气体的压缩与输送

null化工原理化工原理第三章 气体的压缩与输送 第一节 概述第一节 概述 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 3-1气体输送机械按终压和压缩比分类 第二节 往复式压缩机 第二节 往复式压缩机 一、往复式压缩机的主要构造和工作原理 1．往复式压缩机的主要构造 往复式压缩机的主要构造与往复泵相似，其主要工作部件为气缸、活塞、吸入阀和排出阀。但由于气体的密度小、可压缩，故往复压缩机的吸入和排出活门必须更加灵巧、精密。通过活塞的往复运动，使气缸的工作容积发生变化而吸气、压缩气体或排出气体。 2．往复式压缩机的工作原理 往复式压缩机的工作原理与往复泵相似，图3-1为单级往复式压缩机示意图，活塞每往复一次，气缸内具有膨胀、吸气、压缩和排气四个过程，组成活塞的一个工作循环。如图3-2所示，四边形ABCD所包围的面积，为活塞在一个工作循环中对气体所做的功。 第二节 往复式压缩机第二节 往复式压缩机 根据气体和外界的换热情况，压缩过程可分为等温(CD//)、绝热（CD/）和多变(CD)三种情况。由图可见，等温压缩消耗的功最小，因此压缩过程中希望能较好冷却，使其接近等温压缩。实际上，等温和绝热条件都很难做到，所以压缩过程都是介于两者之间的多变过程。 第二节 往复式压缩机第二节 往复式压缩机 由于气体具有可压缩性和气体受压缩后温度升高，往复式压缩机的结构和装置与往复泵相比有显著不同。首先往复式压缩机必须有除热装置，以降低气体的终温；其次必须控制活塞与气缸端盖之间的间隙即余隙容积。往复泵的余隙容积对操作无影响，而往复式压缩机的余隙容积必须严格控制，不能太大，否则吸气量减少，甚至不能吸气。因此，往复式压缩机的余隙容积要尽可能地减小。 第二节 往复式压缩机第二节 往复式压缩机 二、往复式压缩机的生产能力 往复式压缩机的生产能力就是它的送气量。送气量是指单位时间内排出的气体体积折算成吸入状态下的数值。若没有余隙容积，往复式压缩机的理论吸气量与往复泵的类似。 1．理论生产能力 单缸、单动往复式压缩机 （3-1） 单缸、双动往复式压缩机 （3-2）第二节 往复式压缩机第二节 往复式压缩机式中 ——往复式压缩机的理论吸气量，m3/min； ——活塞截面积，m2； ——活塞的冲程，m； ——活塞每分钟的往复次数，1/min； a ——活塞杆的截面积，m2。 2．实际生产能力 由于往复式压缩机气缸里有余隙容积，余隙气体膨胀后占据了部分气缸容积；吸入阀有一定的阻力，致使气缸内压强低于吸入管的压强；气缸内的温度又高于吸入气体的温度，使吸入气缸内的气体立即膨胀，占去了一部分有效容积及压缩机的各种泄漏等因素的影响，使实际吸气量比理论吸气量低，实际生产能力为 第二节 往复式压缩机第二节 往复式压缩机 （3-3） 式中 ——送气系数，由试验测的或取自经验数据，一般数值为0.7~0.9。 三、压缩比与多级压缩 由于往复式压缩机的气缸中有余隙容积，每压缩一次所允许的压缩比不能太大，在压缩机中每压缩一次其压缩比一般为5~7，而在生产中，会遇到将某些气体的压力从常压提高到几兆帕，甚至几十兆帕以上的情况。此时，如果采用单级压缩不仅不经济，有时甚至不能实现，因此须采用多级压缩。 第二节 往复式压缩机第二节 往复式压缩机 图3-3三级压缩流程示意图 1、4、7-气缸； 3、6、9-油水分离器； 2、5-中间冷却器； 8-出口气体冷却器第二节 往复式压缩机第二节 往复式压缩机 多级压缩就是把两个或两个以上的气缸串联起来，气体在一个气缸被压缩后，又送入另一个气缸再压缩，经过几次压缩才达到要求的最终压力。