07第七章.ppt

1、第七章压缩、膨胀、蒸汽动力循环和冷却循环、气体压缩是化工厂最基本的工作之一。那是气体增压和输送的最基本的过程。在各种压缩机(如压缩机、鼓风机、抽油烟机等)中，气体从低压力变为高压力的过程是通过消耗外孔而通过气体的压缩实现的。压缩机，风扇，鼓风机，真空泵的工业应用，1，输送流体。2、提供适当的压力，适应化学反应和分离过程的进展和气动系统的运行。3、将机械能传递给流体搅拌，输送固体颗粒等。7.1气体压缩是提高空气或其他气体压力的机械设备。压力比：抽油烟机：r=1.0 1.1鼓风机：r=1.1 4.0窄压缩机：r4.0，(p1，p2压缩前，后压力)，1级往复压缩机，1，工作原理吸气过程压缩过程：汽缸

2、气体压缩。排气过程：汽缸内气体的压力增加到预定的水平，从而排出压缩气体。2，计算，A-1:进气过程，1-2:压缩过程，2-b:绝热排气过程，b-a:所有摩擦阻力，扰动，泄漏等损失，想象活塞在顶部位置时，气缸内没有剩馀体积。理想气体： (压缩过程保持恒温)基于kmol气体。1)等温压缩过程反轴操作和传输热计算，等温过程(等温压缩为等温过程)，根据热力学第一定律，等温压缩的特征：压缩消耗与传递热相同的理论操作。或者压缩气体所消耗的气力除了气体压力升高外，其余的都变成热。根据实际气体的p-V-T关系A)状态方程b) p-V-T实验数据，积分C)推压法D)根据非流体热力学基本定律，求出热力学第一定律。

3、对于可逆过程，等温可逆过程：计算气体的S，H与连接，2)绝热压缩过程可逆轴操作和传输热计算(等熵过程)系统与环境之间没有热交换。Q=0，绝热指数K与气体性质相关，严格地说与温度相关。在化学工程计算中，理想气体的K值为课程设置者：K=1.666。实际气体：根据热力学的基本定律求。(很方便。) (使用热力学图表)热力学第一定律Q=0 H=Q Ws Ws=H(执行提高气体温度的操作)牙齿式用于计算非相气体的轴向球。进程的可逆性没有限制。普遍化方法：pV=ZmRT Zm=(Z输入/Z输出)/2，3)可变压缩过程可逆轴操作和传输热计算变化过程是等温过程和绝热过程之间的情况，压缩过程中气温上升小于绝热过程

4、，实际压缩过程大部分属于这种情况。例如，有水套的多变量压缩机。理想气体的情况下，消费的多样化过程是由热力学第一定律得到的。实际气体：根据热力学基本定律求： (非常方便) (利用热力学图表)热力学第一定律H=Q Ws普遍化方法：pV=ZmRT Zm=(Z进Z)，1，S，T，2，2，2 等级压缩和等级间冷却、等级间冷却、两级压缩、等级间冷却、膨胀过程通常是高压流体通过莲蓬头、汽轮机、膨胀机、节流阀等设备或装置流动的过程。下面讨论膨胀过程的热力学现象。重点讨论了工业中经常发生的节流膨胀和绝热膨胀过程及其产生的温度效应。7.2膨胀过程，7.2.1节流膨胀，高压流体通过管道的节流阀、孔口、毛细管等节流因

5、素迅速膨胀到低压的过程称为节流膨胀。节流膨胀的特点：节流过程快，与高压流体和外界的热交换可以看作是绝热Q=0，牙齿过程不是外工作WS=0牙齿，节流前后流体的位差和速度变化可以忽略。Z=0，u=0，从稳定流的能量平衡方程式中获得H=0节流前后的流体。节流时有摩擦阻力损失，因此节流过程是不可逆转的，节流前后流体的熵必须增大。节流效果：流体在节流膨胀时压力变化引起的温度变化。差动节流效应系数：节流膨胀中随压力的温度变化率。从热力学的基本关系可以看出，微分节流效应是实际气体：J0节流后温度的减少称为制冷效应。(大多数气体)J=0节流前后的温度称为0效应。J0节流后温度上升称为热效应。(氢、氦、氦气体)

6、节流后要产生制冷效果，必须在节流前预冷。对于理想气体，pV=RT等于J=0以上气体绝热节流后温度保持不变。转换点，转换曲线根据状态更改实际气体的节流效果值，因此要实际生成冷却效果，必须选择相应的节流前状态，以使节流效果系数大于零。要实现牙齿目标，首先要找到变形点。转换点是节流效果系数为零时的温度、压力对应的点。转换曲线内部、压力降低、温度降低、冷却区域转换曲线外部、压力降低、温度升高、加热区域转换曲线中的节流效果系数为0。变换曲线：通过连接图形的变换点而构造的曲线。实际节流时的压力变化变为有限值而产生的温度变化称为积分节流效应。冷却区域，7.2.2绝热充气，气体从高压到低压力绝热膨胀时通过膨胀

7、机实现，可以对外工作，过程可逆的话等熵膨胀。特征：膨胀前后熵不变，对外工作膨胀后气体温度必须降低。微分等熵膨胀效应系数：熵膨胀时压力的微小变化引起的温度变化。热力学的基本关系。所有气体、Cp0、T0必须为正数。气体在等熵膨胀的时候对外工作，膨胀后气体的温度总是下降，产生制冷效果”。等熵膨胀和节流膨胀的比较等熵膨胀与气体属性及状态无关，对任何气体的任何状态都产生冷效应。节流膨胀对理想气体没有温度效应，实际气体根据气体状态，实际气体产生冷却效果的话，熵膨胀的温度效应大于节流膨胀的温度效应。在同样的超环境下，膨胀机的冷却效果优于节流膨胀机。等熵冷却等温度降低，设备和操作节流膨胀简单，操作方便，浸没阀

