10

Лекція № 11.

КОМПРЕСОРИ

Основні відомості

На підприємствах хіміко-фармацевтичної промисловості використовують різноманітні гази під надлишковим тиском, що дає можливість використати енергію тиску, збільшити швидкості їх подачі та зменшити об’єми апаратури, в якій протікають реакції.

Машини, призначені для стиснення і переміщення газів називають компресорами.

Діапазон тисків, який використовується в хіміко-фармацевтичній промисловості – від 10^-3 до 10⁸ Н/м² (10^-8-10³ атм).

Відношення кінцевого тиску Р₂, що створює компресор до початкового тиску Р₁ при якому проходить всмоктування газу називають ступінню стиснення.

В залежності від ступеню стиснення розрізняють наступні типи компресорних машин:

а) вентилятори - <1.1 – для переміщення великих кількостей газу;

б) газодувки - 1.1< <3 – для переміщення газів при відносно високому опорі мережі;

в) компресори - >3 – для створення високих тисків;

г) вакуумні насоси - для відсмоктування газів при тиску нижче атмосферного.

За принципом дії компресорні машини поділяють на поршневі, ротаційні, відцентрові та осьові.

В поршневих машинах стиснення газу відбувається в результаті зменшення об’єму , в якому знаходиться газ, при зворотно-поступальному русі поршня.

Стиснення газу в ротаційних машинах обумовлене зменшенням об’єму, в якому знаходиться газ, при обертанні ексцентрично розміщеного ротора.

У відцентрових машинах енергія передається потоку газу силовою дією лопаток робочого колеса, в результаті чого відбувається стиснення і підвищення кінетичної енергії газу. Ця енергія перетворюється в тиск в нерухомих елементах машини.

В осьових машинах газ стискається за рахунок пристрою типу “гвинта”.

Застосовують також струминні компресори, в яких відсмоктування і стиснення газів здійснюється за рахунок кінетичної енергії струмини додаткової рідини або пари. Для отримання розрідження використовують будь-які компресорні машини: вентилятори, газодувки, поршневі, ротаційні вакуум-насоси.

Термодинамічні основи роботи компресора Стиснення реального газу супроводжується зміною його об’єму, тиску і температури. Взаємозв’язок між цими параметрами при тиску не більше 106 Па

(10ат) описується рівнянням стану ідеальних газів. При тисках більших 10⁶ Па (р>10ат) слід використовувати рівняння Ван-дер-Ваальса, яке більш точно описує залежність між об’ємом, тиском і температурою газу при підвищених тисках Однак для практичних розрахунків найбільш придатна і надійна термодинамічна діаграма температура-ентропія, або Т-S – діаграма, яка побудована на основі дослідних даних

Рис. Т-S – діаграма.

Процеси стиснення газів.

При стисненні збільшується енергія газу, тому процес стиснення залежить від умов теплообміну з навколишнім середовищем. Теоретично при стисненні можливі два випадки :

1. Тепло, яке виділяється при стисненні повністю відводиться – ізотермічний процес.

2. Теплообмін з навколишнім середовищем повністю відсутній, а тепло, яке виділяється, йде на збільшення внутрішньої енергії газу, підвищуючи його температуру – адіабатичний процес.

3. В реальних умовах при стисненні газу поряд із зміною об’єму і тиску відбувається зміна температури з одночасним частковим відведенням тепла, яке виділяється в навколишнє середовище. Такий процес стиснення називають політропним.

Робота стиснення і споживана потужність

Процеси стиснення зображені в Т-S – діаграмі . Процес ізотермічного стиснення газу від тиску р₁ до тиску р₂ на діаграмі представлений прямою АВ, проведеною між ізобарами р₁ і р₂ по лінії Т_А=const.

Кількість тепла q_із, яку необхідно відводити при ізотермічному стисненні 1 кг газу від тиску р₁ до тиску р₂ дорівнює роботі ізотермічного стиснення l_із і може бути визначена із співвідношення:

В процесі адіабатичного стиснення газу незмінною залишається його ентропія і зображується на діаграмі Т-S прямою AD, що проведена по лінії S_A=const. Кількість тепла q_із, яку необхідно відводити при адіабатичному стисненні 1 кг газу від тиску р₁ до тиску р₂ дорівнює роботі адіабатичного стиснення _ад і може бути визначена із співвідношення:

Рис. Зображення процесів стиснення

газу на Т-S – діаграмі.

Політропічний процес стиснення газу від тиску р₁ до тиску р₂ зображується на діаграмі Т-S прямою лінією АС. Кількість тепла q_пол, яку необхідно відводити при політропічному стисненні 1 кг газу від тиску р₁ до тиску р₂ дорівнює роботі політропічного стиснення _пол і може бути приблизно визначена із співвідношення:

Знаючи величину кінцевого тиску р₂, можна визначити питому роботу стиснення також аналітично.

Робота на стиснення:

Ізотермічний процес (T=const )

Адіабатичний процес ( )

Політропічний процес (PV^m=const )

де k=с_р/с_υ, m – показники адіабати і політропи.

υ – питомий об’єм газу при всмоктуванні.

Температура газу Т₂ після стиснення рівна:

для ізотермічного процесу Т₁=Т₂

- для адіабатичного процесу -

для політропного процесу -