа 220 270 540 500 250 1000
500 кПа — — — — — 600
по сухому льду 60 НО 220 — 100 При совместной работе
1000
Количество ступеней сжатия 3 2 2 3 3 3 3
Конечное давление сжатия (дав- ление конденсации СО2), кПа Диаметр цилиндра, мм 75 15 15 75 75 75 75
I ступени 160 250 250X2 230 250 380 240
11 > ПО 130 130X2 160 150 230 170
Ill » 58 -— — 75 80 105 145
Ход поршня, мм 125 125 125 210 250 450 350
Частота вращения, об/мин Теоретический часовой объем, м3/ч 735 735 735 500 187 187 187
I ступени 217 — — —— 212 894 112,5
И » 48,1 —- -— 44,3 184 71,8
III » 14,6 -— — 14,61 43,6 64,7
Эффективная мощность, кВт Эл окт р од в и гате л ь 44 49 49 75 44 123 105
тип АВ-2-101-8 АВ-2-101-8 — ДСК-12-24-12 АК-9Г ГАМ-137-10 А-113-10
мощность, кВт 15 75 — 125 55 160 160
напряжение, В 220/380 220/380 — 220/380 220/380 220/380
частота вращения, об/мин 735 735 -— 500 1000 590 590
Масса компрессора без электро- двигателя, кг 1850 2400 2400 2300 4100 8500 7600
Общая масса компрессора, кг 2074 — — 2300 4775 10320 9400
Компрессор 2УП (рис. 37)) —угловой, станина с валом и ша-
туном от углового компрессора московского завода «Борец* с
максимальным усилием по штоку 2 т (база 2П). В компрессоре
вертикально расположен цилиндр I ступени сжатия (двойного
действия) и горизонтально — цилиндры II и III ступеней (одинар-
ного действия). На отлитом из чугуна цилиндре I ступени распо-
ложены два всасывающих и два нагнетательных двухкольцевых
клапана. Поршень I ступени компрессора — алюминиевый. Ци-
линдр II ступени сжатия отлит из чугуна. В цилиндре установле-
ны всасывающий и нагнетательный однокольцевые клапаны.
Стальной цилиндр III ступени закрыт головкой, в которой рас-
положены всасывающий и нагнетательный однокольцевые клапа-
ны. Поршни II и III ступеней отлиты из чугуна.
В цилиндры компрессора и сальники штока масло подается че-
тырехплунжерным насосом (лубрикатором), а в механизм дви-
жения — шестеренчатым насосом с приводом от коленчатого вала.
Компрессор 2УП может работать как в основном цикле (при
получении жидкого СО2), так и в совмещенном (при производстве
сухого льда). При этом давление в ступенях компрессора такое
же, как и в компрессоре ЗУГМ. При работе компрессора по совме-
щенному циклу давление выше, чем в компрессоре ЗУГМ на
200—300 кПа.
107
Рис. 36. Компрессор 4УГ и 5УГ.
Привод компрессора 2УП — непосредственный от консольного
нннхронного электродвигателя, ротор которого установлен на ко-
ч-нчатом валу.
Компрессор 2УАП (рис. 38), так же как и компрессор 2УП, вы-
полнен с использованием базы 2П от углового компрессора мос-
ковского завода «Борец». В отличие от компрессора 2УП этот
компрессор создан для работы без смазки. С этой целью уплотни-
1гльные кольца на поршнях компрессора и сальниках штока изго-
Рис. 37. Компрессор 2УП.
овлены из непропитанного антифрикционного графита АО-1500, а
илиндры — из серого чугуна.
В компрессоре 2УАП осуществляется двухступенчатое сжатие
:О2 и NH3. В вертикальных цилиндрах сжимается СО2, а в гори-
онтальных — NH3. Цилиндры компрессора одинарного действия,
лапаны на цилиндрах I ступени — ленточные, на цилиндрах II
тупени — кольцевые с точечными пружинами.
Привод компрессора — непосредственно через резиновую муф-
У-
Недостатком этого компрессора является трудность достиже-
ия полной герметизации сальников штока на аммиачной стороне
109
компрессора. Вследствие этого на некоторых предприятиях оп
щсствлено централизованное снабжение конденсатора аммиаке*
от имеющейся на предприятии холодильной установки, а компр*
сор 2УАП полностью переведен на сжатие только СО2.
Компрессор 2УП-5,4 идентичен компрессору 2УАП, но испом
зуется для сжатия только СО2 и выполнен также для работы бе*
Оступень | I/ступень
всасывания 1
NHS Ну во NH5 Ну вО
1
1
смазки. Его производительность 540 кг/ч. Он входит в установка
УЖС-5,4.
Трехступенчатый угловой компрессор ЗУП-500, входящий в cd
став установки УВЖС-500, подобен компрессору 2УП. Его проиэ
водительность при 30° С и давлении всасывания 140 кПа 500 кг/1!
Оппозитные компрессоры УОТ 1000 и УОТ 600 — горизон
тальные, трехступенчатые, их производительность по жидкому СО
соответственно 1000 и 600 кг/ч.
Компрессоры горизонтального типа тихоходные (частота враЗ
щенпя 178 об/мин), а угловые — быстроходные (частота вращений
500—735 об/мин). 1
по
За рубежом применяют бессмазочные поршневые вертикальные
iuyx-, трех- и четырехступенчатые компрессоры, а в некоторых
|учаях многоступенчатые турбокомпрессоры.
Действительную объемную производительность компрессора
1’н (в пм3/ч) находят по формуле
V» ~ 60FS
ще F— площадь сечения цилиндра I ступени компрессора, м2; S— ход порш-
ни, м; п — частота вращения вала компрессора, об/мин; А.к—коэффициент по-
Ялчи, учитывающий влияние различных факторов (по данным И. И. Левина,
I зависимости от отношения давления нагнетания к давлению всасывания от 5
до 2 принимается равным 0,6—0,85; согласно данным ВНИИхолодмаша для
компрессора 2УП Хк = 0,55).
Массовая часовая производительность компрессора Ссо,
(в кг/ч) вычисляется по формуле
^COf ~ ^кРсо,’
Принимается, что сжатие СО2 в многоступенчатых компрессо-
рах с промежуточным охлаждением газа в каждой ступени проис-
ходит по адиабате и сопровождается сильным нагревом газа.
Мощность N (в кВт) электродвигателя компрессора, который
работает по основному циклу (т. е., когда во все ступени сжатия
поступает СОг в неизменном количестве), рассчитывается по фор-
муле:
N = GCOf 2//3600т)к,
1де Si — сумма разностей энтальпий газа после и до сжатия в ступенях ком-
прессора, кДж/кг (находится по S, /-диаграмме для СО2 на линии постоянной
•ттропии); — КПД компрессора (Лк = 0,654-0,75).
При расчете мощности электродвигателя компрессора, рабо-
тающего по дополнительному или совмещенному циклу, учитыва-
ются разные количества СОг, сжимаемого в ступенях компрессора.
Удельный расход электроэнергии на сжатие газа снижается при
повышении давления всасывания СОг в компрессор. Так, для ком-
прессора 2УП, по данным ВНИИхолодмаша и ВНИКТИхолодпро-
ма (рис. 39), удельный расход электроэнергии на производство
жидкого СО2 при давлении всасывания 100 кПа составляет
0,2 кВт-ч/кг, а при 140 кПа — 0,09 кВт-ч/кг; при производстве су-
хого льда в тех же условиях — 0,5 и 0,38 кВт-ч/кг. По тем же дан-
ным, удельный расход электроэнергии при производстве жидкого
СО2 растет с 0,1 до 0,16 КВт-ч/кг с повышением температуры кон-
денсации СО2 с 15 до 30° С. При производстве сухого льда в диа-
пазоне изменения температуры конденсации от 22 до 28 °C удель-
ный расход электроэнергии составляет 0,34 кВт-ч/кг. Это объяс-
няется зависимостью производительности компрессора от давле-
ния всасывания и температуры конденсации СО2, характер кото-
рой для компрессора 2УП показан на графиках рис. 40.
Для транспортировки газообразного диоксида углерода к ком-
прессорам от газовой части установки применяют водокольцевые
111
компрессоры, характеристика которых приведена в таб
[5]. Этк компрессоры комплектуются вместе с электродвигап
и газосборником на одной горизонтальной плите (рис. 41).
После сжатия в компрессоре газ имеет температуру
140°C. Особенно высока температура сжатого газа при нали’
нем воздуха.
*-Рис. 39. Зависимость удельного рас-
хода электроэнергии от давления вса-
сывания (а) и температуры конденса-
ции (б):
7 — получение сухого льда; 2 — получение
жидкого СО: высокого давления.
Рис. 40. Зависимость производительно-
сти компрессора 2УП от давления вса-
сывания (а) и температуры конденса-
ции (б):
/ — получение жидкого СО2 высокого давле-
ния; 2 — получение сухого льда.
Для охлаждения СОг перед его поступлением в следующей
ступень сжатия и далее в конденсатор применяют двухтрубнн
противоточные промежуточные холодильники. 1
Таблица
ВК-1,5 90 0,05 0,18 1460 5,5 375 1275 ИЗО 950
вк-з 195 0,05 0,18 1460 13,0 490 1520 1100 863
ВК-6 360 0,05 0,22 1460 22,0 775 1490 1175 1000
ВК-12 720 0,05 0,22 960 40,0 1245 2100 1600 1440
ВК-25 1500 0,15 0,15 585 75,0 3094 2790 1710 1400
Техническая характеристика двухтрубных противоточных про*
межуточных холодильников, поставляемых с компрессорами 2УП и
2УАП, дана в табл. 21.
Кроме двухтрубных противоточных промежуточных холодиль-
ников компрессор ЗУГМ комплектовался погружными холодиль-
никами. Они, так же как и погружные конденсаторы, монтиро-1
112
м1ись под полом в бетонных резервуарах с проточной водой. По-
•умные холодильники изготовляли из труб диаметром 38X4 мм.
плообменная поверхность и масса погружных промежуточных
моднльников I ступени — 3,8 м2 и 210 кг, II ступени — 4,8 м2 и
кг, III ступени — 0,82 м2 и 340 кг.
^ис. 41. Водокольцевой
И>мпрсссор:
I водокольцевой компрессор;
гвзосборннк; 3 — вентиль
При охлаждении сжатого газа происходит конденсация водя-
ных паров и масла. Для их отделения после промежуточных хо-
лодильников устанавливают масловлагоотделитель объемного ти-
Таблица 21
Аппарат Компрессор 2УП
марка тепло- обменная поверх- ность» м* масса, кг габаритные размеры, мм коэффи- циент тепло- передачи. Вт/(м«.К>
Промежуточный холодильник I ступень Т4 1,80 145 640x1490 85—170 II » Т1А 1,60 185 1160X1512 85—170 III » Т2 0,98 71 1465x1400 85—170 Конденсатор КУ-1 2,30 187 1020x3300 —
Пр одолжение табл. 21
Аппарат Компрессор 2УАП
марка тепло- обменн а я поверхность, ма масса, кг габаритные размеры, мм
Промежуточный холодильник
I ступень
II »
III >
Конденсатор
Т1А 1,60 185 1160X1512
Т4 1,80 145 640х 1490
ки 9,0 635 425x 2000
11Г
каждые 50—60 мин мае
накопившейся водомасля!
также в момент включе!
характеристика масловл!
па, работающий по принципу изменения направления движе!
газа и уменьшения скорости его движения в 5—10 раз. На тру|
проводах и после масловлагоотделителей не монтируют вентид
и обводных линий. Запорный вентиль для продувки располои
на нижнем сферическом дне. Через
влагоотделитель освобождают от
эмульсии. Продувку осуществляют
компрессора в работу. Техническая
отделителей дана в табл. 22.
Таблица
Компрессор Марка масловлаго- отделителя Объем, м1 Габаритные размеры, мм Масса, ]
2УП
I ступень
II »
III »
2УАП
I ступень
II »
32-УВ-1 0,085 325X1520 102
32-УВ-1 0,085 325X1520 102
80-УВ 0,032 219x1340 65
УВ4 0,032 210x1440 73
УВ4 0,032 210x1440 73
Сжатый СО2 перед конденсацией освобождают от масла и еВ
ды, содержащихся в нем в виде мелкодисперсных капель и парИ
Пары масла при охлаждении СО2 конденсируются и осаждают®
на поверхности труб и аппаратов, в результате чего ухудшаютЯ
теплообменные процессы. Масло, накапливаясь, попадает в готШ
вую продукцию и ухудшает его качество. Я
Попадание водяных паров в трубопроводы и аппараты с ниЯ
кими температурами приводит к осаждению водного льда и вслеМ
ствие этого к закупорке трубопроводов и вентилей, что препятсЯ
вует внедрению приборов автоматики и контроля. *
Очистку СО2 от масла осуществляют методом фильтрации ежа
того СО2 через активный уголь или другой фильтровальны
материал перед поступлением СО2 на ожижение.
Для осушки СО2 применяют методы вымораживания влаги 1
адсорбции твердыми адсорбентами (алюмогель, силикагель КСЛ
и цеолиты КА-ЗМ и NaA-2KT). Вымораживание влаги проводя'
в осушителях-вымораживателях, адсорбцию — в адсорберах. И те
и другие аппараты, устанавливаемые парами, работают попере
менно — один аппарат работает, а другой регенерируется, т. е. ос*
побеждается от накопленных влаги и масла.
Процесс осушки СО2 наиболее эффективно осуществляется пр]
размещении оборудования непосредственно перед конденсатором
после оборудования для очистки СО2 от масла. В сжатом СО2 тем
меньше содержится водяных паров, чем выше давление сжатия
(при условии, что образовавшиеся при этом капли воды отделена
114
• нодомаслоотделителе). По данным ВНИКТИхолодпрома, содер-
жание водяных паров в СО2 перед конденсатором равно 1 г в нма
что соответствует температуре точки росы* (—20°C).
Однако оборудование для осушки не всегда располагают непо-
редственно перед конденсатором. Это связано, прежде всего, с
отсутствием специализированного серийного оборудования. Так, и
жушители-вымораживатели, и адсорберы, как правило, приме-
няют или нестандартные, или выпускаемые для осушки других
нгюв (например, воздуха).
Из двух методов наиболее эффективным является адсорбцион-
ный. По данным ВНИКТИхолодпрома [9], в цикле высокого давле-
ния эксплуатационные затраты на осушку адсорбцией в 10 раз
ниже, чем вымораживанием.
Кроме того, вымораживанием нельзя обеспечить достаточно
мубокую осушку, поэтому часть водяных паров уносится в кон-
денсатор и далее в трубопроводы и аппараты. Водяные пары, пре-
вращаясь в лед, могут образовывать пробки, которые удаляют
только после выключения установки из работы, отепления, про-
парки и продувки газом всей системы.
Снабжение холодом осушителей-вымораживателей производят
двумя способами — подачей хладагента, температура которого не1
ниже — 33 °C, от одноступенчатой служебной холодильной уста-
новки или использованием части полученного жидкого СОг после
его дросселирования. В первом случае в вымораживателе нельзя
охлаждать газ ниже —25н—28 °C, что недостаточно для глубокой
Осушки СО2. Во втором случае осушка СО2 возможна только пос-
ле I ступени сжатия СО2, что очень неэффективно из-за большого
содержания водяных паров в СО2. Расположение осушителя-вы-
Мораживателя после I ступени сжатия СО2 в компрессоре обуслов-
лено тем, что только здесь значительное охлаждение СО2 не вле-
чет за собой его конденсацию. Однако в этом случае на вымора-
живание влаги и охлаждение СО2 расходуется до 18% жидкого
СО2.
По данным ВНИКТИхолодпрома, в таком вымораживателе, ох-
лаждаемом жидким СО2 температурой —40-4—44 °C, осушаемый
СО2 охлаждался только до —18°C, а влажность осушенного газа
соответствовала точке росы, равной —10°C.
Осушители-вымораживатели, работающие на хладагенте от слу-
жебной холодильной машины, применяют в каскадных сухолед-
иых установках и устанавливают перед конденсатором СО2-испа-
рптелсм NH3. Жидкий аммиак подают в осушители-выморажива-
тели непосредственно после дросселирования, минуя отделитель
жидкости, т. е. в виде парожидкостной эмульсии. Это предотвра-
щает конденсацию СО2 в осушителе-вымораживателе. Поскольку
возможность конденсации частиц СО2 в вымораживателе исклю-
* Точка росы определяется в газе, сдросселированном с рабочего давления
до атмосферного и имеющем температуру 20 °C, т. е. при нормальных условиях.
И S'
чить ПОДЛОСТЬЮ нельзя, вымораживатель всегда устанавля
над конденсатором СО2, в результате чего образовавшийся жв
•СОа из вымораживателя самотеком сливается в конденсатор. 1
В качестве осушителя-вымораживателя применяют коц
трубчатые или кожухозмеевиковые теплообменные аппараты, |
торых по трубам проходит кипящий аммиак, в межтрубном
странстве — влажный СО2. На рис. 42 показана схема снабжз
кожухотрубчатых осушителей-вымораживателей аммиаком,
правление потока осушаемого СО2, а также порядок вклюш
осушителя по аммиаку периодически изменяют. Жидкий ам>
В конденсатор 00%
Рис. 42. Осушитель-вымораживатель:
1 — осушитель-вымораживатель; 2 — осу-
шитель жидкого NH3; 3 — ДУ; 4 — ПРВ;
5 — фильтр-грязевик; 6 — предохранитель-
яый клапан.
Согласно данным А. Д.
всегда поступает в трупы вто|^я
по ходу газа осушителя. Пер^Н
в это время отепляют постущИ
щим влажным газом и освойИ
дают от воды.
Охлаждение СО2 и вымора^Н
вание водного льда па трубах И
встающего осушителя-вымора^И
вателя может продолжаться
сколько суток в зависимости .
количества влажного СО2, посЯ
лающего на осушку, величйИ
теплообменной поверхности оЛ
шителя и температуры аммиаД
Снижение эффективности процД
са вымораживания определяют
увеличивающейся влажности оД
шейного газа с помощью ручшЛ
или автоматического влагомер
<ова, коэффициент теплопереда*
кожухозмеевикового и кожухотрубчатого осушителей-выморажив
телей равен 100—140 Вт/(м2-К).
Адсорбционный метод осушки СО2 позволяет осушить СО2 д
те'мпёратуры точки росы, равной —604—70 °C. Кроме того, адсо!
бёнты не только сушат, но и очищают СО2 от масла, которое за
тем сгорает при регенерации адсорбента. Однако получающиес
при этом смолы, накапливаясь в адсорбенте, постепенно -снижаю
его влагоемкость (адсорбционную способность) ..Это является од
ной из причин, вызывающих необходимость замены адсорбент
1—2 раза в год.
Большое значение для адсорбционной осушки имеет правиль
ный выбор адсорбента. До последнего времени в качестве адсорбент
та для осушки сжатого СО2 применяли в основном силикагель,
Однако, по данным ВНИКТИхолодпрома, осушающая способность
силикагеля в атмосфере СО2 резко снижается с 20 до 5 % при
повышении температуры с 15—20 до 40—50°С (и не зависит от
давления газа). Поэтому силикагель правильнее всего применять
в каскадных циклах, где СО2 перед поступлением в адсорбер мож-
охладить до необходимо низкой температуры без опасности
хин. конденсацию СОг.
Цлагоемкость алюмогеля и цеолита КА-ЗМ ие зависит от тем-
пуры и давления и составляет для алюмогеля 1,5—2% от
< ы адсорбента, а для цеолита КА-ЗМ в первые 3—4 мес рабо-
10—12%. В дальнейшем влагоемкость снижается до 6—7%
f юстепенно стабилизируется.
Регенерация адсорбента осуществляется пропусканием через
(и» нагретого воздуха или СО2. При регенерации силикагеля КСМ
и алюмогеля регенерирующий газ нагревают до 180—200 °C, а
П регенерации цеолита КА-ЗМ — до 350—400 °C.
IJ производственных условиях регенерацию адсорбента считают
^конченной, если регенерирующий газ, выходящий из аппарата,
который заложен адсорбент, имеет температуру при регенера-
им силикагеля КСМ и алюмогеля 80—90°C, цеолита КА-ЗМ 130—
КГС. Такой температурный режим регенерации адсорбен;а обес-
Нивает глубокую осушку СОг- На рис. 43 приведена влажность
О, до и после его осушки цеолитом КА-ЗМ (соответствующая из-
»рснным температурам точки росы).~Как видно из графиков, цео-
|£ осущивает СОг до температуры точки росы ниже —55°C, что
ответствует содержанию водяных паров в газе 0,016 г/кг. До
к’. 43. Влажность газа до осушки (/) и после нее (2) цеолитом КА-З'Ч.
[вкого же уровня осушивают СОг, силикагель КСМ и алюмогель.
Установка для осушки СО? адсорбцией состоит из двух (или
гтырех) адсорберов, находящихся в работе поочередно, электро-
агревателя (иногда в комплексе с паронагревателем) для нагре-
а регенерирующего СО2 или воздуха и воздуходувки с электро-,
зигателем при регенерации адсорбента воздухом. Этот комплекс
дпаратов обычно называют блоком осушки. При расположении
го сразу же после аппаратов для очистки СО2 от масла весь
гот комплекс аппаратов называют блоком очистки и осушки
рис. 44). Схема установки для очистки и осушки СО2 (блок очи-
117
стки и осушки), разработанная ВНИКТИхолодпромом и рабоЦш
щая на одном из предприятий, представлена на рис. 45. Газ iiqh
поступлением на осушку проходил двухступенчатую очистку
масла. В фильтре с нетканым материалом сипрон и тканью Пету
Воздух или СО? из I ступвщ
^сжатия компрессора и
J * мектронагребато*
ля на регенерацию
и OCytU'
ни
Cuz после регенерации на
охлаждение и б {ступень
~ компрессора
СОг после Ш ступени
компрессора на очист-
ку и осушку
Рис. 44. Схема блока очистки и осушки СО2:
1 — фильтр с
активным углем; 2 — фильтр с силикагелем; 3 — обводная линия.
Рис. 45. Схема установки ВНИКТИхолодпрома для получения СО2 высоя
чистоты:
/ — адсорбер; 2 — элсктроподогреватель; 3 — фильтр; 4 — маслосборник; 5 — фильтр гру
очистки; 6 — фильтр гонкой очистки; 7 — масловлагоотделитсль.
118
газ очищался от масла, и его содержание в газе снижалось
0,5—1 до 0,02 мг/нм3. Далее газ осушивался в адсорберах цео-
•ном КА-З/М.
Для осушки СОг в установках УВЖС служат два попеременно
обитающих фильтра высокого давления ФУ-I-A, заполненных
нликагслем КСМ и являющихся адсорберами. Однако вмести-
ость одного фильтра высокого давления 18—20 кг силикагеля
СМ. Поэтому такие адсорберы не обеспечивают необходимую
। ушку СО2 при производительности установки более 70—80 кг/ч,
лк как период регенерации насадки фильтра продолжительное
цбочсго периода.
Некоторые предприятия оснастили свои установки блоками
сушки воздуха высокого давления (на 10000 кПа) с вмести-
юстью адсорберов 100—300 кг адсорбента или блоками осушки
оздуха на 800—1600 кПа.
На основе разработок ВНИКТИхолодпрома НПО «Кислород-
аш» создал блок осушки диоксида углерода ОУ 1200—75^ кото-
ый при загрузке его цеолитом КА-ЗМ обеспечивает в течение
сут осушку 1200 кг/ч СО2 до температуры точки росы не выше
>48 °C.
Блок осушки СО2 ОУ 1200—75 имеет следующую характери-
гику:
Максимальное давление СО2, кПа 800
Количество адсорберов 2
Масса цеолита КА-ЗМ, входящего в один адсорбер, кг 280
Расход газа (или воздуха) на регенерацию цеолита, нм3/ч 200
Начальная температура газа, поступающего 340-360
на регенерацию, °C
Конечная температура регенерирующего газа, °C 130^-150
Мощность электроподогревателя, кВт 30
Содержание водяных паров в осушенном газе, 0,037
г/м3, не более
Соответствующая температура точки росы, °C - 48
Продолжительность, ч
рабочего периода 48
регенерации насадки 8
При использовании нестандартного оборудования для осушки
О2 проводят подбор и расчет оборудования в следующей после-
овательности.
Принимается, что адсорберы должны переключаться 1 раз в
утки, блок осушки состоит из двух переключающихся адсорберов,
корость движения газа в адсорбере в расчете на пустое сечение
ппарата около 0,03 л/(см2-мин) (0,005 м/с).
Необходимое количество адсорбента, загружаемого в один ап-
арат, определяют по формуле
Ga = Ясо, — *2) т/° -01а >
119
где Ga — масса адсорбента, кг; geo, — количество СО2, проходящего ч|М
адсорбер, кг/ч; xt, х2— содержание водяных паров в СО2 до и после ocyjfei
кг паров Н2О в кг СО2; т — продолжительность рабочего периода одного адф*
бера, ч; а — влагоемкость адсорбента. % от массы адсорбента.
Содержание водяных паров в СОг можно найти расчетным
тем по формуле 4 ।
x = 0,41pw/(p — Pw)
где р— общее давление смеси СО2 и водяных паров в адсорбере,
pw —.парциальное давление водяных паров при температуре смеси, кПа.
Кроме тога, .^определяется по табл. 15 (см. приложение Н
соответственно измеренной температуре точки росы в газе. W
При измерении температуры точки росы перед дросселирвЖ
нием газа с рабочего давления до атмосферного газ перегревЛ|
до 50—70°C. Это исключает выпадение водяных паров в регуИ
рующем вентиле и искажение результатов измерений. Д
По данным ВНИКТИхолодпрома, содержание водяных паЛ|
в СОг перед осушкой можно принимать равным 0,42—0,Я
в |1 кг СОг, так как температура точки росы в газе, сжатом
6000—7000 кПа, обычно равна —18ч—20<’С. Я
При правильной регенерации адсорбентов они осушивают СВ
до температуры точки росы ниже —50°C, что соответствует В
держанию 0,016 г водяных паров в 1 кг СОг, т. е. х2=0,016 г/кп
Исходя из этих значений Xi и х2, вместимость адсорбера,
адсорбенту в расчете на 1 кг/ч газа (р=600.0п-700р кПа и I
=^35°С) .при использовании алюмогеля (влагоемкость 2%) д(
жна быть 0,02 кг, силикагеля КСМ (влагоемкость 4 %)—0,01
и цеолита КА-ЗМ. (влагоемкость 6—8 %) —0,005 кг. !
Тогда количество адсорбента Са (в кг), необходимого д;
осушки £со, (в кг/ч) газа, поступающего в конденсатор непрерь
но в течение суток, определяется из выражений:
для алюмогеля 0,5 gCO2;
для силикагеля КСМ — 0,25 gCO2.
для цеолита КА-ЗМ - 0,13 gCO2>
Здесь принято, что в цикле производства сухого льда нагрузь
на конденсатор, а следовательно, и на блок осушки в 4 раза бол
ше производительности установки (ёсо,=40со„е.л)> а при производс!
ве жидкого низкотемпературного СОг — в 2 раза (ёсо, = 2<3со„ж)- ]
В ряде случаев, например при зарядке огнетушителей, при иа
пользовании СО2 для сварки, необходимо осушить жидкий влаж
ный диоксид углерода в целях повышения его качества. Для этой
жидкий СО2 осушивают с помощью цеолита Na А-2КТ, влагоем
кость которого составляет 4,8—7,5 % [22]. Этот адсорбент осуши
вает жидкий СО2 до температуры точки росы —60 °C. Регенери
руют его при 280—315 °C.
120
*
Применяют также силикагель КСМ, влагоемкость которого
1 -4,1 %. Силикагель осушивает СО2 до —40-=—50°C.
индексация СО2
Экономичность всего технологического процесса производства
сякого и твердого СО2 во многом зависит от эффективности пре-
сса конденсации СО2.
В любом случае СО2 поступает на конденсацию в смеси с не-
ршденсирующимися газами (неконденсатами). Так, СО2, получае-
мый абсорбционно-десорбционным методом из продуктов сжига-
UIH топлива, всегда содержит воздух в количестве 0,1—0,5 %
ю объему. На следующих этапах процесса производства сухого
шла (в прессе или льдогенераторе) количество воздуха в газе
дорастает и в конденсатор поступает газ, содержащий до 1 %
ДОдуха.
При использовании экспанзерных газов или газов спиртового
1рожения содержание в СО2 неконденсатов еще более высокое.
Удержание неконденсатов в СО2 значительно ухудшает тепло-
обмен [18]. Особенно велико влияние воздуха на процесс конден-
щии при низких удельных тепловых нагрузках (от 1 до
1,5 кВт/м2), которые являются характерными для условий эксплуа-
тации конденсаторов СО2.
Поэтому при конденсации СО2, содержащего неконденсаты в
рличестве до 1 %, предусматривается возможность для периоди-
ческого освобождения от них конденсаторов. При более высоком
(одержании неконденсатов осуществляется непрерывная продувка
tотдувка») конденсаторов. При
брасывается СО2, количество
Клорого зависит от давления и
температуры конденсации: чем
|ыше давление и ниже темпера-
ура конденсации, тем меньшее
юличество СО2 теряется вместе с
вбрасываемыми в атмосферу
,еконденсатами.
Зависимость коэффициента
еплоотдачи СО2, конденсирую-
1егося на вертикальной трубе, от
одержания воздуха в СО2 и
лотности теплового потока кон-
енсатора показана на рис. 46.
В качестве конденсаторов в
этом вместе с неконденсатами
Рис. 46. Зависимость а от q? и со-
держания воздуха в СОг-'
/- < 0.1 %; 2—2,4 %; 3-8,7 % по
объему.
стаповках ЗУГМ применялись
огружные конденсаторы К-27, подобные описанным выше погруж-
ым промежуточным холодильникам. Теплопередающая поверх-
ость конденсатора 27 м2, масса 1160 кг. Изготовляется конденса-
ор К-27 из труб размером 38X6 мм. Погружной конденсатор прак-
121
?нных коллектор
батарее 10 веп
ITOB, состоящий!
3yW,
Риб
///Z
IIПIIIIIII MUI IIINinilll
ill
Л7г
£
у
CCft ’
Рис. 47. Конденсатор КУ-1.
тически невозможно освободить от воздуха. Кроме того, в реэуд»
тате расположения конденсатора ниже уровня пола, он всегдп U
стично заполнен жидким СОг, что исключает часть его теплое
менной поверхности из работы. В установках ЗУГМ, а такж»
установках 4УГ и 5УГ применяются также горизонтальные пр’
тнвоточные двухтрубные конденсаторы. СО2 в таких конденс|М
рах движется сверху вниз в трубах, вода — снизу вверх. Эти ипк*
денсаторы также низкоэффективны, так как в них нельзя осу»,
ствить продувку воздуха и промежуточный отбор сконденсирош^
шсгося СО2. *
Установка УВЖС комплектуется конденсатором КУ-1 (рис. |li
который состоит из нескольких батарей, соединенных коллектор
ми. В каждой батарее 10 веп
кальных элементов, состоящими
двух коаксиально расположи
ных труб. Диаметр внутреш
трубы 25X2,5 мм, наружно1й
38x2,5 мм. Конденсация прям
ходит на наружной поверхнв#,
внутренней трубы. Снизу ВЙЫ
по трубам движется вода. Тев
обменная поверхность одной м
тареи конденсатора 2,3 м2, мэд
батареи 187 кг. Конденсатор 1ф1
легко освобождается от пакойр
шихся неконденсатов через ш
тиль для сброса газа на колли
торе, расположенном в верхи
части аппарата. В резульЛ
того, что подача воды осущЯ
вляется сразу во все трубы ш
денсатора и скорость движем
может быть выше 0,1 м/с, коэфв
циент теплопередачи конденсатора КУ-1 не превышает 100 ВтД
В каскадной установке УЖС в качестве конденсатора СО2-ж
парителя NH3 использован горизонтальный кожухЬтрубчатый те
лообменник. Конденсация СО2 осуществляется в межтрубном ng
странстве, кипение аммиака—'В трубном. Теплопередающая i|
верхность конденсатора 9 м2, масса 635 кг. !
К недостаткам кожухотрубчатого конденсатора-испарителя q
носится возможность попадания СО2 в аммиак. При образован,
течей в трубной решетке СО2 проникает из межтрубного простра!
ства в трубное. При контакте СО2 с аммиаком образуются кр|
сталлы нашатыря, которые вместе с аммиаком циркулируют в al
миачной системе, что может привести к аварии аммиачного ко!
прсссоца. I
Конденсаторы всех типов изготовляются из коррозионно-сто!
кой стали, поскольку влажный газообразный СО2 вызывает корр(
зию металла.
«2
вода
воды в трубах конденсатора не
жжение давления и температуры СОг
Сжижение давления и температуры жидкого СО2 после конден-
|Ции до давления и температуры, при которых получают низко-
щпературный СО2 или сухой лед, осуществляют дросселирова-
ли (изоэнтальпийным процессом изменения состояния).
Для осуществления процесса дросселирования применяют ре-
йдирующие вентили с ручным или полуавтоматическим управле-
нии.
Количество регулирующих вентилей в установке в зависимо-
Ц| от ее схемы три или два. В установках для производства сухо-
I льда последнее дросселирование осуществляется в регулирую-
цх вентилях, вмонтированных непосредственно в льдогенерато-
I или прессы.
