lecture 1-8 gas化工原理课件

1.8.3气体输送机械

属于气体输送设备。

(1)分类：*按出口压力分类往复式

通风机：终压不大于1.5×104Pa(表压)，压缩比<1.15；鼓风机：终压不大于1.5~30×104Pa(表压)，压缩比1.15～4；

压缩机：终压>30×104Pa(表压)，压缩比>4；真空泵：终压接近于0，压缩比由真空度决定；从设备中抽出气体，使设备中产生负压。*按结构分类

离心式你们的未来不是梦！1

①能量衡算基准不同，

液体1kg扬程，m气体1m3风压，N/m2

②气体压缩时，产生热效应，需设冷却装置。(3)气、液体输送设备区别风机主要用于：气体输送；压缩机主要用于：压缩气体。说明：你们的未来不是梦！22.6.1离心式通风机

型式：离心式——多用于气体输送；轴流式——一般用于通风换气。离心式和轴流式通风机示意图(a)离心式(b)轴流式你们的未来不是梦！3(1)离心式通风机结构及工作原理

①结构：

主要部件：叶轮、蜗壳；

叶片形式：低压风机——叶片平直；中、高压风机——叶片弯曲。

②工作原理：同离心泵1－机壳2－叶轮3－吸入口4－排除口你们的未来不是梦！4(2)离心通风机的性能参数与特性曲线①风量qV

：以进气口体积流量计，m3/s、m3/h；②全风压PT：单位体积的气体流过风机时所获得的能量，Pa；风机内压力变化小，气体可视为不可压缩流体，对风机进、出口截面作能量衡算：静风压动风压你们的未来不是梦！5④轴功率

说明：PT与流体密度ρ有关⑤离心通风机特性曲线见图1-92，P71页③效率你们的未来不是梦！6(3)离心通风机的选用

①由流体性质，选择风机类型；

②由管路所需风压、流量，确定具体型号；例：输送400C空气，管路需要PT′qV

′选型

风机特性曲线由厂家提供，列于风机样本中。

标定条件：

注意：按PT和qV’，从样本中选择风机③计算风机效率，使其在高效区工作。你们的未来不是梦！72.6.2鼓风机类型：离心式、罗茨式（1）离心式鼓风机（透平鼓风机）主要结构和工作原理与离心通风机类似，为产生较高的风压，采用多级。出口表压力一般不超过294×103Pa。（2）罗茨鼓风机①结构你们的未来不是梦！8②工作原理同齿轮泵说明：①为正位移型，风量与转速成正比，而与出口压力无关；②流量采用旁路调节；③出口阀不能完全关闭；④操作温度不超过85ºC。2.6.3压缩机

类型：离心式、往复式

(1)离心式压缩机（透平压缩机）作用原理与离心鼓风机相同，为达到较高的出口压力，采用多级数，大叶轮直径，高转数(一般在5000rpm以上)。你们的未来不是梦！9◆压缩比高，温升过高，故压缩机分为几段。◆段间设冷却器，各段温度大致相等◆叶轮直径逐段减小，叶轮宽度逐级略有减小说明：优点：与往复压缩机相比，离心压缩机具有机体体积较小，流量大，供气均匀，运动平稳，易损部件少和维修较方便等。缺点：离心式压缩机的制造精度要求极高，否则，在高转速情况下将会产生很大的噪音和振动。注意：当离心式压缩机进气量减小到允许的最小值，压缩机会发生喘振。因此，压缩机必须在比喘振流量大5%~10%的范围内操作。你们的未来不是梦！10(2)往复式压缩机①

结构和工作原理与往复泵相似吸入和排出阀更加灵巧12340V2V1VP1P2无余隙压缩循环56②

无余隙压缩循环你们的未来不是梦！11整个循环活塞对气体所作的功：等温压缩循环：12340V2V1VP1P2无余隙压缩循环56你们的未来不是梦！1212340V2V1VP1P2无余隙压缩循环2'56绝热压缩循环：r——绝热指数出口温度：你们的未来不是梦！13k——多变指数，1~r多变压缩循环：影响压缩所需轴功Ws和排气温度T2的主要因素：（1）压缩比p1/p2愈大，Ws和T2也愈大；（2）压缩所需的轴功Ws与吸入气体量（V1一V4）成正比；（3）多变指数k愈大，则Ws和T2也愈大。注意：对于石油气压缩机用空气试车或用氮气置换石油气时，务须注意超负荷和超温的问题。

出口温度：你们的未来不是梦！1412340V2V1VP1P2P有余隙压缩循环V4V3

③有余隙压缩循环

余隙体积：V3余隙系数：新鲜气体：V1-V4容积系数：无余隙时：大、中型压缩机的低压气缸ε<8%高压气缸ε≈12%你们的未来不是梦！1512340V2V1VP1P2P有余隙压缩循环V4V3多变压缩过程：讨论：

