Лекция 7.
Смешение (разделение) веществ в потоке.
Характерно для аппаратов непрерывного действия. Смешение. пример: горячая вода из пара и холодная вода. Разделение. примеры: кристаллизация, выпаривание, перегонка и т. п.
Рис. 1.
Материальный баланс m = ∑mi . Здесь mi – массовый расход i-го компонента, m – массовый расход смеси. Энергетический баланс H = ∑Hi . Выражение
mh = ∑mihi –
определяет среднюю энтальпию смеси h , hi – удельная внутренняя энтальпия i-го компонента смеси. Эксергетический баланс
E = ∑Ei + D .
Слагаемое D учитывает потери эксергии при смешении, или минимальные затраты работы на разделение смеси.
e = E/∑Ei ,
где E и Ei рассчитывают по формулам для потока.
Сжатие и расширение газов.
На производствах часто используются сотни тысяч м3/час сжатых газов:
– для аэрирования культуральных жидкостей в процессе биосинтеза;
– для транспортировки жидкостей и твердых материалов по трубопроводам;
– для распыления, перемешивания и измельчения веществ;
– для создания избыточного давления в аппаратах химической технологии.
Вакуум насосы тоже используют сжатие газа (от p < pатм до p ≈ pатм или p > pатм для выброса газа в атмосферу). На сжатие газов расходуется приблизительно 25% от общей потребляемой энергии. Сжатие: компрессоры (P , T ), вакуум-насосы (–l0 – затрачивается внешняя работа). Разрежение: турбины (P , T ), детандеры (+l0 – возвращается работа в систему).
Компрессоры. Принцип действия. Основные параметры.
Компрессором называется энергетическая машина или устройство для повышения давления или перемещения газов или их смесей (рабочей среды). Обычно в компрессорах газы сжимаются от атмосферного до более высокого давления. По принципу действия компрессоры подразделяются на объемные и динамические (называемые также лопаточными или кинетическими).
В компрессорах объемного действия рабочий процесс осуществляется в результате циклического изменения объемов рабочих камер. Эти компрессоры бывают поршневыми, мембранными, роторными.
В компрессорах динамического действия рабочий процесс осуществляется путем динамического воздействия на непрерывный поток сжимаемого газа. К этим компрессорам относятся турбокомпрессоры и струйные компрессоры.
По давлению газа на выходе из компрессора (конечному давлению), различают компрессоры низкого давления до 1.5 МПа ≈ 15 ат (pa p 1.5 МПа) ; среднего давления (1.5 МПа < p 10 МПа); высокого давления (10 МПа < p 100 МПа); сверхвысокого давления (p > 100 МПа).
По объемной производительности (подаче V) бывают малые (V 0.014 м3/с ≈ 50 м3/час); средние (0.014 м3/с < V 1.5 м3/с ≈ 90 м3/мин) и крупные (V > 1.5 м3/с) компрессоры.
В зависимости от сжимаемой рабочей среды различаются газовые компрессоры для сжатия газов кроме воздуха (кислородные, водородные, аммиачные и т.п.) и воздушные компрессоры для сжатия только воздуха. Компрессоры общего назначения предназначены для сжатия атмосферного воздуха до (0.8 … 1.5) МПа и выполняются без учета специальных требований, характерных для отдельных областей их применения.
Несмотря на различные принципы действия и большие конструктивные различия компрессоров, с термодинамической точки зрения процессы, происходящие в них, одинаковы. В задачу термодинамического анализа входит установление условий, которые могут обеспечить наибольшую эффективность компрессоров, т.е. наименьшую затрату работы.
Основными параметрами, характеризующими работу компрессора являются:
объемная производительность V объемный расход газа на выходе из компрессора, приведенный к начальным условиям, т.е. к условиям всасывания; V = mv1 , где m массовая производительность компрессора т.е. массовый расход газа на выходе из компрессора, v1 удельный объем газа при условиях всасывания;
отношение давлений (степень сжатия) = p2/p1 . При 1.1 компрессорные машины называют вентиляторами. Они служат для перемещения больших количеств газа практически без их сжатия. При 1.1 < 3.0 машины называют газодувками. Собственно компрессоры это машины с > 3.0 .
начальная и конечная температуры компрессора это температуры на входе T1 и на выходе T2 из него;
частота вращения n и мощность Nдв на валу приводимого двигателя.