流体输送操作-气体压缩和输送机械的选用（化工单元操作课件）

项目一流体输送操作任务十二气体压缩和输送机械的选择引入：

在化工生产中，常常需要将气体物料从低压变为高压、或需要将气体从一处输送到另一处，因此气体的压缩和输送是化工厂常见的操作。一、气体输送机械在工业生产中的应用

1、输送气体：为了克服管路的阻力，需要提高气体的压力。纯粹为了输送的目的而对气体加压，压力一般都不高。（风机）

2、产生高压气体：化学工业中一些化学反应过程需要在高压下进行，如合成氨反应；一些分离过程也需要在高压下进行，如气体的液化与分离。这些高压进行的过程对相关气体的输送机械出口压力提出了相当高的要求。（压缩机）3、产生真空：相当多的单元操作是在低于常压的情况下进行，这时就需要真空泵从设备中抽出气体以产生真空。（真空泵）二、气体输送机械的一般特点

1、动力消耗大：对一定的质量流量，气体的密度小，其体积流量很大，输送管中的流速比液体要大得多，阻力损失较大，因而动力消耗较大。2、气体输送机械体积一般都很庞大，对出口压力高的机械更是如此。3、由于气体具可压缩性，在输送机械内部气体体积和温度也将随之变化，对气体输送机械的结构、形状有很大影响。因此，气体输送机械需要根据出口压力来加以分类。三、气体输送机械的分类1.按工作原理分：离心式、往复式、流体作用式。2.按其终压（出口压强）或压缩比（出口压强与进口压强之比）（1）通风机终压（表压）不大于15kPa，压缩比1-1.5（2）鼓风机终压在15-300kPa（表压），压缩比小于4（3）压缩机终压在300kPa以上（表压），压缩比大于4（4）真空泵在设备内造成负压，终压为大气压，压缩比由真空度决定。用于抽气而减压用于产生高压气体用于输送气体用于通风换气和送气四、往复式压缩机1.往复式压缩机的结构往复式压缩机的形式很多，但几乎都是由一些相同的零部件组成的，其中直接参与压缩过程的部件有气缸、活塞、活门（吸气阀和排气阀）。（1）气缸

压缩机的主要部件，配合活塞完成气体的压缩，根据压缩的不同，一般分为低压缸和高压缸两类。

压强小于5×103kPa时，一般为低压缸，通常采用铸铁制造；压力再高时，则采用合金缸锻制。气缸外壁都装有冷却水套，以冷却气缸内的气体和部件。

靠活塞往复运动来压缩空气，实现高压。与往复泵相类似四、往复式压缩机1.往复式压缩机的结构（2）活塞

活塞是用来压缩气体的基本部件。往复式压缩机一般采用盘状活塞，其内部是空心的，两端面由加强筋连接。活塞顶部与气缸内壁及汽缸盖构成封闭的工作容积。为防止气体由高压侧泄漏到低压侧，在活塞上装有活塞环。活塞环在未压紧的自由状态下，其直径稍大于气缸直径。装入气缸后，依靠本身弹性紧紧压贴在气缸表面上，以保证良好的密封性能。活塞干和活塞四、往复式压缩机1.往复式压缩机的结构（3）活门

活门又叫气阀，包括吸气阀和排气阀，是往复压缩机中一个很重要的部件。由阀座、阀片、弹簧、升高限制器等部件组成。

活门这种阀用作排气阀时，当气缸内压强稍大于出口管内的压强时，气体将阀片顶起，气体从阀座的孔隙中流出，并从阀片与底座之间的缝隙通过，当阀片两侧气体的压强相等时，阀片紧贴在阀座上，将孔隙关闭。这种阀用作吸气阀时，只要将整个活门调换以下方向装入吸气孔端即可。活门必须严密、阻力小、开启迅速、结构紧凑。四、往复式压缩机2.往复式压缩机的工作原理往复式压缩机与往复泵相似，主要由气缸、活塞、吸气阀、排气阀及传动机构等组成，是依靠活塞在气缸内作往复运动来压缩和输送气体。

（1）压缩阶段假设气缸内已经充满压强为P1的低压气体，活塞位于右死点，气缸中气体的压强为P1，体积为V1，其状态点以p-V图上的点1表示。

当活塞从右死点向左移动时，缸内气体被压缩，压强升高，吸气阀自动关闭。由于出口管中的压强p2大于此时缸内的压强，排气阀也处于关闭状态。随着活塞继续向左移动，缸内气体压强继续增大，直至等于出口管中的压强为止，其状态点以点2表示。气体由状态点1到状态点2的过程称为压缩阶段。压缩机的实际工作循环临界点1气缸内压强=出口管压强四、往复式压缩机2.往复式压缩机的工作原理