После каждого дросселирования, кроме последнего, в проме-
уточных сосудах осуществляют отделение жидкого СО2 от пара,
вр возвращают в компрессор для сжатия, а жидкость направля-
г снова на дросселирование или на производство сухого льда.
Техническая характеристика промежуточных сосудов, входя-
цх в установки УВЖС, УЖС и УЖС-5,4, показана в табл. 23.
Таблица 23
Показатели Промежуточные сосуды
первый (УСП 1) второй (УСП 2)
бочее давление, кПа 2500—3000 800—1000
1ъем, м3 0,29 0,43
баритные размеры (диаметрXдлина), мм 426x2610 426x3300
гса, кг 250 360
1личество в установках, шт. УВЖС 1 1
УЖС — 1
УЖС-5,4 — 2
При производстве жидкого низкотемпературного СО2 вместо
орого промежуточного сосуда устанавливают стационарные изо-
рмические цистерны типа НЖУ-
элучение сухого льда
Процесс фазового превращения жидкого СО2 в твердый осуще-
вляют путем снижения давления жидкого^ СО2 с давления во
ором промежуточном сосуде до атмосферного непосредственно
оборудовании, предназначенном для этих целей (в льдогенера-
ре или прессе).
Льдогенератор (рис. 48) состоит из внутреннего сосуда квад-
[тного сечения. Внутренний сосуд соединен с наружным отвер-
иями (диафрагмами), расположенными в нижней части сосуда.
123
Диафрагмы закрываются клапанами дросселирующих вент
маховики которых выведены наружу через кольцевое простра
между внутренним и наружным сосудами (газовая руба
В верхней крышке внутреннего сосуда имеется два штуцера,
из которых соединен с газовой, а другой — с жидкостной ча
второго промежуточного сосуда. Наружный сосуд в верхней
имеет штуцер для подключения льдогенератора к всасыва
стороне I ступени компрессора. Снизу льдогенератор имеет
крышку для выемки " ~
1 te1
В 1стр2
пень ном'
прессора
готовых блоков сухого льда. Для конт
рования давления во внутренней по
и в газовой рубашке льдогенератор
жен двумя манометрами.
Льдогенераторы включают в ра
после того, как во втором промежут
сосуде будет накоплено достаточное
чество жидкого СО2.
Перед заполнением внутреннего с
льдогенератора жидким СО2 его сна
заполняют газом и создают в нем давл
выше тройной точки. Затем подают в
из второго промежуточного сосуда жи
СО2 и осуществляют дросселирование,
крывая вентиль диафрагмы. При этом
разуются кристаллы сухого льда и
который поступает в компрессор через
зовую рубашку льдогенератора. Криста
Рис. 48. Льдогенератор: твердого СО2 постепенно заполняют
/ — внутренний сосуд; 2 — ~
наружный сосуд; 3 — дрос-
селирующий вентиль; 4 —
крышка.
^2
внутренний сосуд льдогенератора. Во
мя этого процесса образующаяся м
твердого СО2 прессуется под тяжестью с
ба жидкого СО2, находящегося во вто
промежуточном сосуде, и формируется в плотный блок. Давл
во внутреннем сосуде падает до атмосферного, льдогенератор
ключают от промежуточного сосуда и компрессора, регулирую
вентили закрывают, открывают крышку и вынимают сухой .
Льдогенераторы монтируют непосредственно под вторым п
межуточным сосудом. Жидкий СО2 из промежуточного сосуда а
вается в льдогенератор самотеком.
В льдогенераторах СЛФ, которыми комплектуют уставов
УЖС, УВЖС и УЖС-5,4, получаются блоки массой 39—44 кг?
зависимости от давления во втором промежуточном сосуде. Ра
меры блока: сечение вверху 190X190 мм, внизу 210x210 мм, в
сота 850 мм. Продолжительность образования одного блока 50
90 мин в зависимости от производительности компрессора, отс
сывающего СО2 из рубашки льдогенератора.
Более плотный сухой лед поручают в прессах (рис. 49). Жи
кий СО2 из промежуточного сосуда поступает во второй регул
рующий вентиль, расположенный непосредственно на камере пре
124
4 —
для
5 -
6 —
цилиндра;
механизм
блока;
плита;
7 — 1
Рис. 49. Сухолсдный
пресс ПО-86;
1 — нижняя неподвижная
траверса; 2 — колонны прес-
са; 3 — крышка плунжера
нижнего
рычажный
передвижения
запорная
пресс-камера; 7 — шкала
указателя положения; 8 —
верхний рабочий цилиндр;
9 — поршень пресс-камеры;
10 — шток поршня; 11 —
штанга указателя поло-
жения; 12 — поршень верх-
него рабочего
13 — подвижная
14 — верхняя
траверса; 15 —
клапан; 16 —
него отсоса;
равления;
нижнего
плунжер
линдра; __
бочий цилиндр.
цилнндра;
траверса;
подвижная
- дроссельный
клапан верх-
/7 —
J8-
отсоса;
нижнего
20 — ннжннй
щит уп-
- клапан
/9 —
ци-
ра-
*
са, и дросселируется до 600—700 кПа. Парожидкостная эмулмйи
заполняет камеру пресса. Пар, получившийся при дроссе.1н|ь<
вании, отсасывается сначала дополнительным компрессором,
после снижения давления до 250 кПа — основным. В камгр»
остается снегообразный СО2, который прессуется в блоки поршнм
пресса.
Рис. 50. Циклограмма реального про-
цесса получения сухого льда в прес-
се:
Рис. 51. Гранулятор типа НПЕ
72-8-3:
1 — цилиндр пресса; 2 — экструзионная
плита; 3 — псрсохладитсль жидкого СО2.
Пресс имеет две камеры и работает циклично. В то время к
в полости камеры № 1 происходит прессование снега и освобо
дение камеры от блока, в полости второй камеры накапливает
снегообразный СО2. На рис. 50 представлена циклограмма реал!
кого процесса получения сухого льда в прессе.
Некоторые предприятия оснащены прессами марки ПО-86 пр
изводительностью 1600 сухого льда в час;. Пресс фо-рмируе|
блоки сухого льда размером 500X500X250 мм, массой 100 кг ил<
при оборудовании камеры внутренней крестовиной для формовку
предложенной Р. И. Гельманом, — четыре блока массой по 25 кВ
каждый. л
Мелкофасованный сухой лед изготовляют в грануляторах (табз
летсрах) различных типов [23]. На рис. 51 представлен грануля^
тор поршневого типа НПЕ 72-8-3 (США) для производства гранул
сухого льда в виде цилиндрических палочек длиной от 6,3 до 36 мм!
диаметром 9,5; 16; 19 мм. Производительность гранулятора 400-4
800 кг/ч, мощность двигателя 22 кВт.
126
1 ХРАНЕНИЕ И ТРАНСПОРТИРОВКА ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
умой лед
После изготовления сухой лед хранится в стационарных заглуб-
1НП1ЫХ льдохранилищах шахтного типа (рис. 52), состоящих ив
ип’кольких теплоизолированных ячеек, в которые блоки загружа-
ли я сверху. Каждая ячейка льдохранилища оборудована этажер-
Рис. 52. Четырехкамерное льдохранилище:
I - ячейка; 2 — этажерка с крышкой.
кой с теплоизолированной крышкой. Этажерка поднимается тель-
фером. Льдохранилище с внутренней и наружной сторон обшива-
рт листовой сталью, а швы тщательно пропаивают. Вместимость
«ранилища обычно равна 1—2 суточной производительности заво-
la (цеха) по сухому льду.
Таблица 24
Производи- тельность цеха, т в сутки Вместимость льдохрани- лища, т Продолжи- тельность хранения сухого льда до реализа ции ч Продолжи- тельность эксплуатации льдохрани- лища, лет Изоляционный материал Потери сухого льда, %
37,65 36,0 6—10 14—15 Минеральная пробка 4
3,5 4,2 12—16 14—15 То же 5,5
2,0 3,0 24 13—14 Пеностекло 6,2
По данным ВНИКТИхолодпрома, фактические потери сухого
,ьда в льдохранилищах, составляющие 4—6 % в сутки, зависят от
словий реализации, загрузки льдохранилищ, состояния их изо-
яции и т. д. (табл. 24).
117
Для транспортировки сухого льда к потребителю используй
изотермические контейнеры и холодильный транспорт. Эти конт^'
меры, относящиеся к специальным, представляют собой металл!
ческие ящики с двойными стенками, между которыми уложе||
теплоизоляция. Во ВНИКТИхолодпроме были созданы контейнера
для перевозки сухого льда вместимостью 120, 500, 1000 и 1700 М
Габариты этих контейнеров позволяют перевозить их не только ф'
.автомашинах, но и на железнодорожных платформах. ?
Контейнер вместимостью 120 кг сухого льда имеет верхней
загрузку, а контейнеры вместимостью 500, 1000 и 1700 кг*
боковую. I
Для погрузки и выгрузки с помощью крана контейнер вмесШ
мостью 120 кг снабжен четырьмя ручками, контейнер вмесв
мостью 500 кг — подъемными ушками, а контейнеры вместимости
1000 и 1700 кг — захватными устройствами, вмонтированным™
верхние рамы наружных каркасов. Ж
В качестве изоляции в контейнерах использованы плиты из А
нополистирола ПСБ.
Техническая характеристика контейнеров дана в табл. 25 [Ж
Таблица
Показатели Контейнеры вместимостью, кг I
120 500 1000 17001
Габаритные размеры, м 0,96х 1,30х 1,30х 2,101 ХО,63Х Х1,05х Х1.06Х Х1,31 XI,18 Xl,53 XI,73 Х1,3 Толщина изоляции, мм 1 продольных боковых стенок 170 200 105 200J задней стенки 170 180 180 2001 пола 170 200 200 2001 потолка 170 200 200 2501 двери 130 130 130 130 Масса, кг 80 290 350 8001 Отношение массы тары к массе сухого 66,5 58,0 £5,0 46,8 льда, % Общий средний коэффициент теплопере- 0,3 0,21 0,31 0,22
дачи контейнера, Вт/(ма-К)
-Среднесуточные потери сухого льда, %
ло массе
без упаковки 11 >0 4,2 3,7 2,8
с упаковкой каждого блока в крафт- 8,0 3,9 — —
бумагу
Потери сухого льда в контейнерах и льдохранилищах макс!
м а льны в первоначальный период его хранения), так как в эт
(время происходит охлаждение! их масС|Ц. В дальнейшем «отер
сухого льда уменьшаются. Абсолютная величина потерь сухог
льда тем больше, чем меньше вместимость контейнера и плотност
сухого льда. По данным ВНИКТИхолодпрома (рис. 53), при xpi
128
Пенни сухого льда, плотность которого 1100 кг/м3 (получен в льдо-
генераторах), его потери в первый день хранения в контейнере
вместимостью 120 кг составили 14 % первоначальной массы. На
одиннадцатый день они снизились до 9%. Потерн более плотных
блоков, полученных в прессах (р« 1400 кг/м'1)» были значительно
в
рис. 53. Зависимость потерь сухого
|ьда от продолжительности хранения:
i— контейнер вместимостью 120 кг загру-
сн сухим льдом, полученным в льдогенера-
торах: 2 — то же, сухим льдом, полученным
| прессах; 3 — контейнер вместимостью 500 кг
{•гружен сухим льдом, полученным в льдо-
Кксраторах.
Меньшими и составляли в первые сутки 8,5%, на одиннадцатый
цепь — 7,5 %.
Для хранения и транспортировки мелкофасованного сухого льда
Применяют контейнеры типа сосудов Дьюара вместимостью 100 кг
сухого льда. Кроме того, для транспортировки сухого льда исполь-
зуют изотермические автокузова и авто-
рефрижераторы и специальные изотер-
мические железнодорожные вагоны.
Иногда сухой лед на короткие рас-
стояния перевозится в открытых грузо-
|ых машинах. При этом его укрывают
брезентом или крафт-бумагой. Потери су-
хого льда составляют 18—20 % в сутки.
Потери массы сухого льда при его
хранении и транспортировке могут быть
уменьшены при соблюдении следующих
1еобходимых условий.
Согласно данным Федотова [32], ин*
генсивность сублимаций сухого льда зна-
чительно уменьшается при отсутствии
воздуха в атмосфере, окружающей сухой
лед (рис. 54, кривые 1 и 2). Следова-
тельно, хранилища и контейнеры должны
>ыть максимально плотными (но не
1бсолютно герметичными, так как накоп-
1ение газа может вызвать взрыв вслед-
ствие повышения давления).
По тем же данным (рис. 54, кривые
Рис. 54. Зависимость
коэффициента интенсив-
ности сублимации сухого
льда в условиях свобод-
ной конвекции от тем-
пературы окружающей
среды:
1 — в воздухе, без упа-
ковки; 2 — в СО2, без упа-
ковки; 3 —в СО2, с упа-
ковкой в крафт-бумагу.
2 и 3), упаковка сухого
гьда только несколькими слоями бумаги снижает на 30—40 % ко-
|ффициент интенсивности сублимации [/с, кг/(м2-ч)], который ха-
рактеризует потерю сухого льда (д^со,с.л, кг) в результате его
Зак. 982
129
сублимации с единицы поверхности (Гс.л, м2) в единицу времевЦ
(Дт, ч) /с rr: AGqq>c л/(ГСоЛДт^.
Поэтому при конструировании и сооружении хранилища ИДИ
контейнера особое внимание должно уделяться выбору эффектЛ
кого изоляционного материала и тщательности выполнения изол>
ционных работ.
Поскольку температура сублимации сухого льда в воздухе ф
нижается с понижением температуры и увеличением скорости д*
жения воздуха (рис. 55), необходимо блоки сухого льда хранив
в неподвижной газовой атмосфере, т. е. плотно уложенными в w
Рис. 55. Зависимость температуры
верхности сублимирующего сухого л
от температуры и скорости движе
окружающего воздуха:
/—и/|=0 м/с; 2 —®2=“0,5 м/с; 3
-4,5 м/с; 4 — w4-5,8 м/с.
крытом хранилище или контейнере. В противном случае с пси
жением температуры сухого льда увеличится разность температ
между сухим льдом и окружающей средой, возрастут тепловой I
ток к сухому льду и его потери. Особенно велико влияние мал1
скоростей движения воздуха. При скорости около 0,5 м/с темпер
тура сублимации снижается на 30—40 % i
Необходимо стремиться производить сухой лед с большой пл(
ностью, так как потери сухого льда пропорциональны величи
его поверхности.
При расчете хранилищ или контейнеров для определения коз
фициентов теплообмена и массообмена при сублимации блои
сухого льда пользуются следующими критериальными зависимое!
ми Федотова:
для блоков массой более 1 кг
Nu = 0,121 Gr0,33Gu0,09,
Nuo = 0,031 Gr°-33Gu0-41 при Gr > 10’;
для блоков массой менее 1 кг
Nu = 0,5Gr°’25Gu°’,2«
NuD = 0,1 1Gt0,25Gu°'33 при 10» < Gr < 10’;
для сублимации в потоке движущего воздуха
520 < Re <10250,
130
Nu = O,68Re0,5,
Nud = O,32Rc°'5Gu-0'5
десь Nu, Gr, Gu, Re, Nud — критерии Нуссельтп, Грасгофа, Гудмана, Рей-
вльдса, Нуссельта (диффузионный).
Коэффициент теплоотдачи при сублимации сухого льда в ус-
овиях конвективного теплообмена можно определить по формуле
ля теплообмена, не осложненного массообменом и фазовым пре-
ращением, и принять на 10—15 % ниже рассчитанного.
Для определения продолжительности сублимаций блока сухого
1ьда пользуются следующими зависимостями коэффициента интен-
ивности сублимации /с [в кг/(м2-ч)] от температуры сублимации
ухого льда Тсо.е.л!
сублимация сухого льда в воздух
/с = о,314.10-Т’— 1,54;
сублимация сухого льда в СОг
/с = 0,243. Ю-’Т’— 1,83;
сублимация сухого льда, упакованного в три слоя оберточной
1умаги, в СО2
/. = 0,155- 10-«Г3—1,14.
Формулы справедливы для условий свободной конвекции ок-
>ужающей среды и конвективно-радиационного теплоподвода.
АЗООБРАЗНЫЙ ДИОКСИД УГЛЕРОДА
Для хранения газообразного диоксида углерода в небольших
юличествах применяют жесткие металлические или мягкие рези-
ю-тканевые газгольдеры. Оба типа газгольдеров имеют перемен-
вые объемы.
Жесткий газгольдер состоит из двух стальных резервуаров:
нижнего с открытым кольцевым пространством, заполненным во-
ной, и верхнего колокола, плавающего в кольцевом гидравличе-
ском затворе нижнего резервуара.
Через дно нижнего резервуара под колокол подводится трубо-
вровод с СОг, соединенный с линией подачи свежего газа на I сту-
пень компрессора. При заполнении внутреннего пространства газ-
гольдера газом колокол поднимается, при отборе газа опускается.
Вместимость газгольдера принимается равной 0,1—0,15 часо-
вой производительности компрессора.
Мягкие (резино-тканевые газгольдеры) изготовляются по
ГУ 38-105-1059—76 горизонтального (ГО) и вертикального (ГВ)
гипа для хранения газа под давлением не более 500 Па (табл. 26).
5* <31
Морозостойкость газгольдеров не ниже —25°C, теплостойкость!»
выше 50°C.
В установках для производства СО2 из топлива газгольдеры н<
используют, так как давление газа после газовой части бывает вы
ше допустимого для жестких и мягких газгольдеров.
Таблица 26
Тип Номинальная вместимость газгольдера, м* Размеры, мм Масса, кг
длина диаметр
ГО 50 8750 2850 52±5
125 13110 3660 95±10
ГВ 50 8750 2850 52±5
125 13110 3660 95±10
Газообразный диоксид углерода транспортируют по трубопр*
водам, которые наиболее эффективны при расположении завод»
потребителя СО2 вблизи от завода-изготовителя. Для транспорт*
ровки СО2 по трубопроводу на короткие расстояния газ сжимает^!
до 700—600 кПа. Если естественное охлаждение газа недостаточя
то газ после сжатия направляется на охлаждение в промежуто
ный водяной холодильник, а для освобождения от капельных вл
ги и масла — в масловлагоотделитель. В случае необходимости г;
направляется в блок очистки и осушки и в магистраль.
При сжатии газа до 600 кПа теоретический удельный раем
электроэнергии составляет 24 Вт*ч/кг, расход воды на охлажд
пне до 20°C — 0,22 кг/кг. Указанные расходы электроэнергии
воды являются дополнительными к основным расходам на прои
водство газообразного СО2.
Для транспортировки газообразного СО2 на дальние рассто
ния газ сжимается до высокого давления и даже до давления выв
критического [33].
ЖИДКИЙ ДИОКСИД УГЛЕРОДА »
Жидкий диоксид углерода высокого давления хранят и трав
портируют в сосудах высокого давления, к которым относят стал
ные баллоны вместимостью до 55 л (ГОСТ 949—73), баллончш
для бытовых сифонов (ГОСТ 19136—80) и другие сосуды разн(
вместимости, в том числе стапельные баллоны и цистерны высок
го давления. На заводах, изготовляющих СО2, для хранения н
больших запасов жидкого СО2 высокого давления используют ба.
лоны высокого давления вместимостью 400 л, рассчитанные на р<
бочее давление ру<25000 кПа.
Жидкий низкотемпературный диоксид углерода хранят и тран<
портируют в изотермических цистернах (накопительных и тран<
портных). Транспортные цистерны, как правило, монтируют неп<
132
<
средственно на транспортных средствах (грузовых автомобилях,
автоприцепах, железнодорожных платформах) Выпускаются изо-
термические цистерны и съемного типа, вследствие чего их можно
использовать как для хранения, так и для транспортировки жидко-
го низкотемпературного СОг.
Изотермические цистерны постепенно вытесняют сосуды высо-
кого давления, которые наряду с отрицательными имеют и поло-
жительные характеристики.
Сосуды высокого давления отличаются от изотермических ци-
стерн высокой металлоемкостью (до 3 кг металла на 1 кг СОг),
малым коэффициентом полезного использования объема тары (от
0,29 до 0,75 кг СОг иа 1 л), большими затратами труда на погру-
зочно-разгрузочные работы.
Вместе с тем за сосудами высокого давления после заполнения
их жидким СО2 не требуется дополнительного ухода, не нужно
изолировать от теплопритоков из окружающей среды температурой
до 60°С. Применение сосудов высокого давления позволяет хра-
нить жидкий СО2 без потерь в течение длительного времени (до
1 года).
В то же время изотермические цистерны несравнимо менее ме-
таллоемки (до 1 кг металла на 1 кг СО2), коэффициент использо-
вания объема тары у них значительно выше (0,99—1,02 кг СО2
на 1 л вместимости тары).
Однако, без оснащения изотермических цистерн дополнитель-
ными техническими средствами, для реконденсации СОг, испаряю-
щегося от теплопритоков, в них нельзя хранить в течение длитель-
ного времени и транспортировать жидкий СОг без потерь через
предохранительные клапаны. Кроме того, при отборе газа из ци-
стерны с жидким низкотемпературным СОг давление падает и жид-
кость переохлаждается, в результате чего требуется компенсиро-
вать теплоту испарения в количестве 0,1 кВт«ч на 1 кг СОг. Для
этого цистерны оснащают подогревателями, встроенными в них
или выносными. Интенсивный отбор газа может привести к резко-
му падению давления СОг ниже тройной точки, что вызовет пре-
образование жидкости в сухой лед и соответственно аварийное со-
стояние цистерны.
Оснащение заводов, изготовляющих СОг, изотермическими на-
копительными цистернами вызывает необходимость сжатия рецир-
кулирующего СОг, количество которого составляет 20—25 % от
свежего газа, и соответственного увеличения энергетических затрат.
Тем не менее, изотермические цистерны используют все более
в возрастающих масштабах. Особенно широко их применяют для
транспортировки СОг на короткие расстояния, когда не требуется
их оснащать служебными холодильными установками.
Стальные баллоны изготовляются из углеродистой стали на ра-
бочее давление 10, 15 и 20 МПа из легированной стали на рабо-
чее давление 15 и 20 МПа вместимостью до 50 л. Они пред1
назначены для работы при температурах —504- + 60 °C.
133
Баллоны комплектуются кольцами, колпаками, башмаками и
кислородными вентилями (ГОСТ 699—76). Направление резьби
бокового штуцера правое.
Кислородный вентиль должен выдерживать пробное гидравли
ческос давление 30000 кПа и быть газонепроницаемым при давле
нии газа в баллоне 50—20 000 кПа. Испытание вентиля водой на
прочность после ремонта проводится в течение 5 мин, на газонепро-
ницаемость воздуха при закрытом и открытом клапане и давлении
50—20 000 кПа — в течение 2 мин для каждого положения кла-
пана.
Кислородный вентиль, установленный на баллоне с диоксидом
Рис. 56. Вентиль к баллону с разрывной мембраной:
а — общий вид; б — разрез: в — деталировка; / — корпус; 2 — клапан фторопластовый; 3 -
прокладка медная; 4 — мембрана; 5 — прокладка фторопластовая; 6 — гайка прижимная
7 — шток; 8 — гайка; 9 — маховичок; 10 — крышка; // — мембрана предохранительная ра»
рывная; 12 — гайка прижимная с отверстиями.
углерода, считается исправным, если он не пропускает пузырьков
газа. Пузырьки обнаруживаются при погружении вентиля в воду
или смачиванием его мыльным раствором.
Кислородные вентили не имеют предохранительных устройств
для сбрасывания давления, превышающего рабочее, значение ко-
торого выбивается на баллоне. Таким образом, баллон представ-
134
дяет собой замкнутый сосуд, не снабженный предохранительным
устройством от разрыва в случае повышения в нем давления выше
рабочего.
На заводе-изготовителе диоксид углерода в баллоны поступа-
ет в виде насыщенной жидкости с докритическими параметрами
(давлением и температурой), соответствующими условиям кон-
денсации.
По окончании заполнения баллона диоксид углерода находит-
ся в нем в двухфазном состоянии: жидкость и насыщенный пар.
В наполненном баллоне с жидким СОз соотношение количеств
жидкого и газообразного СО2 изменяется и соответственно изменя-
ются удельный объем каждой фазы и давление. С повышением
температуры окружающей среды удельный объем жидкого СОг
увеличивается, а газообразного уменьшается. При определенных
коэффициентах заполнения баллона диоксидом углерода т и соот-
ветствующих температурах баллон может оказаться полностью за-
полненным жидким СО2. Дальнейшее повышение температуры ок-
ружающей среды резко увеличит
в нем давление при неизменном
удельном объеме СОз (рис. 57).
Так, в баллоне вместимостью
40 л, заполненном жидким СОз,
давление которого pi = 4900 кПа,
температура Л «13,5 °C и коэф-
фициент заполнения 0,75 кг/л,
содержится жидкий СОз в коли-
честве 28,5 кг и газообразный в
количестве 1,5 кг (точка /).
При повышении температуры
окружающей среды и соответст-
венно нагреве баллона до t2 дав-
ление в нем возрастет до
5880 кПа (точка 2). Содержание
пара уменьшится до х2=
= 0,025 кг/кг, а жидкого СОг воз-
растет с 0,95 до 0,975 кг/кг. По-
Рис. 57. Диаграмма зависимости
давления в баллоне, заполненном
жидким СО2, от температуры окру-
жающей среды.
вышение температуры СО2 с /1 = 13,5 °C до температуры насыщения
(точка 3) приведет к исчезновению газовой фазы в баллоне и
к полному заполнению его жидким СОз (х3=0).
При дальнейшем повышении температуры до 40 °C давление
в баллоне возрастет до р4=13500 кПа, при /5=50°С—до р5=
= 17 500 кПа, при /6=60°С—до рв=22000 кПа.
Таким образом, для хранения и транспортировки СО2 в балло-
нах при температурах, достигающих 60°С, и коэффициенте запол-
нения баллона 0,75 кг/л необходимо иметь такие баллоны, рабочее
давление в которых 22 0.00 кПа.
На производстве используются баллоны на рабочее давление
19600, 14 700, 12250 и 9800 кПа.
1Э5
Таблица 27
Рабочее давление
баллона, кПа
(кгс/смв)
19600 (200)
14700(150)
12250(125)
9800 (100)
баллончика
10
ihl*.
i££5S
0,724
0,60
'«,473
0,29
29,0
24,0
~Г8,8~
11,6
мл, масса
ч
-й
S2 « §
В некоторых случаях баллоны хранятся и транспортируются пм
темп^ПРГуразС превышающих 60°С. Так, по данным МПС СССР,
температура в железнодорожных нагонах в летнее время можи
достигать 81) *С. В этих случаях требуется искусственно охлаЖ*
JiaTh баллоны с СО<Г7например, обливая их холодной волой).
Поэтому в зависимости от рабочего давления баллонов поль-
зуются различными коэффициентами заполнения, рассчитанным!
на условия эксплуатации на-
полненных баллонов при 60 °C
(табл. 27).
В целях повышения коэффИ'
циента заполнения баллона при»
меняют вентили с устройством»
выполняющим функции пред охра»
нительного клапана (см. рис. 56),
либо используют баллоны на дав»
ление, превышающее 19600 кП^
Баллончики бытовых сифонов
предназначены для хранения |
транспортирования жидкого дне
оксида углерода. ВместимосТ
i 28—30 г, масса жидкого СО2 н
менее 5,5 г. Минимальный коэффициент заполнения баллончик [
0,55 кг/л. Баллончик рассчитан на 9800 кПа (100 кгс/см2). Темп©
ратура безопасного хранения и транспортировки наполненных бал
лончиков не должна превышать 40 °C.
Цистерна высокого давления вместимостью 910 кг жидкого CQ
(при коэффициенте заполнения 0,65 кг/л) изготовляется п<
ТУ 13.001.00.00 на рабочее давление 6500 кПа в съемном исполне
нии. Поэтому цистерну можно использовать как транспортную 1
как стационарную емкость. Цистерна входит в состав оборудова
ния станции газификации жидкого СО2. Оборудование станции со
стоит из трех цистерн жидкого СО2 высокого давления, регулирую
щей аппаратуры, осушителя, подогревателя газа и контрольно-из
мерительных приборов. *
Цистерна, изготовленная из стали 09Г2С толщиной 16 мм, снаб
жена двумя предохранительными клапанами, манометром и тер
мометром. Газификация жидкого СО2 в цистерне происходит зг
счет теплопритоков из окружающей среды через неизолированные
стенки сосуда.
Фирма Агефко (ФРГ) выпускает цистерны высокого давление
на рабочее давление 10 300 кПа вместимостью 1,12 т жидкого СО<
(рис. 58). Масса цистерны без СО2 1880 кг. Она имеет форму шара
диаметром 1530 мм, снабжена весами и электронагревателем мощ-
ностью 2,75 кВт. Поэтому цистерну можно использовать и для га-
зификации.
Фирма Бузе (ФРГ) изготовляет цистерны на давление до)
9500 кПа вместимостью до 50 т жидкого СО2, а также на давление!
136
Н 700 кПа вместимостью 2 т. Цистерны имеют наружные водяные
просители, включающиеся автоматически при увеличении давле-
чнх в цистерне выше допустимого. Цистерны поставляются с ве-
мми и поплавковыми уровнемерами.
В качестве стапельных баллонов (ресиверов) после конденсато-
ров используются стальные баллоны, давление в которых 9800 кПа,
Рис. 58. Накопительная цистерна высокого давления:
/ — цистерна; 2— люк; 3 — предохранительный клапан; 4 — линия сброса жидкого СОа;
5 — фундаментная плита; 6 — линия отбора газообразного СО3; 7 — линия газоиспользую-
Мей системы; 8 — линия наполнения; 9 — электронагреватели; 10 — весы.
вместимостью 100 л с наружной резьбой горловины (но без флан-
цев или с отдельной упаковкой последних) (табл. 28). Эти балло-
ны (ГОСТ 9731—79) предназначены для хранения и транспорта-
Таблица 28
Углеродистая сталь
Легированная сталь
9800(100) 400 465 2790 10,2 415
14700(150) 400 465 2970 10,2 415
ровки сжатых и сжиженных газов при температуре +604—50 °C.
Оборудование, в котором хранят и транспортируют жидкий низ-
котемпературный СОг, выпускается двух типов: для кратковремен-
137
ного и неограниченного срока хранения. На рис. 59 представлена
серийно выпускаемые промышленностью изотермические стацио
нарные и транспортные автоцистерны типа НЖУ (накопители
жидкого СО2) и ЦЖУ (цистерны жидкого СО2) для кратковрс
менного хранения и транспортировки жидкого низкотемпературно
го СО2, разработанные Всесоюзным научно-исследовательским и
проектным институтом техноло
гни химического и нефтяного ап
паратостроения (ВНИИПТхим
нефтеаппаратуры) и выпускаемые
НПО «Кислородмаш» по ГОСТ
19662—74, 19663—74, 19664—74.
Цистерны, рассчитанные на рабо-
чее давление 2000 и 1600 кПа.
представляют собой однобара-
банные цилиндрические цистер-
ны, помещенные в защитные
кожухи. Пространство между ко-
жухом и цистерной заполнено
теплоизоляцией. Цистерну и ее
элементы изготовляют из низко-
легированной стали (ГОСТ
5520—79). Тепловой изоляцией
является перлитовый порошок»
коэффициент теплопроводност!
которого 0,042—0,046 Вт/(м-К)
[0,036—0,04 ккал/(м-ч-град)|
при —7 °C, а плотность 80—i
100 кг/м3. На наружном кожух)
цистерны монтируется разрывна!
наличии в кожухе избыточной
Цистерны оснащены указателе»
Рис. 59. геотермическая транспорт-
ная цистерна типа ЦЖУ на полупри-
цепе:
/ — полуприцеп; 2 — люк; 3 — крышка;
4 — сосуд; 5 — кожух; 6 — предохрани-
тельная мембрана; 7 — трубопровод;
8 — днище; 9 — тамбур; 10 — манометр;
11 — заиорныЛ вентиль,: J2 — днище;
13 — предохранительный клапан; 14 —
уровнемер.
мембрана, срабатывающая при
давления, равного 12±3 кПа.
уровня, двумя предохранительными клапанами пружинного типа
которые срабатывают при давлении, равном 1,15, рабочего, >
манометром. Основные параметры и размеры изотермически)
цистерн типа НЖУ и ЦЖУ даны в табл. 29.
При наполнении изотермических цистерн, так ж^е как и при
наполнении баллонов, учитывается свойство жидкого СОг заметно
увеличивать свой объем при повышении температуры (рис. 60,6).
