7

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 = ∑m_i . Здесь m_i – массовый расход i-го компонента, m – массовый расход смеси. Энергетический баланс H = ∑H_i . Выражение

mh = ∑m_ih_i –

определяет среднюю энтальпию смеси h , h_i – удельная внутренняя энтальпия i-го компонента смеси. Эксергетический баланс

E = ∑E_i + D .

Слагаемое D учитывает потери эксергии при смешении, или минимальные затраты работы на разделение смеси.

_e = E/∑E_i ,

где E и E_i 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 < p_атм до p ≈ p_атм или p > p_атм 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 (p_a  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 N_дв на валу приводимого двигателя.