（2）排气阶段当活塞继续向左移动，气缸内压强稍大于出口管中的气体压强p2时，排气阀被顶开，气体排出（此时气体压强可认为等于p2），直至活塞达到左死点为止，体积为V3，其状态点以点3表示。气体由状态点2到状态点3的过程称为排气阶段。

（3）膨胀阶段当活塞到达左死点时，活塞与气缸之间还留有一段很小的间隙，这个间隙称为“余隙”。由于“余隙”的存在，气缸内还残留有一部分压强为p2的高压气体，当活塞从左死点向右移动时，这部分气体将会膨胀，直至等于吸入管中的压强p1为止，体积为V4，其状态点以点4表示。气体由状态点3到状态点4的过程称为膨胀阶段。压缩机的实际工作循环气缸内压强稍大于出口管压强临界点2气缸内压强=吸入管压强四、往复式压缩机2.往复式压缩机的工作原理

（4）吸气阶段当活塞继续右移动，气缸内的压强稍低于p1时，吸入阀自动开启，吸入管中的气体开始进入气缸，活塞继续移动，气体不断吸入，而压强保持p1不变，直至活塞达到右死点，状态又回复到点1。压缩机的实际工作循环气体由状态点4到状态点1的过程称为吸气阶段。往复式压缩机的实际工作循环，由压缩—排气—膨胀—吸气四个阶段组成。P-V图上的四条线代表了这四个阶段的变化过程。压缩机的一个工作循环中，吸气和排气各一次，称为单动式压缩机；如果在气缸两端都设有吸气阀和排气阀，在一个工作循环中，吸气和排气各两次，称为双动式压缩机。气缸内压强稍小于吸入管压强四、往复式压缩机3.往复式压缩机的主要性能（1）排气量

即压缩机的生产能力，用符号Q表示，单位m3/s。理论上的排气量Q理等于活塞扫过的气缸容积。

由于气缸余隙内高压气体的膨胀，占据一部分气缸容积；气体通过填料函、阀门、活塞杆等处的泄漏等，其实际排气量总比理论排气量要小，即：Q实=λQ理

λ称为送气系数，由实验测得，一般λ=0.7-0.9。（2）排气温度

指经过压缩后的气体温度。气体被压缩后，由于压缩机对气体做功，会产生大量的热量，使气体的温度升高，所以排气温度总是大于吸气温度。

压缩机的排气温度不能太高，否则会使润滑油分解以至碳化，并损坏压缩机部件。四、往复式压缩机3.往复式压缩机的主要性能（3）功率

压缩机在单位时间内消耗的功，压缩机铭牌上所标注的功率为压缩机的最大功率。

四、往复式压缩机4.多级压缩

在化工生产中常需将一些气体从常压提高到几MPa或几百Mpa，这时压缩比就很大，需要采用多级压缩。多级压缩：

把压缩机中得两个或两个以上得气缸串联在一起，将气体逐级压缩到所需压强。

采用多级压缩可以克服一个气缸压缩比过大得缺点，避免了气体温度过高，降低了功耗。若级数过多，则压缩机结构复杂，辅助设备增多，造价高，克服系统流动阻力得能耗也增加。往复式压缩机的级数不超过6级，每级的压缩比以2-5为宜。往复式三级压缩

气体在第1级气缸内被压缩后，经中间冷却器2，油水分离器，使气体降温和分离出润滑油和冷凝水，避免带入下一个气缸，然后再送入第2级气缸进行压缩，以达到所需要的最终压强，每经过一次压缩称为一级，连续压缩的次数就是压缩机的级数。

四列三级四缸M型往复压缩机四、往复式压缩机往复压缩机余隙容积调节手轮四、往复式压缩机压缩机盘车泵四、往复式压缩机①出口处连结一个贮气罐

②旁路调节流量

③压缩机气体入口前一般要安装过滤器

④保证有很好的冷却和润滑

⑤尽可能减小往复式压缩机气缸内的余隙

⑥应经常检查往复式压缩机的操作、运转和维护五、离心式压缩机又称“透平式”压缩机离心式压缩机是透平式压缩机的一种，具有处理气量大，体积小，结构简单，运转平稳，维修方便以及气体不受污染等特点。离心压缩机正向高压力，宽流量范围发展，使离心压缩机的应用范围大为扩展，以致在很多场合可取代往复活塞式压缩机。一般说，提高气体压力的主要目标就是缩短气体分子与分子之间的距离。为了达到这个目标，除了采用挤压元件来挤压气体的容积式压缩方法以外，还有一种利用机器的作功元件（高速回转的叶轮）对气体作功，使气体在离心力场中压强得到提高，同时动能也大为增加，随后在扩流道中流动时这部分功能又转变为静压能，而使气体压力进一步提高，这就是离心式压缩机的工作原理或增压原理。五、离心式压缩机又称“透平式”压缩机1.离心式压缩机的基本结构（1）吸气室压缩机每段的第1级入口都设有吸气室，其作用是将气体从进气管均匀地导入叶轮的入口以减小气体进入时的流动损失。五、离心式压缩机1.离心式压缩机的基本结构（2）叶轮：

