07第七章.ppt

1、第七章壓縮、膨脹、蒸汽動(dòng)力循環(huán)和冷卻循環(huán)、氣體壓縮是化工廠最基本的工作之一。那是氣體增壓和輸送的最基本的過程。在各種壓縮機(jī)(如壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、抽油煙機(jī)等)中，氣體從低壓力變?yōu)楦邏毫Φ倪^程是通過消耗外孔而通過氣體的壓縮實(shí)現(xiàn)的。壓縮機(jī)，風(fēng)扇，鼓風(fēng)機(jī)，真空泵的工業(yè)應(yīng)用，1，輸送流體。2、提供適當(dāng)?shù)膲毫?，適應(yīng)化學(xué)反應(yīng)和分離過程的進(jìn)展和氣動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行。3、將機(jī)械能傳遞給流體攪拌，輸送固體顆粒等。7.1氣體壓縮是提高空氣或其他氣體壓力的機(jī)械設(shè)備。壓力比：抽油煙機(jī)：r=1.0 1.1鼓風(fēng)機(jī)：r=1.1 4.0窄壓縮機(jī)：r4.0，(p1，p2壓縮前，后壓力)，1級(jí)往復(fù)壓縮機(jī)，1，工作原理吸氣過程壓縮過程：汽缸

2、氣體壓縮。排氣過程：汽缸內(nèi)氣體的壓力增加到預(yù)定的水平，從而排出壓縮氣體。2，計(jì)算，A-1:進(jìn)氣過程，1-2:壓縮過程，2-b:絕熱排氣過程，b-a:所有摩擦阻力，擾動(dòng)，泄漏等損失，想象活塞在頂部位置時(shí)，氣缸內(nèi)沒有剩馀體積。理想氣體： (壓縮過程保持恒溫)基于kmol氣體。1)等溫壓縮過程反軸操作和傳輸熱計(jì)算，等溫過程(等溫壓縮為等溫過程)，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，等溫壓縮的特征：壓縮消耗與傳遞熱相同的理論操作?；蛘邏嚎s氣體所消耗的氣力除了氣體壓力升高外，其余的都變成熱。根據(jù)實(shí)際氣體的p-V-T關(guān)系A(chǔ))狀態(tài)方程b) p-V-T實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，積分C)推壓法D)根據(jù)非流體熱力學(xué)基本定律，求出熱力學(xué)第一定律。

3、對(duì)于可逆過程，等溫可逆過程：計(jì)算氣體的S，H與連接，2)絕熱壓縮過程可逆軸操作和傳輸熱計(jì)算(等熵過程)系統(tǒng)與環(huán)境之間沒有熱交換。Q=0，絕熱指數(shù)K與氣體性質(zhì)相關(guān)，嚴(yán)格地說與溫度相關(guān)。在化學(xué)工程計(jì)算中，理想氣體的K值為課程設(shè)置者：K=1.666。實(shí)際氣體：根據(jù)熱力學(xué)的基本定律求。(很方便。) (使用熱力學(xué)圖表)熱力學(xué)第一定律Q=0 H=Q Ws Ws=H(執(zhí)行提高氣體溫度的操作)牙齒式用于計(jì)算非相氣體的軸向球。進(jìn)程的可逆性沒有限制。普遍化方法：pV=ZmRT Zm=(Z輸入/Z輸出)/2，3)可變壓縮過程可逆軸操作和傳輸熱計(jì)算變化過程是等溫過程和絕熱過程之間的情況，壓縮過程中氣溫上升小于絕熱過程

4、，實(shí)際壓縮過程大部分屬于這種情況。例如，有水套的多變量壓縮機(jī)。理想氣體的情況下，消費(fèi)的多樣化過程是由熱力學(xué)第一定律得到的。實(shí)際氣體：根據(jù)熱力學(xué)基本定律求： (非常方便) (利用熱力學(xué)圖表)熱力學(xué)第一定律H=Q Ws普遍化方法：pV=ZmRT Zm=(Z進(jìn)Z)，1，S，T，2，2，2 等級(jí)壓縮和等級(jí)間冷卻、等級(jí)間冷卻、兩級(jí)壓縮、等級(jí)間冷卻、膨脹過程通常是高壓流體通過蓮蓬頭、汽輪機(jī)、膨脹機(jī)、節(jié)流閥等設(shè)備或裝置流動(dòng)的過程。下面討論膨脹過程的熱力學(xué)現(xiàn)象。重點(diǎn)討論了工業(yè)中經(jīng)常發(fā)生的節(jié)流膨脹和絕熱膨脹過程及其產(chǎn)生的溫度效應(yīng)。7.2膨脹過程，7.2.1節(jié)流膨脹，高壓流體通過管道的節(jié)流閥、孔口、毛細(xì)管等節(jié)流因