压缩一次称为一级，连续压缩的次数就是级数。图3-3为三级压缩的工艺流程图。是将气体的压缩过程分在若干级中进行，每一级压缩后，需经中间冷却器冷却降温和气液分离器分离出液体，然后再进行压缩。气体经过多次压缩后，可减小每级的压缩比，当总压缩比为P2/P1时，压缩级数为n，则每一级的压缩比R为（P2/P1）1/n；降低排气温度；减小功耗；提高气缸的容积利用率。但多级压缩结构复杂，辅助设备多，消耗于管路系统的能量比例增大，所以级数不宜过多。 第二节 往复式压缩机第二节 往复式压缩机 四、往复式压缩机的运转和维护 1．往复式压缩机操作、运转的注意事项 往复压缩机和往复泵一样，吸气与压气是间歇的，流量不均匀。但压缩机很少采用多动型式，而通常是在出口处连结一个贮气罐(又称缓冲罐)，这样不仅可以使排气管中气体的流速稳定，也能使气体中夹带的水沫和油沫得到沉降与气体分离，罐底的油和水可定期的排放。 压缩机气体入口前一般要安装过滤器，以免吸入灰尘、铁销等，而造成对活塞、气缸的磨损。当过滤器不干净时，会使吸入的阻力增加，排出管路的温度升高。 第二节 往复式压缩机第二节 往复式压缩机 往复式压缩机在运行中，气缸中的气体温度较高，气缸和活塞又处在直接摩擦移动状态，因此，必须保证有很好的冷却和润滑。不允许关闭出口阀门，以免压力过高而造成事故。冷却水的终温一般不超过313k，否则应清除气缸水套和中间冷却器里的水垢。在冬季停车时,一定要把冷却水放尽，以防管道等因结冰而堵塞。 往复式压缩机气缸内的余隙是必要的，但应尽可能小，否则余隙中高压气体的膨胀，使吸气量减少，动力消耗增加。由于气缸中的余隙很小而液体是不可压缩的，一定要防止液体进到气缸之内，否则，即使是很少的液体进入，也可能造成很高的压强而使设备损坏。 第二节 往复式压缩机第二节 往复式压缩机 应经常检查压缩机的各部分的工作是否正常，如发现有不正常的噪音和碰击声时，应立即停车检查。 2．往复式压缩机排气量的调节 压缩机排气量调节的常用方式有转速调节和管路调节两类。其中管路调节可采取节流进气调节，即在压缩机进气管路上安装节流阀以得到连续的排气量；还可以 采用旁路调节，即由旁路和阀门将排气管与进气管相连接的调节流量方式。 第三节 离心式第三节 离心式 一、离心式通风机 离心式通风机是一种广泛应用的低压气体的输送设备。风机对单位体积气体所做的有效功称为风压，以表示，单位为Pa。根据风压的不同，将离心式通风机分为三类： 低压离心式通风机 出口风压低于1×103Pa(表压)； 中压离心式通风机 出口风压低于1×103~3×103Pa(表压)； 高压离心式通风机 出口风压低于3×103~15×103Pa(表压)。 第三节 离心式第三节 离心式 1．离心式通风机的构造和工作 原理 离心式通风机的构造和工作原理与离心泵大致相同。图3-4所示为低压通风机的示意图，主要有机壳、叶轮、集流器等组成。机壳成蜗形，断面有方形和圆形两种，低中压风机多用矩形，高压风机多为圆形流道。叶轮与离心泵的叶轮相比较，直径较大，叶片数目也比较多。中、高压通风机的叶片则是后弯的，所以高压通风机的外形与结构与单级离心泵更相似。 第三节 离心式第三节 离心式 2．离心通风机的性能参数与特性曲线 (1)离心通风机的性能参数 ①风量 是单位时间内从风机出口排出的气体体积，并以风机进口处的气体状态计，用表示，单位为m3/h。通风机铭牌上的风量是用压力为101.3kPa、温度为20℃、密度为1.2kg/m3的空气标定。 ②风压 是指单位体积的气体通过风机时所获得的能量，用表示，单位为Pa。风压的大小取决于风机的结构、叶轮直径和转速，并正比于气体的密度。风压一般由试验测定。