Относительное увеличение объема жидкого СОг при его нагре-
вании от температуры при давлении заполнения до температу-
ры, соответствующей максимальному рабочему давлению "max в
цистерне (1600, 1800 и 2000 кПа), показано на рис. 60,в. Кривые
построены для температур жидкого СОг, изменяющихся от —55 °C
до —20 °C. В производственных условиях давление, при котором
заполняются цистерны, может колебаться. Учитывая это, а также
принимая во внимание расширение жидкого СОг при нагревании,
заполнение цистерн осуществляется таким образом, чтобы в за-
13S
Таблица 29
Обозначение
Исполнение цистерны Объем цистерны, м* Максимальное рабочее дав- ление. кПа Масса тары (без транспорт^ мх средств), кг Габаритные размеры, мм Расчетный прирост давления при 30е С, кПа в сутки
1 1
lu
НЖУ-4-1,6 Стационарная 4,0 1600 2350 3.1 2,2 2,35 100 10
НЖУ-4-2,0 4,0 2000 2500 3.1 2,2 2,35 100 10
НЖУ-8-1.6 » 8,0 1600 4700 5,22,2 2,6 100 12
НЖУ-8-2,0 > 8,020005100 5,22,2 2,6 100 12
НЖУ-12,5-1,6 12,5 1600 5800 7,52.2 2.6 80 15
НЖУ-12,5-2,0 12,5 20006300 7.52,2 2,6 80 15
ЦЖУ-3,0-2,0 Съемная стационарная 3,0 2000 2200 3,7 1,8 1,9 130 5
ЦЖУ-3,0-2,0 Транспортная на при- цепе МАЗ-8926 3,0 2000 2200 3,7 1,8 1,9 130 5
ЦЖУ-6,0-1,8 Транспортная на полу- прицепе Од АЗ-885 6,0 1800 3350 6,62,5 3,2 180 5
ЦЖ;У-9,0-1,8 Транспортная на полу- прицепе МАЗ-5245 9,0 1800 5000 10,0 2,65 >3,4 180 5
полненной цистерне при максимальном давлении оставалось не ме
нее 4 % объема, заполненного газом.
Зависимость коэффициента заполнения цистерны от рабочего
давления приведена в табл. 30.
Степень заполнения цистерны контролируется уровнемером,
смонтированным на ней, а транспортной — также взвешиванием
машины с цистерной на весах.
Для предотвращения попадания воздуха в цистерну, а также
для предупреждения возможности
дросселирования жидкого СОг и пре-
вращения его в твердое состояние в
начальный момент заполнения, в цис-
терне поддерживается остаточное дав-
ление С02 равное 700 кПа.
Транспортная цистерна, как пра-
вило, заполняется жидким СОг, посту-
пающим самотеком из накопительной
цистерны. Поэтому накопительную
Рис. 60. Зависимость изменения давления
(а), удельного объема (б) и относительного
увеличения удельного объема жидкого СОэ
(в) при его нагревании от температуры при
давлении заполнения от температуры, соот-
ветствующей максимальному рабочему дав-
лению в цистерне.
Ш
Таблица 30
Рабочее давление цистерны, кПа (кгс/см*) Коэффициент заполнения цистерн жидким СО>
кг/л. не более л/кг
1568(16) 1,02 0,98
1764(18) 1,00 1,00
I960 (20) 0,990 1,01
цистерну устанавливают на площадке, расположенной вышг
транспортной. При этом допускается разница между мини
малыши уровнем жидкого СО2 в накопительной цистерне и май
симальным в транспортной и»
менее 1 м.
При расположении цистерн на
одном уровне используется уста-
новка УПЖУ (рис. 61), представ-
ляющая собой ротационную газо-
дувку с электроприводом. Рота-
ционная газодувка помещена I
герметичный корпус (кессон), на
котором имеются нагнетатель»
ный и всасывающий патрубки.
Они соединены между собой тру»
бопроводом с вентилем и перепускным клапаном. Вентиль предна*
значен для выравнивания давления в цистернах перед переливоМ|
а перепускной клапан — для поддержания заданного перепада дав^
ления. Установка УПЖУ-1 монтируется на линии, соединяющей га*
зовое пространство обеих цистерн.
С помощью ротационной газодувки создается перепад давленщ!
в изотермических цистернах и осуществляется перелив жидкогв
COs из накопительной цистерны в транспортную. 1
Техническая характеристика установки УПЖУ-1 приведен!
ниже.
Рабочее давление, кПа 800 - 2500
Создаваемый перепад давления, кПа 80
Скорость перелива (расчетная), т/ч 8-10
Мощность электродвигателя. кВт 2,8
Габаритные размеры, мм 935x645x595
Масса, кг 315
Рис. 61. Установка УПЖУ для принудительного перелива низкотемпературно-
го СОг:
/ — газодувка; 2 — электродвигатель; 3 — герметичный сосуд (кессон).
Рис. 62. Изотермическая железнодорожная цистерна вместимостью 37 т:
/—арматурный шкаф; 2 — предохранительный клапан; 3 — вакуумно-порошковая изоля-
ция; 4 — змеевик-подогреватель; 5 — сосуд-оболочка; 6 — волнорез; 7 — внутренний сосуд;
8 — хомут; 5 —тележка железнодорожной платформы; 10— рама железнодорожной плат-
формы; //—выход газообразного СО2; /2 — подача жидкого СО2; 13 — слив жидкого COj.
140
ВНИИПТхимнефтеаппаратуры созданы автоцистерны ЦЖУ-17
имсстимостью 17 т жидкого СО2 на рабочее давление 2000 кПа и
1нкопительная емкость НЖУ-46 вместимостью 50 т жидкого СО2
ш рабочее давление 2000 кПа.
Уралвагонзавод по техническому заданию ВНИКТИхолодпро-
иа создал железнодорожную цистерну вместимостью 37 т жидко-
го СО2 (рис. 62).
Техническая характеристика изотермической железнодорожной
цистерны приведена ниже [3].
Масса тары, кг 45600
Масса жидкого СО2, кг 37000
Отношение массы тары к массе жидкого СО2 1,23
Давление з сосуде, кПа
при заполнении 900- 1000
м аксим альное 2100
Продолжительность хранения жидкого СО2 50
при температуре окружающей среды 50 °C, сутки
Чиц изоляции Вакуумно-
порошковая
За рубежом транспортные и накопительные изотермические ци-
стерны выпускаются различных видов.
Фирма «Агефко» (ФРГ) изготовляет изотермические автоци-
стерны вместимостью 5 и И т, цистерны на автоприцепах вмести-
мостью 6 т, съемные цистерны вместимостью 6 т, которые можно
устанавливать на грузовиках и прицепах, вагоны-цистерны вмести-
мостью до 50 т.
Цистерны не имеют холодильных агрегатов. Толщина их изо-
ляции, а также максимальное рабочее давление выбраны из ус-
ловий хранения жидкого СО2 без потерь в течение 50 ч. Они снаб-
жены двумя специальными центробежными насосами, с помощью
Которых их наполняют и опорожняют. Производительность каждо-
го насоса 4—12 м3/ч, высота напора 500—-2500 кПа, потребляемая
мощность 13—14 кВт. Для заполнения цистерны или перекачива-
ния СО2 из цистерны используют один или два насоса. Привод на-
сосов электрический или маслогидравлнческий.
Цистерны оснащаются двумя независимыми предохранительны-
ми клапанами, двумя вентилями на трубках для измерения уров-
ня жидкости, которые служат для контроля максимального уровня
наполнения, вентилями для создания и сброса давления в насосах
и трубопроводах после наполнения и отбора. Для наполнения и
опорожнения цистерн используются гибкие шланги с быс^гроразъ-
емными муфтами. После отсоединения шлангов входные отверстия
автоматически перекрываются муфтами, в результате чего предот-
вращается загрязнение внутреннего пространства.
Фирма «Ликвид Карбоник» (США) выпускает изотермические
железнодорожные цистерны вместимостью 50 т жидкого низкотем-
пературного СО2, съемные контейнеры-цистерны для транспорти-
ровки по железной дороге, водным или автомобильным транспор-
141
том вместимостью 14 т. Это оборудование рассчитано на работ)
при рабочем давлении 2500 кПа. Цистерны изготовляются из высь
кокачсственной углеродистой стали, изоляция выполняется из по
лнстирола толщиной 200 мм или пенополиуретана толщино1>
165 мм, сверху цистерна покрывается листом из алюминия толщи
ной 1 мм. Наполнение и отбор жидкого СО2 осуществляются с по
2
SO'S
Рис. 63. Изотермическая
цистерна с автономной
установкой для рекон-
денсации СОг:
1 — цистерна; 2 — дроссели-
рующий вентиль; 3 — ком-
прессор; 4 — конденсатор.
мощью насоса.
Техническая характеристика изотермической автоцистерим
фирмы «Ликвид Карбоник» приведем*
в табл. 31.
Изотермические цистерны с холодила
ными установками для неограниченного
срока хранения жидкого СО2 выпусо
ются двух типов:
цистерны, оснащенные служебным!'
холодильными установками со встрой!
ным конденсатором СО2 — испарителе
хладагента;
цистерны, обслуживаемые служебцМ
установкой для реконденсации газо®
разного СО2. Схема подключения там
установки к изотермической накопите®
ной цистерне показана на рис. 63. У
к
&
ЧО=с
Изотермические цистерны, оснащенные служебными холодил!
ными установками, выпускаются как транспортные, так и на»
копителытые. Вместимость транспортных цистерн от 1 до 60 i
а накопительных значительно больше. Так, наиболее крупные н»
копительныс цистерны изготовляются в виде шара вместимостья
142
100 т. Несколько таких цистерн устанавливают на заводах — изго-
товителях СОг для создания запасов СО2 в целях снижения влия-
1ня сезонности на производство.
Таблица 31
Показатель Пислгрны вместимостью, ма
12.0 22,0
Рабочее давление, кПа Габаритные размеры, мм 2500 2500 2500
длина 9782 10887 10693
высота 2315 2320 2350
ширина 2450 2450 2450
Мощность электродвигателя насоса, кВт 3,8 3.8 5,2
Фирма Агефко (ФРГ) выпускает цилиндрические изотермиче-
ские накопительные цистерны (рис. 64) на давление 1500—
2200 кПа (15—22 кгс/см2) вместимостью 2—20 т СО2 (табл. 32).
Эти цистерны снабжены холодильными агрегатами и электрона-
гревателями в случае их использования для получения газообраз-
ного СО2. Каждая цистерна оборудуется двумя предохранитель-
ными клапанами.
Рис. 64. Изотермическая нако-
пительная цистерна вмести-
иостью 2—20 т жидкого СО2:
1 — цистерна; 2 — электронагрева-
тели; 3 — линия наполнения; 4 —
уравнительная линкя; 5 — испа-
ритель холодильного агрегата —
конденсатор СОа; 6 — предохрани-
тельные клапаны с переключаю-
щим краном; 7 — штуцера индика-
тора, давления и приборов управ-
ления; 8 — распределительный
шкаф; 9 — защитный кожух; 10 —
холодильный агрегат; II — линия
отбора газообразного СО2; 12 —
весы; 13 — линия отбора жидкого
СОа; 14 — фундаментная плита.
Накопительные цистерны для COj, используемого в противопо-
жарной охране, отличаются от обычных большими диаметрами
трубопроводов для подачи жидкого СО2, а также оснащением каж-
дой цистерны двумя независимыми холодильными агрегатами.
Фирма «Ликвид Карбоник» выпускает оснащенные холодиль-
543
ШиЫь>Я^|МЮВками накопительные емкости на рабочее давл<
’М0ЙЙ1К?'Цмстерны изолируются полистиролом или пенополи
ТММЯВ. Управление работой холодильных установок и нагреват
цд мементов цистерн осуществляется приборами, смонтиро
Таблица
Тип цистерны Максимальная масса жидко- го СО», т Максимальное рабочее дав- ление, кПа Диаметр цистерны, мм Габаритные размеры, мм Масса порожней цистерны, кг Мощность, потребляемая холодильным агрегатом, кВт Мощность электронагрева- теля, кВт § 1 4 г •1 в 1
общая длина /1( мм длины цистерны Z9l мм общая ширина В, мм 1 общая высота h, мм
II/22 2.0 2200 1100 2900 2470 1700 2250 1400 0,72 8
IV/15 4,0 1500 1400 3330 2900 2000 2600 2100 1,85 24 а
IV/22 4.0 2200 1400 3490 3060 2000 2600 2400 1,28 24
VI/15 6,0 1500 1600 3790 3360 2200 2800 2600 1,85 24 л
VI/22 6,0 2200 1600 3950 3520 2200 2800 2000 1,28 24
X/15 10,0 1500 1800 4795 4365 2400 3000 4300 3,15 75
X/22 10,0 2200 1800 5040 4610 2400 3000 5300 2,48 75 <
XIII/15 13,0 1500 1800 5930 5500 2400 3000 5100 3,15 75
XIII/22 13,0 2200 1800 6250 5820 2400 3000 6100 2,48 75 С
XV/15 15,0 1500 1800 7055 6625 2400 3000 5800 3,15 75 £
XV/22 15,0 2200 1800 7450 7020 2400 3000 6800 2,48 75 с
XVIII/15 18,0 1500 1800 8190 7760 2400 3000 6800 3,15 75 €
XVIII/22 18,0 2200 1800 8660 8230 2400 3000 7300 2,48 75 9
XX/15 20,0 1500 1800 9315 8885 2400 3000 7800 4,36 75 £
XX/22 20,0 2200 1800 9860 9430 2400 3000 9200 3,5 75 9
ными па контрольном пункте. Специальные устройства блокир;
выход диоксида углерода из цистерн при его утечках в трубог
водах.
VI. ПРИМЕНЕНИЕ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ’
ПРИМЕНЕНИЕ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Хранение, транспортировка и реализация мороженого
В технологической цепи производства мороженого послед!
этапом является этап сохранения низкотемпературного закален
го готового продукта, что достигается в основном с помощью
хого льда. В нашей стране для хранения, транспортировки и реа
зации мороженого в торговых пунктах, не оборудованных стад
парными холодильными установками, используется около 6(
производимого сухого льда.
Потребность в расходуемом на хранение или транспортире!
мороженого сухом льде зависит от вида используемого транса
144
*1, температуры окружающего воздуха, «холодопроизводительно-
Ен» блоков сухого льда, продолжительности хранения или транс-
Ьртировки мороженого. Как правило, мороженое транспортирует-
в авторефрижераторах, рефрижераторных железнодорожных ва-
йнах, в специальных изотермических контейнерах, разработанных
НИКТИхолодпромом, а также в изотермических автокузовах.
При использовании транспортного средства, охлаждаемого слу-
цебной холодильной установкой, сухой лед расходуется только на
1иквидацию теплопритоков через ограждения. Количество сухого
Ида, необходимое для обеспечения в транспортном средстве по-
паянной температуры мороженого, определяется в следующей по-
|лсдовательности.
Расход сухого льда 6с.л (л кг/ч) находят из выражения
Ос.л = 2Q/A/.
Тогда на весь период транспортировки или хранения мороже-
ного расход сухого льда будет равен
2Сс.л = Ос.лт = 2(2/Л^.
Здесь 2Q=2fW— суммарные теплопритоки из окружающего воздуха внутрь
гранспортного средства к мороженому, Вт; F— общая теплопередающая поверх-
ность ограждений транспортного средства (стены, пол, потолок), мг; k — коэф-
фициент теплопередачи ограждений транспортного средства, величина которого
«висит от толщины и свойств примененной теплоизоляции ограждений, Вт/(м5-К)
(согласно данным ВНИКТИхолодпрома, авторефрижераторы имеют fe~0,44-
•i-0,35 Вт/(м2-К); tK— разность между температурами окружающего
юздуха (<„) и температурой внутри транспортного средства, равной температуре
мороженого <м=—12° С, °C; ы=1'"—<7. л—теплота сублимации сухого льда
I нагрева газа до —12 “С, кДж/кг (ДГ=628 кДж/кг).
Сухой лед может иметь различные плотность, величину и фор-
му кусков, в зависимости от чего интенсивность сублимации будет
разной.
Пользуясь графиками зависимости коэффициента интенсивно-
сти сублимации 7С от температуры окружающей среды, принимае-
мой равной температуре мороженого (см. рис. 54), и определив
теплопередающую поверхность куска сухого льда f, находят массу
сублимирующегося СОд с каждого куска сухого льда gc,n (в кг/ч)
Sc.л =
Тогда потребное количество кусков выбранной формы п (в шт.)
будет равно
Я = бс.я/Йс.Л’
а продолжительность всего периода сублимации тСубл (в ч) каж-
дого куска сухого льда данной конкретной формы определится по
выражению
~субл = ^Сл/^сМ-
При определении поверхности одного куска сухого льда учиты-
вается уменьшение массы куска и его поверхности от максималь-
ной до нуля. Поэтому принимается /=0,5 /шах- Фактически блок
145
может сублимировать значительно быстрее, если периодически (и
крыипют и закрывают двери в транспортное средство. Тогда пну*
ре ннин температура может быть выше—12°С и соответственно #
высится коэффициент интенсивности сублимации.
(•ели расчетное время полной сублимации сухого льда моими*
расчетного времени хранения или транспортировки мороженого, и»
загружают сухой лсд в количестве больше расчетного. При это*
в транспортном средстве устанавливается более низкая, чем pic
четная, температура. Соответственно снижается коэффициент им
тепсивности сублимации и увеличивается период полной сублими
ции кусков сухого льда. Мелкие куски сухого льда, как имеющие
более развитую теплопередающую поверхность, сублимируют#
быстрее. Поэтому, если необходимо быстро охладить морожен#,
блоки сначала разбивают на мелкие куски и засыпают ими мор*
женое, а затем загружают крупные куски сухого льда в транспор*
ное средство. При использовании изотермического транспорта, о*
лаждаемого только с помощью сухого льда, его расход увеличив*
ется значительнее. По данным ВНИКТИхолодпрома, потери сухоп
льда в первые часы после загрузки достигают 13—15 % от масс*
мороженого.
Расчетный расход сухого льда при перевозке мороженого авт^в
транспортом в течение 40 ч при температуре окружающей средф
равной 32 °C, показан в табл. 33 [2J-
Таблица 33 i
Тип автомашины Грузоподъем- ность. т Внутренний объем кузова, м* Количество 1 сухого льда Я
кг % к массе/ мороженого «
Изотермический кузов, T3TM-953 Авторефрижераторы 2 10 475 23,6 1
ОдАЗ 5 25,5 700 14 ]
Н7Х 7 23,4 600 8,6
НЮХ 10 29,7 800 8,0
НЮХ 12 31,5 850 6,4 •
Фактический расход сухого льда при перевозке мороженого в
авторефрижераторах грузоподъемностью 10 т составляет 10—15 %
от массы мороженого в зависимости от времени года, а в рефри-
жераторных железнодорожных вагонах — 20—25 %.
Расход сухого льда на реализацию мороженого через киоски и
палатки составляет 14—20 % от массы мороженого, в том числе
на хранение на оптовых базах и транспортировку 7—40 % и на реа-
лизацию непосредственно в торговой точке также 7—10 %.
Сухой лсд загружают в транспортные средства вместе с моро-
женым.
146
'Илаждение, транспортировка и замораживание пищевых
фодуктов
В нашей стране и за рубежом в связи с увеличением количества
.«пускаемого охлажденного мяса наряду с совершенствованием
«подов холодильной обработки мяса и других продуктов уделяет-
« большое внимание изучению других способов хранения, в том
<м< ле хранению их в регулируемой газовой атмосфере с целью уве-
•ичить сроки хранения [26].
По данным [4], сроки хранения охлажденного мяса в атмосфе-
ре, содержащей 10—20 % СО2, при температуре —1-т-—2 °C возра-
зили в 1,5—3 раза по сравнению со сроками хранения в воздухе..
Для создания необходимой концентрации СО2 в камере или
|ранспортном средстве они выполняются герметичными. Восполне-
ние СО2, теряемого из-за инфильтрации, осуществляется, как пра-
|ило, автоматически из резервуаров с запасным количеством СО2..
Диоксид углерода в виде блоков, мелкофасованный или снего-
образный применяется в качестве хладагента при транспортировке-
охлажденных и замороженных мясных, молочных и других пище-
вых продуктов.
При транспортировке охлажденных пищевых продуктов сухой
лед располагают на определенном расстоянии от продуктов, чтобы
не вызвать их подмораживания или замораживания, а для заморо-
женных допустим непосредственный контакт сухого льда с пище-
выми продуктами. Однако при этом возможны «ожоги> продуктов,
а также наблюдается неравномерное распределение температур а
грузовом объеме транспортного средства.
Сухой лед чаще всего укладывают нал грузом в бункера, рас-
положенные под потолком по всей длине контейнера или вагона.
Бункера с сухим льдом либо подвешивают под крышку контейне-
ра или железнодорожного вагона, либо встраивают в нее. В неко-
торых случаях сухой лед укладывают в картонные коробки, кото-
рые также подвешивают под потолком нагона. При размещении
сухого льда над грузом обеспечивается более равномерное распре-
деление температур внутри помещения и грузов, так как образую-
щийся при сублимации сухого льда газообразный СО2 тяжелее
воздуха. Газообразный СО2 опускается вниз, а теплый воздух под-
нимается вверх, где он охлаждается, а сухой лед сублимируется.
Смесь холодного воздуха и СО2 снова опускается вниз и т. д.
Кроме того, сухой лед можно укладывать внутри грузовой ка-
меры над дверями вагона или автокуэова, в результате чего умень-
шаются теплопритоки через дверной проем при их открывании,
так как газовая завеса из СО2 и холодного воздуха, опускаясь
вниз, препятствует поступлению теплого воздуха в помещение.
Регулирование температуры воздуха в камере и более равно-
мерное ее распределение осуществляется путем принудительной
циркуляции вентиляторами.
Для более точного соблюдения температуры в транспортном
объеме применяют системы охлаждения сухим льдом воздуха, ко-
147
торый в свою очередь охлаждает хладагент, циркулирующий в Ki!
мере по замкнутому контуру, или системы охлаждения сухим льдо*’
непосредственно хладагента, циркулирующего в охлаждаемой к»1
мерс под действием силы тяжести (рис. 65). ’
Контейнеры загружаются продуктами и сухим льдом. Буниц*
для сухого льда размещен в верхней части контейнера. В бункер**
находится также конденсатор. R12 циркулирует по замкнутому кож
туру испаритель-конденсатор — регулирующий вентиль-испарителж
Трубы испарителя вмонтированы в панель грузового отсека кож
тейнера. 1
В контейнере вместимостью 1000 кг продуктов и 90 кг мелке
фасованного сухого льда хранятся охлажденные продукты при 2°1
в течение 96 ч, а замороженные — при —23°С в течение 48 ч.
При использовании сухого льда для транспортировки или хра
нения охлажденных продуктов предусматривают устройства дл
защиты охлаждаемых продуктов от подмораживания или замора
живания. Для этого между продуктами и сухим льдом помещаю
аккумуляторы холода, уменьшающие температурный нанор межд;
сухим льдом и продуктами (рис. 66).
В качестве аккумулятора холода используются эвтектически!
раствор или чистая вода, налитые в герметичную емкость из пла«
стика.
Сухой лед насыпают на перфорированную решетку бункера,
расположенную под крышкой контейнера. Сухой лед, сублимиру-
ясь, охлаждает жидкость аккумулятора холода, замораживает ее,
переохлаждает образовавшийся лед и в газообразном состоянии
через щели в перегородке стекает вниз, в грузовой отсек контейне-
ра. После полной сублимации сухого льда продукты охлаждают-
ся вследствие нагревания и плавления замерзшего раствора, акку-
мулировавшего холод.
Скорость охлаждения в таком контейнере можно регулировать,
изменяя соотношение загружаемых масс сухого льда и раствора.
В некоторых случаях применяют предварительное охлаждение
автокузовов или контейнеров перед загрузкой в них замороженно-
го продукта с помощью струи смеси пара и снегообразно-
го диоксида углерода. Смесь получается при дросселировании жид-
148
П) С02, подаваемого из рядом расположенной емкости с жидким
U2 (метод «стрельбы» снегообразным СО2). Струя смеси снега
газа создает внутри охлаждаемого кузова сильную циркуляцию
пдуха, что способствует быстрому охлаждению конструкции ку-
ра. При подаче снегообразного СО2 в количестве 10 кг в минуту
ртокузов охлаждается в течение 2—3 мин.
Установка для «стрельбы» снегом состоит из расположенной
I весах изотермическом цистерны
тбную холодильную установку),
>убопровода или гибкого шлан-
I для подачи жидкого СО2 из
йстерны к дроссельному устрой-
гву, дроссельного устройства в
1де пистолета, снабженного
вффузором для направления
Груи смеси снегообразного СО3
газом (рис. 67). Такие установ
и бывают передвижные и ста-
конарные. В передвижных уста-
овках подачу жидкого СО2 регу-
нруют вручную, в стационар-
lux — автоматически с помощью
юленоидного вентиля, управляе-
мого термореле или часовым ме-
ханизмом.
Метод «стрельбы» снегообраз-
ным СО2 применяют как для
(редварительного охлаждения ав-
[окузовов и контейнеров перед
Нагрузкой продуктами, так и для
)хлаждения после загрузки во
как правило, имеющей слу-
Рис. 66. Контейнер с аккумулято-
ром холода:
а —схема: / — крышка: 2 —гранулиро-
ванный сухой лед; 3 — перфорирован-
ная решетка: 4 — аккумулятор холода;
5—изолированная перегородка; 6 —
щель; 7 — боковая стенка; 8 — поддоны
с пищевыми продуктами; 9 — дверца;
/ь h, h — термопары; б — изменение тем-
пературы сред при температуре окружаю-
щего воздуха 25 °C.
|ремя перевозок продуктов в низ-
котемпературном режиме.
Диоксид углерода применяют
[ля контактного замораживания
нобых пищевых продуктов. Наи-
более часто его используют для
быстрого замораживания продук-
ов небольшой величины и размеров (ломтики мяса, куски гуляша,
орошек, земляника, продукты моря, мелкие хлебобулочные изде-
ия). Замораживание осуществляется при атмосферном давлении
месыо снегообразного диоксида углерода с газом. Продолжитсль-
ость замораживания продуктов диоксидом углерода в 10—20 раз
еньше по сравнению с традиционным методом замораживания
оздухом.
При быстром замораживании любым из методов минимально
азрушаются клетки ткани вследствие образования мелкозерни-
гой структуры водного льда. Применение диоксида углерода спо-
собствует сохранению нативных свойств пищевых продуктов и по-
Рис. 67. Устройство для
лаждения изолированного
токузова снегообразным COs:
/ — автокузов; 2 — ручной регули-
рующий вентиль; 3 — диффузор;
4 — гибкий шланг.
ох-
ав-
вышению их стойкости при хранении, так как диоксид угл
подавляет действие микроорганизмов. По данным (35], при
ние твердого диоксида углерода для замораживания мяса но
зываст изменений его цвета и качества. Наименьшие физи
мические изменения мяса наблю
ся при его замораживании до
Для быстрого замораживании
щевых продуктов используют
ционные скороморозильные аппа
К ним предъявляются повышенны
бования к герметичности как все
парата, так и загрузочного и ра
зочного устройств. Скороморози
аппарат любой конструкции м
использовать для работы на СО$
конструктивных изменений. Толь
лодильная установка заменяется
стемой снабжения аппарата ди
дом углерода. Эта система состо
емкости для хранения жидкого
трубопроводов подачи жидкого С(
аппарату, устройств для преобраэ
ния жидкого СО2 в твердое состо
и подачи его в камеру, приборов
троля и регулирования режима
боты аппарата.
Во ВНИКТИхолодпроме для замораживания тушек кур и
лорийных булочек был использован скороморозильный аппа
созданный для замораживания продуктов жидким азотом. Жи
СО2 давлением 1800 кПа подавался в морозилку. В качестве д
сельных устройств применялись шайбы с отверстиями диаме
0,4—0,6 мм. Шайбы монтировались на коллекторе, располои^
ном под потолком камеры скороморозильного аппарата, на его
редине. Жидкий СО2 к ним подавался периодически в зависим
от колебания температуры в камере, которая поддерживалась
ло —80°C. Из шайб дроссельных устройств снегообразный
попадал непосредственно на замораживаемые продукты.
Продолжительность замораживания тушек кур до —40
30 мин, а калорийных булочек до —70°С 60 мин. «Ожогов» ту
кур замечено пе было. Вкус кур, замороженных диоксидом угле
да, не отличался от вкуса кур, замороженных обычными способа
За рубежом создано и эксплуатируется несколько типов ско
морозильных аппаратов для контактного замораживания пищев
продуктов диоксидом углерода. Аппараты выпускаются как д
разомкнутого, так и для замкнутого циклов использования СО2
его возвратом и рекопденсацией.
На рис. 68 показан спиральный туннельный скороморозильн
аппарат «Куик-Фризе» (КФ). Производительность этих аппарат
K)l
Л
hiu
ГII
IIC
I
Л1
HI
1S0
В 454 до 5450 кг/ч [34]. Продолжительность обработки продукта
► 120 мин. Температура замораживания в камере снижается до
HI5 :—75 °C за 4—10 мин.
Аппарат состоит из одной или нескольких секций. В каждой
мини смонтирована лента из нержавеющей стали, движущаяся
►рх или вниз вокруг центральной втулки по спиральной направ-
|ютей. Переключение скоростей двигателя осуществляется плав-
| Как правило, в скороморозильный аппарат КФ поступает ди-
Исид углерода, рециркулирующий в системе после повторной кон-
жсации.
Для повторной конденсации СОг применяют каскадную холо-
|льную установку. Хладагент нижней ветви — диоксид углерода,
верхней — фреон. Холодопроизводительность такой установки до
ic. 68. Спиральный тун
льный скороморозильный
впарат «Куик-Фризе»:
- форсунка; 2 — вытяжной
Мгнтилятор; 3 — окно для за-
Врузки продукта; 4 — пульт
яравлення; 5 — лента конвей-
ра из нержавеющей стали;
— окно для выгрузки про-
дукта.
.16 млн. кВт. Сжатие СО2 до давления 1600—2100 кПа осуще-
ствляется двумя шестиступенчатыми турбокомпрессорами с про-
межуточными холодильниками. Мощность каждого электродвига-
теля компрессора для сжатия СО2 735 кВт, фреона—>300 кВт.
Охлаждение СО2, поступающего на конденсацию, до —45ч-
Ч—22 °C происходит в регенеративном теплообменнике нагрева-
нием СО2, отсасываемого из камеры скороморозильного аппарата
в I ступень компрессора. После охлаждения СО2, осушаясь в трех
адсорберах с цеолитом, проходит систему удаления запаха и по-
ступает в конденсатор. Последний состоит из четырех кожухотруб-
чатых аппаратов, в межтрубном пространстве которых кипит фре-
он, а в трубах конденсируется СО2.
На выходе из конденсатора воздух, попадающий в систему, и
часть несконденсировавшегося СО2 отделяются от жидкого СО2.
При давлении 1600—2100 кПа жидкий СО2 впрыскивается в каме-
ру скороморозильного аппарата через дроссельные устройства
151
(форсунки), в которых происходит его дросселирование до а
сферного давления. В результате этого в камеру поступает с
снего- и парообразного СО2, температура которого —78,5 °C. В
мерс вследствие теплообмена с продуктом и имеющейся газ
средой твердый СО2 сублимируется. Получающиеся при этом п
СО2 нагреваются до температуры, которая при замораживании
держивается около —62 °C.
Производительность аппарата при замораживании неупако
ного продукта в 3 раза больше, чем при замораживании упако
ного.
На рис. 69 представлен туннельный скороморозильный аппа
«Ультра-Фризе». Подача жидкого СО2 в аппарат осуществля
Рис. 70. Прямоточный туннельный
скороморозильный аппарат ТЛ:
1 — щит управления; 2 — морозильная
камера; 3 — трубопровод подачи жид-
кого СО2; 4 — вентилятор для отсоса
СО2; 5 — транспортерная лента.
Рис. 69. Туннельный скоромороз
ный аппарат «Ультра-Фризе»:
1 — трубопровод нодачи жидкого СОа;
дроссельное устройство; 3 — морозили
камера; 4 — транспортерная лента.
Рис. 71. Туннельный скороморозил
ный аппарат «Инстафриз»:
/ — морозильная камера; 2 — колп
(диффузор); 3 — транспортерная лен
4 —сопло; 5 — трубопровод подачи жи
кого СОа.
дроссельных устройств, распола
автоматически через несколько
женных на аппарате. j
На рис. 70 представлен прямоточный туннельный скороморо^
зильный аппарат ТЛ, который выпускают шести типоразмеров
Производительность аппаратов 350—3340 кг/ч, регулируемая про-
должительность замораживания 2,5—40 мин, потребляемая мощ-
ность 6,5—14 кВт.
152
На рис. 71 показан такого же типа скороморозильный аппарат
1нстафриз», предназначенный для замораживания апельсиновых
влек. В этом аппарате теплопередакицая поверхность диффузора
спользуется для переохлаждения жидкого СО2 перед дросселиро-
тием в целях повышения коэффициента выхода твердого СОг.
мсевик с жидким СО2, поступающим на дросселирование, навит
епосредственно на диффузор, по которому поток смеси снега и
»ра СО2 поступает в аппарат. Производительность аппарата 1—
,2 т/ч, расход СО2 0,3 кг/кг.
На рис. 72 показан скороморозильный аппарат шкафного типа,
котором на продукты наносится до десяти слоев снегообразного
'02 с интервалом в несколько секунд
(ежду каждой операцией нанесения твер-
Юго СО2. Устройство для дросселирова-
|ия жидкого СО2 выполнено в виде жик-
еров, которые представляют собой нип-
ель с накидной гайкой. В нее вставляет-
я дроссельное сопло. Жиклеры связаны
устройствами, обеспечивающими их
юзвратно-поступатсльное движение, и
(асположены на противоположных кон-
lax полок с продуктами. Направление
юдачи СО2 через жиклеры автомати-
чески изменяется каждую минуту.
