化工原理第二章第二节讲稿.ppt

2019/7/20,第二章 流体输送机械,一、离心通风机、鼓风机与压缩机 二、旋转鼓风机、压缩机 三、往复压缩机 四、真空泵,第二节 气体输送和压缩机械,2019/7/20,共性：气体和液体同为流体，输送机械工作原理基本相似。 特性：由于气体密度远较液体小且可压缩。 (1) 一定质量流量下气体体积流量大，输送机械的体积较大； (2) 气体输送管路的常用流速要比液体大得多(一般约10倍)，而通常流体流动阻力正比于流速的平方，因此输送相同的质量流量，气体输送要求提供的压头相应也更高； (3) 由于气体的可压缩性，在输送机械内部气体压强变化时，其体积和温度随之而变。气体输送机械结构设计更为复杂，选用上必须考虑的影响因素也更多。,2019/7/20,按照终压与压缩比 通风机： 鼓风机： 压缩机： 真空泵：,终压不大于14.7103Pa (表压)，压缩比小于11.5,终压为14.7294kPa(表压) ，压缩比小于3。,终压在294kPa（表压）以上，压缩比大于3。,将低于大气压强的气体从容器或设备内抽至大气中。一般可减压至0.2atm以下（绝对压）,按结构与工作原理 离心式、往复式、旋转式和流体作用式,2019/7/20,一、离心式通风机、鼓风机与压缩机,1、离心式通风机 离心式通风机仅对气体有输送作用，按所产生的风压不同可分为： 低压离心通风机：出口风压低于0.9807kPa (表压)； 中压离心通风机：出口风压为：0.98072.942kPa (表压) 高压离心通风机 ：出口风压为：2.94214.7kPa (表压),1）离心式通风机的结构,2019/7/20,与离心泵基本相同，主要由蜗壳形机壳和叶轮组成。差异在于离心通风机为多叶片叶轮，且因输送流体体积大（密度小），叶轮直径一般较大而叶片较短。,离心通风机及叶轮 1机壳; 2叶轮; 3吸入口; 4排出口,2,叶片有平直、前弯和后弯几种形式。平直叶片一般用于低压通风机；前弯叶片的通风机送风量大，但效率低；高效通风机的叶片通常是后弯叶片。蜗壳的气体通道截面有矩形和圆形两种，一般低、中压通风机多为矩形。,1机壳；2叶轮 3吸入口；4排出口,2019/7/20,2）离心通风机的性能参数与特性曲线 （1）风量：,指气体通过进风口的体积流率，以Q表示，单位为m3/h或m3/s，气体的体积按进口状态计。,（2）风压：,指单位体积的气体（以进口处气体状况计）通过通风机时所获得的能量，单位为Pa。全风压以HT表示。取决于风机的结构，叶轮尺寸，转速与进入风机的气体的密度。,目前，还不能用理论方法精确计算离心通风机的风压，而是由试验测定。,2019/7/20,在通风机的进口截面1-1和出口截面2-2间列柏努力方程：,简化为,（p 2p1）称为静风压，以HSt表示;,称为动风压。,离心通风机的风压为静风压和动风压之和，称为全风压。,2019/7/20,风压与被输送气体的密度成正比，风机性能表上列出风压是按“标准状态”下(20，1.01105Pa)的空气密度测定的。 若实际操作条件与上述试验条件不同，应将操作条件下的风压HT换算为试验条件下的风压HT，然后按HT的数值来选择风机。,（3）功率和效率 离心通风机的轴功率为：,2019/7/20,（4）特性曲线,2019/7/20,3）离心通风机的选用 选择离心通风机的主要步骤为： （1）根据气体的种类（清洁空气、易燃气体、腐蚀性气体、含尘气体、高温气体等）与风压范围，确定风机的类型,按其用途分为排尘通风(C)、防腐蚀(F)、工业炉吹风(L)、耐高温(W)、防爆炸(B)、冷却塔通风(LF)，一般通风换气(T)等。,（2）计算输送系统所需风量Q和风压HT风量根据生产任务规定值换算为进口状态计的气体流量；所需实际风压HT按柏努利方程进行计算，然后换为实验条件下的HT；,2019/7/20,（3）据所要求的风量与全压，从产品样本或规格目录中的特性曲线或性能表格中查得适宜的类型与机号。 （4）核算风机的轴功率，特别当气体密度与实验条件下密度相差大时。,例2-1 用风机将20，38000kg/h的空气送入加热器加热到100，然后送入常压设备内，输送系统所需全风压为1200Pa(以60，常压计)，选择一台合适的风机。