设风机进口为截面1-1，风机出口为截面2-2，根据柏努利方程，单位体积气体通过通风机所获得的能量为 第三节 离心式第三节 离心式 （3-4） 式中 、 分别为通风机进口和出口速度，单位为m/s。假定气体的密度为常数，当通风机直接从大气吸入空气，则 =0。式（3-1）可化简成 （3-5） 称为全压头，单位为m。通风机的全风压 和全压头 的关系可表示为 （3-6）第三节 离心式第三节 离心式 式中 称为静风压 ， 称为动风压 。通风机性能表上所列出的风压为全风压。 通风机铭牌上的风压 是用空气测定的，如果操作条件与标定条件不同，则操作条件下的风压 可用下式换算 （3-7） ③轴功率和效率 离心通风机的轴功率用下式计算 （3-8） 第三节 离心式第三节 离心式 式中 ——离心通风机的轴功率，kW； ——离心通风机的风量，m3/s； ——离心通风机的全风压，Pa； ——全压效率。 效率反映了风机中能量的损失程度。一般来讲，在设计风量下风机的效率最高。通风机的效率一般在70%~90%。 第三节 离心式第三节 离心式 (2)离心通风机的特性曲线 一般离心通风机在出厂前需用空气在压力101.3kPa，温度20℃,密度为1.2kg/m3实验条件下测定特性曲线和性能参数，即离心通风机名牌上的风量、全风压、轴功率和效率等。如图3-5是离心通风机的特性曲线示意图。图中显示了在一定转速下，风量 、全风压 、 轴功率 和效率 四者的关系。显然离心通风机的特性曲线中比离心泵的特性曲线多了一条 - 曲线。 第三节 离心式第三节 离心式 二、离心式鼓风机和压缩机 1．离心式鼓风机 离心式鼓风机又称透平鼓风机，其结构类似于多级离心泵。离心式鼓风机一般由3～5个叶轮串联而成，如图3-6是五级离心鼓风机示意图。各级叶轮的直径大致相同，每级叶轮之间都有导轮，其工作原理和离心通风机相同。气体由吸人口进入后经过第一级的叶轮和导轮，转入第二级叶轮人口，再依次通过其后所有的叶轮和导轮，最后由排出口排出，使其完成连续送风。单级离心鼓风机的出口表压多在30kPa以内，多级离心式鼓风机的出口表压可达300kPa。第三节 离心式第三节 离心式 离心式鼓风机特点为：①压缩比不高，工作过程产热不多，不需冷却装置；②连续送风无振动和气体脉动，不需空气贮槽；③风量大且易调节，易自动运转，可处理含尘的空气，机内不需润滑剂，故空气中不含油；④效率比其他气体输送设备高。 第三节 离心式第三节 离心式 2．离心式压缩机 离心式压缩机又称透平压缩机，其主要构造和工作原理都与离心式鼓风机相似。只是叶轮的级数更多，可以在10级以上，转速也高于离心鼓风机的转速，可达到3500～8000r/m，故能产生较高的压力，其压力范围为0.4～10MPa。 离心压缩机的气体压缩比高，随气体体积逐渐缩小，叶轮直径和宽度逐渐减小。由于气体体积变化大，温度升高较为显著，为避免气体温度升得过高，压缩机需分成几段，每段包括若干级，段与段之间设冷却器。离心压缩机稳定工况区的上、下限存在最小流量点和最大流量点。第三节 离心式第三节 离心式 当离心压缩机在最小流量点以下的流量区工作时,其流量和压力都会剧烈地波动，出现气体在压缩机和管道内来回振荡,周而复始地进行气体的倒流与排出，造成压力的大幅度波动，引起整个机器的剧烈振动，从而无法正常工作，这种现象称为 “喘振”现象。当离心压缩机在最大流量点以上的流量区工作时，流动损失将增加，使气体的压力得不到提高，又产生了类似于堵塞的现象。为保持吸人和排出气体压力的稳定，离心压缩机必须在稳定工况区内工作。通常采用排气管节流调节、吸气管节流调节等进行流量的调节和控制。 