На рис. 73 показан флюидизационный
скороморозильный аппарат с воздушным
охлаждением, в котором камера допол-
нительно охлаждается снегообразным
диоксидом углерода. Увеличение произ-
водительности аппарата, например, при
замораживании зеленого горошка со-
ставляет 35 %.
Кроме обычных скороморозильных
скоромо-
аппарата
аппаратов большой производительности
применяют малогабаритные аппараты,
легко встраиваемые в технологические
линии обработки пищевых продуктов и
использующие тот же холодильный эф-
фект дросселирования жидкого СО2 и
фазового его превращения в твердое и
газообразное состояние. К таким аппара-
там относят аппараты ЦСХ-5-1Ц и
ЦСХ-1А (рис. 74). Они представляют собой короткие туннели,
смонтированные на легко передвигающихся рамках. В туннель по
столу-конвейеру поступают коробки с продуктами. Жидкий СО2
Рис. 72. Схема
розильного
шкафного типа:
а — скороморозильный ап-
парат: 1 — электроклапан;
2 — термопара;
4 — решетка;
6 — вентилятор;
лер: 1—корпус:
ная гайка;
ное сопло.
3 — шкаф;
5 — жиклер;
б — жик*
; 2 — накид-
3 — дроссель-
подается к дроссельным устройствам, которые вмонтированы в
диффузоры («рожки»), расположенные непосредственно на колпа-
ках аппарата, размещенных над столом конвейера, т. е. над ко-
153
робками с продуктами. В дроссельных устройствах жидкий СЦ
превращается в снег и пар и по «рожкам» подается под колпм
на ящик с продуктами. Интенсивность снегообразования регулир
ется с помощью реле времени. Аппараты снабжены такой систем^
Рис. 73. Схема флюидизационного скороморозильного аппарата с воздушния
охлаждением:
/—морозильная камера; 2 вентилятор для отсасывания СО2: 3 — сопло; 4 — запорЯМ*
вентиль; 5 — накопительная цистерна с жидким СО2; 6 — вентилятор для подачи N)
духа, 7 — холодильная батарея; 8 — псевдоожиженный слой продукта.
Рис. 74. Автомат ЦСХ-5-1Ц (а) я
ЦСХ-1А (б);
1 — стол-конвейер; 2 — колпак; 3 — дрос-
сельное устройство с диффузором («рожь
ки»); 4 — трубопровод подачи жидкого
со2. Ti
154
Воса образующихся паров
г, которая обеспечивает ми-
1мальное количество СО2, ло-
мающего в помещение. Про-
1водительность аппаратов
Ю—500 коробок в час массой
DO кг каждая. Производитель-
ость одного «рожка» до
3 кг/с снега СО2.
Подобные же аппараты
вименяют в качестве генера-
ора снега СО2 (колпак с диф-
фузорами и дросселями или
гдельные «рожки»).
Большой интерес представ-
|яют устройства для получе-
|ия и подачи снега СО2 непо-
редственно в продукт. На
1ис. 75 показано такое устрой-
тво для охлаждения тушек
ур, движущихся на транспор-
ере под генератором снега
:о2.
Экономичность применения
Рис. 75. Устройство для получения я
подачи снегообразного СО2 в про-
дукт:
а — установка для получения снегообраз-
ного СОа; б — дроссельное устройство со
ступенчатым диффузором; в —установ-
ка для подачи снегообразного СОг не-
посредственно в тушку птицы; / — на-
копительная цистерна с жидким СОа: 2 —
запорное устройство; 3 — дроссельное
устройство; 4 — диффузор с рубашкой
для переохлаждения жидкого СОг.
иоксида углерода в скоромо-
озильных аппаратах в боль-
1ей степени определяется его
гоимостью. По данным [24],
гбестоимость замораживания
иоксидом углерода контакт-
ым способом с одноразовым
спользованием СО2 в 6 раз
ыше себестоимости замора-
швания в воздушной моро-
1лке, но ниже себестоимости замораживания жидким азотом. По-
горное использование СОг приводит к незначительному снижению
>бестоимости процесса замораживания из-за высоких затрат на
еобходимое для этого оборудование. Применение СО2 пока эко-
эмично только для замораживания относительно дорогостоящих
озонных пищевых продуктов.
РИМЕНЕНИЕ В РАЗЛИЧНЫХ ОБЛАСТЯХ ТЕХНИКИ
Газообразный диоксид применяется для газирования воды, ис-
усственных и естественных минеральных вод, напитков и шам-
анского, насыщения свежеотжатых соков плодов и ягод, а также
пя хранения их под давлением.
При газировании некоторых жидкостей оптимальные темпера-
^ры насыщения диоксидом углерода следующие: воды — не выше
155
1—2 °C, вина, водно-спиртовых смесей, натуральных плодовоЛи
ных соков — не выше 3°С.
При этих температурах и атмосферном давлении растИИ*
ется в количестве 1,5—1,7 нм3 в 1 м3 жидкости. f
При повышении давления растворимость СО2 увеличивает^ :
В производственных условиях дегазирование воды и нашим
происходит при перекачках газированной воды, наполнений ею Л*
тыл о к до момента их укупорки, хранении газированных nanHflB’
и минеральных вод в условиях высокой температуры и особм|
в вертикальном положении и др. Особенно быстро дегазируД
газированная жидкость при перепадах ее напора на 300—400 д|
Наименьшие потери СО2 достигаются при перекачках жидкосЙИ
скоростью не более 1 л/с. И
Чем больше поверхность газируемой жидкости, контактнЯи
щая с СО2, тем больше эта жидкость насыщается им. Это обД|
тельство используют в конструкциях сатураторов. "Я
Для улучшения вкуса все питьевые минеральные воды гцН
розливом дополнительно искусственно насыщают диоксидом Д|
рода до содержания его 3—5 г в 1 л воды. V
В отличие от газирования воды в производстве газироваиД
напитков минеральные воды не подвергаются вакуумной деаэр^И
во избежание нарушения газового и солевого рарновесия воды Д
лечебных свойств. По этой же причине воду охлаждают до оД
деленной для каждой минеральной воды температуры, при кД
рой не выпадает в осадок. Ж
В результате угнетающего действия СО2 на многие микрооД
низмы обеспечиваются стойкость газированных минеральных Ж
и сохранение ими всех свойств при длительном хранении (свЛ
1 года). Я
Диоксид углерода применяется в розничной торговле для гД
рования воды в сатураторах. В домашних условиях для этих цеД
используются сифоны. Я
На одних заводах, выпускающих газированные безалкогольм
напитки и минеральные воды, имеются цехи по выработке жиДм
го СО2, а на других диоксид углерода подается и1 транспорта
изотермической цистерны через газификатор. I
Для газирования воды применяют также сухой лед, котори
превращается в газ в специальных аппаратах — газификаторах.!
СО2 используется в качестве защитной атмосферы при храш
нии плодовых соков и цитрусовых настоев. I
При хранении плодового сока, насыщенного диоксидом углер!
да давлением 700—1200 кПа, предотвращаются брожение и биол|
гическая порча. При этом расход COjj 1,5 Kt на 100 л сока пр
/=15°С и р = 700-=-800 кПа. Вкус и запах насыщенного диоксидо
углерода сока не изменяются в течение 1,5—2 лет, так как С(
подавляет жизнедеятельность микроорганизмов.
Цитрусовые настои хранят в атмосфере СО2, который предо1
вращает процесс осмоления эфирных масел.
156
1 Разработанный в СССР высокопроизводительный и экономич-
способ автоматизированной сварки металла в атмосфере СОг
Ьхходпт все большее применение в промышленности. Более 40 %
•срабатываемого в стране жидкого СОг используется для свар-
1.120].
Сущность способа состоит в том, что воздух, отрицательна
мняющий на качество швов, оттесняется от зоны сварки струей
। О2. благодаря чему получают швы высокого качества.
Но данным Центрального научно-исследовательского института
ихнологии машиностроения (ЦНИИТмаш) и Института элсктро-
|»арки им. Е. О. Патона, высокую плотность металла сварных
нжов можно получить только при использовании СО2 высокого ка-
чества. Для получения жидкого СО2 высокого качества в техноло-
|ичсских схемах производственных установок предусматривается
епециальное оборудование для очистки и осушки СО2. Кроме того,
tupa, предназначенная для хранения и перевозки жидкого СО2
марочного сорта, специально подготовляется, т. е. просушивается,
освобождается от воздуха, моется и пропаривается перед напол-
нением.
Перед подачей к сварочным постам диоксид углерода превра-
щается из жидкого состояния в газообразное и понижается его
давление с давления в сосуде до требуемого в магистрали подачи
газа к ручным сварочным горелкам или к горелкам сварочных ав-
томатов.
Поэтому применяют специальные аппараты — газификаторы
жидкого СО2, обогреваемые теплой водой, паром или электрогрел-
ками, которые могут быть любой производительности.
Газификаторы низкотемпературного жидкого СО2 ЭГУ-100,
ЭГУ-300 и УГ-200М, разработанные ВНИИПТхимнефтеаппаратуры,
имеют производительность 100, 300 и 200 кг СО2 в час. К газифи-
каторам подают жидкий СО2 с давлением не выше 2500 кПа.
В дроссельном вентиле жидкий СОг дросселируется до 900—
1300 кПа и за счет подогрева превращается в газ. На выходе из га-
зификатора газообразный СО2 дросселируется до давления 130—
400 кПа и с таким давлением поступает в сеть трубопроводов по-
требителя. $
Газификатор УГ-200М обогревается водяным паром или горя-
чей водой, газификаторы ЭГУ-300 и ЭГУ-100 снабжены электрона-
гревателями.
Жидкий СО2 высокого давления в баллонах газифицируют
только путем естественного подвода тепла из окружающего возду-
ха, так как искусственный обогрев может привести к разрыву бал-
лона.
Температура окружающего воздуха может колебаться в зави-
симости от времени года и суток, если баллон находится вне поме-
щения, или от характеристики помещения, если баллон находится
в помещении. Соответственно этому колеблются величина тепло-
вого потока от окружающего воздуха к жидкому СОг, находяще-
157
муся и биллоне, и количество газообразного СОг, получающего»»
в результате фазового превращения жидкости в газ. Поскольку *
схеме снабжения сварочной установки диоксидом углерода отсу,
vinyeT регулировка интенсивности газификации жидкого СОг, со
держащегося в баллоне, в ряде случаев количество потребляемого
газа может значительно превышать количество газа, образующего
ся из жидкого СОг под воздействием теплового потока из окот
жающей среды. В этих случаях газификация части жидкого СЦ
совершается в результате отвода тепла от оставшегося в баллон»
СО2. Процесс сопровождается понижением температуры и давл*
ния жидкого СО2. При отборе газообразного СОг из баллона те®
пература и давление в нем понижаются. Так, при отборе 4000*
8000 л/ч газообразного СОг давление и температура СО2 внутр*
баллона снижаются за 1—1,5 ч ниже тройной точки. В балле®
образуется сухой лед и газификация практически прекращает®,
так как для преобразования сухого льда в газ требуется подвес®
тепла почти в три раза больше, чем для преобразования жидф
го СОг. *
По данным ВНИКТИхолодпрома, тепловой поток от окружа*
щего воздуха температурой 22—23°C обеспечивает газификаци®
2—2,8 кг/ч жидкого СО2 с незначительным (5 °C в 1 ч) охлажден»
ем остающегося в баллоне жидкого СО2. При такой интенсивное®
газификации вся жидкость в баллоне превращается в газ при да®
лении выше тройной точки.
Для получения большего количества газообразного СО2 балл®
вы с жидким СО2 соединяют в батареи. I
В некоторых случаях используется СО2 не в виде жидкости, a t
виде сухого льда. Основными преимуществами сухого льда, прим®
няемого для сварки, являются высокая чистота газа, лучшая тращ >
портабельность и меньший расход металла на оборудование. П
данным ВНИКТИхолодпрома, газообразный СО2, представляющи
собой продукт газификации сухого льда, содержит СОг в колич)
стве 99,95—99,98 % по объему и Н2О — 0,016 г/м3 [25].
Во ВНИКТИхолодпроме было создано два типа грзификаторо!
на рабочее давление 60 кг/см2 вместимостью 30 кг сухого льд|
и на рабочее давление 10 кг/см2 вместимостью 60 кг и 13 кг сухого
льда. 1
Получающийся при газификации сухого льда газ высокой чи^
стоты применяют для сварки паровых и газовых турбин, сосудо*
из металла большой толщины, работающих под давлением, и др|
Кроме того, этот метод получения чистого COfe используют дл^
проведения прецизионных экспериментальных работ. *
В машиностроении СО2 применяют при производстве стального
и чугунного литья на этапе сушки (твердения) стержней и литейч
ных форм, необходимых при отливке деталей. Стержни и литейные
формы, изготовленные из смеси песка с жидким стеклом, обдува*
тотся газообразным СО2. При этом в результате химических реак-
“158
‘кий между С02 и жидким стеклом образуется гель кремниевой
1 (пи лоты, связывающий зерна песка в прочную твердую массу.
Для затвердевания газ должен вводиться в стержни и литей-
ные формы так, чтобы он мог проникать во все их части. В сырые
• 1ержни вводится газ под давлением 100—600 кПа с помощью пу-
иотелых игл. Продолжительность обдувки зависит от размеров
тюки и давления газа и колеблется от долей минуты до несколь-
ких минут. Расход газа 1—2 % от массы литья.
Применение этого способа твердения стержней и литейных
!юрм позволяет сократить длительность процесса формовки в
О раз, а общую продолжительность производственного цикла — в
Я раза. При этом улучшается качество стержней и литейных форм^
повышается точность отливок, увеличивается съем литья с 1 м2 по-
лезной производственной площади литейных цехов путем упраздне-
ния громоздких сушильных камер.
Сухой лед наряду с йодистым серебром, йодистым свинцом и
некоторыми предельными углеводородами используется для искус-
ственных воздействий на переохлажденные облака и туманы в це-
лях получения дополнительных осадков, борьбы с градобитием,
рассеивания переохлажденного приземного тумана, предотвраще-
ния гроз и т. д.
Системы пожаротушения с помощью СО2 применяют для туше-
ния загораний различных материалов и оборудования, а также при
пожарах в помещениях, когда необходимо или желательно исполь-
зовать инертную неэлектропроводную среду, затруднительна убор-
ка после применения других средств, когда все пожароопасные
зоны или участки, к которым или от которых может распростра-
ниться пламя, должны быть защищены одновременно.
СО2 подается к местам загорания из стационарных или пере-
движных сосудов с жидким СО2. К качеству диоксида углерода,
применяющегося для пожаротушения, также предъявляются высо-
кие требования.
Диоксид углерода применяется при обработке металлов реза-
нием. Пропускаемый через насадку резца СО2 дросселируется, пре-
вращается в твердый и газообразный и оседает на поверхности
металла в виде инея из кристаллов твердого СО2, которые, субли-
мируясь, поглощают тепло, выделяемое в процессе обработки ме-
талла. Использование СО2 в качестве охлаждающего средства поз-
воляет сократить продолжительность изготовления одной детали
в 4 раза, повысить стойкость режущего инструмента в 6 раз.
СО2 применяют для низкотемпературной сублимационной суш-
ки при атмосферном давлении. Жидкий СО2, насыщенный арома-
тическим веществом, путем дросселирования превращается в твер-
дое состояние. Ароматизированный снег из СО2 при атмосферном
давлении смешивается с веществом, которое подвергается аромати-
зации. Материал ароматизируется, а сухой лед самопроизвольно
сублимируется. Газообразный СО2 отсасывается и возвращается
снова в цикл путем сжатия и конденсации.
15*
I ;i и)()6|Н1зный C02 применяется для борьбы с грызунами |М
мгрлх холодильников и складах. Дозировка СО2—около 25 % м
объему (500 г/м3). Дератизацию применяют как на охлаждаемый
складах (камеры, ледники и др.), так и на неохлаждаемых (М*
шпоры, склады, кладовые и пр.) при тщательной их герметиза1Ш«
с учетом влияния СО2 на качество хранимого продукта.
Работы, проведенные в нашей стране и за рубежом, показ|Цй|
высокую эффективность применения диоксида углерода в процц
сах добычи нефти. По данным Башкирского государственного NI
учно-исследовательского и проектного института нефтяной пр*
мышленности, использование диоксида углерода позволяет ув®1 i
чить нефтеотдачу пластов на 8—16% и ускорить темпы разрав®|| ।
ки нефтяных месторождений в 1,5—2 раза.
Закачка в скважину воды, насыщенной диоксидом углерож। ।
приводит к более полному вытеснению нефти из пласта по сравв
нию с закачкой в нее обычной воды. При обработке диоксиде
углерода призабойных зон скважин коэффициент продуктивно®
скважин значительно увеличивается. ®
Сравнительно недавно сухой лед стал применяться для о чист»
деталей и узлов от эксплуатационных загрязнений. Эффект очи®|
ки достигается в результате абразивного воздействия частиц су®|
го льда, взвешенных в газовом потоке, на загрязненные участи
поверхности.
В авиации обработку сухим льдом применяют для удалениДз
поверхности конструкций старой краски и эпоксидных покрыт®!
Преимущество сухого льда сублимироваться, не оставляя никак®
следов на поверхности обрабатываемой детали, используется д/Я
счистки изделий без их разборки. Для ускорения очистки сухой л®
применяется в сочетании с растворителями. Так, смесь гранул с®
хого льда и диоксана используют для очистки газовоздушно®
тракта авиационных двигателей в собранном состоянии. Я
Диоксид углерода широко применяется для повышения кач®
ства силоса. СО2 вводится в силосуемую массу при закладке еЯ
в траншеи, башни или другие устройства. Я
По данным кафедры кормления Московской сельскохозяйствен
ной академии имени К. А. Тимирязева введение СО2 в количеств®
20—35 кг на 100 т зеленой массы в период ее закладки (после упЯ
лотнения массы) позволяет уменьшить разложение сахаров, исЯ
ключить образование масляной кислоты, стабилизировать или нс®
сколько повысить концентрацию водородных ионов, что замети®
улучшает качество силоса и положительно влияет на кормленнЯ
животных. V
Жидкий диоксид углерода применяют в качестве растворителям
для производства экстрактов облепихового масла, редких лекарЯ
ственных трав, лаврового листа и других растений. Схема получе-1
ния экстрактов следующая. Размельченная масса, например лав-1
рового листа, укладывается в вертикальные сосуды, через которые!
сверху вниз поступает жидкий диоксид углерода. Соприкасаясь с!
160 I
.((•омываемой массой, диоксид углерода вымывает из нее экстра-
ируемые вещества и собирается в ресивере, расположенном под
ц удами. В ресивере имеется источник тепла (трубопроводы с го-
нчей водой, ТЭНы и т. д.), вследствие чего жидкий СО2 превра-
щается в пар, который по обводным трубам поднимается в кон-
<«'исатор СО2, расположенный над сосудами. В конденсаторе пу-
и м охлаждения водой (или другими источниками холода) СО2сно-
«II превращается в жидкость, которая опять поступает в сосуды с
сложенной массой. После определенного периода рециркуляции
жидкого СО2 через массу вещества процесс растворения масел счи-
П1стся законченным. Весь жидкий диоксид углерода выпаривается
in ресивера и собирается в конденсаторе. В ресивере снижается
давление СО2, а накопившийся там экстракт промываемого расте-
ния сливается в емкости.
В период накопления экстракта вся установка работает при
давлении, соответствующем температуре конденсации СО2, которая
1ЛВИСИТ от температуры охлаждающего агента.
Для хранения срезанных цветов используют атмосферу диокси-
да углерода при температуре 1—5°C и содержании СО2 2—16 %
по объему. В этих условиях продолжительность хранения цветов
до 20 дней и более. В контролируемую атмосферу цветы помещают
после хранения в холодильной камере.
VII. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРАВИЛ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ
ПРОИЗВОДСТВЕ И ПРИМЕНЕНИИ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Технические средства и приемы работ, обеспечивающие безопас-
ное выполнение производственных процессов на предприятиях —
изготовителях газообразного, жидкого и твердого диоксида углеро-
да, изложены в Правилах техники безопасности на заводах сухого
льда и жидкой углекислоты [25] и инструктивно-нормативных мате-
риалах [8, 28]. При их разработке использовались стандарты без-
опасности труда, Правила устройства и безопасной эксплуатации
сосудов, работающих под давлением, инструкции по безопасной
эксплуатации оборудования, правила техники безопасности при
эксплуатации изотермических цистерн для хранения и транспор-
тировки жидкого низкотемпературного СО2, которые приведены в
руководящем техническом материале РТМ 2878 по выбору и при-
менению изотермических цистерн, разработанном ВНИИПТхим-
нефтеаппаратуры, и стандарте ГОСТ 19663—74 на типы, основные
параметры и размеры изотермических цистерн. Краткие правила
безопасности использования газообразного жидкого и твердого ди-
оксида углерода изложены в ГОСТ 8050—76 и 12162—77 на жид-
кий и твердый СО2.
При наличии на предприятии для производства диоксида угле-
рода служебной холодильной установки на нее распространяются
правила безопасности, разработанные для таких установок.
6 Зак. 982
161
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОИЗВОДСТВА СО2 ПО СТЕПЕНИ ЕГО ВРЕДНОСТИ И
ОПАСНОСТИ
В рекомендациях СЭВ по стандартизации PC 887—74 (групп»
Г07. Оборудование холодильное. Машины и установки. Правил»
техники безопасности) J диоксид углерода отнесен по вредности м
J группе невзрывоопасных, невоспламеняемых и неядовитых хлад*
агентов, характеризующихся отсутствием предупреждающего зап»>
ха и небольшой разницей между концентрациями нетоксической И
смертельной.
I В соответствии с классификацией и общими требованиями бе»«
опасности к вредным веществам .(ГОСТ 12.1.007—76 ССБТ) диод*
сид углерода по степени воздействия на организм человека можно
отнести к 4-му классу малоопасных веществ. Этот класс характера»
зуется предельно допустимой концентрацией вредных веществ 0
воздухе рабочей зоны, превышающей 10 мг/м*. Предельно допу»
стимая концентрация диоксида углерода в воздухе производствев»
ных помещений не установлена. При контроле за концентраций
СО2 в воздухе производственных помещений ориентируются hr
норматив, установленный для угольных и озокеритовых шахт (дй
0,5 % по объему, или 9200 мг/м3). В рекомендациях СЭВ по стаи»
дартизации (PC 887—74) рекомендуется более высокая концеи*
трация СО2, равная 5 % по объему, или 92 000 мг/м3. И первая, £
вторая нормы превышают стандартную норму предельно допустю
мой концентрации для 4-го класса малоопасных веществ, что и дм
ет основание отнести СО2 именно к этому классу. 1
В наружном воздухе больших городов содержание СО2 доходи1
до_0,05 %, а небольших — до 0,04 % по объему.
,) Присутствие СО2 в воздухе в количествах, превышающц
' 0,05 % объёмных, уже оказывает влияние на человека. В связ:
с тем что СО2 в 1,5 раза тяжелее воздуха, он вытесняет кислоро]
из легких, вследствие чего может наступить удушье.
По данным [14], содержание СО2 в помещениях с людьми hi
должно превышать следующих пределов (в % по объему):
В жилых комнатах 0,1 ]
В школах, учреждениях и других помещениях 0,125
при периодическом пребывании в них людей
В кинотеатрах и других помещениях с кратковременным 0,2 !
пребыванием в них людей
В больницах и других помещениях при пребывании 0,07
п ни\ и?? пей э слабом состоянии
Длительное (до нескольких суток) вдыхание воздуха, содержа-
щего СО2 в количестве более 1,5—3%, вызывает головную боль,
головокружение и тошноту. Воздух, содержащий СО2 в количестве
3—4%, способствует учащению дыхания. При концентрации СОг
4 выше 6 % теряется работоспособность, появляются сонливость, ос-
161
ляблсние дыхания и сердечной деятельности. В больших концен-
трациях СО2 вызывает гипоксию (кислородное голодание). Пре-
цельная концентрация СО2, которую большинство людей способно
выдержать в течение нескольких минут без потери сознания, со-
ставляет 9 %. При концентрации СО2 выше 9 % люди быстро теря-
ют сознание.
Действие на человека концентрации СО2 около 20 % вызывает
смерть, если пострадавшего не вынести на свежий воздух. Обыч-
но искусственное дыхание быстро приводит пострадавшего в со-
знание.
Концентрация СО2 свыше 30 % по объему чрезвычайно опасна;
В течение нескольких секунд она приводит к потере сознания, а че-
рез несколько минут — к смерти. Диоксид углерода вызывает не
только потерю сознания, но и потерю способности ясно мыслить
и быстро действовать.
k Характеристика физиологического влияния различных концен-
траций диоксида углерода на человека, по данным И. Куприянова,
показана в табл. 34.
Т с б j. и ц а 34
Показатели Содержание СО| в впядуве. % объемные
0,6—0,8 2 3-4 4-5
Воздействие на человека От едва заметного до неболь- шого Небольшое Оказывает влияние ил дыхание без последствий Легкое влияние до голово- кружения
Соответствующая продолжи- тельность пребывания в за- газованной атмосфере, ч 6 — — 0,5—1
Продолжение табл. 34
Показатели Содержание <<>« и ленду хе, % объемные
5-7 15 25-30
Воздействие на человека Вредное до опасного Сильили одышки Потеря сознания Наркотиче- ское действие
Соответствующая продолжи- тельность пребывания в зага- зованной атмосфере, ч 0,5 Несколько минут Очень небольшой промежуток времени Мгновенная смерть
Поскольку диоксид углерода, являясь инертным веществом,.ле
горит и не поддерживает горения, его применяют в качестве пожа-
ротушащего средства. Производство диоксида углерода относят к
6*
163
пожаро- и взрывобезопасному. Однако в аварийных случаях »тв
производство становится взрывоопасным, так как жидкий диоксид
углерода, находящийся в закрытом сосуде, при нагреве обладав
большой силой расширения, которая при несоблюдении правил
безопасности может привести к разрыву сосуда.
Основные требования безопасности к технологическому процес*
су производства диоксида углерода должны учитывать не тольхв
факторы опасности и вредности, обусловленные свойствами самого
диоксида углерода, по и все другие факторы, возникающие вслед»
ствие использования различных источников сырья для получений
СО2. Так, при утилизации СО2 из газов химических и коксогазовых ।
заводов опасность производства СО2 связана с использованием га» |
зовых смесей, содержащих вредные примеси или компоненты, кото#'
рые способствуют возникновению пожаро- и взрывоопасных св*
туаций.
В помещениях производства СО2 из газов спиртового брожени#
может возникнуть в аварийных ситуациях пожаро- и взрывоопао.
ность из-за расположения этих помещений вблизи от цехов длж
производства спирта, являющегося пожаро- и взрывоопасным вм
ществом. Производство жидкого и твердого СО2, организованно!
на базе утилизации газов ацетоно-бутилового брожения, относят в
взрывоопасному. *
Если производство жидкого и твердого СО2 осуществляется ns
каскадному циклу с аммиачной служебной холодильной установ|
кой, оно считается вредным и опасным. СогласноТОСТ 12.1.007—7(
смесь воздуха с парами аммиака при его содержании 15—28 % ni
объему (107—200 мг/л) является взрывоопасной. Если концентра
Таблица 35
Вещество
Предельно
допустимая
концентрация,
мг/м*
Класс
опасности
Аммиак '20
Ацетон 200
Оксид углерода 20
Сероводород 10
Серный ангидрид 1
Сернистый ангидрид 10
Сода кальцинированная 2
Спирт этиловый 1000
Ртуть металлическая 0,01 —0,005
Цианистый водород, соли синильной кисло- 0,3
ты (в пересчете на HCN)
Моноэтаноламин 0,5
ция аммиака в воздухе составляет 11 % объемных (78,5 мг/л) и!
имеется открытое пламя, то начинается горение аммиака. Аммиак j
даже при незначительных концентрациях обладает предупреждаю-F
164
щнм запахом и раздражающе действует пл глаза и слизистые обо-
лочки носоглотки. Жидкий аммиак вы n.ii>;iei ожош кожи.
В зависимости от вида применяемого п< хо.июю сырья и соот-
петствующего технологического процесса при производстве диокси-
да углерода используются вещества, ирисуiсi вне которых в возду-
«е производственных помещений недопус|пмо в количествах, пре-
вышающих нормы. В воздух помещений ин вещества попадают
при неполадках в оборудовании, продувке аппаратов и всей систе-
мы во время профилактического и капитального ремонтов и др.
Предельно допустимые концентрации некоторых вредных вел
ществ в воздухе рабочей зоны производственных помещений при-
ведены в табл. 35.N
ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ К ПРОЦЕССАМ ПРОИЗВОДСТВА ДИОКСИД <
УГЛЕРОДА
В зависимости от исходного сырья, используемого для получе-
ния диоксида углерода, осуществляется выбор технологической
схемы производства СОг и составляется технологический регла-
мент.
Основными требованиями осуществления безопасных процессов
производства диоксида углерода являются соблюдение норм тех-
нологического режима, правильная эксплуатация оборудования (в
том числе обеспечение герметичности оборудования, трубопрово-
дов и арматуры), наличие технических средств для получения свое-
временной информации о возникновении опасных и вредных произ-
водственных ситуаций на отдельных технологических операциях
(приборов контроля за точным исполнением технологического рег-
ламента с помощью автоматических регистрирующих приборов или
периодическая запись показывающих приборов обслуживающим
персоналом в рабочем журнале), своевременный профилактичес-
кий и капитальный ремонты оборудования. Как правило, профи-
лактический ремонт проводят ежемесячно в течение двух первых
или последних суток каждого месяца, п капитальный — один раз
в год в течение календарного месяца.
При составлении инструкции по эксплуатации оборудования не-
обходимо учитывать требования безопасности и охраны труда. Их
разрабатывают конкретно для каждого предприятия с учетом его
специфики. Эти инструкции входят в состав общего технологичес-
кого регламента данного предприятия.
Кроме инструкции по эксплуатации отдельного оборудования,
в технологический регламент включают сведения о целевом назна-
чении установки, описание машин и аппаратов, инструкцию по
пуску установки и ее выключению из работы, сведения о рекомен-
дуемых параметрах технологического режима работы установки
и отдельных ее элементов, указания по контролю за соблюдением
технологического режима, перечень возможных нарушений техно-
логического режима и способы их устранения, подробные указания
165
по оказанию первой доврачебной помощи пострадавшему на про
и.июдстве.
1) технологический регламент входят также должностные ин
струкцнн, инструкция по выключению оборудования и всей устя
попки в целом в аварийных ситуациях, инструкция по соблюдению
мер противопожарной безопасности.,
ТРЕБОВАНИЯ К ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ ПОМЕЩЕНИЯМ
По классификации СЭВ PC 887—74 помещения для произвол
ства и применения СО2, так же как и химические заводы, заводы
безалкогольных напитков, цехи мороженого, холодильники, молоч-
ные заводы, нефтеперерабатывающие заводы и др. относят к V
категории.
Автономные цехи сухого льда или жидкого СО2 (без котель-
ных), производящие диоксид углерода, по санитарньш нормам
проектирования промышленных предприятий (СН 245—71) отно-
сят к V классу предприятий. В соответствии с этим допустимое
расстояние от цехов для производства СО2 до ближайшего жилого
дома (величина санитарно-защитной зоны) 50 м.
По противопожарным нормам проектирования зданий и соору-
жений (СНиП II—А. 5—70) помещения, относящиеся к производ-
ству и применению чистого диоксида углерода, являются помеще-
ниями категории Д. При наличии котельной установки помещение,
в котором она расположена, относится к помещениям катего-
рии Г.
По степени взрывоопасности производственные помещения пред-
приятий, производящих СО2, относят к невзрывоопасным, если они
расположены автономно от помещений котельных установок.
При организации производства или потребления диоксида угле-
рода в комплексе с другими производствами здания с помещения-
ми различных категорий относятся к тем категориям помещений^
к которым предъявляют более строгие требования. i
В одном здании разные помещения можно относить к соответст-р
вующим им категориям только в том случае, когда &ни отделенц
от остальных частей здания капитальными строительными конст-
рукциями и самозакрывающимися плотными дверями.
Согласно нормам проектирования производственных зданий
промышленных предприятий (СНиП II—М. 2—72, п. 1.3), катего-
рии производств по взрывной, взрывопожарной и пожарной опас-?
ности следует принимать по нормам технологического проектиро-
вания или по специальным перечням производств, которые уста-
навливают категории взрывной, взрывопожарной и пожарной
опасности, составленным и утвержденным министерствами. Так,
для цехов, производящих диоксид углерода на базе специального
сжигания топлива и относящихся к системе Министерства торгов-
ли СССР, составлен перечень производств с определением их ка-
тегории по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности. По
166
|Т<>му перечню все помещения по производству диоксида углерода
служебных аммиачных холодильных машин, помещения для
•имотра, ремонта и гидравлических испытаний баллонов, для на-
полнения баллонов и других сосудов жидким диоксидом углерода,
склад баллонов и других сосудов, пустых и наполненных жидким
СОл помещения для производства и хранения сухого льда, а так-
же машинное отделение относят к помещениям категории Д. При
наличии аммиачной служебной холодильной установки помеще-
ние, в котором она расположена, относят к категории В1-6. Если
аммиачная служебная холодильная установка не отделена от ос-
тальной части производственного здания капитальными стенами,
нее помещения будут относиться также к категории В1-6.