5、素迅速膨脹到低壓的過程稱為節(jié)流膨脹。節(jié)流膨脹的特點(diǎn)：節(jié)流過程快，與高壓流體和外界的熱交換可以看作是絕熱Q=0，牙齒過程不是外工作WS=0牙齒，節(jié)流前后流體的位差和速度變化可以忽略。Z=0，u=0，從穩(wěn)定流的能量平衡方程式中獲得H=0節(jié)流前后的流體。節(jié)流時(shí)有摩擦阻力損失，因此節(jié)流過程是不可逆轉(zhuǎn)的，節(jié)流前后流體的熵必須增大。節(jié)流效果：流體在節(jié)流膨脹時(shí)壓力變化引起的溫度變化。差動(dòng)節(jié)流效應(yīng)系數(shù)：節(jié)流膨脹中隨壓力的溫度變化率。從熱力學(xué)的基本關(guān)系可以看出，微分節(jié)流效應(yīng)是實(shí)際氣體：J0節(jié)流后溫度的減少稱為制冷效應(yīng)。(大多數(shù)氣體)J=0節(jié)流前后的溫度稱為0效應(yīng)。J0節(jié)流后溫度上升稱為熱效應(yīng)。(氫、氦、氦氣體)

6、節(jié)流后要產(chǎn)生制冷效果，必須在節(jié)流前預(yù)冷。對(duì)于理想氣體，pV=RT等于J=0以上氣體絕熱節(jié)流后溫度保持不變。轉(zhuǎn)換點(diǎn)，轉(zhuǎn)換曲線根據(jù)狀態(tài)更改實(shí)際氣體的節(jié)流效果值，因此要實(shí)際生成冷卻效果，必須選擇相應(yīng)的節(jié)流前狀態(tài)，以使節(jié)流效果系數(shù)大于零。要實(shí)現(xiàn)牙齒目標(biāo)，首先要找到變形點(diǎn)。轉(zhuǎn)換點(diǎn)是節(jié)流效果系數(shù)為零時(shí)的溫度、壓力對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。轉(zhuǎn)換曲線內(nèi)部、壓力降低、溫度降低、冷卻區(qū)域轉(zhuǎn)換曲線外部、壓力降低、溫度升高、加熱區(qū)域轉(zhuǎn)換曲線中的節(jié)流效果系數(shù)為0。變換曲線：通過連接圖形的變換點(diǎn)而構(gòu)造的曲線。實(shí)際節(jié)流時(shí)的壓力變化變?yōu)橛邢拗刀a(chǎn)生的溫度變化稱為積分節(jié)流效應(yīng)。冷卻區(qū)域，7.2.2絕熱充氣，氣體從高壓到低壓力絕熱膨脹時(shí)通過膨脹

7、機(jī)實(shí)現(xiàn)，可以對(duì)外工作，過程可逆的話等熵膨脹。特征：膨脹前后熵不變，對(duì)外工作膨脹后氣體溫度必須降低。微分等熵膨脹效應(yīng)系數(shù)：熵膨脹時(shí)壓力的微小變化引起的溫度變化。熱力學(xué)的基本關(guān)系。所有氣體、Cp0、T0必須為正數(shù)。氣體在等熵膨脹的時(shí)候?qū)ν夤ぷ?，膨脹后氣體的溫度總是下降，產(chǎn)生制冷效果”。等熵膨脹和節(jié)流膨脹的比較等熵膨脹與氣體屬性及狀態(tài)無關(guān)，對(duì)任何氣體的任何狀態(tài)都產(chǎn)生冷效應(yīng)。節(jié)流膨脹對(duì)理想氣體沒有溫度效應(yīng)，實(shí)際氣體根據(jù)氣體狀態(tài)，實(shí)際氣體產(chǎn)生冷卻效果的話，熵膨脹的溫度效應(yīng)大于節(jié)流膨脹的溫度效應(yīng)。在同樣的超環(huán)境下，膨脹機(jī)的冷卻效果優(yōu)于節(jié)流膨脹機(jī)。等熵冷卻等溫度降低，設(shè)備和操作節(jié)流膨脹簡(jiǎn)單，操作方便，浸沒閥