第三节 离心式第三节 离心式 离心式压缩机与往复式压缩机相比具有排气量大、转速高、结构紧凑以及运转平稳可靠,可以连续运转，维护费少，排出的气体不受润滑油污染等优点。因此，近年来在化工生产中，往复式压缩机已越来越多地为离心式压缩机所代替。例如，在规模为1000t/d以上的大型合成氨厂，离心式压缩机在25-30MPa的范围内使用获得圆满成功。 但离心式压缩机也存在着稳定工况区窄，总效率一般仍低于往复式压缩机，制造精度要求高，当流量偏离额定值时效率较低等缺点。 第四节 旋转式第四节 旋转式 一、罗茨鼓风机 罗茨鼓风机属于旋转式鼓风机，其工作原理和旋转泵相似，结构如图3-7所示。长圆形机壳内有两个特殊形状的转子（常用腰型或三角形）。转子之间、转子与机壳之间缝隙很小，使转子能灵活地转动而无过多的泄漏。两转子以相反等速旋转，气体从机壳一侧吸入从另一侧排出。改变转子的旋转方向，吸入口和排出口互换。 第四节 旋转式第四节 旋转式 罗茨鼓风机的主要性能参数有排出口压力、气量、排气温度和轴功率等。其特点为①风量与转速成正比；②转子之间和转子与机壳之间的间隙会造成气体泄漏，从而使效率降低，效率一般为0.87~0.94，在表压为4kPa附近效率最高；③该风机的出口应安装稳压罐与安全阀,出口阀门不能关闭，一般用旁路方法调节流量；④结构简单无阀门，不用冷却和润滑，可得洁净空气，适用于低压力场合的气体输送和加压，可以多级串联使用；⑤使用时，温度不能超过85℃，否则会使转子受热膨胀而发生碰、卡现象。 第四节 旋转式第四节 旋转式 二、液环压缩机 液环压缩机属旋转式压缩机，也可用作真空泵，又称纳氏泵。如图3-8所示，由椭圆形外壳和叶轮组成。壳内装有适量的液体，叶轮旋转产生的离心力使液体甩到壳体形成液环，液环起液封作用，使椭圆长轴两端形成月牙形空室。随着叶轮旋转，空室从小变大，即可吸入气体；叶轮继续旋转，空室从大变小，即可排出气体。叶轮旋转一周空室从小变大和从大变小各二次。液环式压缩机的压缩比可达6-7，但出口表压在150-180kPa的范围内效率最高。 液环压缩机中被压缩的气体与外壳之间被液环隔开，而只与叶轮接触，故用于输送腐蚀性气体时，叶轮需用耐腐蚀 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ，液体应不与所输送气体发生作用。如压缩空气泵内充水即可，压缩氯气泵内充硫酸。 第五节 真空泵 第五节 真空泵 真空是指压力低于大气压的物理环境，根据国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 ，真空被化为低真空、中真空、高真空、超高真空四个区域，各区域的真空范围如表3-2所示。 表3-2真空区域的划分 第五节 真空泵第五节 真空泵 低真空获得的压力差可以提升和运输物料、吸尘、过滤；中真空可以排除物料中吸留或溶解的气体或所含水分，如真空除气、真空浸渍、真空浓缩、真空干燥、真空脱水和冷冻干燥等；高真空可以用于热绝缘，如真空保温容器；超高真空可以用作空间模拟研究表面特性，如摩擦和粘附等。生产中，有许多操作过程是在真空设备中进行的，如物料的真空过滤和真空蒸发，物料的真空干燥，物料的输送等。设备中的真空环境是由真空泵提供的，真空泵是用来获得和维持真空的装置，类型很多，下面简单介绍几种常用的真空泵。 第五节 真空泵第五节 真空泵 一、往复式真空泵 往复式真空泵的构造和原理与往复式压缩机大致相同，但往复压缩机的压缩比很高，例如，要得到95%的真空度，其压缩比将达20以上。往复式真空泵有干式和湿式之分。干式真空泵只抽吸气体，可以达到99%以上的真空；湿式真空泵可以同时抽吸气体与液体，也可以带走较多的水蒸气，能达到80%左右的真空。