若将已选的风机置于加热器之后，核算是否仍能完成输送任务。 解：因输送的气体为空气，故选用一般通风机T4-72型。,2019/7/20,风机进口为常压，20，空气密度为1.2kgm3，故风量： Q38000/1.231670m3h 60，常压下空气密度.06kg/m3，故实验条件下风压为：HT/12001.2/1.061359a 按照Q31670m3h， H1359a 查附录二十六(一)得4-72-1110C型离心通风机可满足要求；其性能为： n=1000r/min,Q=32700m3h， HT1422a, N16.5k 核算轴功率：实际需轴功率 N/16.51.06/1.214.6k 故满足要求。,2019/7/20,2、离心鼓风机和压缩机 1）离心鼓风机 离心鼓风机外形与离心泵相象。蜗壳形的通道为圆形，但其外壳直径与宽度之比较大，叶轮上数目较多，转速较高。,风机置于加热器后，100，常压时0.946kg/m3，故风量为：Q38000/0.94640170m3h 风压为HT/ 12001.2/0.946=1522a1422Pa，可见原风机在同样转速下已不能满足要求。,2019/7/20,2019/7/20,2019/7/20,并且有一固定的导轮。图为一台五级离心鼓风机的示意图。 气体由吸入口进入后，经过第一级的叶轮和导轮，然后转入第二级叶轮入口，再依次逐级通过以后的叶轮 和导轮，最后由排气口排出。 离心通风机的送气量大，但所产生的风压仍不太高，出口表压强一般不超过294103Pa。由于在离心鼓风机中，气体的压缩比不高，所以无需设置冷却装置，各级叶轮的直径也大致上相等。,2019/7/20,2）离心压缩机(透平压缩机) 主要结构和工作原理与离心鼓风机相似。离心压缩机的特点是叶轮级数多，通常在10级以上，叶轮转速高，一般为5000r/min以上。这样可以产生很多的出口压强，且由于压缩比高，气体体积缩小很多，温度升高大。因此压缩机都分成几段，每段包括若干级。叶轮的直径逐级缩小。叶轮宽度也逐级略有缩小，在各段之间设有中间冷却器。在现代大型合成氨工业和石油化工企业中有很多应用，其压强可达几十MPa，流量可达几十万m3/h。 优点：流量大而均匀，体积小，运转平稳，容易调节，维护方便。,2019/7/20,二、旋转鼓风机、压缩机,旋转鼓风机、压缩机与旋转泵相似，机壳内有一个或两个旋转的转子，没有活塞和阀门等装置。 特点：构造简单、紧凑、体积小、排气连续而均匀，适用于所需压强不高且流量大的情况。 1、罗茨鼓风机 罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵相似，机壳内有两个渐开摆线形的转子，两转子之间，转子与机壳之间,2019/7/20,2019/7/20,缝隙很小，使转子能自由运动而无过多的泄漏，两转子的旋转方向相反，可使气体从技巧一侧吸入，从另一侧排出。若改变两转子的旋转方向，则吸入和排出口互换。 罗次鼓风机的特点： (1)风量与转速成正比，转速一定时，出口压力提高，风量可保持大体不变。 (2)输气量范围：2500m3/min。出口表压在80kPa以内且在40kPa附近效率较高。 (3)流量调节一般用支路调节，出口阀不能完全关闭，且操作温度80-85oC,2019/7/20,2、液环压缩机 液环压缩机也称纳氏泵，由略呈椭圆性的外壳和旋转叶轮所组成，叶轮在存有适量液体的壳体内旋转，由叶片带动，液体在离心力作用下抛向壳体周边形成椭圆形液环。椭圆形长轴处则形成两个月牙形空隙，供气体吸入和排出。当叶轮旋转一周时，在液环和叶片间所形成的密闭空间逐渐变大和变小各两次，气体从两个吸气口进入机内，从两个排气口排出。 液环压缩机使气体只与叶轮接触而不与壳体接触，可用于输送腐蚀性气体。,2019/7/20,结构：主要部件有气缸、活塞、吸入和压出活门。 工作原理：与往复泵相似，依靠活塞往复运动和活门的交替动作将气体吸入和压出。 气体在压缩过程中体积缩小、密度增大、温度升高。