8、可用于氣液兩相區(qū)操作，甚至可以直接用于液體的節(jié)流。等熵膨脹結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資多，需要低溫潤(rùn)滑油，不能用于產(chǎn)生水滴的位置。工作條件和工作條件一般用于大中型企業(yè)，一般使用常規(guī)冷卻循環(huán)和小型低溫設(shè)備使用的節(jié)流膨脹，等熵膨脹主要用于大中型氣體液化工藝。牙齒兩個(gè)茄子膨脹過程是化工過程制冷的基礎(chǔ)和氣體液化的基礎(chǔ)。蒸汽動(dòng)力循環(huán)：以水蒸氣為空氣，將熱量持續(xù)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱循環(huán)?，F(xiàn)代大型化工廠的蒸汽動(dòng)力循環(huán)用于向全廠提供電力、加熱和供應(yīng)工藝的蒸汽。一些化學(xué)反應(yīng)釋放出大量的反應(yīng)熱，通過熱交換器產(chǎn)生大量的水蒸氣，利用牙齒廢熱蒸汽作為蒸汽動(dòng)力循環(huán)設(shè)備的能源生產(chǎn)工。熱力發(fā)電廠、蒸汽機(jī)車、泰坦尼克號(hào)、冷卻循環(huán)：消耗能量，從低

9、溫到高溫反向回?zé)?。冷凍周期適用于生產(chǎn)的低溫反應(yīng)、結(jié)晶分離、氣體液化、生活中的冰箱、空調(diào)、冷凍庫(kù)等各個(gè)方面。制冷溫度低于-100時(shí)稱為低溫，高于-100時(shí)稱為普通制冷。冰箱、陳列柜、冷藏、空調(diào)、高溫到低溫的傳熱是自發(fā)過程，生產(chǎn)過程，正向卡諾循環(huán)由兩個(gè)可逆等溫過程和兩個(gè)可逆絕熱過程組成。T-S圖表，正向卡諾循環(huán)，正向卡諾循環(huán)：空氣吸熱溫度大于空氣排氣溫度。正向卡諾循環(huán)是動(dòng)力循環(huán)，是最理想的情況。因?yàn)槟鞘巧a(chǎn)力最大小的?？ㄖZ循環(huán)最有效，但實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)。濕蒸汽對(duì)蒸汽輪機(jī)和泵有侵蝕作用，蒸汽輪機(jī)不能超過水的楊怡10%，泵不能帶入蒸汽泵。絕熱可逆過程實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)。7.3蒸汽發(fā)電站循環(huán)，7.3.1 Ra

10、nkine循環(huán)和熱效率，最簡(jiǎn)單的蒸汽動(dòng)力循環(huán)。由鍋爐、過熱器、汽輪機(jī)、冷凝器、泵組成，工作介質(zhì)一般是水?，F(xiàn)代“熱力發(fā)電廠”外表，冷凝塔，發(fā)電機(jī)，除塵器，渦輪，傳送帶，鍋爐，空氣，粉碎機(jī)，煙囪，水管，噴射供水機(jī)，現(xiàn)代化能力發(fā)電站結(jié)構(gòu)，鍋爐中的無力機(jī)從冷凝器發(fā)出汽化潛熱Q2，7.3.1 Rankine循環(huán)和熱效率，汽輪機(jī)：(1-2絕熱膨脹)T，P對(duì)外工作WS，Q=0冷凝器中：(2-3等壓熱)T不變，P不變，外部熱Q2吸收熱Q1，穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式：H=Q WS蒸汽通過鍋爐(ws=0): Q1=h=h1 H4蒸汽通過渦輪(q=0): ws=h=H2 h1蒸汽通過冷凝器(ws=0):前循環(huán)純球?yàn)閃=W

