lecture 1-8 gas化工原理課件

1.8.3氣體輸送機械

屬于氣體輸送設備。

(1)分類：*按出口壓力分類往復式

通風機：終壓不大于1.5×104Pa(表壓)，壓縮比<1.15；鼓風機：終壓不大于1.5~30×104Pa(表壓)，壓縮比1.15～4；

壓縮機：終壓>30×104Pa(表壓)，壓縮比>4；真空泵：終壓接近于0，壓縮比由真空度決定；從設備中抽出氣體，使設備中產(chǎn)生負壓。*按結構分類

離心式你們的未來不是夢！1

①能量衡算基準不同，

液體1kg揚程，m氣體1m3風壓，N/m2

②氣體壓縮時，產(chǎn)生熱效應，需設冷卻裝置。(3)氣、液體輸送設備區(qū)別風機主要用于：氣體輸送；壓縮機主要用于：壓縮氣體。說明：你們的未來不是夢！22.6.1離心式通風機

型式：離心式——多用于氣體輸送；軸流式——一般用于通風換氣。離心式和軸流式通風機示意圖(a)離心式(b)軸流式你們的未來不是夢！3(1)離心式通風機結構及工作原理

①結構：

主要部件：葉輪、蝸殼；

葉片形式：低壓風機——葉片平直；中、高壓風機——葉片彎曲。

②工作原理：同離心泵1－機殼2－葉輪3－吸入口4－排除口你們的未來不是夢！4(2)離心通風機的性能參數(shù)與特性曲線①風量qV

：以進氣口體積流量計，m3/s、m3/h；②全風壓PT：單位體積的氣體流過風機時所獲得的能量，Pa；風機內(nèi)壓力變化小，氣體可視為不可壓縮流體，對風機進、出口截面作能量衡算：靜風壓動風壓你們的未來不是夢！5④軸功率

說明：PT與流體密度ρ有關⑤離心通風機特性曲線見圖1-92，P71頁③效率你們的未來不是夢！6(3)離心通風機的選用

①由流體性質，選擇風機類型；

②由管路所需風壓、流量，確定具體型號；例：輸送400C空氣，管路需要PT′qV

′選型

風機特性曲線由廠家提供，列于風機樣本中。

標定條件：

注意：按PT和qV’，從樣本中選擇風機③計算風機效率，使其在高效區(qū)工作。你們的未來不是夢！72.6.2鼓風機類型：離心式、羅茨式（1）離心式鼓風機（透平鼓風機）主要結構和工作原理與離心通風機類似，為產(chǎn)生較高的風壓，采用多級。出口表壓力一般不超過294×103Pa。（2）羅茨鼓風機①結構你們的未來不是夢！8②工作原理同齒輪泵說明：①為正位移型，風量與轉速成正比，而與出口壓力無關；②流量采用旁路調節(jié)；③出口閥不能完全關閉；④操作溫度不超過85oC。2.6.3壓縮機

類型：離心式、往復式

(1)離心式壓縮機（透平壓縮機）作用原理與離心鼓風機相同，為達到較高的出口壓力，采用多級數(shù)，大葉輪直徑，高轉數(shù)(一般在5000rpm以上)。你們的未來不是夢！9◆壓縮比高，溫升過高，故壓縮機分為幾段。◆段間設冷卻器，各段溫度大致相等◆葉輪直徑逐段減小，葉輪寬度逐級略有減小說明：優(yōu)點：與往復壓縮機相比，離心壓縮機具有機體體積較小，流量大，供氣均勻，運動平穩(wěn)，易損部件少和維修較方便等。缺點：離心式壓縮機的制造精度要求極高，否則，在高轉速情況下將會產(chǎn)生很大的噪音和振動。注意：當離心式壓縮機進氣量減小到允許的最小值，壓縮機會發(fā)生喘振。因此，壓縮機必須在比喘振流量大5%~10%的范圍內(nèi)操作。你們的未來不是夢！10(2)往復式壓縮機①

結構和工作原理與往復泵相似吸入和排出閥更加靈巧12340V2V1VP1P2無余隙壓縮循環(huán)56②

無余隙壓縮循環(huán)你們的未來不是夢！11整個循環(huán)活塞對氣體所作的功：等溫壓縮循環(huán)：12340V2V1VP1P2無余隙壓縮循環(huán)56你們的未來不是夢！1212340V2V1VP1P2無余隙壓縮循環(huán)2'56絕熱壓縮循環(huán)：r——絕熱指數(shù)出口溫度：你們的未來不是夢！13k——多變指數(shù)，1~r多變壓縮循環(huán)：影響壓縮所需軸功Ws和排氣溫度T2的主要因素：（1）壓縮比p1/p2愈大，Ws和T2也愈大；（2）壓縮所需的軸功Ws與吸入氣體量（V1一V4）成正比；（3）多變指數(shù)k愈大，則Ws和T2也愈大。注意：對于石油氣壓縮機用空氣試車或用氮氣置換石油氣時，務須注意超負荷和超溫的問題。

出口溫度：你們的未來不是夢！1412340V2V1VP1P2P有余隙壓縮循環(huán)V4V3

③有余隙壓縮循環(huán)

余隙體積：V3余隙系數(shù)：新鮮氣體：V1-V4容積系數(shù)：無余隙時：大、中型壓縮機的低壓氣缸ε<8%高壓氣缸ε≈12%你們的未來不是夢！1512340V2V1VP1P2P有余隙壓縮循環(huán)V4V3多變壓縮過程：討論：