压缩比一定时,ε↑，λ0↓

ε一定，压缩机达到的最高压力是有限制的。

余隙系数一定，↑λ0

↓

λ0=0，压缩极限你们的未来不是梦！16④主要性能参数(a）排气量(生产能力或吸气量):将压缩机在单位时间内排出的气体体积换算成吸入状态下的数值。无余隙时的理论吸气量：实际吸气量<理论吸气量实际排气量：由于泄露，实际排气量<实际吸气量你们的未来不是梦！17原因：(1)实际吸气量比实际排气量大，凡吸入的气体都经过压缩，多消耗了能量；(2)气体在气缸内脉动及通过阀门等的流动阻力，也要消耗能量；压缩机的运动部件的摩擦，还要消耗能量。所以压缩机的轴功率为:(b)轴功率若以多变过程为例，压缩机的理论轴功率为：式中:PT—按多变压缩考虑的压缩机的轴功率，kw；qVmin—压缩机的排气量，m3／min。

实际所需的轴功率>理论轴功率大你们的未来不是梦！18⑤多级压缩三级压缩机流程图1级2级3级1234567891，4，7-气缸；2，5-中间冷却器；8-出口气体冷却器；3，6，9-油水分离器

存在压缩极限；

温度过高；

机械结构不合理。

一般地，压缩比>8时，应采用多级压缩.

原因：你们的未来不是梦！19增加气缸——减小压缩比，减少余隙的影响；中间冷却器——降低气体温度，降低压缩机功耗。（a）多级压缩与单级压缩所需轴功的比较三级压缩所需外功常用的级数：2~6级分三级绝热压缩所需的轴功<一级绝热压缩所需轴功你们的未来不是梦！20（b）多级压缩级间压力的确定若每级按无余隙循环可逆多变过程考虑，且各级气体入口温度相同，经推导得：最小轴功：说明：每级压缩比相等，每级所需轴功也相等。此时，所需总功最小。你们的未来不是梦！21⑥压缩机的分类和构造分类方法:（a）吸、排气体方式：单动、复动（b）压缩级数：单级（压缩比2～8）；两级（压缩比8～50）；多级（压缩比100～1000）。（c）终压：低压（10.133×105Pa）；中压（10.133~101.33×105Pa）；高压（101.33~1013.3×105Pa）。（d）生产能力：小型（10m3／min以下）；中型（10～30m3／min）；大型（30m3／min以上）。你们的未来不是梦！22（e）压缩气体的种类：空气压缩机、氨气压缩机、石油气压缩机等；（f）气缸在空间的位置:立式（气缸垂直放置）；卧式（气缸水平放置）；角式（气缸互相配置成V型、W型、L型）。⑦选用与操作a）选定压缩机的种类。依据：所处理的气体b）选定结构形式。依据：操作环境c）定出压缩机的规格。依据：生产中所要求的排气量与排气压力你们的未来不是梦！23

2.6.4真空泵将气体由大气压以下的低压气体经过压缩而排向大气的设备，实际上，也是一种压缩机。（1）与一般压缩机的区别①进气压力与排气压力之差最多也只是1.0133×105Pa，但随着进气压力逐渐趋于真空，压缩比将要变得很高。②随着真空度的提高，设备中的液体及其蒸气也将越来越容易地与气体同时被抽吸进来，其结果是使可以达到的真空度下降。③因为所处理的气体的密度很小，所以气缸容积和功率对比就要大一些。在一般的多级压缩中，是越到高压级气缸直径就越小，但在多级真空泵中，则通常是做成同一尺寸的气缸。你们的未来不是梦！24（2）真空泵的主要性能参数①极限真空度或残余压力：真空泵所能达到的最高真空度；②抽气速率：单位时间内真空泵在残余压力和温度条件下所能吸入的气体体积，即真空泵的生产能力，以m3／h或l/s计量。（3）真空泵的型式化工厂中常用的几种有：往复真空泵、旋转真空泵、喷射泵。①往复真空泵◆构造和作用原理虽与往复压缩机的基本相同；◆吸入和排出阀门必须更加轻巧而灵活；◆气缸左右两端之间设有平衡气道；◆属于于式真空泵。你们的未来不是梦！25②旋转真空泵（a）液环真空泵：常用的有水环真空泵、纳西泵特点：属于湿式真空泵，最高真空度可达85％；结构简单、紧凑、没有活门、经久耐用；为了维护泵内液封以及冷却泵体，运转时常需要不断向泵内充水。水环真空泵你们的未来不是梦！26纳西泵

液环真空泵的特点：

抽出的气体不与泵壳直接接触，因此，在抽吸腐蚀性气体时只要叶轮采用耐腐蚀材料制造即可。

泵内所注入的液体必须不与气体起化学反应。吸入口1你们的未来不是梦！27（b）滑片真空泵③喷射泵原理：利用流体流动时，静压能与动压能相互转换的原理来吸送流体