Помещения для производства диоксида углерода из газов аце-
тоио-бутилового брожения по взрывоопасности относят к категории
помещений В-1 а (компрессорное отделение) п В-1г (газораспреде-
лительное отделение), а по пожароопасности — к помещениям ка-
тегории А. К электрооборудованию таких помещений предъявля-
ются соответствующие требования Правил устройства энергоуста-
новок (ПУЭ), Правил изготовления взрывозащищепного
электрооборудования (ПИВЭ) и Правил изготовления взрывоза-
щищенного и рудничного оборудования.
Оборудование для производства диоксида углерода можно раз-
мещать только в одноэтажных зданиях без чердачных перекры-
тий. Все производственные помещения, включая котельную и на-
полнительную станцию, можно располагать в одном здании с от-
делением друг от друга стенами из несгораемых материалов.
Только над складом сухого льда безопасно располагать другие
бытовые и служебные помещения. Склады сухого льда, пустых и
наполненных жидким диоксидом углерода баллонов также можно
размещать в одном корпусе с производственными помещениями.
Накопительные емкости с жидким низкотемпературным диоксидом
у1лсрода располагают как внутри, так и вне производственного
здания.
Вне производственного корпуса можно располагать оборудо-
вание для получения газообразного СОг из топлива. Особенно
оправдано такое расположение оборудования в южных районах
страны.
В рабочей зоне производственных помещений должны быть
обеспечены нормальные условия: температура воздуха 20—25 °C,
влажность 60—40 %, содержание вредных веществ в воздухе по-
мещений— не выше санитарных норм. Помещения оборудуются
системами отопления и общеобменной приточно-вытяжной и ава-
рийной вентиляции с отбором 2/3 воздуха из нижней зоны поме-
щения и '/з — из верхней.
Система приточной вентиляции должна обеспечить двукрат-
ный обмен, вытяжной — трехкратный.
В помещениях, в которых размещаются компрессоры для сжа-
тия СО2 из газов ацетоно-бутилового брожения, должна быть
постоянно действующая вентиляция из-под пола.
1*7
В сухоледное отделение в зимнее время возду подается поло»
гретым.
В производственных помещениях должно быть аварийное низ-
ковольтное освещение от независимого источника света, автомат»
чески включающегося в случае выключения основного освещения
ОСВИДЕТЕЛЬСТВОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ МАШИН И АППАРАТОВ
После монтажа установки, а также после капитального ремон-
та перед эксплуатацией система аппаратов и трубопроводов тща-
тельно продувается от песка и окалины и испытывается отдельны-
ми участками воздухом на давление (табл. 36) [25].
Т а б л и и а 36
Аппараты и трубопроводы
Избыточное давление
испытания аппаратов
(сосудов), кПа
пробное
на прочность
рабочее
на плотность
На стороне всасывания компрессора
при получении жидкого СО8 высокого 200 70
давления и сухого льда в льдогенера- торах при получении сухого льда в прессах 750 600
от I ступени сжатия до II ступени 1300 1000
всасывания от II ступени сжатия до III ступени 3500 2800
всасывания На стороне нагнетания после III ступени 10000 8000
сжатия компрессора
При испытании системы на прочность под пробным давлением;
система должна выдерживаться в течение 5 мин. Аппарат и трубо-
проводы признаются выдержавшими испытание, если не обнару-
жится пропусков воздуха, не окажется признаков разрыва метал-
ла аппаратов, а также заметных остаточных деформаций после
испытаний.
Кроме того, система испытывается на плотность (герметич-
ность) сварных и разъемных соединений. Испытание на плотность
проводится в течение 12 ч после предварительного выравнивания
температур внутренней и окружающей сред в течение 6 ч. Во вре-
мя испытаний на плотность утечек воздуха в сварных швах, флан-
цевых соединениях и сальниках арматуры не должно быть обнару-
жено.
Работающие под давлением сосуды и установки для производ-
ства диоксида углерода подлежат регистрации в местных органах
Госгортехнадзора СССР и периодически подвергаются техническим
освидетельствованиям (внутреннему осмотру и гидравлическому
испытанию).
168
И1КОТОРЫЕ УСЛОВИЯ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТАНОВОК ДЛЯ
ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
Одним из особых условий безопасной эксплуатации устано*
••ок для производства и потребления диоксида углерода является
(необходимость предотвращения возможности образования сухого
дьда в элементах установки. В производственных условиях неже-
лптельное преобразование жидкого и газообразного СОг в твердый
может происходить при утечках СО2 через неплотности в соедине-
ниях, резком и внезапном увеличении расхода СО2 из сосудов с
жидким СО2, наличии воздуха в установке, которая работает при
давлениях, близких к тройной точке. Чтобы исключить эту воз-
можность, следят за плотностью системы, отсутствием утечек и
равномерностью расходования жидкого СО2 из сосудов.
Кроме того, при срабатывании предохранительных клапанов.
Которые установлены на сосудах, почти заполненных жидким
диоксидом углерода, в клапанах также может образовываться
сухой лед, закрывающий выход газу и создающий аварийную
ситуацию.
Поэтому для безопасной работы этих сосудов и всей установки
в целом особенно важно соблюдать нормы их заполнения.
Аварийные ситуации из-за образования пробок сухого льда мо-
гут создаваться при кратковременных остановках работающего
компрессора, если его вовремя не отключить от конденсатора, за-
полненного жидким СО2. Вследствие утечек СО2 из конденсатора
в атмосферу через клапаны, цилиндры и сальник штока компрес-
сора и падения давления с рабочего до атмосферного, в цилиндре
и клапане III ступени компрессора образуется сухой лед. Включе-
ние компрессора в таком состоянии приведет к его аварии. Для
исключения этого на трубопроводе до конденсатора монтируется
запорный вентиль, который закрывают при остановках компрес-
сора и наличии жидкого СО2 в конденсаторе. После пуска компрес-
сора в работу и создания давления до вентиля выше давления
тройной точки его открывают.
Диоксид углерода обладает низкими критическими параметра-
ми, что вызывает необходимость обеспечения условий конденса-
ции СО2 при докритических давлениях и температурах. Для уста-
новок, работающих на чистом диоксиде углерода, это осуществимо
при наличии охлаждающей воды, температура которой на 11—
8 °C ниже критической (т. е. не выше 20—23 °C). При работе на
газообразном СО2, содержащем воздух, необходима охлажденная
или артезианская вода, при использовании газовых смесей — кипя-
щий холодильный агент и непрерывное выведение пеконденсирую-
щихся компонентов СО2 в атмосферу.
При этом важно не допустить увеличения концентрации СО2 в
воздухе производственных помещений выше нормального.
При повышенной концентрации СО2 в аварийных ситуациях
работать в помещениях разрешается только в шланговых проти-
169
вогазах ПШ-1 или кислородных изолирующих приборах КИП*}
В этих условиях фильтрующие противогазы непригодны.
Для внутреннего осмотра оборудования применяют шланговый
противогаз и комбинированный (лямочный) пояс с прикреплениоп
к нему веревкой, конец которой должен быть у другого рабочего
находящегося снаружи сосуда. Убедиться в наличии СОг в воздух»
помещения можно проверкой воздуха с помощью спички, свечки
или небольшого факела. При наличии в воздухе около 12 % СО.
спичка гаснет.
ПЕРВАЯ ДОВРАЧЕБНАЯ ПОМОЩЬ
Пострадавшего от повышенной концентрации СОг в помещении
немедленно выносят из зараженной атмосферы на свежий воздух
и обеспечивают покой. При необходимости делают искусственное
дыхание, предварительно расстегнув одежду К тяжелопострадав
шему вызывают врача или направляют его в медицинский пункт
предприятия.
При тепловом ожоге горячим раствором, паром и горячей во*
дой на обожженное место накладывают марлю или вату, обильно
смоченную раствором марганцовокислого калия.
При попадании брызг раствора моноэтаноламина в глаза их не*
медленно промывают чистой холодной водой.
При порезах и ранениях пострадавшему накладывают стериль-
ный тампон на рану и забинтовывают. При этом рану ничем не
промывают. После оказания первой доврачебной помощи постра*
давшего срочно направляют в медицинский пункт.
При отравлении парами соляной или серпой кислот (например,
в лаборатории при подготовке реактивов) пострадавшего выводят
на воздух и обеспечивают покой.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. СВОЙСТВА СО2
Таблица 1
Термодинамические свойства СОа на линии равновесия кристалл — пар [ 1 ]
т. к t. сС р р*'. КГ/м1 РТВ’ кг/м1 V" , м’/кг гтв’ дм’/кг кДж/кг *тв* кДж/кг г, кДж/кг 2 h .-s’ S , ТВ’ кДж/(кг*К)
кПа кгс/см1 мм рт. ст.
216,58 —56,57 518,6 5,289 3890,7 13,797 1501 0,07248 0,666 728,7 181,1 547,6 4,245 1,712
210 —63,15 327,7 3,343 2458,5 8,920 1525 0,1121 0,656 727,7 172,2 555,5 4,315 1,67
200 —73,15 155,2 1,583 1164,3 4,329 1552 0,2310 0,644 725,7 159,0 566,7 4,435 1,606
194,68 —78,47 101,32 1,033 760 2,825 1563 0,3539 0,6397 723,0 152,2 570,8 4,502 1,571
190 —83,15 68,34 0,697 512,7 1,986 1572 0,5035 0,6361 720,7 146,4 574,3 4,564 1,541
180 —93,15 27,51 0,281 206,4 0,841 1587 1,1893 0,630 715,4 134,2 581,2 4,700 1,475
170 — 103,25 9,918 0,101 74,41 0,322 1600 3,1085 0,625 709,3 122,4 589,6 3,861 1,408
160 —113,15 3,126 0,0319 23,45 0,109 1610 9,2023 0,621 703,3 111,0 592,3 5,004 1,339
150 —123,15 0,835 0,0085 6,264 0,031 1618 31,847 0,618 697,1 100,0 597,1 5,249 1,268
140 —133,15 0,183 0,00187 1,373 — 1626 — 0,615 693,85 89,35 604,5 5,512 1,194
130 —143,15 0,031 0,00032 0,2326 1632 — 0,613 — 79,02 — — 1,118
0 —273,15 — — — 1719 —. — — — 596,5 — —
Таблица 2
2 Термодинамические свойства С0а на линии равновесия жидкость — пар [1]
Ь °C р Г'. кДж/кг Г, кДж/кг г, кДж/кг S*.
кПа кгс/см1 р", кг/м’ р', кг/м* о", дм ’/кг U*, дм3/кг кДж/(кг К) кДжДкг.К)
—56,57 518,6 5,2897 13,797 1178,7 72,48 0,8484 728,7 366.5 362,2 4,245 2,565
—66,0 534 5,45 14,20 1176,6 70,42 0,85 732,6 387,3 345,3 4,249 2 .660
—54,0 580 5,92 15,36 1169,7 65,10 0,855 733,4 391 ,0 342,4 4,238 2,676
— 52,0 630 6,43 16,61 1162,6 60,20 0,86 734,1 394,7 339,5 4,227 2,692
—50,0 683 6,97 17,95 1155,4 55,71 0,866 734,8 398,3 336,5 4,216 2,708
—48,0 739 7,54 19,38 1148,1 51,60 0,871 735,5 402,0 333,5 4,205 2,724
—46,0 800 8,16 20,91 1140,6 47.82 0,877 736,1 405.7 330,4 4,194 2,740
—44,0 864 8,82 22,54 1133,0 44,96 0,883 736.7 409,4 327,3 4,183 2,755
—42,0 932 9,51 24,27 1125,3 41,20 0,889 737,2 413,2 324.7 4,173 2,771
— 40,0 1004 10,24 26,10 1117,5 38,31 0,895 737,7 416,9 320,6 4,162 2,787
—38,0 1008 11,02 28,06 1109,5 35,64 0,901 738,1 420,8 317,4 4,152 2,803
—36.0 1160 11,83 30,13 1101,3 33,19 0,908 738,5 424,6 313,9 4,142 2,819
—34.0 1245 12,70 32,32 1093,1 30,94 0,915 738.9 428,6 310,3 4,132 2,835
—32,0 1334 13,61 34,64 1084,7 28,87 0,927 739,2 432,5 306,6 4,122 2,852
—30,0 1428 14,57 37,10 1076,2 26,95 0,929 739,4 436.5 302,9 4,113 2,867
— 28,0 1526 15,57 39,69 1067,5 25,20 0,937 739,6 440,6 299,0 4,103 2,884
—26,0 1630 16,63 42,45 1058,7 23,56 0,945 739,7 444,6 295,0 4,093 2,900
—24,0 1738 17,73 45,35 1049,7 22,05 0,953 739,8 448,8 291 ,0 4,084 2,916
—22,0 1851 18,88 48,43 1040,6 20,65 0,961 739,8 453.0 286,8 4,074 2,933
—20.0 1970 20,09 51,69 1031,3 19,35 0.971 739,7 457.2 282,5 4,065 2,94 9
— 18,0 2094 21,36 55,13 1021,8 18,14 0,979 739,5 461 ,5 278,1 4,055 2,966
— 16,0 2223 22,67 58,78 1012,2 17,01 0,988 739,3 465,8 273,5 4,046 2,982
-14,0 2359 24,06 62,65 1002,4 15,96 0,998 739,0 473,1 268.9 4,036 2,999
— 12,0 2500 25,50 66,75 992,3 14,98 1 ,008 738,6 474,6 264,1 4,026 3,016
— 10,0 2647 27,00 71,10 982,0 14,06 1,018 738,1 479,0 259,1 4,017 3,032
—8,0 2801 28,57 75,72 971,5 13,21 1 ,029 737,6 483,6 259,0 4,007 3,049
—6,0 2961 30,20 80,64 960,7 12,40 1,041 736,9 488,2 248,7 3,996 3,066
—4,0 3128 31,91 84г,88 949,6 11,64 I ,053 736,1 492,9 243,2 3,986 3,083
—2,0 3301 33,67 91,47 938,1 10,93 1 ,066 735 Л 497,6 237,5 3,976 3,100
0,6 3482 35,52 97,45 926,3 >0,26 I ,080 734,1 502,4 231 .7 3,965 3.117
2,0 3670 37,42 103,86 914,1 9,63 1 ,094 732,8 507,3 225,3 3,954 3,134
4.0 3865 39,42 110.76 901 ,5 9,03 1,109 731 ,5 512,3 219,1 3.942 3,152
6,0 4068 41 ,43 118,19 888,3 8,46 1,126 729,9 517,5 212,4 3,930 3,170
8,0 4279 43,65 126,23 874,5 7,92 1,144 728,1 522,7 205,4 3,918 3,188
10,0 4499 45,89 134,98 860,1 7Г41 I ,163 726,1 528,1 198,0 3,905 3,206
12,0 4726 48,21 144,55 844,9 6,92 1,184 1,195 723,8 533,6 190,6 3,891 3.224
13,0 4844 48,21 149,68 837,0 6,682 722,5 536,5 186.0
13,5 4903 50,01 152,34
... . 14.0 4863
t, °C
p p', кг/м*
кПа p , кг/ма кгс/см1
14.5 5024 51.24 157,88 824,6
15.0 5085 51.87 160,76 820,3
15.5 5147 52.5 163,72 816,0
16,0 5209 53.13 166,77 811,6
16.5 5272 53,77 169,90 807,1
17,0 5335 54,4 173,12 802,5
17,5 5399 55.07 176,45 797,8
18.0 5464 55,73 179,88 793,0
18,5 5529 56,4 183,42 788,2
19,0 5595 57,07 187,08 783,2
19.5 5662 57,75 190,87 778,1
20.0 5729 58.44 194,80 772.8
20.5 5797 59,13 198,87 767.5
21 ,0 5865 59,82 203,10 762,0
21.5 5934 60,53 207,50 756,3
22,0 6004 61,24 212,09 750,5
22.5 6074 61.95 216,00 744,4
23.0 6145 62.60 221.90 730,2
23.» «217 63.41 227.X 731 Л
24.0 42*4 f-4.15 232^0 T».l
^4 i 4-i .09 »5«
rCe •-» 43 C М-» Л: • ; ж
A - 9 cl J _ 4
> I ъ •&» c »c
4» T—w ЗВк 4АГ
r-.X V* * 1 «T9 2
3 Ml « SJ 3C.J* 44»
2».i vHC -J ьз ЖЛ* ШЛ
eri ‘VH3 Ж X •67 Л
29.0 7*50 гало 396.If 655. J
29.5 7230 72 .73 «1.17 621.7
30.0 7211 73.35 349.36 606.±
30.5 7292 74.38 374.36 587,7
31.05 7383 75.31 468.16
O*z, ДМ*/КГ и', дм’/кг кДж/кг г, кДж/кг г, кДж/кг S", кДжДкгК) S', кДж/(кг-К)
6,334 1,213 720,4 540,8 179,6 3,872 3,248
6,220 1 ,219 719,7 542,3 177,4 3,869 3,253
6,108 1,225 718,9 543,8 175,1 3,865 3,258
5,996 1 ,232 718,1 545,3 172,8 3,861 3,263
5,886 1 ,239 717,3 546,9 170,4 3,856 3,268
5,776 1,246 716,5 548,4 168,0 3,852 3,273
5,664 1,253 715,6 550,0 165,6 3,848 3,279
5,559 1 ,261 714,7 551,6 163,1 3,844 3,284
5,452 1 ,269 713,7 553,3 160,5 3,839 3,289
5,345 1,277 712,7 554,8 157,9 3,835 3,294
5,285 1,285 711,7 556,5 155,2 3,830 3,300
5,133 1,294 710,6 558,2 152,5 3,825 3,305
5,028 1 ,203 709,5 559,9 149,6 3,820 3,31!
4,924 1 ,312 708,3 561,6 146,7 3,815 3,316
4,819 1 ,322 707,1 563,4 143,7 3,810 3,322
4,715 1,332 705,8 565,2 140.6 3.804 3.328
4,611 1,343 704.5 567.0 137.5 З.-^е ? з:<
4.507 1.355 763.1 566.6 134.2 1
4-463 1-366 761 .6 576.6 136.» 546
Ж 5ГТ.8 Е7 2
ия 6 4
466 «Ш • * » -
₽-в - •
- v Ж к
<• » W iM f
• «а» 2 к
м ’ ЪЛ/Л 5^ у
Z • - » i » «ас 1 5* ♦ 7 _i г
• .5*4 4П1 65Л • п
5.246 1 .574 674.2 567.4 Т». 9 4 1
3.626 1 .608 672.1 600.8 71 .3 . 44 1
2.862 1 .650 667,0 604 .6 62.4 3 65 * 4 > J
2.671 1 ,702 660,2 609,1 51.1 3,636 .463
2,136
634,3
0,0
3,552
Т а б л и
Термодинамические свойства диоксида углерода для однофазной области
при Т=218,15—473,15 К, р= 100-40000 кПа [1]
р, кПа р, кг/мв кДж/кг S, кДж/1кг-К) cv' кДж/(кг-К) Ср' 1 кДж/(кг-К) 1
т= =218,5 К (—55 °C)
МЛ, юо 2,46 743,3 4,6026 0,582 0,785
3* 7,61 739,0 4,3810 0,617 0,852
500 13,12 734,4 4,2690 0,657 0,935
1и<? 700 1173,45 389,2 2,6679 0,864 1,830
Л'чЛ-и 900 1173,86 389,3 2,6673 0,865 1,828
1174,26 389,3 2,6663 0,866 1,826
Д-~—"1300 1174,66 389,4 2,6663 0,867 1,825
1500 1175,06 389,5 2,6658 0,868 1,823
1700 1175,46 389,5 2,6653 0,869 1,821
1900 1175,86 389,6 2,6648 0,870 1,819
2100 1175,25 389,6 2,6643 0,871 1,818
2300 1176,65 389,7 2,6638 0,872 1,816
2500 1177,04 389,8 2,6633 0,873 1,814
2700 1177,43 389,8 2,6628 0,874 1,813
2900 1177,82 389,9 2,6623 0,875 1,811
3100 1178,21 390,0 2,6619 0,876 1,809
3300 1178,60 390,0 2,6614 0,877 1,808
3500 1178,99 390,1 2,6609 0,878 1,806
3700 1179,37 390,1 2,6604 0,879 1,804
3900 1179,76 390,2 2,6599 0,880 1,803
V/z % 3^ 4100 1180,14 390,3 2,6594 0,881 1,801
4300 1180,52 390,3 2,6590 0,882 1,800
4500 1180,90 390,4 2,6585 0,883 1,798
4700 1181,28 390,5 2,6580 0,884 1,796
4900 1181,66 390,5 2,6575 0,885 1,795
5100 1182,04 390,6 2,6570 0,885 1,793
5300 1182,42 390,7 2,6566 0,886 1,792
5500 1182,79 390,7 2,6561 0,887 1,790
5700 1183,17 390,8 2,6556 0,888 1,789
5900 1183,54 390,9 2,6552 0,889 1,787
6100 1183,91 390,9 2,6547 0,890 Ж 786
бГ<37Зб300 1184,28 391,0 2,6542 0,891 1,784
' 6500 1184,65 391,1 2,6538 0,892 1,783
6700 1185,02 391,1 2,6533 0,892 1,781
6900 1185,39 391,2 2,6528 0,893 1,780
t 7100 1185,76 391,3 2,6524 0,894 1.778
7у, Yb 7300 1186,12 391,3 2,6519 0,895 1,777
— 7Ь(ЙГ 1186,49 391,4 2,6515 0,896 1,775
/СЛ 10000 1190,96 392,3 2,6459 0,905 1,757
Т=223,15К (—50 °C)
loo 2,40 747,2 4,6193 0,586 0,787
300 7,42 743,2 4,3991 0,615 0,845
500 12,74 739,0 4,2888 0,648 0,915
700 В55,45 398,3 2,7080 0,823 1,824
900 1155,91 398,4 2,7074 0,824 1,822
174
Продолжение табл. 3
я. кПа Р, кг/м’ кДж/кг S, кДжДкг-К) кДж/(к1 К) L Р' кДж/(кг-К) а, м/с
поо 1156,36 398.4 2,7069 О.К24 1.820 988,4
1300 1156,31 398,5 2,7063 0,825 1,818 989,2
1500 1157,26 398,5 2,7058 0,82(1 1,816 990,0
1700 1157,71 398,6 2,7052 0,827 1,814 990,8
1900 1158,16 398,6 2,7047 0,828 1.812 991,6
2100 1158,60 398,7 2,7041 0,829 1,810 992,4
2300 1159,04 398,7 2,7036 0,829 1,808 993,1
2500 1159,48 398,8 2,7031 0,830 1,806 993,9
2700 1159,92 398,9 2,7025 о.км 1,804 994,7
2900 1160,36 398,9 2,7020 0.812 1,802 995,5
3100 1160,80 399,0 2,7015 0.832 1,800 996,3
3300 1161,23 399,0 2,7009 0.813 1,798 997,0
3500 1161,67 399,1 2,7004 0.8Ц 1,797 997,8
3700 1162,10 399,1 2,6999 0,8,15 1.795 998,6
3900 1162,53 399,2 2,6994 0.815 1.793 999,4
4100 1162,96 399,2 2,6988 0.8 И» 1,791 >000,1
4300 1163,39 399,3 2,6983 0.KW 1,789 1000,9
4500 1163.81 399,3 2,6978 0,8 18 1.787 1001,7
4700 1164,24 399,4 2,6973 0,838 1,786 1002,5
4900 1164,66 399,5 2.6968 0.819 0.840 1,784 1003,2
5100 1165,08 399,5 2,6963 1,782 1004,0
5300 1165,50 399,6 2,6958 0.841 1,780 1004,8
5500 1165,92 399,6 2,6952 0,841 1,779 1005,6
5700 1166,34 399,7 2,6947 0,842 1,777 1006,3
5900 1166,76 399,7 2,6942 О.МЛ 1,770 1007,1
6100 1167,17 399,8 2.6937 0.843 1,773 1007,9
6300 1167,58 399,9 2.6932 0.844 1,772 1008,7
6500 1167,99 399,9 2,6927 0.846 1,770 1009,4
6700 1168,41 400,0 2,6922 0,84h 1,708 <010,2
6900 1168,81 400,0 2,6917 0.840 1,707 1011,0
7100 1169,22 400,! 2,6912 0,84/ 1,700 1011,7
7300 1169,63 400,2 2,6907 0.84/ 1,70.1 1012,5
7500 1170,03 400,2 2,6902 0.И4Н 1.702 Ю13.3
10000 1174,99 401,0 2,6842 0,855 1.742 1023,0
12500 1179,77 401,8 2.6784 0.8О2 0.81.8 1,723 1032,7
15000 1184,37 402,7 2,6728 1,7<»П 1042,5
17500 1188,82 403,6 2,6674 O.HZ 1 1,08» 1052,4
20000 1193,11 404,5 2,6622 0.8// 1 ,0/3 1062,5
22500 1197,26 405,5 2,6571 0.881 1 ,ОМ 1072,7
25000 1201,29 406,5 2,6522 0,884 1,043 1083,1
27500 1205,19 407,5 2,6474 Ь.ПШь 1 ,«w 1093,7
30000 1208.98 408,5 2,6428 0,888 0.8Ж1 0.800 1,010 1104,4
32500 1212.65 409,6 2,6383 1,003 1,000 1115,3
35000 1216,23 410,7 2,6339 1126,4
Т=-233,15 К (- 40"<)
100 2,30 755,1 4,6524 0.Ш 0,702 239,8
300 7,06 751,6 4,4345 0,П14 0,837 236,3
500 12,06 748,0 4,3268 0.П1Й П,МШ 232,7
700 17,36 744,1 4,2511 0,554 0,040 228,8
900 23,01 740,1 4,1905 n.nu 1 1.022 224,6
1100 1117,73 417,0 2.7866 0.ЙЛ 1 ,0118 896,3
1300 1118,30 417,0 2,7860 О.ЙЛ 1,890 897,6
17$
Продолжение табл. 3
р, кПа р, кг/м® кДж/кг S, кДж/(кг К) CV, кДж/(кг-К) с Р' кДж/(кг-К) а, м/с
1500 1118,87 417,0 2,7853 0,825 1,893 898,У
1700 1119,44 417,0 2,7847 0,826 1,890 900,3
I900 1120,00 417,1 2,7841 0,826 1,887 901,6
•2100 1120,56 417,1 2,7834 0,827 1,885 902,4
2300 1121,12 417,1 2,7828 0,827 1,882 904,0
2500 1121,67 417,2 2,7822 0,828 1,880 905,3
2700 1122,23 417,2 2,7815 0,828 1,878 906,5
2900 1122,78 417,2 2,7809 0,829 1,875 907,8
3100 1123,33 417,3 2,7803 0,829 1,873 909,0
3300 1123,87 417,3 2,7797 0,830 1,870 910,3
3500 1124,41 417,3 2,7790 0,830 1,868 911,8
3700 1124,95 417,4 2,7784 0,831 1,866 912,7
3900 1125,49 417,4 2,7778 0,831 1,863 914,0
4100 1126,03 417,4 2,7772 0,831 1,861 9)5,2
4300 1126,56 417,5 2,7766 0,832 1,859 916,4
4500 1127,09 417,5 2,7760 0,832 1,854 917,6
4700 1127,62 417,5 2,7754 0,833 1,854 918,8
4900 1128,15 417,6 2,7748 0,833 1,852 920,0
5100 1128,67 417,6 2,7742 0,834 1,850 921,2
5300 1129,19 417,7 2,7736 0,834 1,848 922,4
5500 1129,71 417,7 2,7730 0,835 1,846 923,6
.5700 1130,23 417,7 2,7724 0,835 1,843 924,7
5900 1130,75 417,8 2,7718 0,836 1,841 925,9
6100 1131,26 417,8 2,7712 0,836 1,839 927,1
G300 1131,77 417,9 2,7706 0,836 1,837 928,3
6500 1132,28 417,9 2,7700 0,837 1,835 929,4
6700 1132,78 417,9 2,7695 0,837 1,833 930,6
6900 1133,29 418,0 2,7689 0,838 1,831 931,7
7100 1133,79 418,0 2,7683 0,838 1,829 932,9
7300 1134,29 418,1 2,7677 0,838 1,827 934,1
7500 1134,79 418,1 2,7672 0,839 1,825 935,2
10000 1140,86 418,7 2,7602 0,844 1,801 949,3
12500 1146,65 419,3 2,7535 0,848 1,779 962,9
15000 1152,19 420,0 2,7470 0,851 1,759 976,3
17500 1157,49 420,7 2,7409 0,854 1,740 989,5
20000 1162,60 421,5 2,7349 0,857 1,723 1002,5
22500 1167,51 422,3 2,7291 0,859 1,706 1015,4
25000 1172,24 423,1 2,7236 0,860 1,690 1028,2
27500 1176,80 424,0 2,7182 0,861 1,675 1041,0
30000 1181,21 424,9 2,7129 0,862 1,661 1053,8
•32500 1185,48 425,8 2,7078 0,862 1,647 1066,6
35000 1189,61 426,7 2,7029 0,862 1,634 1079,4
37500 1193,62 427,7 2,6981 0,862 1,621 1092,3
-40000 1197,50 428,7 2,6934 0,861 1,609 1105,2
Т=243,15К (—30 °C)
100 2,20 763,0 4,6857 0,602 0,800 244,6
300 6,73 760,0 4,4694 0,617 0,834 241,6
500 11,47 756,8 4,3637 0,634 0,873 238,5
700 16,43 753,5 4,2902 0,653 0,918 235,2
900 21,66 749,9 4,2322 0,673 0,971 231,/
1100 27,19 746,2 4,1828 0,696 1,033 228,0
1300 33,09 742,1 4,1389 0,722 1,108 224,1
1500 1076,43 436,5 2,8671 0,862 2,010 799,6
176
Продолжение табл. 3
Р, кПа Р, кг/м’ i, кДж/кг S. кДж/(кг-К) кДж/(кгК) с Р' кДжДкг-К} а. м/с
1700 1077,15 436,5 2,8664 0,862 2,007 801,4
1900 1077,88 436,5 2,8656 0,862 2,003 803,2
2100 1078,59 436,5 2,8648 0,863 2,000 805,0
2300 1079,31 436,5 2,8641 0,863 1,996 806,8
2500 1080,01 436,5 2,8633 0,863 1,993 808,6
2700 1080,72 436,5 2,8626 0,864 1,990 810,3