11、S Wp=(H2 H1) (H4 H3)。由于液態(tài)水的不可壓縮性，泵的空氣質(zhì)量功耗計(jì)算：在蒸汽動(dòng)力循環(huán)中，泵的功耗遠(yuǎn)低于汽輪機(jī)的工作量。熱效率的高低可以反映出徐璐其他設(shè)備輸出相同功率時(shí)消耗的能量量。蒸汽消耗率，制造單位凈值所消耗的蒸汽量稱為蒸汽消耗率，表示為規(guī)格系統(tǒng)組合(SSC)。當(dāng)對(duì)外的純功相同時(shí)，蒸汽消耗率大的裝置的大小相應(yīng)增加。因此，蒸汽消耗率的高低可以用于比較裝置的相對(duì)大小和過程的經(jīng)濟(jì)性。Rankine循環(huán)效率如何計(jì)算？狀態(tài)點(diǎn)1:已知P1，T1，附錄水蒸氣表確認(rèn)H1，S1。狀態(tài)點(diǎn)2:調(diào)查已知p2和S1，S1=S2，附錄水蒸氣表，找到H2，T2。狀態(tài)點(diǎn)3:檢查等壓線和飽和液體線的交點(diǎn)，已

12、知p2，P3=p2，附錄飽和水系統(tǒng)，得出H3，S3，T3。狀態(tài)點(diǎn)4: P4=P1，S3=S4，附錄水汽表格檢查H4。給出了給定汽輪機(jī)的進(jìn)口蒸汽溫度、壓力和汽輪機(jī)出口的蒸汽壓力，基本確定了循環(huán)熱效率。蒸汽通過蒸汽渦輪的絕熱膨脹實(shí)際上不是等熵，而是按熵增加的方向偏移，以1 2線表示。，泵的功耗比汽輪機(jī)的工作量小得多，但不考慮不可逆的影響。蒸汽通過蒸汽輪機(jī)膨脹，實(shí)際做的工作應(yīng)為H1 H2，小于熵膨脹的公認(rèn)H1 H2。兩者的比率稱為渦輪的等熵效率。實(shí)際Rankine循環(huán)的熱效率，示例1:有根據(jù)過熱Rankine循環(huán)工作的蒸汽生產(chǎn)站，鍋爐管限制最大壓力為6.87bar，可用冷卻液溫度為49。凝汽器設(shè)計(jì)為

13、16.6溫差，因此在牙齒循環(huán)中最低溫度為49 16.6=65.6，過熱器和凝汽器這樣運(yùn)行，讓汽輪機(jī)和泵處理單相物質(zhì)。泵和渦輪可以看作是絕熱可逆運(yùn)行。(1)確定所需的過熱和循環(huán)熱效率。(2)將牙齒循環(huán)熱效率與卡諾循環(huán)熱效率進(jìn)行比較?？ㄖZ循環(huán)的工作溫度范圍為65.5和(A)鍋爐溫度，65.6和(B)最大過熱溫度。(3)如果鍋爐管承受的壓力為1370kPa，請(qǐng)確認(rèn)新的循環(huán)熱效率。65.5飽和液體，65.5相應(yīng)飽和蒸汽壓25kPa，25kPa飽和蒸汽，687kPa等壓線，解決方案：(1)，狀態(tài)點(diǎn)3: T3=65.5，飽和液體p3=25kPa核對(duì)表S2=7.7穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式：H=Q WS汽輪機(jī)(q=0): ws=h=H2 h1=-771 kj/kg泵(Q=0):WP=H=H4 H3=0.677 過熱蒸汽通過汽輪機(jī)膨脹運(yùn)行后，從0.008MPa壓力(點(diǎn)2)排出，在冷凝器中，環(huán)境溫度t020的恒壓發(fā)熱變?yōu)轱柡退?點(diǎn)3)，然后通過泵回到鍋爐(點(diǎn)4)完成循環(huán)，汽輪機(jī)的額定功率已知為5