制氧设计计算书15

上海施耐德日盛气体设备有限公司设计内容PSAHG90-12制氧设备第1张共5张设计计算书原始设计数据：产气量15Nm3/h，纯度93%,德国BF5A分子筛解:从优化设计的角度出发，考虑生产成本和设备能耗等因素，根据经验，选定PSA系统(变压吸附)，工作压力P1=0.5MPa，温度T1=20℃。工作压力在0.5MPa时，5A分子筛的产氧率K=50NL/kg，氧气回收率η=35.2%。1、压缩空气耗气量Qa的计算（空气中的氧气含量为20.9%）Qa=（Qn×C）/（20.9%×η）=（15×93%）/（20.9%×35.2%）＝190（Nm3/h）式中Qa——压缩空气流量（Nm3/h）Qn——氧气流量（Nm3/h）C——氧气纯度（%）η——氧气回收率（%）2、系统主管路管径da的计算在使用工况下，压缩空气实际流量Qa实为：Qa实=PNTSQa/PSTN=[0.101×（273+20）×190]/[（0.5+0.101）×（273+20）]＝31.93（m3/h）式中Qa——压缩空气在标态下的流量（Nm3/h）PN——标态绝压PN=0.101MPaPS——使用状态下的绝压修正PS=PN+气源压力（Mpa）TN——气体在标态下的温度修正TN=273.15+标态绝温（K）TS——气体在使用状态下的温度修正TS=273.15+使用绝温（K）则da=[（4×Qa实/3600）/（πυ）]1/2=[（4×26.05/3600）/（3.14×8）]1/2=0.037（m）式中υ——气体流速8～12m/s,取υ=8m/s园整主管路管径da=0.04m=40mm。Qa=190Nm3/hQa实=31.93m3/hda=40mm上海施耐德日盛气体设备分公司设计内容PSAHG90-12制氧设备第2张共5张设计计算书３、空压机排气量V空的计算PSA系统是以标态干基空气作为设计基数的，而空压机排气量是以吸入空气压力P0＝0.101MPa,温度T0＝293K,相对湿度ψ＝65%为设计基数，所以选择空压机排气量时要将Qa折算到空压机吸入口的状态。V空=QaT0/264（P0-ψPb）=(190×293)/[264×(1.01-65%×0.0238)]=55670/262.55=212.04(m3/h)=3.54(m3/min)式中Pb——吸入温度下饱和水蒸汽分压（kgf/cm2）4、AC空气净化组件的选型根据压缩空气耗气量选择相应处理气量的Schneider牌空气净化组件：AC-5、PSA系统的设计①5A分子筛装填量G分的计算G分=Qn/K=15/50=0.3(T)=300kg式中G分——5A分子筛装填量的理论计算值（kg）Qn——氧气产量（Nm3/min）K——产氧率（NL/kg）考虑分子筛粉化和老化等因素的影响，增加5%～7%的产气富裕量，则实际装填量为G分实=G分×1.1=300×1.1=330（kg）式中G分实——5A分子筛装填量的实际值（kg）②吸附塔单塔装填5A分子筛容积V分的计算V分＝G分实/2ρ分＝330/（2×670）＝0.25m3式中ρ分——分子筛堆密度（ρ分＝670kg/L）③吸附塔直径D的计算根据经验，对于立式PSA系统，高径比取H:D≥2，空塔空气线速度取ω≤0.045m/s。则吸附塔直径D为D=[（4Qa实）/（πω）]1/2=[（4×31.93/3600）/（3.14×0.045）]1/2=0.501m圆整为标准直径D=0.55m＝500mm校核空塔空气线速度ω=（4Qa实）/（60πD2）＝（4×31.93/3600）/(3.14×0.502)=0.045≈0.045(m/s)V空=3.54m3/minG分=240kgG分实=264kgV分＝0.20m3D＝450mmω=0.037m/s上海施耐德日盛气体设备分公司设计内容PSAHG90-100制氧设备第3张共5张设计计算书因此折算为直径Φ1250的单塔装筛高度Ha为Ha=（4V分）/（πD2）＝(4×0.25)/（3.14×0.552）＝1.58(m)验证高径比，Ha：D=1.58/0.50=3≥2（符合要求）④吸附塔结构尺寸的确定当D≥800mm时，吸附塔采用如图（一）所示的结构。