2900 1081,42 436,5 2,8618 0,864 1,986 812,0
3100 1082,11 436,5 2,8611 0,864 1,983 813,8
3300 1082,80 436,5 2,8604 0,864 1,980 815,5
3500 1083,49 436,5 2,8596 0,865 1,977 817,2
3700 1084,17 436,5 2,8589 0,865 1,974 818,9
3900 1084,85 436,6 2,8582 0,865 1,971 820,5
4100 1085,53 436,6 2,8574 0,865 1,968 822,2
4300 1086,20 436,6 2,8567 0,866 1,965 823,9
4500 1086,86 436,6 2,8560 0,866 1,962 825,5
4700 1087,53 436,6 2,8553 0,866 1,959 827,1
4900 1088,19 436,6 2,8546 0,867 1,956 828,7
5100 1088,84 436,6 2,8539 0,867 1,953 830,4
5300 1089,49 436,6 2,8532 0,867 1,950 832,0
ЪЬОи 1090,14 436,7 2,8525 0,867 1,948 833,6
5700 1090,79 436,7 2,8518 0,868 1,945 835,1
5900 1091,43 436,7 2,8511 0,868 1,942 836,7
6100 1092,07 436,7 2,8504 0,868 1,939 838,9
6300 1092,70 436,7 2,8497 0,868 1,937 839,8
6500 1093,33 436,7 2,8491 0,869 1,934 841,4
6700 1093,96 436,7 2,8484 0,869 1,932 842,9
6900 1094,58 436,8 2,8477 0,869 1,929 844,4
7100 1095,20 436,8 2,8470 0,869 1,926 846,0
7300 1095,82 436,8 2,8464 0,870 1,924 847,5
7500 1096,44 436,8 2,8457 0,870 1,921 849,0
10000 1103,87 437,1 2,8376 0,873 1,893 867,2
12500 1110,87 437,5 2,8299 0,876 1,867 884,4
15000 1117,51 438,0 2,8226 0,878 1,844 900,9
17500 1123,82 438,5 2,8156 0,880 1,823 916,8
20000 1129,84 439,1 2,8088 0,882 1,803 932,2
22500 1135,60 439,7 2,8024 0,883 1,786 947,2
25000 1141,12 440,4 2,7961 0,884 1,769 961,9
27500 1146,42 441,1 2,7901 0,885 1,753 976,4
30000 1151,51 441,9 2,7842 0,886 1,739 990,6
32500 1156,43 442,7 2,7785 0,886 1,725 1004,6
35000 1161,17 443,6 2,7731 0,886 1,712 1018,5
37500 1165,74 444,3 2,7677 0,886 1,699 1032,2
40000 1170,17 445,2 2,7625 0,886 1,688 1045,9
Т~ =253,15 К (—20 СС)
100 2,11 771,1 4,7189 0,612 0,808 249,2
300 6,44 768,3 4,5038 0,623 0,836 246,6
500 10,94 765,5 4,3994 0,635 0,866 243,9
700 15,62 762,6 4,3276 0,649 0,901 241,1
, 900 20,51 759,5 4,2714 0,664 0,940 238,1
1100 1300 25,62 31,01 756,2 752,8 4,2242 4,1827 0,680 0,697 0,985 1,037 235,1 231,9
1500 1700 36,71 42,78 749,2 745,4 4,1450 4,1099 0,717 0,739. 1,099 1,172 228,4 224,8
Зак. 982 177
Продолжение табл. Я
р. кПя р, кг/м* i, кДж/кг S. кДж/(кгК) cv кДж/(кг К) кДж/(кг К) а. м/i
1900 49,29 741,2 4,0762 0,765 1,263 220,9
2100 1031.92 457,2 2,9487 0,901 2,133 706.9
2300 1032,87 457,1 2,9478 0,901 2,128 709,3
2500 1033,80 457,1 2,9469 0,901 2,123 701,6
2700 1034,73 457,0 2,9460 0,901 2,118 714.0
2900 1035,65 457,0 2,9451 0,901 2,112 716.3
3100 1036,56 457,0 2,9442 0,901 2,108 718,G
3300 1037,46 456,9 2,9433 0,901 2,103 720.8
3500 1038,35 456,9 2,9424 0,901 2,098 723.1
3700 1039,24 456,9 2,9415 0,901 2,093 725,3
3900 1040,12 456,8 2,9406 0,901 2,089 727,5
4100 1040,99 456,8 2,9398 0,901 2,084 729.7
4300 1041,86 456,8 2,9389 0,901 2,080 731,8
4500 1042,72 456,8 2,9380 0,901 2,076 734.0
4700 1043,57 456,7 2,9372 0,901 2,071 736,1
4900 1044,41 456,7 2,9363 0,901 2,067 738,2*
5100 1045,25 456,7 2,9355 0,901 2,063 740,2
5300 1046,08 456,7 2,9347 0,902 2,059 742,3
5500 1046,91 456,7 2,9338 0,902 2,055 744,4
5700 1047,73 456,6 2,9330 0,902 2,051 746,4
5900 1048,54 456,6 2,9322 0,902 2,047 748,4
6100 1049,35 456,6 2,9314 0,902 2,043 750,4
6300 1050,15 456,6 2,9396 0,647 2,040 752,4
6500 1050,95 456,6 2,9298 0,902 2,036 754,3
6700 1051,74 456,6 2,9290 0,902 2,032 756,3-
6900 1052,52 456,6 2,9282 0,902 2,029 758,2*
7100 1053,30 456,5 2,9274 0,902 2,025 760,1
7300 1054,08 456,5 2,9266 0,902 2,022 762,0
7500 1054,85 456,5 2,9258 0,902 2,019 763,9
10000 1064,05 456,5 2,9164 0,904 1,980 786,5
12500 1072,60 456,6 2,9075 0,905 1,947 807,3
15000 1080,59 456,8 2,8992 0,907 1,919 826,9
17500 1088,10 457,1 2,8912 0,908 1,894 845,3
20000 1095,20 457,5 2,8837 0,909 1,872 862,9
22500 1101,94 457,9 2,8764 0,911 1,852 879,9
25000 1108,35 458,4 2,8695 0,912 1,834 896,2
27500 1114,47 459,0 2,8628 0,912 1,817 912,0
30000 1120,33 459,6 2,8564 0,913 4,802 927,4
32500 1125,95 460,2 2,8501 0,914 1,788 942,4
35000 1131,35 460,9 2,8441 0,914 1,774 957,1
37500 1136,55 461,7 2,8383 0,915 1,762 971,6
40000 1141,56 462,4 2,8326 0,915 1,750 985,8
Т= =263,15 К (- -10 ?С)
100 2,03 779,2 4,7513 0,621 0,817 253,7
300 6,18 776,7 4,5372 0,630 0,840 251,4
500 10,46 774,2 4,4339 0,640 0,865 249,0
700 14,90 771,5 4,3632 0,650 0,892 246,6
900 19,50 768,8 4,3084 0,660 0,923 244,1
1100 24,28 765,9 4,2627 0,672 0,957 241,5
1300 29,27 763,0 4,2230 0,685 0,995 238,8
1500 34,49 759,9 4,1873 0,699 1,039 235,9
1700 39,97 756,6 4,1545 0,714 1,089 233,0
1900 45,75 753,2 4,1237 0,731 1,148 229,9
178
Продолжение табл. 3
р. кПа Р, кг/м* 1, кДж/кг о, кДж/(кг К) 0* кДж/(кг-К) р» мДж/(кг К) а. м/с
2100 51,88 749,6 4,0943 0,749 1.217 226,6
2300 58,43 745,7 4,0657 0,770 1,302 223,1
2500 65,49 741,5 4,0374 0,794 1.406 219,4
2700 982,36 479,0 3,0321 0,933 2.191 615,8
2900 983,64 478,9 3,0309 0,933 мм 619,0
3100 984,91 478,8 3,0297 0,932 ajp 622,1
3300 986,16 478,7 3,0286 0,932 МИ 625,1
3500 987,40 478,6 3,0275 0,931 1JB 628,1
3700 988,62 478,5 3,0263 0,931 681,1
3900 939,83 478,4 3,0252 0,931 вМ,0
4100 991,02 478,4 3,0241 0,930
4300 992,19 478,3 3,0230 0,930 s К . /Кл
4500 993,35 478,2 3,0220 0,930 1Л Wi
4700 994,50 478,1 3,0209 0,929 эЯ а *1
4900 995,64 478,0 3,0198 0,929 2,я / 1т 1
5100 996,76 478,0 3,0188 0,929 2,IM, ’ 1
5300 997,87 477,9 3,0178 0,929 2, IM к 1
5500 998,97 477,8 3,0167 0,928 2,13
5700 1000,05 477,7 3,0157 0,928 2, in
5900 1001,13 477,7 3,0147 0,928 2,170
6100 1002,19 477,6 3,0137 0,928 2,164
6300 1003,25 477,6 3,0127 0,928 2.158
6500 1004,29 477,5 3,0117 0,927 2,152
6700 1005,32 477,4 3,0108 0,927 2.146
6900 1006,34 477,4 3,0098 0,927 2,14)
7100 1007,36 477,3 3,0088 0,927 2,135
7300 1008,36 477,3 3,0079 0,927 2,130
7500 1009,35 477,2 3,0070 0,927 2,125
10000 1021,07 476,7 2,9957 0,926 2,067
12500 1031,68 476,4 2,9854 0,926 2,022 там
15000 1041,42 476,3 2,9757 0,926 1,984 тШЛ
17500 1050,44 476,3 2,9667 0,927 1,952 1
20000 1058,86 476,5 2,9582 0,928 1,924 Е;1
22500 1066,76 476,7 2,9501 0,928 1,900 8Я>
25000 1074,22 477,0 2,9424 0,929 1,879
27500. 1081,29 477,4 2,9350 0,930 1,860 О
30000 1088,01 477,8 2,9280 0,931 1,843
32500 1094,43 478,3 2,9212 0,932 1,827
35000 1100,56 478,9 2,9146 0,932 1,813 900,*0
37500 1106,43 479,5 2,9083 0,933 1,800 918,1
40000 1112,08 480,1 2,9022 0,934 1,788 929,9
Т=273,15 К (0°С)
100 1,95 787,4 4,7827 0,631 0,826 258,1
300 5,94 785,1 4,5694 0,638 0,845 256,0
500 10,03 782,8 4,4670 0,646 0,866 254,0
700 14,26 780,4 4,3973 0,653 0,888 251,8
900 18,61 778,0 4,3434 0,662 0,913 249,6
1100 23,12 775,4 4,2989 0,670 0,940 247,4
1300 27,78 772,8 4,2604 0,680 0,969 245,1
1500 32,62 770,1 4,2261 0,690 1,002 242,7
1700 37,65 767,3 4,1949 0,701 1,039 240,2
1900 42,90 764,3 4,1660 0,712 1,080 237,7
2100 48,40 761,3 4,1387 0,725 1,128 235,0
2300 54,18 758,0 4,1126 0,739 1,182 232,2
7*
179
Продолжение табл. 3
р, кПа р. кг/м’ кДж/кг S, кДж/(кг-К) кДж/(кг-К) ср* кДж/(кг-К) в, М/<
2500 60,28 754,7 4,0874 0,755 1,245 229.3
2700 66,75 751,1 4,0627 0,772 1,320 226,3
2900 73,67 747,2 4,0382 0,791 1,411 223,0
3100 81,14 743,1 4,0136 0,812 1,523 219,5
3300 89,29 738,6 3,9885 0,837 1,666 215,7
3500 926,50 502,4 3,1169 0,960 2,533 525,7
3700 928,39 502,2 3,1153 0,959 2,514 529,9
3900 930,24 502,0 3,1138 0,958 2,496 534,1
4100 932,04 501,8 3,1123 0,957 2,478 538,2
4300 933,82 501,6 3,1108 0,955 2,462 542,2
4500 935,55 501,4 3,1093 0,954 2,446 546,1
4700 937,25 501,2 3,1078 0,954 2,431 550,0
4900 938,92 501,0 3,1064 0,953 2,417 553,7
5100 940,56 500,8 3,1050 0,952 2,403 557,4
5300 942,17 500,7 3,1036 0,951 2,389 561,1
5500 943,76 500,5 3,1022 0,950 2,377 564,6
5700 945,31 500,4 3,1009 0,949 2,364 568,1
5900 946,84 500,2 3,0996 0,949 2,352 571,6
6100 948,35 500,1 3,0983 0,948 2,341 574,9
6300 949,83 499,9 3,0970 0,947 2,330 578,3
6500 951,29 499,8 3,0957 0,947 2,319 581,5
6700 952,73 499,7 3,0944 0,946 2,309 584,8
6900 954,15 499,5 3,0932 0,946 2,298 587,9
7100 955,54 499,4 3,0920 0,945 2,289 591,1
7300 956,92 499,3 3,0907 0,945 2,279 594,1
7500 958,29 499,2 3,0895 0,944 2,270 597,2*
10000 973,88 497,9 3,0756 0,940 2,175 632,0
12500 987,48 497,1 3,0631 0,937 2,104 662,2
15000 999,62 496,5 3,0518 0,936 2,050 689,2
17500 1010,62 496,1 3,0413 0,936 2,005 713,7
20000 1020,72 495,9 3,0316 0,936 1,969 736,3
22500 1030,08 495,9 3,0225 0,936 1,938 757,3
25000 1038,81 496,0 3,0139 0,936 1,911 777,2'
27500 1047,00 496,1 3,0058 0,937 1,888 796.0
30000 1054,73 496,4 2,9980 0,938 1,868 813,9
32500 1062,06 496,7 2,9906 0,939 1,850 831,0
35000 1069,01 497,1 2,9835 0,939 1,834 847,6
37500 1075,65 497,6 2,9767 0,940 f*,819 863,5
40000 1082,00 498,1 2,9701 0,941 1,806 879,0
Т =283,15 К (1 0°С)
100 1,88 795,7 4,8132 0,641 0,836 262,4
300 5,71 793,6 4,6005 0,647 0,852 260,6
500 9,64 791,5 4,4987 0,653 0,869 258,7
700 13,67 789,3 4,4298 0,659 0,888 256,8
900 17,81 787,1 4,3767 0,665 0,908 254,9
1100 22,08 784,8 4,3330 0,672 0,930 252,9
1300 26,47 782,4 4,2955 0,679 0,954 250,9
1500 31,00 780,0 4,2623 0,687 0,980 248,9
1700 35,68 777,5 4,2322 0,695 1,008 246,8
1900 40,53 774,9 4,2046 0,704 1,039 244,6
2100 45,56 772,2 4,1787 0,713 1,073 242,4
2300 50,79 769,5 4,1543 0,723 1,111 240,1
2500 56,24 766,6 4,1310 0,733 1,154 237,8
180
Продолжение табл. 3
р, кПа р, кг/м" кДж/кг 5. кДж/(к: К) К) 'р* кДж/(кг-К) а, м/с
2700 61,94 763,6 4,1084 0.745 1,203 235,3
2900 67,92 760,5 4,0865 О. .".7 1,269 232,8
3100 74,23 757,2 4,0649 0. :П 1,324 230,1
3300 80,91 753,7 4,0436 0./Й0 1,399 227,3
3500 88,04 750,0 4,0222 0.И01 1,490 224,4
3700 95,69 746,1 4,0005 O.R’J'J 1,600 221,3
3900 103,99 741,8 3,9784 0.М1 1,737 218,0
4100 113,11 737,2 3,9554 0.MW I.9IS 214,4
4300 123,33 732,0 3,9310 O.HWi 8,157 210,4
4500 860,13 528,1 3,2058 0,ШИ) 8,0М 432,6
4700 863,29 527,6 3,2033 0,007 в, 944 438,8
4900 866,33 527,2 3,2010 0.ШН 444,8
5100 869,25 526,8 3,1987 0,001 >.Щ 450,6
5300 872,06 526,4 3,1965 0.970 VlW 1 456,2
5500 874,78 526,0 3,1944 0.0П f ' 461,7
5700 877,40 525,6 3,1923 О.ОУП liM 466,9
5900 879,95 525,3 3,1903 0,074 I1!! 472,0
6100 882,41 525,0 3,1883 0.071 476,9
6300 - 884.81 524,6 3,1864 0,060 481,7
6500 887,14 524,3 3,1845 o.w 486,4
6700 889,41 524,0 3,1827 у! «7 491,0
6900 891,62 523,8 3,1809 0,ШЙ I.M4 495,4
7100 893,78 523,5 3,1791 0.0Л.1 У.МУ 499,8
7300 895,88 523,2 3,1774 о,при У.MI 504,0
7500 897,94 523,0 3,1757 2.522 508,2
10000 920,42 520,4 3,1570 Q.W У.ЖЮ 553,8
12500 938,74 518,6 3,1412 Q.WJ 2,217 591,2
15000 954,39 517,4 3,1274 2.132 623,4
17500 968,14 516,5 3,1151 e.gr 2.008 651,9
20000 980,47 515,9 3,1038 i.M»» 2.017 677,6
22500 991,68 515,5 3,0934 1,976 701,2
25000 1001,99 515,2 3,0837 0.Й* 1.941 723,1
27500 1011,56 515,1 3,0747 1.912 743,7
30000 1020,49 515,2 3,0661 1,887 763,1
32500 1028,88 515,3 3,0580 1,865 781,5
35000 1036,79 515,5 3,0502 о,ЭД* 1,846 799,1
37500 1044,29 515,8 3,0428 !•№ 1.829 816,0
40000 1051,42 516,2 3,0357 0,041» 1,813 832,3
7=293,15 К (WT.J
100 1.82 804.1 4,8425 IMiriJ 0,845 266,6
W 802,2 4,6304 0,859 264,9
500 9,28 800,2 4,5292 O.ihiI 0,874 263,3
700 13,14 798,3 4,4608 O.WHt 0,890 261,6
900 17,09 796,1 4,4084 ' 9.Ю1 0,907 259,9
1100 21,15 794,0 4,3654 0,926 258,2
1300 25,31 791,9 4,3287 h.w 0,945 256,4
1500 29,58 789,7 4,2963 р.шм 0,966 254,7
1700 33,97 787,5 4,2671 0,004 0,988 252,8
1900 38,49 785,2 4,2404 Ot 01 1,013 251,0
2100 43,15 782,8 4,21» 4,1923 Qi w 1,039 249,1
2300 47,96 780,4 Qi in 1,068 247,2
2500 52,94 777,9 4,1708 VI 'VV 1,099 245,2
2700 2900 58,09 63,44 775,3 772,6 4,1491 4,1289 P* OJ П1 I.1U 1,134 1,172 243,2 241,1
181
Продолжение табл. 3
р. кПа р, кг/м’ it кДж/кг S, кДж/(кг-К) кДж/(кг К) СР» кДж/(кг-К) а, м/с
3100 69,01 769,9 4,1091 0,749 1,215 238,9
3300 74,82 767,0 4,0898 0,759 1,263 236,7
3500 80,90 764,0 4,0708 0,770 1,317 234,5
3700 87,28 760,9 4,0520 0,782 1,379 232,1
3900 94,02 757,6 4,0333 0,794 1,451 229,7
4100 101,16 754,1 4Л0145 0,809 1,535 227,1
4300 108,77 750.5 3,9955 0,824 1,634 224,4
4500 116,94 746,5 3,9761 0,841 1,754 22К6
4700 125,80 742,3 3,9561 0,860 1,903 218,6
4900 135,51 737,7 3,9352 0,882 2,093 215,4
5100 146,34 732,7 3,9131 0,907 2,346 212,0
5300 158,70 726,9 3,8890 0,937 2,702 208,1
5500 173,29 720,3 3,8621 0,973 3,254 203,8
5700 191,64 712,0 3,8302 1,019 4,261 198,6
5900 778,89 557,1 3,3008 1,030 4,040 340,9
6100 785,31 556,0 3,2963 1,022 3,842 350,9
6300 791,15 555,1 3,2921 1,016 3,682 360,0
6500 796,52 554,2 3,2882 1,010 3,549 368,6
6700 801,52 553,4 3,2845 1,005 3,436 376,7
6900 806,18 552,6 3,2811 1,000 3,339 384,3
7100 810,57 551,9 3,2779 0,996 3,253 391,5
7300 814,71 551,2 3,2748 0,992 3,178 398,4
7500 818,65 550,6 3,2718 0,989 3,111 405,0
10000 856,54 545,0 3,2426 0,961 2,621 470,5
12500 883,25 541,6 3,2211 0,948 2,390 518,8
15000 904,41 539,2 3,2035 0,940 2,248 557,9
17500 922,14 537,6 3,1884 0,936 2,150 591,3
20000 937,53 536,3 3,1750 0,933 2,077 620,7
22500 951,18 535,4 3,1630 0,932 2,021 647,3
25000 963,51 534,8 3,1519 0,931 1,975 671,6
27500 974,77 534,4 3,1417 0,931 1,938 694,1
30000 985,16 534,1 3,1321 0,932 1,906 715,1
32500 994,81 534,0 3,1231 0,932 1,879 735,0
35000 1003,85 534,0 3,1147 0,933 1,855 753,8
37500 1012,35 534,1 3,1066 0,933 1,835 771,7
40000 1020,37 534,4 3,0989 0,934 1,817 788,9
7 '=303,15 К (30 °C)
100 1,76 812,6 4,8710 0,662 0,855 270,7
300 5,31 810,8 4,6594 0,666 0.867 269,2
500 8,95 809,0 4,5586 0,670 0,’880 267,7
700 12,65 807,1 4,4907 0,674 0,894 266,3
900 16,44 805,2 4,4388 0,678 0,909 264,7
1100 20,31 803,3 4,3964 0,682 0,924 263,2
1300 24,26 801,3 4,3602 0,687 0,941 261,7
1500 28,31 799,3 4,3285 0,691 0,958 260,1
1700 32,45 797,3 4,3000 0,696 0,976 258,5
1900 36,70 795,2 4,2740 0,701 0,996 256,9
2100 41,06 793,1 4,2500 0,707 1,017 255,3
2300 45,54 790,9 4,2276 0,712 1,040 253,6
2500 50,14 788,7 4,2074 0,718 1,064 251,9
2700 54,88 786,4 4,1863 0,724 1,090 250,2
2900 59,76 784,0 4,1671 0,731 1,119 248,5
m
Продолжение табл. 3
Р, кПа р, кг/м* 1, кДж/кг 5. кДж/(кг К) нД*/(ю К) кДж/(кг-К) а, к/с
3100 64,80 781,7 4,1486 0,7 Ж 1,149 246,7
3300 70,01 779,2 4,1307 o./4ft 1,183 244.9
3500 75,41 776,6 4,1132 0.7FU 1,220 243,0
3700 81,00 774,0 4,0961 0,700 1,261 241,1
3900 86,82 771,3 4,0793 0.70Ц 1,306 239,2
4100 92,89 768,5 4,0627 0,7711 1,306 237,2
4300 99,22 765,6 4,0462 о, гм .4|3 235,2
4500 105,86 762,5 4,0297 0.7WI 233,1
4700 112,85 759,4 4,0132 0.810 230,9
4900 120,23 756,0 3,9965 0.ИУ.1 228,7
5100 128,07 752,5 3,9796 0,МЮ 226,4
5300 136,43 748,8 3,9623 О.М 1 224,0
5500 145,43 744,8 3,9445 221,5
5700 155,19 740,5 3,9261 "•Я 218,8
5900 165,89 735,9 3,9067 «.«Й 216,0
6100 177,80 730,8 3,8861 213,0
6300 191,31 725,2 3,8638 o,w i?W 209,8
6500 207,09 718,7 3,8390 o.wil B.llS 206,3
6700 226,35 710,9 3,8104 !-ЙЙ 202,2
6900 251,82 701,0 3,7749 .07 i *йв 1 S’ 197,4
7100 292,88 685,9 3,7227 190,8
7300 631,65 599,6 3,4365 ' А 1 ,072 227,7
7500 662,18 593,8 3,4162 Г-Ж ' ,963 251,2
10000 772,16 573,9 3,3394 4,935 376,9
12500 817,04 566,8 3,3056 олВ 2,680 443,1
15000 847,67 562,5 3,2815 и.Н 2,419 491,8
17500 871,48 559,6 3,2623 o.W 2,262 531,4
20000 891,18 557,5 3,2459 2'ЙЙ 9,156 565; 3
22500 908,11 555,9 3,2316 1 9,077 595,1
25000 923,03 554,8 3,2188 11,№ 1 2,017 622,0
27500 936,41 553,9 3,2071 1»,Н> 1,968 646,7
30000 948,58 553,3 3,1964 1,928 669,5
32500 359,75 552,9 3,1864 1,895 690,9
35000 970,11 552,6 3,1770 Й,1Й 1 1,866 711,0
37500 979,76 552,5 3,1682 n.W 1,842 730,0
40000 988,81 552,5 3,1598 0.W 1 1,820 748,2
Т= 304,20 К (31,0ft Ч |
100 1,75 813,5 4,8739 .1 ИП4 0,856 271,1
300 5,30 811,7 4,6623 «Ми»* 0,868 269,7
"ббо 87П ’ 809,9 4,5616 II lift» 0,881 268,2
700 12,60 808,0 4,4938 11,110 0,895 266,7
900 16,37 806,2 4,4419 II.H7II 0,909 265,2
1100 20,22 804,3 4,394*1 II 6«1 0,924 263,7
1300 24,16 802,3 4,3634 II. НИ/ 0,940 262,2
1500 28,18 800,3 4,3317 0,6119 0,957 260,7
1700 32,31 798,3 4,3033 11,6<1Г 0,975 259,1
1900 36,53 796,2 4,2774 0JIW 0,995 257,5
2100 40,86 794,1 4.2S3A » 7»Г 1,015 255,9
2300 45,31 792,0 4,2311 ». 719 1,037 254,2
2500 49,87 789,8 4,2101 0, Г (и 1,061 252,6
2700 54,57 787,5 4,1901 II 04 1,087 250,9
2900 59,41 785,2 4,1700 и I II) 1,114 249,2
133
Продолжение табл. 3
р, кПа Р, кг/м® 1 1, кДж/кг 3, кДж/(кг-К) % кДж/(кт К) СР* кДжДкгК) а, м|е
3100 64,41 782,9 4»1525 0,737 1,144 247,4
3300 69,66 780,4 4,1347 0,744 1,177 245,7
3500 74,90 777,9 4,1174 0,751 1,212 243,8
3700 80,43 775,3 4,1004 0,759 1,252 242,0
3900 86,17 772,7 4,0838 0,767 1,295 240.1
4100 92,15 769,9 4,0673 0,776 1,343 238,2
4300 98,38 767,0 4,0510 0,786 1,397 236,2
4500 104,91 764,1 4,0347 0,796 1,458 234,1
4700 111,76 761,0 4,0185 0,807 1,526 232,0
4900 118,98 757,7 4,0021 0,818 1,605 229,9
5100 126,63 754,3 3,9855 0,831 1,697 227,6
5300 134,76 750,7 3,9686 0,845 1,804 225,3
5500 143,48 746,9 3,9513 0,860 1,931 222,9
5700 152,87 742,8 3,9334 0,877 2,085 220,4
5900 163,12 738,4 3,9147 0,896 2,277 217,7
6100 174,41 733,6 3,8950 0,917 2,521 241,9
6300 187,06 728,2 3,8739 0,940 2,844 211,9
6500 201,55 722,3 3,8509 0,968 3,295 208,6
6700 218,70 715,3 3,8250 1,000 3,973 205,0
6900 240,08 706,9 3,7945 1,040 5,128 200,9
7100 269,55 195,8 3,7554 1,093 7,621 195,8
7300 323,63 677,0 3,6911 1,177 18,793 188,4
7500 614,81 604,6 3,4517 1,144 14,239 221,4
10000 761,18 577,4 3,3508 0,989 3,369 366,2
12500 809,20 569,6 3,3149 0,956 2,722 434,9
15000 841,21 565,1 3,2899 0,941 2,441 484,9
17500 865,83 562,0 3,2701 0,933 2,276 525,2
20000 886,08 559,7 3,2534 0,928 2,165 559,5
22500 903,42 558,1 3,2388 0,926 2,084 589,8
25000 918,65 556,9 3,2258 0,924 2,021 617,0
27500 932,29 556,0 3,2139 0,923 1,972 641,8
30000 944,66 555,3 3,2030 0,923 1,931 664,8
32500 956,01 554,9 3,1929 0,923 1,897 686,3
35000 966,51 554,6 3,1834 0,924 1,868 706,6
37500 976,30 554,5 3,1749 0,924 1,842 725,8
40000 985,47 554,4 3,1661 0,925 1,821 744,0
Т=305,15 К (32 °C) '
5000 121,58 757,6 3,9989 0,821 1,622 229,9
5200 129,29 754,2 3,9825 0,833 1,715 227,7
5400 137,49 750,6 3,9657 0,847 1,823 225,4
5600 146,26 746,7 3,9486 0,862 1,952 223,0
5800 155,73 742,6 3,9308 0,879 2,107 220,5
6000 166,04 738,2 3,9123 0,897 2,300 217,9
6200 177,40 733,4 3,8928 0,918 2,544 215,1
6400 190,12 728,2 3,8719 0,941 2,866 212,2
6600 204,65 722,2 3,8491 0,968 3,313 209,0
6800 221,78 715,4 3,8236 1,000 3,975 205,5
7000 242,98 707,1 3,7938 1,038 5,077 201,5
7200 271,65 696,4 3,7561 1,088 7,323 196,8
7400 319,91 679,7 3,6989 1,161 15,058 190,3
7600 568,14 615,5 3,4869 1,183 27,967 202,7
7800 626,07 603,8 3,4476 1,122 10,472 232,5
184
Продолжение табл. 3
р. кПа Р» кг/м* 1, кДж/КГ S, кДж/(кг-К) иДж/(мгК) СР* кДж/(кг-К) а. */•
80Q0 453,03 598,6 3,4295 1,091 7,514 252,4
8500 671,57 595,1 3,4169 1,071 6.202 268,4
8400 685,97 592,3 3,4071 1.055 5,438 282,1
8600 697,85 590,1 3,3989 1 .042 4,929 294,1
8800 708,02 588,3 3,3918 1,0.42 4,562 305,1
9000 716,96 586,6 3,3856 1.023 4,281 315,1
9200 724,96 585,2 3,3799 1.010 4.059 324.4
9400 732,21 583,9 3,3748 1,000 3.878 333,1
9600 738,86, 582,7 3,3700 1,003 3.726 341,2
9800 745,00 581,6 3,3656 0,098 3,597 348,9
10000 750,73 780,7 3,3615 0.903 3.486 356,3
10200 756,09 579,7 3,3576 0.930 3.389 363,3
10400 761,13 578,9 3,3539 0,985 3.303 370,0
10600 765,90 578,1 3,3504 0,981 3.226 376,4
10800 770,43 577,3 3,3471 0.978 3.157 382,5
11000 774,74 576,6 3,3439 0.975 3.094 388,5
11200 778,85 575,9 3,3408 0.972 3.037 394,2
11400 782,79 575,3 3,3379 0.009 2.985 399,8
11600 786,56 574,7 3,3351 0,907 2.938 405,1
11800 790,20 574,1 3,3323 0.1И14 2.893 410,4
12000 793,70 573,5 3,3297 0.Ш12 2.852 415,4
Т =306,15 К (33 С)
5000 120,40 759,2 4,0041 0.817 1.596 231,0
5200 127,93 755,9 3,9880 0.820 1.083 228,8
5400 135,92 752,4 3,9716 0.847 1.783 226,6
5600 144,45 748,7 3,9548 0.850 1.901 224,3
5800 153,60 744,7 3,9376 0.877 2.043 222,0
6000 163,51 740,5 3,9197 0.880 2.215 219,5
6200 174,36 735,9 3,9009 0.008 2.430 216,8
6400 186,37 730,9 3,8810 0.030 2.706 214,1
6600 199,91 725,4 3,8595 0.954 3.076 211,1
6800 215,54 719,2 3,8359 0.982 3.357 207,9
7000 234,23 7И,8 3,8092 1.010 4.394 204,3
7200 257,88 702,9 3,7773 1,050 5.775 200,3
7400 291,20 690,9 3,7357 1,110 8,823 195,4
7600 353,97 670,3 3,6664 1.180 21,826 188,6
7800 557,62 619,2 3,4980 1 181 25,113 202,6
8000 615,46 607,5 3,4584 1.174 10,702 229,9
8200 643,68 601,9 3,4393 1 .001 7,686 249,3
8400 663,07 598,2 3,4262 1,077 6.326 265,1
8600 678,08 595,3 3,4159 1 .ОГгО 5,532 278,7
8800 690,43 593,0 3,4074 1.043 5.004 290,8
9000 700,98 591,1 3,4001 1 .033 4.623 301,7
9200 710,22 589,4 3,3936 1 ,071 4,333 311,8
9400 718,48 587,9 3,3878 1 ,0|0 4.103 321,0
9600 725,95 586,5 3,3825 1 , ООО 3,916 329,7
9800 732,80 585,3 3,3770 1 ,001 3,760 337,9
Юооо 739,12 584,2 3,3731 0,098 3,627 345,6
10200 744,99 583,2 3,3680 0.993 3,512 353,0
10400 750,49 582,2 3.3049 0,088 3,413 360,0
10600 755,67 581,3 з.зои 0.084 3,324 366,7
10800 760,55 580,5 3,3575 0,081 3,246 373,1
11000 765,18 579,7 3,3541 0.077 3,175 379,3
189
Продолжение табл. .1
р, кПа р, кг/м’ G кДж/кг S. кДж/(кг<К) кДж/(кг-К) СР' кДж/(кг-К) a. m/v
11200 769,59 579,0 3,3509 0,974 3,111 385,2
11400 773,80 578,3 3,3478 0,971 3,053 391,0
11600 777,82 577,6 3,3448 0,969 3,000 396,6
11800 781,68 577,0 3,3419 0,966 2,951 402,0
12000 785,39 576,4 3,3991 0,964 2,906 407,2
Т =307,15 К (3 4°С)
5000 119,26 760,8 4,0093 0,813 1,572 232,1
5200 126,63 757,5 3,9934 0,825 1,653 230,0
5400 134,43 754,1 3,9773 0,837 1,746 227,9
5600 142,72 750,5 3,9609 0,851 1,855 225,6
5800 151,59 746,7 3,9441 0,866 1,985 223,4
6000 161,14 742,7 3,9267 0,882 2,140 221,0
6200 171,53 738,3 3,9086 0,899 2,331 218,5
6400 182,94 733,6 3,8895 0,919 2,572 215,8
6600 195,66 728,4 3,8692 0,942 2,884 213,1
6800 210,10 722,6 3,8471 0,967 3,308 210,1
7000 226,95 716,0 3,8226 0,996 3,917 206,8
7200 247,39 708,2 3,7945 1,031 4,873 203,3
7400 273,86 698,5 3,7604 1,074 6,559 199,2
7600 312,76 685,0 3,7143 1,130 10,673 194,2
7800 392,71 660,5 3,6326 1,206 28,875 188,0