叶轮是离心压缩机中最重要的一个部件，驱动机的机械即通过此高速回转的叶轮叶片对气体作功而使气体获得能量，它是压缩机中唯一的作动部件，故亦称工作轮。叶轮一般是由轮盖、轮盘和叶片组成的闭式叶轮，也有没有轮盖的半开式叶轮。五、离心式压缩机1.离心式压缩机的基本结构（3）扩压器：

气体从叶轮流出时，具有很高的速度，为了使这部分速度能尽可能地转化为静压能，在叶轮外缘的周围设置了流通截面逐渐扩大的流通空间，这就是扩压器。扩压器是由前后隔板组成的环形通道。其中不装叶片的称为无叶扩压器，装有叶片的称为叶片扩压器。五、离心式压缩机1.离心式压缩机的基本结构（4）弯道：为了把从扩压器流出来的气体引导到下一级去进行再压缩，在扩压器外围设置了使气体由离心方向改变为向心方向的环形通道，称为弯道。弯道是由隔板和气缸内壁组成的环形空间。五、离心式压缩机1.离心式压缩机的基本结构（5）回流器：为了使气流以一定方向（一般是轴向）均匀地进入下一级的叶轮入口，又在弯道的出口设置了回流器，使气体依靠回流器中的叶片的导流作用均匀地向心流动，然后流入下一级叶轮。回流器是由两块隔板和装在隔板之间的叶片构成的。五、离心式压缩机1.离心式压缩机的基本结构（6）蜗壳：蜗壳的作用是将由扩压器（或由叶轮）出来的气流有序地汇集起来而引出压缩机。在有些情况下，由于蜗壳中的气流速度有所下降，这时蜗壳也可起一定的扩压作用。压缩机中间各级一般是由叶轮、扩压器、弯道及回流器组成；第1级还带有吸气室、末级则有蜗壳，但没有回流器，末级也可能没有扩压器。五、离心式压缩机1.离心式压缩机的基本结构又称“透平式”压缩机（1）结构—定子与转子转子：主轴、多级叶轮、轴套及平衡元件定子：吸入室和轴封（2）特点：与往复压缩机相比，体积和重量都很小，流量很大；供气均匀；运转平稳；易损部件少、维护方便，有取代往复式压缩机的趋势。五、离心式压缩机2.离心式压缩机的工作原理离心式压缩机的工作原理与多级离心泵相似，气体在叶轮带动下作高速旋转运动，由于离心力的作用，使气体通过叶轮后的流速和压强升高，经过一级一级的增压作用，最后可以得到相当高的排气压强。五、离心式压缩机2.离心式压缩机的工作原理气体经吸气室1进入到一段第一级叶轮2内，在叶轮高速旋转的带动下，气体获得很大的动能，气体从叶轮四周甩出后进入蜗壳形通道，将气体的动能部分转化为静压能，提高气体压力，由此依次进入二、三级，进一步提高气体压力。

由于单级压缩机不可能产生很高的风压，故离心压缩机都是多级的，叶轮的级数多，通常10级以上。叶轮转速高，一般在5000r/min以上。因此可以产生很高的出口压强。由于气体的体积变化较大，温度升高也较显著，故离心压缩机常分成几段，每段包括若干级，段与段之间设有中间冷却器。经三级压缩后因气体压力增大，温度升高，需将高温气体由蜗壳引出机外，在中间冷却器冷却，气体被冷却后再由二段第四级气体进口外进入第四级叶轮继续进行升压，最后从第六级叶轮甩出来进入末级进行最后增压，这样气体以较大的压力离开气缸进入输送气体通道。五、离心式压缩机3.离心式压缩机的性能曲线压缩比：

压缩机排出口压力与吸入压力之比，压缩机的压缩比越大，离心式压缩机所需的级数就越多，其功耗也越大。

离心压缩机的性能曲线与离心泵的特性曲线相似，是由实验测得。其最小流量Q不等于零，而等于某一定值。

离心压缩机也有一个设计点，实际流量等于设计流量时，效率η最高；流量与设计流量偏离越大，则效率越低；一般流量越大，压缩比ε越小，即进气压强一定时流量越大出口压强越小。五、离心式压缩机3.离心式压缩机的性能曲线节

喘振：

当实际流量小于性能曲线所表明的最小流量