图中D1=D/2，h1=50mm，h2=50mm,h3=120mm。A区装填3A分子筛，B区装填氧化铝干燥剂,C区为分子筛压紧附件。则考虑塔内管路附件所占容积，故A区加上0.05m作为修正，即：HA=Ha+h1=1.58+0.05=1.63(m)H1=HA+h2=1.63+0.05=1.68(m)吸附塔直边高H为H=H1+h3=1.68+0.1=1.78(m)园整为H=1.81m吸附塔结构尺寸如图（二）所示⑤压缩空气进口管径d1与氧气出口管径d2的计算a、压缩空气从空气净化组件到ＰＳＡ系统无多大变化，故取ＰＳＡ系统压缩空气进气口管径和空气净化组件压缩空气进气口管径一致，即：d1=da=40mmb、使用状态下产品气实际流量Qn实Qn实=PNTSQn/PSTN=[0.101×（273+20）×15]/[（0.5+0.101）×（273+20）]＝2.52（m3/h）则d2＝[（4Qn实）/（3600πυ）]1/2=[（4×2.52）/（3600×3.14×8）]1/2=0.0105（m）考虑ＰＳＡ系统均匀后吸附塔升压的需要可取比d1小一档的管径，即：d2=12mm6、Ｔ缓冲罐组件的设计Ha：D=2.02H１=1.459mH=1.5md1=40mmQn实＝26.9m3/hd2=50mm上海施耐德日盛气体设备分公司设计内容PSAHG90-100制氧设备第4张共5张设计计算书①空气缓冲罐容积V`缓的初步计算V`缓=KaQn=0.011×190=2.09(m3)式中Ka——缓冲系数,按经验取0.01~0.015(h)②空气缓冲罐结构设计考虑运输、整套设备外观协调等因素，缓冲罐直边高取≤1800mm,缓冲罐结构如图（3）所示a、初取缓冲罐直边高H`缓=1810mm，估算缓冲罐的直径D缓D缓=[(4×V`缓)/(π×H`缓)]1/2=[(4×2.09)/(3.14×1.81)]1/2=1.22(m)园整为标准直径：D缓=1.2mb、缓冲罐直边高H缓的确定H缓=4（V`缓－2V封）/πD2缓=4(2.09－2×0.225)/(3.14×1.22)=1.45(m)园整为：H缓=1.5m③空气缓冲罐容积V缓的计算和校核缓冲系数KaV缓=πD2缓H缓/4+2V封=(3.14×1.22×1.5)/4+2×0.255=2.15(m3)Ka=V缓/Qn=2.15/190=0.0113（h）V`缓=2.2m3D缓=1.2mH缓=1.5mV缓=2.24m3上海施耐德日盛气体设备分公司设计内容PSAHG295-200制氧设备第5张共5张设计计算书①氧气缓冲罐容积V`缓的初步计算V`缓=KaQn=0.031×15=0.465(m3)式中Ka——缓冲系数,按经验取0.030~0.04(h)注：Ka=(5.5/0.5)/(60×6)1h=60min(0.5+0.101)/0.101②氧气缓冲罐结构设计考虑运输、整套设备外观协调等因素，缓冲罐直边高取≤1800mm,缓冲罐结构如图（3）所示a、初取缓冲罐直边高H`缓=1810mm，估算缓冲罐的直径D缓D缓=[(4×V`缓)/(π×H`缓)]1/2=[(4×0.465)/(3.14×1.81)]1/2=0.57(m)园整为标准直径：D缓=0.6mb、缓冲罐直边高H缓的确定H缓=4（V`缓－2V封）/πD2缓=4(0.465－2×0.0352)/(3.14×0.62)=1.4(m)园整为：H缓=1.4m③氧气缓冲罐容积V缓的计算和校核缓冲系数KaV缓=πD2缓H缓/4+2V封=(3.14×0.62×1.4)/4+2×0.0352=0.466(m3)Ka=V缓/Qn=0.466/15=0.031附图一附图二缓冲罐结构尺寸图附图三