8000 550,46 622,3 3,5069 1,176 21,621 203,7
8200 605,78 610,9 3,4687 1,124 10,726 228,1
8400 134,77 605,2 3,4489 1,094 7,793 246,9
8600 654,84 601,3 3,4353 1,072 6,419 262,4
8800 670,37 598,3 3,4246 1,056 5,608 275,8
9000 683,14 595,9 3,4158 1,044 5,066 287,8
9200 694,04 593,9 3,4083 1,033 4,675 298,7
9400 703,57 592,1 3,4016 1,024 4,378 308,7
9600 712,08 590,6 3,3956 1,016 4,142 318,0
9800 719,76 589,2 3,3902 1,009 3,950 326,6
10000 726,80 587,9 3,3852 1,003 3,790 334,8
10200 733,28 586,8 3,3805 0,997 3,654 342,5
10400 739,31 585,7 3,3762 0,993 3,537 349,9
10600 744,94 584,7 3,3721 0,988 3,434 356,9
10800 750,24 583,8 3,3683 0,984 *3,344 363,6
11000 755,24 582,9 3,3646 0,980 3,264 370,0
11200 759,98 582,1 3,3611 0,977 3,192 376,2
11400 764,48 581,4 3,3578 0,974 3,127 382,2
11600 768,78 580,7 3,3546 0,971 3,067 388,0
11800 772,08 580,0 3,3516 0,968 3,013 393,5
12000 776,82 579,3 3,3486 0,966 2,963 398,9
Т =308,15 К (3 15 СС)
5000 118,15 762,3 4,0143 0,810 1,549 233,2
5200 125,37 759,2 3,9987 0,821 1,625 231,1
5400 132,99 755,9 3,9829 0,833 1,712 229,1 *
5600 141,07 752,4 3,9669 0,846 1,814 226,9 ;
5800 149,68 748,7 3,9505 0,860 1,932 224,7
6000 158,91 744,8 3,9336 0,875 2,073 222,4 >
6200 168,89 740,6 3,9160 0,891 2,245 220,0
6400 179,78 736,1 3,8977 0,910 2,456 217,5
6600 191,80 731,2 3,8783 0,930 2,725 214,9
186
Продолжение табл. 3
л, кПа Р, кг/м* кДж/кг S, кДж/(кг К) ср» кДж/(кг К) С Р> кДж/(кг*К) а, м/с
6800 205,28 725,8 3,8575 0,953 3,078 212,1
7000 220,71 719,7 3,8347 0,979 3,563 209,1
7200 238,88 712,8 3,8093 1,010 4,272 205,9
7400 261,26 704,4 3,7797 1,046 5,412 202,3
7600 290,90 693,9 3,7432 1,091 7,536 198,2
7800 335,99 679,0 3,6926 1,148 12,702 193,4
8000 427,08 652,7 3,6058 1,207 29,077 189,4
8200 545,45 624,9 3,5142 1,168 18,859 205,5
8400 597,10 614,2 3,4782 1,122 10,564 227,2
8600 626,36 608,4 3,4582 1,093 7,829 245,0
8800 646,92 604,3 3,4441 1,072 6,477 260,1
9000 662,89 601,3 3,4332 1,056 5,664 273,3
9200 676,02 598,8 3,4241 1,044 5,116 285,1
9400 687,23 596,7 3,4163 1,033 4,719 295,9
9600 697,03 594,8 3,4095 1,024 4,416 305,9
9800 705,76 593,2 3,4033 1,016 4,176 315,1
10000 713,65 591,8 3,3978 1,009 3,980 323,8
10200 720,86 590,5 3,3926 1,003 3,817 331,9
10400 727,51 589,3 3,3879 0,997 3,678 339,6
10600 733,68 588,2 3,3834 0,992 3,558 347,0
10800 739,45 587,2 3,3793 0,988 3,454 354,0
11000 744,86 586,3 3,3753 0,984 3,362 360,7
11200 749,97 585,4 3,3716 0,980 3,280 367,1
11400 754,81 584,6 3,3681 0,976 3,207 373.3
11600 759,41 583,8 3,3647 0,973 3,141 379,3
11800 763,79 583,0 3,3615 0,970 3,080 383,0
12000 767,98 582,3 3,3583 0,968 3,025 390,8
Г=323,15 К (50 °C)
100 1,65 829,9 4,9255 0,682 0,874
> 300 .4,97 828,3 4,7146 0,684 0,884
"500 8,35" 826,7 4,6146 0,687 0,894
700 11,79 825,1 4,5475 0,690 0,905
900 823,5 4,4964 0,693 0,916
1100 18,84 821,8 4,4549 0,696 0,928
1300 22,45 820,1 4,4196 0,700 0,940
1500 26,13 818,4 4.3888 0,703 0,953
1700 29,88 816,7 4,3613 0,706 0,966
1900 33,70 814,9 4,3364 0,710 0,980
2100 37,59 813,1 4,3135 0,713 0,995
2300 41,55 811,3 4,2923 0,717 1,010
2500 45,60 809,5 4,2724 0,720 1,026
2700 49,73 807,7 4,2536 0,724 1,043
2900 53’, 95 805,8 4,2358 0,728 1,061
3100 58,26 803,8 4,2189 0,732 1,079,
3300 62,67 801,9 4,2026 0,736 1,09Й
3500 67,18 799,9 4,1869 0,741 мад
3700 71,80 797,8 4,1717 0,745 1,1Я
3900 76,53 795,8 4,1570 0,750 МЯ
4100 81,39 793,7 4,1427 0,755 i Л
4300 86,37 791,6 4,1286 0,760 1Л
4500 91,49 789,4 4,1149 0,765 i л
4700 96,76 787,2 Л 1014 0,771 iJM
4900 102,18 784,9 /,С881 0,776 1 л
Продолжение табл. 3
р, кПа Р, кг/м* С кДж/кг S. кДж/(кг-К) со> кДж/(кгК) кДж/(кг К) а, м/с
5100 107,76 782,5 4,0749 0,782 1,348 246,5
5300 113,53 780,1 4,0619 0,788 1,387 245,1
5500 119,48 777,7 4,0490 0,795 1,429 243,7
5700 125,65 775,1 4,0361 0,802 1,475 242,2
5900 132,03 772,5 4,0233 0,809 1,524 240,8
6100 138,66 769,8 4,0104 0,816 1,579 239,3
6300 145,55 767,1 3,9975 0,824 1,639 237,9
6500 152,72 764,2 3,9845 0,832 1,704 236,4
-6700 .160,21 761,3 3,9714 0,841 1,777 234,9
6900 168^ 758,2 3,9582 0,850 1,858 233,4
7100 176,27 755,1 3,9448 0,860 1,949 231,9
7300 184,92 751,8 3,9311 0,870 2,050 230,4
7500 194,05 748,3 3,9172 0,880 2,164 229,0
10000 385,39 686,2 3,6957 1,049 5,882 216,8
12500 614,71 632,9 3,5154 0,998 4,211 288,5
15000 700,99 616,4 3,4529 0,951 3,045 362,1
17500 750,22 608,0 3,4162 0,931 2,608 416,5
20000 785,13 602,6 3,3895 0,921 2,374 460,2
22500 812,42 598,9 3,3682 0,915 2,225 497,2
25000 834,98 596,1 3,3502 0,912 2,121 529,5
27500 854,28 594,0 3,3345 0,910 2,044 558,4
30000 871,21 592,4 3,3206 0,909 1,983 584,8
32500 886,33 691,2 3,3080 0,909 1,934 609,2
35000 900,00 590,2 3,2964 0,909 1,894 631,8
37500 912,51 589,5 3,2858 0,909 1,860 653,1
40000 924,05 589,0 3,2758 0,909 1,831 673,2
Т=373,15К (100 °C)
100 1,42 874,8 5,0527 0,728 0,919 297,6
300 4,29 873,6 4,8428 0,730 0,926 296,9
500 7,18 872,4 4,7440 0,731 0,932 296,2*
700 10,10 871,2 4,6781 0,733 0,939 295,5’
900 13,04 870,0 4,6283 0,735 0,945 294,7 i
1100 16,02 868,7 4,5880 0,737 0,952 294,о;
1300 19,03 867,5 4,5541 0,738 0,960 293,34
1500 22,06 866,3 4,5247 0,740 1,967 292,6v
1700 25,13 865,1 4,4986 0,742 0,974 291,9 л
1900 28,23 863,8 4,4752 0,744 0,982 291,2
2100 31,36 862,6 4,4538 0,745 0,989 290,5
2300 34,52 861,3 4,4341 0,747 0,997 289,8
2500 37,72 860,0 4,4159 0,749 1,005 289,1
2700 40,95 858,8 4,3989 0,751 1,014 288,4* ।
2900 44,21 857,5 4,3828 0,753 1,022 287,7 J'
3100 47,51 856,2 4,3677 0,755 1,031 287,0
3300 50,85 854,9 4,3533 0,756 1,040 286,3
3500 54,22 853,6 4,3396 0,758 1,049 285,6
3700 57,63 852,3 4,3265 0,760 1,058 284,9 t
3900 61,07 851,0 4,3139 0,762 1,067 284,3 11
4100 64,56 849,6 4,3018 0,764 1,077 283,61
4300 68,08 848,3 4,2901 0,766 1,087 282,91
4500 71,65 846,9 4,2789 0,768 1,097 282,3 I
4700 75,26 845,6 4,2679 0,770 1,108 281,6 Я
4900 78,91 844,2 4,2573 0,772 1,118 281,0 1
5100 82,60 842,8 4,2470 0,774 1,129 280,4 1
5300 86,33 841,5 4,2369 0,776 1,141 279,7 1
Продолжение табл. 3
р, кПа Р, кг/м1 L кДж/кг 5. кДж/(кг К) ' »• 1*1 • К) fl. м/с
5500 90,11 840,1 4,2271 0,Пй 1,152 279,1
5700 93,94 838,7 4,2175 0. ГН» | .ни 278.5
5900 97,81 837,3 4.2082 «,Й 1.176 277,9
6100 101,73 835,8 4,1990 o.fM 1.189 277,3
6300 105,69 834,4 4.1900 1.901 276,8
6500 109,71 833,0 4,1812 .Ж I.V49 LIMA 276,2
6700 113,77 831,5 4,1725 275,7 275,1
6900 117,89 830,1 4,1639 o,w
7100 122,05 828,6 4,1555 274,6 274,1 273,6 269,0 268,9 275,8
7300 126,27 827,1 4,1472 0.TW Lire
7500 130,55 825,6 4,1391 0,УМ Limb
10000 188,78 806,2 4,0443 0.М6 Lfcm
12500 256,60 785,3 3,9581
15000 332,61 764,1 3,8783 ' • I JJM7
17500 410,46 744,5 3,8076 о,мп J, MAT 292,1
20000 481,29 728,3 3,7491 о, паи 316,6 345,4
22500 540,63 715,8 3,7027 0,МН|
25000 589,09 706,5 3,6658 П.М4Н» M JAH 375,0 403,8 431,1
27500 628,97 699,4 3,6357 0,М| 9.109
30000 662,39 693,9 3,6106 (»,М7 M.WA
32500 690,94 689,5 3,5890 <»,мг IjMA 457,1
35000 715,76 686,1 3,5702 1 in 4 481,6
37500 737,65 683,3 3,5535 о, мм 1 .ArO 604',9 627.1
40000 757,21 681,0 3,5385 о.Мй 1 AIM
Т=423,15К (1Л0 ( )
100 300 1,25 3,77 921,8 920,8 5,1796 4,9616 0, L’H 0, / И и ЧН11 II <NU1 .116,3 <IH ,9
500 6,30 919,9 4,8634 Ulu н miO Il 4.5
700 8,85 919,0 4,7972 II // 1 и 11L 0
900 11,41 918,1 4,7491 II,/Н II игл Il 1.1»
1100 13,99 917,1 4,7096 0 Z/h И /Н II ЯП 1 II I я
1300 16,58 916,2 4,6763 " UM A 1Г.1,8
1500 19,19 915,3 4,6477 II Ln и иии И 181/ II " ,3
1700 21,81 914,3 4,6224 II.HU Il 1 9
1900 24,45 913,4 4,5997 II, Г1И1 i mu III.*5 lll.l HO.7 1111.3 KMiji Ui‘1,5 |O9 ' ।
2100 27,10 912,4 4,5791 II 7П1 1 ННГ
2300 29,78 911,5 4,5602 II fh < 1 III I
2500 32,46 910,5 4,5428 II. fn| I nl
2700 35,17 909,6 4,5266 <1, ГЛЛ 1 и и
2900 37,89 908,6 4,5114 II. /м». 4 H j n
3100 40,62 907,7 4,4971 II fMf I Hll
3300 43,38 906,7 4,4836 II, ГМИ 1 HIM ioh’h him, 4 |Hh .0 10/ .7
3500 46,15 905,8 4,4707 II, run 1 '»♦ 1
3700 3900 48,93 51,74 904,8 903,9 4,-1585 4,4469 0. (1, /IN 1 li^ll 1 iMli
4100 54,56 902,9 4,4357 II,/III 1 1 MHl u»L3 i07 to
4300 57,40 901,9 4,4250 и, /im I imiii
4500 60,25 901,0 4,4146 и, rwi 1 |»H 1116.6 iHH ,1
4700 63,12 900,0 4,4047 II, fUf 1 H/f 1 imii
4900 66,01 899,0 4,3950 и, / им MW* JI 1(16 7
5100 68,92 898,0 4,3857 11,7181 iили
5300 71,84 897,1 4,3767 II, AHU Itw 106 pl
Продолжение табл. 3
р. кПа Р, кг/м’ , кДж/кг S, кДж/(кг-К) кДж/(кг-К) кДж/(кг-К) а, м/с
5500 74,79 896,1 4,3679 0,802 1,101 305,0
5700 77,75 895,1 4,3594 0,803 1,107 304,7
5900 80.73 894,1 3,3511 0,804 1,113 304,4
6100 83,72 893,1 4,3431 0,805 1,119 304,2
6300 86,73 892,1 4,3353 0,806 1,125 303,9
6500 89,77 891,2 4,3275 0,808 1,132 303,6
6700 92,82 890,2 4,3200 0,809 1,138 303,4
6900 95,88 889,2 4,3126 0,810 1,145 303,1
7100 98,97 888,2 4,3054 0,811 1,151 302,9
7300 102,07 887,2 4,2984 0,812 1,158 302,7
7500 105,19 886,2 4,2914 0,813 1,165 302,5
10000 145,71 873,6 4,2141 0,827 1,253 300,8
12500 188,84 860,9 4,1486 0,840 1,350 301,2
15000 234,11 848,3 4,0908 0,851 1,451 304,2
17500 280,65 836,1 4,0390 0,860 1,548 310,1
20000 327,29 824,6 3,9923 0,868 1,633 319,0
22500 372,72 814,1 3,9505 0,873 1,698 330,8
25000 415,79 804,7 3,9133 0,878 1,740 345,1
27500 455,76 796,5 3,8803 0,882 1,762 361,3
30000 492,32 789,4 3,8512 0,885 1,768 378,6
32500 525,53 783,4 3,8254 0,887 1,764 396,6
35000 555,62 778,3 3,8024 0,889 1,753 414,9
37500 582,90 774,0 3,7817 0,891 1,739 433,2
40000 607,71 770,3 3,7631 0,893 1,723 451,4
Т= =473,15К (200°С)
100 1,12 970,7 5,2809 0,807 0,997 332,0
300 3,37 970,0 5,0722 0,808 i.poo 331,8
500 5,62 969,2 4,9746 0,809 1,007 331,3
900 10,15 967,8 4,8611 0,810 1,010 331,1
1100 12,43 967,0 4,8220 0,811 1,014 330,8
1300 14,72 966,3 4,7893 0,812 1,017 330,6
1500 17,02 965,6 4,7610 0,813 1,020 330,4
1700 19,32 964,8 4,7362 0,814 1,024 330,1
1900 21,63 964,1 4,7140 0,815 1,027 329,9
2100 23,95 963,4 4,6938 0,816 1,031 329,7
2300 26,28 962,6 4,6755 0,816 1,034 329,5
2500 28,62 961,9 4,6585 0,817 1,038 329,3
2700 30,97 961,2 4,6427 0,818 1,041 329,1
2900 33,32 960,4 4,6280 0,819 1,045 328,9
190
Продолжение табл. 3
р, кПа Р. кг/м1 кДж/кг 5. кДж/(кг-К) CVt кДж/(кг-К) СР' кДж/(кг К) а, м/с
3100 35,68 959,7 4,6142 0,820 1,048 328,7
3300 38,06 959,0 4,6012 0,821 1,052 328,5
3500 40,44 952,2 4,5889 0,822 1,056 328,3
3700 42,83 957,2 4,5771 0,822 1,059 328,1
3900 45,22 956,7 4,5660 0,823 1,063 327,9
4100 47,63 956,0 4,5553 0,824 1,067 327,8
4300 50,04 955,3 4,5451 0,825 1,070 327,6
4500 52,46 954,5 4,5353 0,826 1,074 327,4
4700 54,89 953,8 4,5259 0,827 1,078 327,3
4900 57,33 953,0 4,5168 0,828 1,082 327,1
5100 59,78 952,3 4,5080 0,828 1,085 327,0
5300 62,23 951,6 4,4995 0,829 1,089 326,9
5500 64,70 950,8 4,4913 0,830 1,093 326,7
5700 67,17 950,1 4,4833 0,831 1,097 326,6
5900 69,65 949,4 4,4755 0,832 1,101 326,5
6100 72,14 948,6 4,4680 0,833 1,105 326,4
6300 74,63 947,9 4,4607 0,833 1,109 326,3
6500 77,14 947,1 4,4536 0,834 1,113 326,2
6700 79,65 946,4 4,4466 0,8^5 1,117 326,1
6900 82,17 945,7 4,4398 0,836 1,121 326,0
7100 84,69 944,9 4,4332 0,837 1,125 325,9
7300 87,23 944,2 4,4267 0,837 1,129 325,8
7500 89,77 943,4 4,4204 0,838 1,133 325,8
10000 122,17 934,2 4,3506 0,848 1,184 325,7
12500 155,56 925,1 4,2931 0,856 1,238 326,9
15000 189,68 916,2 4,2435 0,864 1,291 329,6
17500 224,21 907,6 4,1997 0,871 1,344 333,8
20000 258,75 899,3 4,1603 0,878 1,393 339,5
22500 292,92 891,5 4,1246 0,883 1,438 346,7
25000 326,32 884,2 4,0922 0,888 1,476 355,3
27500 358,62 877,5 4,0626 0,893 1,507 365,2
30000 389,56 871,4 4,0356 0,897 1,532 376,1
32500 418,96 865,9 4,0108 0,900 1,550 388,0
35000 446,73 861,0 3,9882 0,903 1,562 400,5
37500 472,88 856,6 3,9674 0,906 1,570 413,6
40000 947,42 852,7 3,9482 0,908 1,574 427,0
191
Таблица 4
Плотность газообразного и жидкого диоксида углерода р, кг/м8 [1]
т. к t, °C р, кПа
уоо 101,32 1^00 5000 6000 7000
220 —53,15 2,47 1167,5 1175,7 1177,6 1179,5'
230 —43,15 2,33 2,36 1130,1 1140,3 1142,7 1146,Г
250 —23,15 2,14 2,17 23,44 1059,1 1062,9 1066,&
273,15 0 1,95 1,976 20,86 939,7 947,59 954,Ш
275 1,85 1,94 1,97 20,67 928,0 936,5 944, Я
293 Д5 20 1,82^ 1,84 19,11 140,92 | | 782,1 808, Д
“'300 26,85 1,77 1,79 18,59 128,47 182,7 ! | 706,41
350 76,85 1,52 1,54 15,59 89,74 112,26 ~136,91
400 126,85 1,33 1,35 13,48 72,86 89,24 106,31
400 176,85 1,18 1,2 11,90 62,30 75,63 89,2|
500 226,85 1,06 1,07 10,66 54,81 66,21 77,71
Продолжение табл. 4
т, к С р, кПа
8000 10000 20000 30000 40000 ’
220 —53,15 1181,4 1185,1
230 —43,15 1147,4 1151,9 1172,5 1190,2 1205,7
250 —23,15 1070,1 1076,9 1106,3 1130,3 1150,6
273,15 0 961,4 973,9 1020,7 1054,7 1082,0
275 1,85 951,5 964,6 1013,6 1048,5 1076,3
293,15 20 826,2 856,5 937,5 985,2 1020,4
300 26,85 753,5 802,1 806,2 960,2 998,8
350 76,85 164,32 228,9 615,2 729,5 834,4
400 126,85 124,05 161,7 380,9 561,9 672,7 1
400 176,85 103,13 131,72 285,2 430,4 543.5 1
500 226,85 89,41 НЗ,08 235,1 352,4 453,2 1
н
Таблица 5
Теплоемкость жидкого и газообразного диоксида углерода [в кДж/(кг-К)]
на линии насыщения [1]
Л сС cv cv ср ср t, °C cv cv ср ср
—56,0 0,667 0,877 0,957 1,839 25,0 1,102 1,080 8,120 6,330
—50,0 0,683 0,823 0,993 1,824 26,0 1,121 1,092 9,754 7,198
—40,0 0,710 0,824 1,067 1,899 27,0 1,142 1,106 12,225 8,449
—30,0 0,741 0,862 1,165 2,012 28,0 1,165 1,122 16,362 10,398
—20,0 0,774 0,901 1,300 2,137 29,0 1,191 1,141 24,608 13,825
—10,0 0,814 0,933 1,502 2,294 29,5 1,205 1,153 32,757 16,714
0,0 0,863 0,960 1,837 2,535 30,0 1,221 1,166 48,800 21,269
10,0 0,929 0,990 2,508 2,995 30,5 1,239 1,181 97t566 29,369
20,0 1,027 1,037 4,485 4,252 31,0 1,199 1,199 47,008 47,007
192
Таблица 6
Теплоемкость твердого диоксида углерода [1]
г. к /, °C ср , кДж/(кг»К) 7. К г, сс ср » кДж/(кг К)
2 —217,15 0,00001047 130 -143,15 1,017
6 —267,15 0,0025 140 —133,17 1,047
12 —261,15 0,025 150 —123,17 1,080
20 —253,15 0,578 160 —113,1 1,12
50 —173,15 0,904 170 —103,15 1,156
ПО —163,15 0,948 180 —93,15 1,197
120 —153,15 0,963 190 —83,15 1,244
Таблица 7
Скорость распространения звука а (в м«с~0 в газообразном и жидком СО, [1]
р. кПа
7, К tf °C 100 1000 5000 6000 7000 8000 10000 20000 30000 40000
220 230 250 275 300 350 400 450 500 —53,15 233,311012,3 1025 1028,2 -43,15 238,3 1 926,4 989,7 953,7 —23,15 247,7 "Ж31 767,5 776,9 1,85 258,9 249,5| 537.2 666.0 26,85 269,4 262,5 ЙЗ.У 2(50 76,85 289,0 284,9 266,8 262,5 126,85 307,3 304,8 294,8 292,7 176,85 324.4 323,0 317,6 316,6 226,85 340,6 339,9 337,4 337,1 1031,5 958,9 786,0 573,2 | 279,7 258,4 290,9 315,8 336,9 1034,8 1041,4 964,0 974,2 1023 794,8 811,6 884,4 589,1 617,7 725,2 337,7 408,0 582,6 254,7 249,3 353,7 289,3 287,3 312,3 315,2 314,7 329,7 336,9 337,4 350,7 1072 946,9 804,2 683,6 489,4 393 374,3 381,5 « 1121,6 1004,3 870,1 760,7 586,7 478,1 4.14 424.7
На линии насыщения а", а', м-| Г1
t, °C а" а' —56 —50 221,5 222,1 1029,5 1017,0 —40 222,3 895,7 —30 221,4 799,0 -20 219,9 705.3 —10 216,4 615,0 0 212,0 525,3 10 206,0 432,5 20 197,7 331,7 .10 IH3.H 212,1 Ц 197.7 197,7
Коэффициенты переноса СО2 Та , на линии равновесия жидкость — пар [ 11 6 ; 8
р тр 10* , Па с V-10* , м‘/с X-10*. кВт/(м-К) Чн» МП 11 ihinnf МН
7, К f, СС кПа кгс/см® пар жид- кость пар жид- кость пар жид- кость *НЛ Mi Н 1l<
216 218 220 230 240 250 —57,15 —55,15 —53,15 -43,15 —33,15 —23,15 554 601 892 1282 1785 5,65 6,13 9,09 13,07 18,20 11,10 11,20 11,30 11,83 12,41 13,06 256,0 246,9 238,2 200,4 169,8 144,8 81,78 76,22 71,14 50,85 37,28 28,00 21,68 21,03 20,42 17,73 15,58 13,84 11,42’ 11,62 11,83 12,91 14,13 15,57 159,3 (IJI744 158,7 (».'W44 158,0 0,'М'Н 152,6 '» 144,7 135,2 ».’»•»» 7.W76 2,976 2.74М Л4М j. 3ik J. ш
m
Продолжение табл, в
г, к с р Т|-10е, Па-с V-10", м’/с кВтДмЮ Число Прандтля
кПа кгс/см2 пар жид- кость пар жид- кость пар жид- кость пар жид- t кость 1
260 — 13,15 2418 24,66 13,81 123,7 21,45 12,40 17,34 125,1 1,137 2,21!
270 —3,15 3201 32,65 14,71 105,4 16,68 11,16 19,64 114,6 1,281 2,24
280 6,85 4157 42,40 15,90 88,82 13,09 10,06 22,84 104,2 1,555 2,39
290 16,85 5316 54,22 17,72 72,60 10,29 9,03 27,91 93,49 2,252 2 85
300 26,85 6714 68,48 21,73 54,00 8,00 7,93 38,83 80,77 6,591 ^50
301 27,85 6869 70,06 22,57 51,63 7,79 7,80 40,94 79,04 8,586 6,5а
302 28,85 7026 71,66 23,67 48,98 7,57 7,66 43,60 77,04 12,427 8,3<
303 29,85 7187 73,30 25,27 45,91 7,36 7,51 47,25 74,60- 22,756 12,00
304 30,85 — — — 41,98 — 7,34 — 71,21 — 23.51
Т а б л и ц а 9
Коэффициент динамической вязкости жидкого и газообразного СО2
т]-10« (в Па-с) [1]
т, К с h fl 0* Р. кПа j
100 1000 5000 6000 7000 8000 10000 20000 30000 4000Я
220 —53,15 11,20 239,0 247,3 230 —43,15 11,66 200,6 (208,5 250 —23,15 12,61 1^79(151,0 275 1,85 13,84 1Д,О(ТГОТ75Г 300 . 26185 15.07 15723^ ТЛЯ 350 70^5*17,49 177Б4ПТ7? 400 126,85 19,82 19,9б( 20,87 Коэффициент кинематической вязке газообразного СО, [1] 249,3 251,4 210.5 212,4 152,9 154,8 253,4 257,4 — — — 214,3 218,2 237,0 255,2 273,21 156,6 160,2 177,1 193,0 208,4 107,2 111,1 128,0 142,5 155, & 64,21 72,29 94,13 115,3 121,4 20,55 22,60 47,89 73,04 79,1® 21,94 22,91 31,84 50,67 56,1® Таблица Ю | Is с-1) жидкого и
ftj2,8 105,0 18,54 57,36 ’ 15725“П),83 21,18 21,54 юти v-10* (в я
т, к t, сс (е. ? С о. 1 о р. кПа
100 1000 5000 6000 7000 8000 10000 20000 30000 4000»
220 230 —53,15 458,7 —43,15 500,6 20,47 21,03 21,17 18,42 21,31 21,45 18,55 18,68 21,72 19,94 20,21 21,45 22,65
17,75 18,28
250 —23,15 586,8 54,59 LL2& 14.39 14,51 14,63 14,87 16,01 17,08 18,11
275 1,85 713,8 67,75 1IL82 98 11,12 11,26 11,52 12,63 13,59 14,47 ,
300 26,85 849,9 81,90 1U, 15 8,12 8,522 9,013 10,39 11,34 12,16
350 76,85 1152 113,1 2079? 17**14 14,47 12,50 9,871 7,783 8,718 9,48
400 126,85 1492' 148,1 28,64 23,73 20,26 17,69 14.16 8,36 7,953 8,347
194
Таблица 11
Коэффициент теплопроводности А,-10е (в квтат^К"1) жидкого и
газообразного СОа [1]
т. к г. Сс р, кПа
100 1000 5000 6000 7000 8000 10000 20000 30000 40000
220 —53,15 11,06 158,2 160,3 160,8 161,3 161,8 162,7 — -— —
230 —43,15 11,72 152,6 155,5 156,1 156,8 157,5 158,7 164,4 168,9 172,7
250 —23,15 13,05 14,13 138,6 139.6 140,6 141,6 143,5 152,0 159,2 165,4
275 1,85 14,77 15,59 111,6 113,1 114,6 116,0 118,6 130,0 139,5 147,9
300 26,85 16,57 17,23 24,15 29,13 82,9 87,14 92,26 107,6 118,8 128.4
350 76,85 20,39 20,87 24,32 25,66 27,77 29,20 34,34 69,58 85,07 96,02
400 126,85 24,40 24,78 27,13 27,91 28,78 29,75 31.97 48,17 63,94 75,43
450 176,85 28,47 28,80 30,65 31,21 31,81 32,45 33,88 43,09 53.94 63,91
500 226,85 32,54 32,86 34,44 34,89 35,36 35,84 36,89 43,21 50,77 58,58
Таблица 1£
Термический коэффициент объемного расширения fl- 10s (в 1/К) диоксида
углерода в однофазной области [1]
р, кПа т, к
225 250 300 350 400
2500 3,180 4,491 7,294 5,308 3,724 2,965
5000 3,056 4,195 7,000 11,590 5,026 3,524
7500 2,943 3,950 5,968 22,880 7,102 4,200
10000 2,839 3,744 5,288 11,101 10,517 4,971
20000 2,504 3,162 3,899 15,192 10,543 7,422
30000 2,250 2,781 3,236 3,834 5.598 5,986
40000 2,048 2,504 3,170 3,170 4,031 4,438
Таблица 13
Термический коэффициент линейного расширения твердого диоксида
углерода [1]
т, к t. ГС а-НИ, 1/К т, к °C а-1(И, 1/К
15 —258,15 0,070 80 —193,15 1,29
20 —253,15 0,171 90 —183,15 1,37
30 —245,15 0,436 100 — 173,15 1.46
40 —233,15 0,670 ПО —163,15 1,58
50 —223,15 0,88 120 —153,15 1,71
60 —213,15 1,07 130 —143,15 1,87
70 —203,15 1,19 139 —134,15 2,04
Таблица №
Растворимость (в г/л) СО, в воде [15} " к
р, кПа t, °C
0 5 10 15 20 25 30 35 91
100 3,400 — — — 1.7 — — — 0й 150 5,020 4,161 3,478 2,956 2,533 2,175 1,885 — - 200 6,694 5,548 4,638 3,942 3,378 2,900 2,514 — -й 400 13,388 11,096 9,376 7,884 6,756 5,800 5,028 — -4 600 20,082 16,644 13,914 11,826 10,131 8,700 7,542 — -- 800 26,766 22,195 18,752 15,768 13,512 11,60010,056 — 1000 33,470 27,740 23,190 19,710 16,890 14,500 12,570 — 1200 40,164 33,288 27,828 23,652 20,268 17,40015,084 1300 43,510 36,062 30,146 25,622 21,956 18,85016,340 - 2500 _ _ _ _ 32,2 — — — - 5000 — _ _ _ 50,7 — 35,6 20, 10000 _____ _ 42,3 19. 11000 — — — _ _ _ _ 48,0 21, 15000 — — — — _ _ 29, Таблица 151 Растворимость водяных паров в газообразном диоксиде углерода [32] I
Содержание водяных паров в СО* при 20° С и 101,3 кПа (760 мм рт. ст.) Точка Содержание водяных паров в С& при 20° С и 101,3 кПа Т (760 мм рт. ст.)
росы, сС % по объе- му 1 О4 или ррм мг/кг СО* мг/м* СО* росы, с 1 % ло объе- му 1 О4 или ррм мг/кг СО* 7 мг/м8 CdJ
—60 10,60 4,335 7,92 —26 560,00 229,040 423,ое
—56 18,30 7,485 13,69 —24 691,00 282,619 517,од
—50 39,40 16,129 29,50 — 22 841,00 343,969 629,од
—48 49,70 20,327 37,19 —20 1020,0 417,18 763,Of
—46 63,20 25,840 47,20 —18 1230,0 503,512 920,2»
—44 80,00 37,720 59,85 — 16 1490,0 609,946 1114,82
—42 101,00 41,309 75,55 — 14 1790,0 732,754 1339,28
—40 127,00 51,943 95,00 —12 2140,0 . 876,030 1601,1g
—38 159,00 65,031 118,90 — 10 2560,0 1047,961 1915,36
—36 198,00 80,982 148,30 0 6064,54 2482,58 4537,48
—34 246,00 100,688 184,60 10 11530,0 4719,92 8626,74.
—32 340,00 139,060 254,20 20 23606,1 9663,393 17662,0Й
—30 376,00 153,784 281,40 30 43697,2 17887,885 32694,24$
—28 462,00 188,958 345,00 35 58756,5 24052,56 43961,613
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. МЕТОДИКИ КОНТРОЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ SO2 В ГАЗЕ
Качественное определение двуокиси серы в газах проводится следующие
способом. В колбу вместимостью 250 мл наливают 1 мл 0,1 н. раствора марган
цовокислого калия и 100 см3 дистиллированной воды. Смесь подкисляют серно!
кислотой.
При наличии в исследуемых газах диоксида серы раствор резко изменяет
окраску, если пропускать газы в течение 15 мин. При отсутствии в исследуемые
газах диоксида серы цвет раствора не изменяется.
196
Количественное определение SO^ проводится методом окисления SOt (кодж
МО уравнению
SO, + J2 + 2H,O^±HJ + HtSO4.
Аппаратура
Поглотители типа Дрекселя.
Реометр.
Аспиратор.
Бюретка на 50 см3.