壓縮比一定時,ε↑，λ0↓

ε一定，壓縮機達到的最高壓力是有限制的。

余隙系數(shù)一定，↑λ0

↓

λ0=0，壓縮極限你們的未來不是夢！16④主要性能參數(shù)(a）排氣量(生產(chǎn)能力或吸氣量):將壓縮機在單位時間內(nèi)排出的氣體體積換算成吸入狀態(tài)下的數(shù)值。無余隙時的理論吸氣量：實際吸氣量<理論吸氣量實際排氣量：由于泄露，實際排氣量<實際吸氣量你們的未來不是夢！17原因：(1)實際吸氣量比實際排氣量大，凡吸入的氣體都經(jīng)過壓縮，多消耗了能量；(2)氣體在氣缸內(nèi)脈動及通過閥門等的流動阻力，也要消耗能量；壓縮機的運動部件的摩擦，還要消耗能量。所以壓縮機的軸功率為:(b)軸功率若以多變過程為例，壓縮機的理論軸功率為：式中:PT—按多變壓縮考慮的壓縮機的軸功率，kw；qVmin—壓縮機的排氣量，m3／min。

實際所需的軸功率>理論軸功率大你們的未來不是夢！18⑤多級壓縮三級壓縮機流程圖1級2級3級1234567891，4，7-氣缸；2，5-中間冷卻器；8-出口氣體冷卻器；3，6，9-油水分離器

存在壓縮極限；

溫度過高；

機械結構不合理。

一般地，壓縮比>8時，應采用多級壓縮.

原因：你們的未來不是夢！19增加氣缸——減小壓縮比，減少余隙的影響；中間冷卻器——降低氣體溫度，降低壓縮機功耗。（a）多級壓縮與單級壓縮所需軸功的比較三級壓縮所需外功常用的級數(shù)：2~6級分三級絕熱壓縮所需的軸功<一級絕熱壓縮所需軸功你們的未來不是夢！20（b）多級壓縮級間壓力的確定若每級按無余隙循環(huán)可逆多變過程考慮，且各級氣體入口溫度相同，經(jīng)推導得：最小軸功：說明：每級壓縮比相等，每級所需軸功也相等。此時，所需總功最小。你們的未來不是夢！21⑥壓縮機的分類和構造分類方法:（a）吸、排氣體方式：單動、復動（b）壓縮級數(shù)：單級（壓縮比2～8）；兩級（壓縮比8～50）；多級（壓縮比100～1000）。（c）終壓：低壓（10.133×105Pa）；中壓（10.133~101.33×105Pa）；高壓（101.33~1013.3×105Pa）。（d）生產(chǎn)能力：小型（10m3／min以下）；中型（10～30m3／min）；大型（30m3／min以上）。你們的未來不是夢！22（e）壓縮氣體的種類：空氣壓縮機、氨氣壓縮機、石油氣壓縮機等；（f）氣缸在空間的位置:立式（氣缸垂直放置）；臥式（氣缸水平放置）；角式（氣缸互相配置成V型、W型、L型）。⑦選用與操作a）選定壓縮機的種類。依據(jù)：所處理的氣體b）選定結構形式。依據(jù)：操作環(huán)境c）定出壓縮機的規(guī)格。依據(jù)：生產(chǎn)中所要求的排氣量與排氣壓力你們的未來不是夢！23

2.6.4真空泵將氣體由大氣壓以下的低壓氣體經(jīng)過壓縮而排向大氣的設備，實際上，也是一種壓縮機。（1）與一般壓縮機的區(qū)別①進氣壓力與排氣壓力之差最多也只是1.0133×105Pa，但隨著進氣壓力逐漸趨于真空，壓縮比將要變得很高。②隨著真空度的提高，設備中的液體及其蒸氣也將越來越容易地與氣體同時被抽吸進來，其結果是使可以達到的真空度下降。③因為所處理的氣體的密度很小，所以氣缸容積和功率對比就要大一些。在一般的多級壓縮中，是越到高壓級氣缸直徑就越小，但在多級真空泵中，則通常是做成同一尺寸的氣缸。你們的未來不是夢！24（2）真空泵的主要性能參數(shù)①極限真空度或殘余壓力：真空泵所能達到的最高真空度；②抽氣速率：單位時間內(nèi)真空泵在殘余壓力和溫度條件下所能吸入的氣體體積，即真空泵的生產(chǎn)能力，以m3／h或l/s計量。（3）真空泵的型式化工廠中常用的幾種有：往復真空泵、旋轉真空泵、噴射泵。①往復真空泵◆構造和作用原理雖與往復壓縮機的基本相同；◆吸入和排出閥門必須更加輕巧而靈活；◆氣缸左右兩端之間設有平衡氣道；◆屬于于式真空泵。你們的未來不是夢！25②旋轉真空泵（a）液環(huán)真空泵：常用的有水環(huán)真空泵、納西泵特點：屬于濕式真空泵，最高真空度可達85％；結構簡單、緊湊、沒有活門、經(jīng)久耐用；為了維護泵內(nèi)液封以及冷卻泵體，運轉時常需要不斷向泵內(nèi)充水。水環(huán)真空泵你們的未來不是夢！26納西泵

液環(huán)真空泵的特點：

抽出的氣體不與泵殼直接接觸，因此，在抽吸腐蝕性氣體時只要葉輪采用耐腐蝕材料制造即可。

泵內(nèi)所注入的液體必須不與氣體起化學反應。吸入口1你們的未來不是夢！27（b）滑片真空泵③噴射泵原理：利用流體流動時，靜壓能與動壓能相互轉換的原理來吸送流體