8、可用于气液两相区操作，甚至可以直接用于液体的节流。等熵膨胀结构复杂，投资多，需要低温润滑油，不能用于产生水滴的位置。工作条件和工作条件一般用于大中型企业，一般使用常规冷却循环和小型低温设备使用的节流膨胀，等熵膨胀主要用于大中型气体液化工艺。牙齿两个茄子膨胀过程是化工过程制冷的基础和气体液化的基础。蒸汽动力循环：以水蒸气为空气，将热量持续转化为机械能的热循环。现代大型化工厂的蒸汽动力循环用于向全厂提供电力、加热和供应工艺的蒸汽。一些化学反应释放出大量的反应热，通过热交换器产生大量的水蒸气，利用牙齿废热蒸汽作为蒸汽动力循环设备的能源生产工。热力发电厂、蒸汽机车、泰坦尼克号、冷却循环：消耗能量，从低

9、温到高温反向回热。冷冻周期适用于生产的低温反应、结晶分离、气体液化、生活中的冰箱、空调、冷冻库等各个方面。制冷温度低于-100时称为低温，高于-100时称为普通制冷。冰箱、陈列柜、冷藏、空调、高温到低温的传热是自发过程，生产过程，正向卡诺循环由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程组成。T-S图表，正向卡诺循环，正向卡诺循环：空气吸热温度大于空气排气温度。正向卡诺循环是动力循环，是最理想的情况。因为那是生产力最大小的。卡诺循环最有效，但实际上很难实现。湿蒸汽对蒸汽轮机和泵有侵蚀作用，蒸汽轮机不能超过水的杨怡10%，泵不能带入蒸汽泵。绝热可逆过程实际上很难实现。7.3蒸汽发电站循环，7.3.1 Ra

10、nkine循环和热效率，最简单的蒸汽动力循环。由锅炉、过热器、汽轮机、冷凝器、泵组成，工作介质一般是水。现代“热力发电厂”外表，冷凝塔，发电机，除尘器，涡轮，传送带，锅炉，空气，粉碎机，烟囱，水管，喷射供水机，现代化能力发电站结构，锅炉中的无力机从冷凝器发出汽化潜热Q2，7.3.1 Rankine循环和热效率，汽轮机：(1-2绝热膨胀)T，P对外工作WS，Q=0冷凝器中：(2-3等压热)T不变，P不变，外部热Q2吸收热Q1，稳定流动能量方程式：H=Q WS蒸汽通过锅炉(ws=0): Q1=h=h1 H4蒸汽通过涡轮(q=0): ws=h=H2 h1蒸汽通过冷凝器(ws=0):前循环纯球为W=W

11、S Wp=(H2 H1) (H4 H3)。由于液态水的不可压缩性，泵的空气质量功耗计算：在蒸汽动力循环中，泵的功耗远低于汽轮机的工作量。热效率的高低可以反映出徐璐其他设备输出相同功率时消耗的能量量。蒸汽消耗率，制造单位净值所消耗的蒸汽量称为蒸汽消耗率，表示为规格系统组合(SSC)。当对外的纯功相同时，蒸汽消耗率大的装置的大小相应增加。因此，蒸汽消耗率的高低可以用于比较装置的相对大小和过程的经济性。Rankine循环效率如何计算？状态点1:已知P1，T1，附录水蒸气表确认H1，S1。状态点2:调查已知p2和S1，S1=S2，附录水蒸气表，找到H2，T2。状态点3:检查等压线和饱和液体线的交点，已

12、知p2，P3=p2，附录饱和水系统，得出H3，S3，T3。状态点4: P4=P1，S3=S4，附录水汽表格检查H4。给出了给定汽轮机的进口蒸汽温度、压力和汽轮机出口的蒸汽压力，基本确定了循环热效率。蒸汽通过蒸汽涡轮的绝热膨胀实际上不是等熵，而是按熵增加的方向偏移，以1 2线表示。，泵的功耗比汽轮机的工作量小得多，但不考虑不可逆的影响。蒸汽通过蒸汽轮机膨胀，实际做的工作应为H1 H2，小于熵膨胀的公认H1 H2。两者的比率称为涡轮的等熵效率。实际Rankine循环的热效率，示例1:有根据过热Rankine循环工作的蒸汽生产站，锅炉管限制最大压力为6.87bar，可用冷却液温度为49。凝汽器设计为

13、16.6温差，因此在牙齿循环中最低温度为49 16.6=65.6，过热器和凝汽器这样运行，让汽轮机和泵处理单相物质。泵和涡轮可以看作是绝热可逆运行。(1)确定所需的过热和循环热效率。(2)将牙齿循环热效率与卡诺循环热效率进行比较。卡诺循环的工作温度范围为65.5和(A)锅炉温度，65.6和(B)最大过热温度。(3)如果锅炉管承受的压力为1370kPa，请确认新的循环热效率。65.5饱和液体，65.5相应饱和蒸汽压25kPa，25kPa饱和蒸汽，687kPa等压线，解决方案：(1)，状态点3: T3=65.5，饱和液体p3=25kPa核对表S2=7.7稳定流动能量方程式：H=Q WS汽轮机(q=0): ws=h=H2 h1=-771 kj/kg泵(Q=0):WP=H=H4 H3=0.677 过热蒸汽通过汽轮机膨胀运行后，从0.008MPa压力(点2)排出，在冷凝器中，环境温度t020的恒压发热变为饱和水(点3)，然后通过泵回到锅炉(点4)完成循环，汽轮机的额定功率已知为5