Ре активы
количестпом гипосульфита устанавли-
Рнс. 1. Схрмй установки для опреде-
ления двуоннгн сары:
/ — (Ю1ННМ г уигугиокмелым кадмием;
2 склинкп г йиаим; J — склянка с гн-
иосул ьфн । «»М ( 4 аспиратор; 5 — кран;
6 м /»н«»М01 pi / iTNKnn; 8 — трехходо-
иоЛ v ннипршюд; 10 — термо-
Mrip
0,01 н. раствор йода.
0,01 н. раствор гипосульфита.
10 %-ный раствор соляной кислоты.
2%-ный раствор уксуснокислого кадмия с добавлением 30 см3 ледяной ук-
сусной кислоты на 1 л.
С,2 %-ный раствор крахмала.
Два поглотителя с точно отмеренным и подкисленным (соляной кислотой)
раствором йода и один с определенным
вают после поглотителя с раствором ук-
суснокислого кадмия. Г аз последова-
тельно проходит через поглотитель с
раствором уксуснокислого кадмия, через
два поглотителя с раствором йода и,
наконец, ’ через один поглотитель с раст-
вором гипосульфита, который пред-
назначен для улавливания паров йода,
уносимых газом. Схема установки для
определения двуокиси серы показана на
рис. 1.
Количество пропускаемого газа зави-
сит от содержания в нем SO2. Скорость
газового потока регулируется реометром,
объем пропущенного газа измеряется
аспиратором по количеству вытесненной
воды.
До окончании пропускания газа со-
держимое последних трех поглотителей
сливают вместе и избыток йода оттитро-
вывают 0,01 н. раствором гипосульфита
в присутствии крахмала. Соотношение между ипрпми рлстноров йода и гипо-
сульфита определяют в тот же день. Содержание (в мг S в 1 м3 газа) нахо-
дят по формуле
0,16 (а — Л) 1000
О ъ- *
Л
где 0,16 — количество S, в мг, эквивалентов I »м’ ОО| и раствора -йода; а —
залитое в поглотители количество 0,01 н. рястпорн Йодл, Л -сумма миллилитров
0,01 н. раствора гипосульфита, пошедшего ни пПринин1 титрование и взятого в
последний поглотитель; «— объем nponyinemmiо че>|н».в рястпор газа (в л), при-
веденный к нормальным условиям.
При приготовлении индикатора — 2 г к рпм мил я и 10 мг иодной ртути —
HgJ2 (консервирующее вещество) ристнрлин г шболыинм количеством воды.
Кашицу медленно вливают в 1 л килшшЩ полы 1’»н тор кипятят, пока он не
197
станет прозрачным, охлаждают и переливают в склянку с притертой или реэ>
новой пробкой. В случае отсутствия HgJ2 раствор крахмала готовят в день
употребления.
Определение сероводорода в газах
Качественное определение сероводорода в дымовых газах и двуокиси угл^
рода проводят, пропуская эти газы через подкисленный уксусной кислотой 2
ный раствор уксуснокислого свинца со скоростью 3—4 пузырька в секунду |
течение 15 мин. й
При наличии в исследуемых газах сероводорода раствор темнеет, так ка|
происходит реакция с образованием сернистого свинца, который придает раств»
ру темный цвет. i
При отсутствии сероводорода в газах раствор остается прозрачным и бе»
цветным.
Определение содержания моноэтаноламина в растворе
Химическая посуда
Коническая колба вместимостью 250 см3.
Микропипетка на 1 см3.
Бюретка на 50 см3.
Реактивы
0,1 н. и 0,5 н. растворы H2SO4.
0,1 %-ный спиртовой раствор метилрота или смешанный индикатор.
В коническую колбу вместимостью 250 см3 наливают 100 см3 дистиллирф
ванной воды, из микропипетки вносят 1 см3 испытуемого раствора моноэтанол?
амина, предварительно охлажденного до 18—20 °C. Добавляют две капли инди^
катора метилрота и титруют 0,1 н. раствором серной кислоты до интенсивного
розового окрашивания, затем раствор нагревают до кипения и кипятят в течение
1 мин (вместо метилрота можно добавлять две капли смешанного индикатора!
при этом зеленый цвет переходит в фиолетовый; со смешанным индикатором
кипячение проводить не следует).
Если проба остается розовой, то для расчета принимают полученный резуль?
тат. Если же она становится после кипячения и охлаждения желтой, то снопа
титруют 0,1 н. H2SO4 до розовой окраски и берут для расчета конечные резуль-
таты титрования.
Расчет производят по формуле
а//.0,0061 -100 аЯ0,61 „ ’
£н -------Б--------= ~Б--------• % 1,0 массе.
РМЭА РМЭА
где а —количество миллилитров 0,1 п. H2SO4; Я — поправка к нормальности
раствора 0,1 н. H2SO4; 0,0061 — количество моноэтаноламина, эквивалентное
1 см3 0,1 н. H2SOa, г; рМЭА—плотность раствора моноэтаноламина.
Так как плотность раствора моноэтаноламина близка к единице, в завод-
ских условиях можно не вводить поправки на РмЭА-
Если анализируют исходный неразбавленный этаноламин, то для титрования
пользуются 0,5 н. II2SO4.
Для приготовления смешанного индикатора растворяют 0,125 г метилового
красного в 50 см3 спирта и 0,083 г метиленового голубого в 50 см3 спирта.
Полученные растворы смешивают (1 1).
Газометрическое определение СО2 в растворе моноэтаноламина
Метод основан на измерении объема СО2, выделяющегося при взаимодейст-
вии карбоната и бикарбоната МЭА с соляной кислотой.
198
Аппаратура
Прибор для определения СО2.
Пипетка на 5 см3 с ценой деления 0,1 см3.
Пипетка на 10 смя.
Барометр.
Реактивы
Соляная кислота (1 3).
Затворная жидкость.
Ланолин или вазелин для смазки кранов.
Определение CQ2 проводят в приборе, изображенном на рис. 2. Измеритель-
ная бюретка вместимостью 100 см3 вставлена на двух пробках в стеклянную
" * t краном,
цилиндрическую трубку. Вверху бюретка заканчивается трехходовым
соединяющим ее с реакционным сосудом либо с ат-
мосферным воздухом. Нижний конец бюретки от-
крыт и сообщается с запорной жидкостью, наполня-
ющей цилиндрическую трубку. Контакт жидкости с
атмосферой осуществляется через одно из отверстий
в верхней пробке. Средняя пробка, служащая опорой
для бюретки, имеет также несколько сквозных от-
верстий. В одном из них укреплен термометр. На-
порная склянка соединена резиновой трубкой с ци-
линдрической трубкой. Реакционный сосуд имеет вид
широкогорлой банки с припаянным стаканчиком
внутри и с притертой пробкой, соединенной резино-
вой трубкой *с трехходовым краном и с измеритель-
ной бюреткой.
Перед началом анализа краны смазывают, при-
бор проверяют на герметичность. Затем в реакцион-
ный сосуд наливают 1—5 см3 испытуемого раствора,
а в припаянный стаканчик осторожно вносят 10 см3
раствора соляной кислоты (1:3). Банку плотно
закрывают пробкой и прибор приводят к атмосфер-
ному давлению, для чего кран (3) открывают в
атмосферу. Поднятием напорной склянки измери-
тельную бюретку заполняют запорной жидкостью.
Поворотом крана прибор отключают от атмосферы.
Далее поворотом кранов измерительную бюретку сое-
широкогорлой банки
внутри и с притерто!
Рис. 2. Схема прибора
для определения количе-
ства СО2 в растворе
моноэтаиоламипа:
диняют с реакционным сосудом.
Встряхивая реакционный сосуд, выливают со-
держимое стаканчика и перемешивают с испытуемым
раствором.
После встряхивания в течение 2—3 мин реак-
ционную банку ставят в сосуд с водой комнатной
температуры па 3—5 мин. Потом при помощи на-
/ —напорная склянка; 2.
3 — краны; 4 — измеритель-
ная бюретка; 5 — трубка;
6 — термометр; 7 — при-
тертая пробка; 8 — реак-
ционный сосуд с припаян-
ными стаканчиками.
порпой склянки газ в бюретке приводят к атмосферному давлению и отмечают
объем выделившегося СО2.
Встряхивание реакционного сосуда повторяют до тех пор, пока объем газа
перестанет изменяться.
При анализе записывают показание термометра и барометрическое давление.
Объем СО2 относят к одному объему испытуемого раствора и найденный объем
СО2 приводят к нормальным условиям умножением на соответствующий коэф-
фициент по номограмме (рис. 3).
Номограммой пользуются следующим образом. При помощи линейки сое-
диняют точки, соответствующие данным давлениям и температурам, и в точке
пересечения их со шкалой, находящейся справа, отыскивают искомый перевод-
ной коэффициент и его логарифм.
Так, при давлении 730 мм рт. ст. и температуре 20 °C получают для МОВ*
кого газа переводной коэффициент 0,8735 и логарифм 1,9412, для сухого гам»
переводной коэффициент 0,8949 и логарифм 1,9517.
Кроме того, для приведения объема СО2 к нормальным условиям мою»
пользоваться формулой
У(В — р)293
(293 + 0 760
,еР«Я|'
температуре опыта, мм рт. ст. (берйф*
где V — найденный объем СО2; В — барометрическое давление; t — темпе]
газа; р — давление водяных паров при
из таблицы для водяного пара).
Атмосферное ОаЗление,
чмат cm.
780
770
75Q
750
7W
730
720
770
700 т
р350
-50 f
\t50t
f-'-n
0,800-
Температура,*0 70 -
20-
30
| SO-
w l» vssol
50-
*
4SO\
-700^
-50\
so
70 -
SO -ООО
90 ФО
7,ШР-0
Обычно проводят 2—3 определ
и берут среднее значение. Расхожд
не должно превосходить 0,5 объема
на один объем раствора.
Анализ проводят из одноврем
отобранных свежих проб насыще
и истощенного растворов. Разница
ду значениями СО2 в этих раст
дает представление об эффектней
работы раствора.
Так, в реакционный сосуд вз
3 см3 насыщенного раствора. В р
тате реакции из раствора выдел
60,6 см3 СОг, т. е. 60,6 : 3=20,2 см’
(или /?п = 20,2 м’/мя).
В реакционный сосуд взято 4
истощенного раствора, выд
40,4 см3 СО2, т. е. 40,4:4=10,1 см3/
или (Ян =10,1 м3/м3).
Соответственно съем СО2 с 1
раствора (А/?) составляет
AR = 20,2—10,1 = 10,1 м3/м’.
Рис. 3. Номограмма для приведения
объемов газа к нормальным усло-
виям.
Анализ производится при темпер
туре газа 18 °C и барометрическом дМ
Ленин 750 мм рт. ст. Из номограмм
(см. рис. 3) определяют переводной К
эффициент (0,906) и с его учетом съем СО2 с 1 м3 раствора: AR= 10,1 *0,906
= 9,15 нм3/м3.
Зная AR и количество циркулирующего насыщенного раствора (Ур), опр|
деляют производительность установки (#сов,г в кг/ч):
gcos,r = ^1.84Vp. J
Определение железа в растворе моноэтаноламина ’
Метод основан на способности трсхвалентного железа при взаимодействи
с роданистым калием или аммонием переходить в роданистое железо, окрашя
вающее раствор в розовый цвет. Сравниваем цвета испытуемого раствора с он
раскон стандартного раствора роданистого железа, находим количество железу
в испытуемом растворе.
X и м и ч е с к а я п о с у д а 4
Микробюрстка на 1—2 см3.
Мерные цилиндры с притертой пробкой на 50 см3.
Мерные колбы на 100 мл и на 1000 см3.
Две микропипетки на 1 см3.
Три пипетки на 5 см3.
Пипетка на 10 см3.
200
Реактивы
Концентрированная HNOj.
20 % -ный раствор серной кислоты.
15 %-ный раствор NHJuNS.
Изоамиловый спирт.
Стандартный раствор железоаммонийных квасцов (I’cNHUSOJ*- 12Н2О).
5 см3 испытуемого раствора пипеткой вносят н мерную колбу на 100 см3.
Объем раствора в колбе доводят дистиллированной водой до метки. Колбу за-
крывают стеклянной или резиновой пробкой и тщательно перемешивают. Из
•грной колбы берут 5 см3 раствора, переносят в цилиндр пл 50 см3. Туда же
^Приливают 0,5 см3 концентрированной азотной кислоты. С,5 см3 20 %-ной H2SO4
I перемешивают. Потом в цилиндр приливают 10 мл 15 %-ного раствора
NH4CNS, 5 см3 изоамилового спирта, плотно закрывают пробкой н хорошо
Ибалтывают.
В другой такой же цилиндр наливают 5 см3 дистиллированной поды, такое
«с количество HNO3; H2SO4; NH4CNS и изоамилового спирта, как и в цилиндр
в испытуемым раствором. Во второй цилиндр прибавляют и» микробюретки по
цплям стандартный раствор Б железоаммиачных квасцов до выравнивания
Мраски слоев спирта в обоих цилиндрах.
Интенсивность окраски сравнивают каждый раз после набалтывания ци-
линдров. Процентное содержание железа находят по формуле
а-0,00001-20-100 л _
Fe =-------------------= 0,004а,
5
Где а — объем стандартного раствора, пошедшего на выравнивание окраски,
гм3; 0,00001 — количество железа, содержащегося в 1 см3 стандартного раствора
Б, г; 20 — коэффициент разведения испытуемого раствора; Б —объем разведен-
ного раствора, взятого на определение, см3.
Стандартный раствор готовят следующим образом. 0.Я64 г химически чи-
стых железоаммиачных квасцов растворяют в мерной колбе дистиллированной
водой, подкисляют 4 см3 крепкой H2SO4 (плотность 1,84) и доводят до 1 л —
раствор А; 10 см3 раствора А разбавляют в мерной колбе водой до 100 см3 —
раствор Б.
1 см3 раствора Б содержит С,00001 г Fe.
Раствор Б годен только в день его приготовления.
Анализ дымовых газов
Аппаратура
Газоанализатор химический стеклянный переносной ручного действия
ГХП-100. Предназначен для раздельного определения объемного содержания в
газовой смеси суммы всех кислых газов (СО2, SO2, H2S и др.), кислорода О2,
Ькиси углерода СО или непредельных углеводов CnHm путем их избирательного
извлечения поглотительными растворами.
Газоанализатор ГХП-100 (рис. 4) состоит из газовой бюретки, поглотитель-
ных сосудов, гребенки, фильтра, уравнительной склянки, резинового мешочка,
резиновой груши, соединительных трубок, трехходового крана, деревянного
футляра. Бюретка представляет собой трубку вместимостью 100 мл с расшире-
нием в верхней части. На более узкой нижней части бюретки нанесены деления,
соответствующие 0,2 мл. Для защиты от быстрых изменений температуры ок-
ружающего воздуха бюретка окружена водяной рубашкой.
Реактивы
Гидроксид калия ч. д. а. или ч.; пирогаллол нли пирогаллол А; закись меди;
серная кислота; 0-нафтол.
При отсутствии готовой закиси меди — кристаллическая медь, глюкоза.
Затворная жидкость, метилоранж, дистиллированная вода.
201
Для поглощения СО2 (и других кислых газов) применяют водный раствор
гидроксида калия. При контакте дымовых газов с раствором происходит реам
НИИ.
2КОН СО2 - К2СО3 4- П2О.
Уменьшение объема газа после поглощения соответствует содержанию ди-
оксида углерода.
Для поглощения СО2 может служить также гидроксид натрия, но его кон
центрированные растворы часто образуют пену и закрпсталлнзовываются вслед
ствие выделения труднорастворимого карбоната натрия.
Для поглощения кислорода служит
щелочной раствор пирогаллола—1.2;
3 — триоксибепзола — СбН»(ОН)з, пред*
ставляющии собой сильный восстанови-
тель.
Компоненты раствора берут в соо?*
ношениях: 20 весовых частей пирога лло-
ла, 20 весовых частей гидроксида калии
н 60 весовых частей воды. Щелочной
раствор пирогаллола готовят следук>
щим образом: в коническую колбу вне*
стимостью 500 см3 помещают 60 г пи-
рогаллола, затем приливают раствор гид.
роксида калия (60 г гидроксида калия»
растворенного в 180 см3 дистиллирован-
ной воды), плотно закрывают колбу кор*
ковой пробкой и взбалтывают до пол-
ного растворения пирогаллола.
Растворение пирогаллола сопровоЖ*
дается нагреванием до 60 °C' и продол-
жается 10—12 мин. Полученный темно-
коричневый раствор после охлаждения
до комнатной температуры заливают fr
поглотительный сосуд газоанализатора.
Поскольку раствор активно взаимодей-
ствует с кислородом воздуха, поглоти-
тельный сосуд соединяют с резиновым
мешочком с постоянным объемом воз-г
Рис. 4. Газоанализатор ГХП-100:
/ — резиновая груша; 2 — уравнительная
склянка; 3 — кран; 4, 5, 6—поглотитель-
ные сосуды; 7 —фильтр; 8, /4 — соеди-
нительные трубки; 9 — трехходовой кран;
/61 - футлнр: 11 — гребенка с кранами;
12 газовая бюретка; 13 — водяная ру-
башка.
духа. 4
IIpi<_ отсутствии пирогаллола последний заменяют пирогаллолом А (ГОСТ^
6408—75). В этом случае в 180 си3 дистиллированной воды растворяют 25 р
пирогаллола А и 38 г гидроксида калия.
В случае необходимости более точного определения содержания кислород*
при температуре ниже 15 °C в 210 см3 дистиллированной воды растворяют 60 г
гидросульфита натрия (свежеприготовленного, так как этот реактив очень не-
стойкий) и 30 г гидроксида калия.
Для поглощения оксида углерода применяется суспензия закиси меди»
которую готовят следующим способом: 20 г закиси меди растирают в фарфо-
ровой ступке с 5—10 см3 серной кислоты. Затвердевшую массу вновь тщатель*
по растирают, добавляя маленькими порциями 50—60 см3 серной кислоты. По-
лученную массу смывают серной кислотой в стакан, куда при постоянном пере-
мешивании добавляют 30—40 г ^-нафтола.
Затем полученную суспензию переводят в склянку, доводят количество,
серной кислоты до 200 см3, закрывают склянку пробкой, взбалтывают в течение
1—1,5 ч и дают отстояться в продолжение 1—2 сут. После этого суспензию без
осадка заливают в поглотительный сосуд, защищенный от воздуха резиновым
мешочком.
Суспензия закиси меди полностью поглощает СО даже из слабоконцентри-
рованных газов.
В периоды, когда на приборе анализы с помощью суспензии не проводят»,
ее ежедневно взбалтывают пропусканием азота.
202
При отсутствии готовой закиси меди последнюю можно получить в лабо-
ратории, и поглотительная способность суспензии из свежеприготовленной заки-
си меди будет выше.
К раствору 50 г кристаллической меди в )000 см3 дистиллированной воды
добавляют 64 г глюкозы и кипятят в течение 30—45 мин, время от времени до-
водя раствор добавлением воды до первоначального объема. Как только голубая
окраска исчезнет, кипячение прекращают, осадок закиси меди промывают ди-
стиллированной водой, затем промывают на фильтре и высушивают в эксикаторе
над хлористым кальцием.
Для поглощения СО применяется также аммиачный раствор полухлористой
меди. Он поглощает окись углерода с образованием комплексного соединения
Cu2C12 + 2СО = Cu2C12 - 2СО.
Для приготовления аммиачного раствора Сп2С12 растворяют 250 г NIhCI
а 750 см3 дистиллированной воды, прибавляют 200 г C112CI2, хорошо перемеши-
вают и добавляют 25 %-ный раствор аммиака удельного веса 0,91 в количест-
ве !/з объема раствора.
Вследствие того что полухлористая медь легко окисляется кислородом воз-
духа, в склянку с мсдно-аммиачным раствором помещают металлическую медь
в виде стружки или спиралей из проволоки. Поглотительный сосуд с этим
раствором также защищают от воздуха резиновым мешочком.
В качестве затворной жидкости можно использовать один из следующих
растворов: 22 %-ный раствор хлористого натрия; 10 %-ный раствор серной
кислоты; насыщенный раствор хлористого магния; квелый раствор сульфата
натрия, приготовленного растворением 27 г сульфата натрия безводного, 61 г
кристаллического сернокислого натрия и 10 г серной кислоты в 108 см3 дистил-
лированной воды; раствор глицерина в воде (для приготовления которого берут
500 см3 глицерина, добавляют 70 см3 концентрированной серной кислоты и
430 см3 дистиллированной воды). Затворную жидкость подкрашивают метил-
оранжем.
Во время приготовления поглотительных растворов и заполнения их в при-
бор надевают защитные очки, резиновые перчатки и резиновый фартук. Работу
проводят в вытяжном шкафу. Заряженный газоанализатор переносят только в
закрытом футляре.
Перед анализом уровни жидкостей в поглотительных сосудах доводят до
меток, находящихся на капиллярах под кранами. Для этого сосуд, в котором
должен быть поднят уровень раствора, поворотом его крана при закрытых
остальных кранах соединяют с измерительной бюреткой; опусканием напорного
сосуда в бюретке создают разрежение, в результате чего уровень раствора в
сосуде поднимается и медленно доходит до метни, после этого края закрывают.
Когда подготовят все поглотительные сосуды, трехходовой кран поворачивают
на соединение с атмосферой и, поднимая напорный сосуд, доводят затворную
жидкость в бюретке до метки на верхней трубке бюретки.
Для наполнения прибора пробой его соединяют с источником газа. Кран
поворачивают на соединение бюретки с источником газа и, опуская напорный
сосуд, в бюретку набирают газ. После этого закрывают кран, поднимают напор-
ный сосуд и, поворачивая кран на соединение бюретки с атмосферой, вытесняют
газ в атмосферу. Заполнение бюретки газом и вытеснение его повторяют 3—
4 раза для полного удаления воздуха из прибора. После такой промывки при-
бора в бюретку набирают 100 см3 газа, уравнивают давление газа в бюретке с
атмосферным (совмещением уровней затворной жидкости в бюретке и напорном
сосуде), измеряют и записывают первоначальный объем (Vi), Для расчетов
удобнее, чтобы величина Vi равнялась 100 см3, поэтому в бюретку набирают
газа несколько больше 100 см3, а затем подъемом напорной склянки сжимают
его в бюретке настолько, чтобы жидкость установилась на делении 100. Во
время измерения на мгновение открывают и закрывают кран. После этого объем
набранной пробы будет равен 100 см3. Сначала поглощают диоксид углерода.
Для этого напорный сосуд поднимают так, чтобы уровень жидкости в ном не-
сколько превышал уровень жидкости в бюретке, открывают кран сосуда и подъ-
емом напорного сосуда переводят газ из бюретки в поглотительный сосуд так,
203
чтобы затворная жидкость доходила до метки газовой бюретки; затем гм
снова засасывают в бюретку и снова переводят в поглотительный сосуд. Послв
нескольких таких перекачиваний пробу оставляют в бюретке и, приведя ее к ат
мосферному давлению, измеряют оставшийся объем газа; затем газ снова перг
качивают в поглотительный сосуд и повторяют все операции до получения по-
стоянного объема оставшегося газа.
Полученный объем V2 записывают, в сосуде поглощают следующий комло»
нент — кислород и записывают объем оставшегося газа Vs. После этого погло»
щают оксид углерода в сосуде и измеряют объем оставшегося газа 14.
Расчет процентного содержания компонентов проводится по формулам:
100(Уа —И,)
Сс°, - F1
100(У2-У,)
ч- И, : ;
100(Г3-У4) i
ссо - <
I
СЛИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алтунин В. В. Теплофизические свойства двуокиси углерода. — М.: Из-
дательство стандартов, 1975. — 551 с.
2. Барулина И. Д. Расчет количества сухого льда, необходимого для тран-
спортировки мороженого в изотермических автокузовах. — Холодильная техни-
ка, 1966, № 8, с. 52—53.
3. Веремьев М. Н. Железнодорожные цистерны для транспортировки жид-
кого углекислого газа.—Холодильная техника, 1975. № 5, с. 24—25.
4. Габриэлянц М. А., Малютина Л. М. Хранение и реализация охлажденного
мяса. — Экономика, 1971, с. 31—32.
5. Герасименко В. В. Производство диоксида углерода на спиртовых заво-
дах.— М.: Пищевая промышленность, 1980. — 272 с.
6. Главннский Д. Г. Современная техника пивоваренного производства. —
М.: Пищевая промышленность, 1974. — 280 с.
7. Друцкий В. В., Пименова Г. Ф., Погоржельский А. Б. Новые цехи
для производства низкотемпературной жидкой двуокиси углерода. — Холодиль-
ная техника, 1976, № 12, с. 21—25.
8. Инструктивные материалы по эксплуатации оборудования заводов (це-
хов) сухого льда и сжиженного углекислого газа. — М.: ВНИХИ, 1969. —184 с.
9. Константинова О. Н., Пименова Т. Ф. Осушка углекислого газа. — Холо-
дильная техника, 1973, № 10, с. 6—7.
10. Кошкин Н. Н., Суетинов В. П. Получение сухого льда вымораживанием
в турбодетандере газовой холодильной машины. — В сб.: Межвузовский сбор-
ник научных работ, № 2, ЛТИ им. Ленсовета, 1978, с. 50—57.
11. Коуль А. Л., Ризенфельд Ф. С. Очистка газа. — М.: Недра, 1968. — 392 с.
12. Лейтес И. Л., Сухотина А. С., Язвикова Н. В. Условия стабильной рабо-
ты установок моноэтаноламитговой очистки газа от СО2. — Химическая промыш-
ленность, 1977, № 3, с. 23—28.
13. Лукашова Ю. Д. Контейнеры для сухого льда. — Холодильная техника,
1968, № 2, с. 26—28.
14. Михайлов Ф. С. Отопление и основы вентиляции. — М.: Стройиздат,
1972. —32 с.
15. Новая установка УВЖС-500 для производства жидкой двуокиси углеро-
да/[В. В. Герасименко, Ю. П. Артемов, А. Я. Мирошников, А. Ю. Корсунский}.—
Холодильная техника, 1977, № 8, с. 14—17
16. Очистка технологических газов/под рсд. Т. А. Семеновой и И. Л. Лей-
гес. — М.: Химия, 1969. — 392 с.
17. Пименова Т. Ф., Гродник М. Г. Условия обеспечения минимального рас-
хода тепла в десорбере. — Холодильная техника, 1964, № 3, с. 47—49.
18. Пименова Т. Ф. Исследование процесса конденсации углекислого газа
из смеси с азотом на вертикальной трубе. — Холодильная техника, 1965, № 6,
с. 12—17.
19. Пименова Т. Ф. Опыт применения моноэтаноламина в производстве су-
хого льда и сжиженного углекислого газа. — В сб. трудов ВНИХИ: Важнейшие
работы в области холодильной техники и технологии. М., 1970, с. 160—167.
205
20. Пименова Т. Ф. Состояние и перспективы развития производства сух<ив
льда и сжиженного углекислого газа в СССР. — Холодильная техника, 1973
№ И, a 5-7.
21. Пименова Т. Ф. Изменение производительности установки для получении
сжиженного СО2 при переводе ее на заполнение изотермических цистерн вмени
баллонов. — Холодильная техника, 1974, № 7, с. 48—50.
22. Пименова Т. Ф., Константинова О. Н. Осушение сжиженного СО,.
Холодильная техника, 1974, Ns 10, с. 46—48.
23. Пименова Т. Ф. Оборудование для производства, транспортировки, хра
нения и применения жидкой двуокиси углерода и сухого льда.—Холодильная
техника, 1978, № 1, с. 54—56.
24. Плачек Р. Технические, технологические и экономические аспекты при’
менения разных способов замораживания в промышленном производстве готсь
вых блюд. — Холодильная техника, 1978, № 11, с. 54 —57.
25. Правила техники безопасности на заводах сухого льда и жидкой угле-
кислоты. — М.: ВНИХИ, 1973. —111 с.
26. Применение двуокиси углерода в мясной и молочной промыш;генностж
Сб. № 4. Холодильная промышленность и транспорт. — М.: ЦНИИТЭИмясск
моляром, 1975. — 24 с. ’
27. Равич М. Б. Упрощенная методика теплотехнических расчетов.—М:
Наука, 1966. —218 с.
28. Рекомендация по регламенту технологического процесса производства
сухого льда и сжиженного углекислого газа для цехов, работающих на базе
специального сжигания топлива. — М.: ВНИХИ, 1970. — 59 с.
29. Тезиков А. Д. Производство и применение сухого льда.— М.: Госторг»,
издат, 1960. — 129 с.
30. Титов В. Б. Исследование процесса вымораживания двуокиси углерод
из дымовых газов. — Холодильная техника, 1976, № 10, с, 22—26.
31. Ужанский В. С. Автоматизация холодильных-машин и установок.—М|
Пищевая промышленность, 1973. — 396 с. 4
32. Федотов Е. Л. Скорость сублимации сухого льда. — Холодильная те%.
ника, 1970, № 1, с. 37—39. j
33. Deason D. World’s «Ferst» Carbon Dioxide Line to Boost West Texflfl
Oil Production «Pipeline Gas Journal», 1971, Nov. pp. 48—49. X
34. Duron P. P., Havigorst G. R. Reliquefiers CO2 Cryogenic Freezing «FooS
Processing Industry», 1972, v. 44, No. 4, pp. 72—74. j
35. NiedselsW Z., KHmczak J. Hus fagyasztasa szendioxiddai. «Hutoipanfl
1978, 25, No. 2, s. 33—36. I
36. Vahl L. Een nieuw proces voor de berciding van koolzuurijs in helderw
blokken. «Koeltechniek», 1965, 58, No. 1. s. 2—5.
ОГЛАВЛЕНИЕ
предисловие
Основные свойства газообразного, жидкого и твердого диоксида
углерода
Термодинамические свойства
Физические свойства
Физико-химические свойства
Химические свойства
I. Сырье
Основные виды сырья, используемо го для производства СО2
Бросовые промышленные газовые смеси и СО2 природного проис-
5
5
12
16
19
20
20
хождения
Продукты сжигания топлива
Дымовые газы и газовые смеси
III» Производство газообразного диоксида углерода
Р Принципиальная схема
I Сжигание топлива
Охлаждение и промывка дымовых газов
Транспортировка дымовых газов
। Абсорбция СО2 из дымовых газов раствором абсорбента
f Десорбция СО2 из раствора абсорбента
| Подогрев, охлаждение и рециркуляция раствора абсорбента
[Охлаждение парогазовой смеси
Очистка раствора МЭА от загрязнений
Очистка газообразного СО2 от примесей
Регулирование процессов производства контроль технологи-
21
29
30
30
30
31
37
44
46
65
65
67
G9
73
ческих параметров
IV. Производство жидкого и твердого диоксида углерода
А Принципиальная схема
F Производство жидкого диоксида углерода
' Жидкий диоксид углерода высокого давления
Жидкий низкотемпературный диоксид углерода
Производство сухого льда
Производство сухого льда из бросовых промышленных
смесей и топлива
Получение твердого СО2 вымораживанием нз гаэопыч гмп Hl
1 Основные процессы и аппараты
Сжатие газообразного СО2
Конденсация СО2
Снижение давления и температуры жидкого СО-
Получение сухого льда
V. Хранение и транспортировка диоксида углерода
Сухой лед
Газообразный диоксид углерода
Жидкий диоксид углерода......................
74
77
77
79
79
НИ
М
МТ
1’11
Гл
1И7
|И7
111
I г/
ИГ
'VI. Применение диоксида углерода
Применение в пищевой промышленности *
Хранение, транспортировка и реализация мороженого
Охлаждение, транспортировка и замораживание пищевых про-
дуктов
Применение в различных областях техники
VII. Основные положения правил безопасности при производстве и при-
менении диоксида углерода
Общие положения
Характеристика производства СО2 по степени его вредности
и опасности . ...
Требования безопасности к процессам производства диоксида
углерода
Требования к производственным помещениям
Освидетельствование и испытание машин и аппаратов
Некоторые условия безопасной эксплуатации установок для произ-
водства и потребления диоксида углерода
Первая доврачебная помощь
Приложения
Приложение I. Свойства СО2
Приложение 2. Методики контроля производства
Список использованной литературы
ТАТЬЯНА ФЕДОРОВНА ПИМЕНОВА
ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ СУХОГО ЛЬДА ЖИДКОГО И
ГАЗООБРАЗНОГО ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
Редактор Н. А. Никитина
Художественный редактор Е. К. Селикова I
Технический редактор Г, А, Алавина .
Корректоры Г. А. К а з а к о в а, Н. П. Б а г м a
ИБ № 1057
Сдано в набор 27.10.81. Подписано в печать 17.08.82. Т-11983.
Формат 60X90716* Бумага типографская № 2. Литературная гарнитура.
Высокая печать. Объем 13,0 п. л. Усл. п. л. 13,0. Усл. кр.-отт. 13,25.
Уч.-изд. л. 15,48. Тираж 1750 экз. Заказ 982. Цена 75 коп.
Издательство «Легкая и пищевая промышленность»
113035, Москва, М-35, 1-й Кадашевский пер., д. 12.
Московская типография № 6 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии
и книжной торговли. 109088, Москва, Ж-88, Южнопортовая ул., 24.