干、湿式往复真空泵在构造上略有区别，由于湿式泵中液体的速度比气体小，所以其吸入和排出阀门均较干式略大，空隙也较大。目前药厂常用的W型往复式真空泵即属干式低真空机械，其抽气速率60~770m3/h，真空度1.33kPa(绝对压力)。往复式真空泵不宜抽除腐蚀性气体和含有悬浮颗粒的气体。 第五节 真空泵第五节 真空泵 二、旋转式真空泵 1．旋片式真空泵 旋片式真空泵属于旋转式真空泵的一种，如图3-9示，其主要部件是一个旋转的偏心轮（转子）和用弹簧压紧的活板（旋片）。活板将泵壳与转子间的空隙分为吸气工作腔和排气工作腔两部分。转子按箭头方向高速旋转时，活板在弹簧的压力及自身离心力的作用下，紧贴泵体内壁滑动，吸气工作腔容积不断扩大，被抽气体通过吸气口进入吸气工作腔。与此同时，排气工作腔容积逐渐减小，气体逐渐被压缩，压力升高，且升高到一定程度时，排气阀打开，气体穿过油液从泵排气口排出。转子每旋转一周，有两次吸气、排气过程，使封闭于泵腔的气体体积周期性变化而完成吸、排气工作循环。为密封各部件的间隙及使各部件得到润滑，旋片泵的活动部分均浸没于真空泵油内。 第五节 真空泵第五节 真空泵 旋片式真空泵具有使用方便，结构简单、工作压力范围宽，可在大气压下直接启动等优点。适于抽除干燥或含有少量可凝性蒸气的气体。由于该泵抽气量小，通常只用于制剂室、小型制药设备。注意在真空泵和真空系统之间要有气体净化装置，防止腐蚀性气体或蒸汽进入真空系统，同时在运转时要及时检查和更换真空泵油。 第五节 真空泵第五节 真空泵 第五节 真空泵第五节 真空泵 2．水环真空泵 水环真空泵属于旋转式真空泵，如图3-10所示。水环真空泵的外壳为圆形，壳内有一偏心安装的转子，转子上有叶片。泵内装有一定量的水，当转子旋转时形成水环，故称为水环真空泵。由于转子偏心安装而使叶片之间形成许多大小不等的小室。在转子的右半部，这些密封的小室体积扩大，气体便通过右边的进气口被吸入。当旋转到左半部，小室的体积逐渐缩小，气体便由左边的排气口被压出。这种泵的结构简单、紧凑,没有阀门，经久耐用。适于抽吸含液体、固体的气体，属湿式真空泵，尤适抽吸腐蚀性爆炸性气体。真空度可达86kPa，但效率只有30%~50%。注意在运转时为了维持泵内液封以及冷却泵体，运转时需不断向泵内充水。所能产生的真空度受泵体内水的温度限制。当被抽吸的气体不宜与水接触时，可以换用其他液体，称为液环真空泵。 第五节 真空泵第五节 真空泵 三、喷射泵 喷射泵是属于流体作用式的输送机械，它是利用流体流动时动能和静压能的相互转换来吸送流体。它既可用来吸送液体，又可用来吸送气体。在化工生产中，喷射泵用于抽真空时，称为喷射式真空泵。 喷射泵的工作流体，一般为水蒸气或高压水。前者称为水蒸气喷射泵。后者称为水喷射泵，如图3-11所示，是单级蒸汽喷射泵。水蒸气在高压下以很高的速度从喷嘴喷出，在喷射过程中，水蒸气的静压能转变为动能产生低压将气体吸入。吸入的气体与水蒸气混合后进入扩散管，速度逐渐降低，压力随之升高，而后从压出口排出。单级水蒸气喷射泵仅能达到90%的真空，为了达到更高的真空度，需采用多级水蒸气喷射泵。也可用高压空气及其他流体作为工作流体使用。 第五节 真空泵第五节 真空泵 喷射泵的主要优点是结构简单，制造方便，可用各种耐腐蚀材料制造，抽气量大，工作压力范围广，无活动部件，适用周期长。这种泵很适合处理含有机械杂质、水蒸气、强腐蚀性及易燃易爆气体。主要缺点是效率低，一般只有10%~25%，工作液体消耗量较大。喷射泵除用于真空脱气、真空蒸发、真空干燥外，还常作为小型锅炉的注水器，这样既能利用锅炉本身的水蒸气来注水，又能回收水蒸气的热能。