,三、往复式压缩机 （Reciprocating Compressor）,1、往复压缩机的工作过程,理想压缩循环： 吸气、压缩、排气三个过程。,2019/7/20,2）实际压缩循环：,等温压缩；绝热压缩；多变压缩。 等温压缩是指压缩阶段产生的热量随时从气体中完全取出，气体的温度保持不变。 绝热压缩是另一种极端情况，即压缩产生的热量完全不取出。 实际是压缩过程既不是等温的，也不是绝热的，而是介于两者之间，称为多变压缩。,活塞与气缸盖之间必须留有一定的空隙，称为余隙。吸气、压缩、排气和膨胀四个过程。,2019/7/20,余隙系数 =余隙体积/活塞推进一次扫过的体积。 容积系数 =实际吸气体积/活塞推进一次扫过的体积。,余隙系数与容积系数的关系为：,由该式可以看出，余隙系数和压缩比越大，容积系数越小，实 际吸气量越小，至于会出现一种极限情况：容积系数为零， ， 此时余隙气体膨胀将充满整个气缸，实际吸气量为零。,2019/7/20,3多级压缩 多级压缩是指在一个气缸里压缩了一次的气体进入中间冷却器冷却之后再送入次一气缸进行压缩，经几次压缩才达到所需要的终压。,往复式压缩机的排气是脉动的，可在出口处安装贮气罐，既可使气体平稳输出，又可使压缩机气缸带出的油沫和水分离。,2019/7/20,讨论： （1）采用多级压缩的原因： 若所需要的压缩比很大，容积系数就很小，实际送气量就会很小； 压缩终了气体温度过高，会引起气缸内润滑油碳化或油雾爆炸等问题； 机械结构亦不合理：为了承受很高的终压，气缸要做的很厚，为了吸入初压很低的气体气缸体积又必须很大。,2019/7/20,（2）级数越多，总压缩功越接近于等温压缩功，即最小值。然而，级数越多，整体构造使越复杂。因此，常用的级数为2至6，每级压缩比为3至5 。,（3）理论上可以证明，在级数相同时，各级压缩比相等，则总压缩功最小。,4、往复式压缩机的流量调节 （1）调节转速；（2）旁路调节；（3）改变气缸余隙体积 余隙体积增大，余隙内残存气体膨胀后所占容积将增大，吸入气体量必然减少，供气量随之下降。反之，供气量上升。这种调节方法在大型压缩机中采用较多。,2019/7/20,四、真空泵 从设备中或系统中抽出气体，使其处于绝对压强低于外界大气压的状态，所用的输送机械称为真空泵。实质上真空泵也是气体压缩机械，只是它入口压强低，出口为常压。化工厂中较常用的型式有： 1）水环真空泵 水环真空泵的外形呈圆形，外壳内有一个偏心安装的叶轮，上有辐射状叶片，水环真空泵的壳内注入一定量的水，当叶轮旋转时，在离心力的作用下将水甩至壳壁形成水环。,2019/7/20,水环真空泵属湿式真空泵，结构简单。由于旋转部分没有机械摩擦，使用寿命长，操作可靠。适用于抽吸夹带有液体的气体。但效率低，一般为30%50%，所能造成的真空度还受泵体内水温的限制。,水环具有密封作用，使叶片间的空隙形成大小不同的密封室。当小室增大时，气体从吸入口吸入，当小室从大变小时，气体由压出口排出。,2019/7/20,水环具有密封作用，使叶片间的空隙形成大小不同的密封室。当小室增大时，气体从吸入口吸入，当小室从大变小时，气体由压出口排出。 水环真空泵可以造成的最高真空度为83.4103Pa左右，它也可作鼓风机用，但所产生的表压强不超过98.07103Pa当被抽吸的气体不宜与水接触时，泵内可充以其它液体。 此类泵结构简单、紧凑，易于制造和维修。但泵的效率较低，一般为30%50%。另外，该泵产生的真空度受泵内水温的限制。,2019/7/20,工作原理与往复式压缩机相同，只是因抽吸气体压强很小，结构上要求排出和吸入阀门更加轻巧灵活，易于启动。 达到较高真空度时，泵的压缩比很高，如95%的真空度，压缩比约为20左右，为减少余隙的不利影响，真空泵气缸设有一连通活塞左、右两端的平衡气道。在排气终了时让平衡气道短时间连通，使余隙中的残留气体从活塞的一侧流至另一侧，从而减少余隙的影响。 往复式真空泵属干式真空泵，不适宜抽吸含有较多可凝性蒸汽的气体。,2）往复式真空泵,2019/7/20,3）喷射泵 喷射泵是利用高速流体射流时静压能转换为动能而造成的真空将气体吸入泵体，在泵内与射流流体混合，气体及工作流体一并排出泵体。 喷射泵的工作流体可以是水，也可以是蒸汽