153

при давлении значительно ниже атмосферного, а нагнетание—при "давлении, несколько превышающем атмосферное.

В химической промышленности применяют также струйные ком­прессоры и вакуум-насосы, по устройству подобные струйным насосам для перемещения жидкостей. В струйных компрессорах и вакуум-насосах отсасывание и сжатие газов осуществляется за счет кинетической энергии струи вспомогательной жидкости или пара.

Вентиляторы и газодувки большой производительности, создающие разрежение, называются эксгаустерами. Для получения более глубокого вакуума применяют поршневые и ротационные вакуум-насосы, не отличающиеся по принципу действия от компрессоров.

Уравнения состояния газа и термодинамические диаграммы., Сжатие реального газа сопровождается изменением его объема, давления и тем- пературы. Соотношение между этими параметрами при давлении не более 10⁶ н/м* (~10 ат) характеризуется уравнецием состояния идеальных газов.

При давлениях более 10⁶ н/м² (р >> 10 ат) следует пользоваться урав- нением Ван-дер-Ваальса или другим уравнением, более точно описы- вающим зависимость между объемом, давлением и температурой газа при повышенных давлениях. ^

Уравнение Ван-дер-Ваальса имеет вид

Однако для практических расчетов наиболее удобна и надежна термо­динамическая диаграмма температура—энтропия, или Т—S-диаграмма, которая строится на основании опытных' данных.

На Т—S-диаграмме (рис. IV-1) нанесена пограничная кривая АКВ, максимум на кото­рой соответствует критической точке К. В области, ограниченной этой кривой и осью абсцисс (область влажного пара), одновременно сосуществуют две фазы — жидкость и пар. Левая ветвь КА пограничной кривой соответствует полной конденсации пара (исчезновению паро­вой фазы)- Для нее степень сухости х = 0. Правая ветвь КВ соответствует полному испаре­нию жидкости (исчезновению жидкой фазы) и образованию сухого пара. Для ветви КВ сте­пень сухости х = 1. Слева от пограничной кривой находится область существования только жидкой фазы, справа — только паровой (газообразной) фазы. Координаты критической точки К характеризуют критические параметры газа.

В области влажного пара проведены линии постоянной влажности (х = const). Линии постоянных температур (изотермы) и энтропии (Т = const и S = const) параллельны соот­ветственно абсциссе и ординате. Изобары (р = const) в области перегретого пара направлены круто вверх, а в области влажного пара совпадают с изотермами, так как тепло здесь рас­ходуется на испарение жидкости без изменения температуры. В области жидкой фазы изо­бары почти полностью сливаются с пограничной кривой вследствие незначительной сжи­маемости жидкостей и слабого влияния давления на их физические свойства.

На диаграмме Т—5 нанесены также линии постоянной энтальпии » = const (изоэн- тальпы). Энтальпия реальных газов зависит не только от температуры, но и от давления, поэтому изоэнтальпа реальных газов не совпадает с изотермой.

Все параметры газа на Т—S-диаграмме отнесены к 1 кг газа.

2.. Термодинамические основы процесса сжатия газов

При отсутствии справочных данных постоянные а и Ь определяются по кри- тическим параметрам газа — критически- ми температурой Т_Кр и давлением р_кр:

где р — давление газа, нАи²; V — удель- ный объем газа, м³/кг; Я = 8314//И — газовая постоянная, дж/(кг■ град); М — масса 1 к моль, кг!кмоль\ Т — температу- ра, °К; а, Ь — величины, постоянные для данного газа.

(IV.1)

я

S

Рис. IV-1. Т—S-диаграмма.

Гл. IV. Перемещение и сжатие газов (компрессорные машины)

В соответствии с термодинамическим определением энтропии приращение ее для обра- тимого процесса составляет

rfS = ^- (IV,2)

По этому уравнению можно вычислить теплоту изменения состояния газа:

Q=j7US (JV.3)

Таким образом, на диаграмме Т—S площадь под кривой, описывающей изменение состояния газа, численно равна теплоте изменения состояния.

Применение диаграммы давление — объем (р — ч) для проведения технических расче- тов возможно, но вызывает значительные трудности в связи со сложностью определения теплоты изменения состояния газа иа этой диаграмме.

Процессы сжатия газов. Конечное давление газа при сжатии зависит от условий теплообмена газа с окружающей средой. Теоретически воз-

можны два предельных случая сжатия:

1. все выделяющееся при сжатии тепло полностью отво- дится и температура газа при сжатии остается неизменной — изотермический про- цесс;

2. теплообмен газа с окру- жающей средой полностью от- сутствует и все выделяющееся при сжатии тепло затрачивается

на увеличение внутренней энер-

S s’ S-S" ~S ^{гии газа}> повышая его темпе- ^в с d н ратуру, - адиабатиче-

Рис, IV-2. Изображение процессов сжатия газа ский процесс.

на Г—S-диаграмме. в действительности сжатие

газа лишь в большей или мень­шей степени приближается к одному из этих теоретических процессов. При сжатии газа наряду с изменением его объема и давления происхо­дит изменение температуры и одновременно часть выделяющегося тепла отводится в окружающую среду. Такой процесс сжатия называется по- литропическим.

Работа сжатия и потребляемая мощность. Процесс изотермического сжатия газа от давления р_х до давления р₂ изображается на Т—S-диа­грамме прямой АВ (рис. IV-2), проведенной между изобарами р_г и р₂ по линии Та = const.

Количество тепла <7_ИЗ, которое необходимо отводить при изотерми­ческом сжатии 1 кг газа от давления р_г до давления р_г, численно равно удельной работе изотермического сжатия /_иэ, выраженной в дж/кг. Ве­личина <?_иэ может быть определена из диаграммы с помощью простого соотношения:

^qB3 — ¹пз — ^ТА (^SA — ^Sb) (IV,4)

Процесс адиабатического сжатия газа характеризуется полным отсут­ствием теплообмена между газом и окружающей средой. При адиабати­ческом сжатии газа dQ — 0 и из уравнения (IV,2) следует, что dS = 0. Таким образом, в процессе адиабатического сжатия газа неизменной остается его энтропия, и этот процесс изображается на диаграмме Т—S прямой AD (см. рис. IV-2), проведенной по линии 5л = const.

Количество тепла, выделяемое при адиабатическом сжатии 1 кг газа от давления р_г до давления р₂, численно равное удельной работе адиаба­тического сжатия /_ад, определяется по диаграмме следующим образом:

⁹ад ~ ¹ва ~ ^lD ~ ~ ^Ср (^ТD ~ ^Тa) (^IV.⁵)