QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Hình 7,21.Phạm vi hoạt động của máy bơm và máy nén giai đoạn đầu tiên [Balje, Trans ASME, J Eng Power 84, 103 (1962)]

Ví dụ: Không khí trong khí quyển ở mức từ 100.000 SCFMis nén đến 80.000 lbf /ft

(41,7 psig) ở 12.000 rpm; tínhNS=103 ; trong khu vực dòng chảy xuyên tâm với

hiệu suất khoảng 80%, DS=1,2−1,6 vậy nên D=2,9−3,9 ft

Hình 7,22 Thể hiện máy nén động: (a) trục máy nén (b) máy nén ly tâm Tất cả các thông số đều được thể hiện với tỉ lệ phần trăm của từng loại bơm và dựa vào hiệu suất cao nhất của từng loại.(De Laval Engineering Handbook, McGraw-Hill, New York, 1970).

Bảng 7.4 Các đặc tính của cánh quạt Β

aqad=32, 2 H /V2 ; NS=NQ0,5/V0, 75 (tốc độ cụ thể), DS=DV0 , 25/Q0,5 (đường kính cụ thể); ), Với D = đường kính (ft), H = đỉnh (ft), Q=tốc độ hút(vòng/s),V =tốc độ nghiêng cánh quạt(khung/s),và N=tốc độ quay(vòng/phút) (Evans, 1979).

Hình7.23 Biểu diễn một vài kiểu điều khiển của cánh quạt (American Standard Co Inc.) (a) Bộ điều khiển van điều tiết hẳng số tốc độ quạt , (b)Bộ điều khiển quạt hai tốc độ, (c)Van hút hoặc cửa chớp hút với bộ điều khiển hằng số tốc độ quạt, (d) Bảng điều khiển nhiều bước thay đổi tốc độ quạt, và (e) khớp nối điện hoạc thủy lực với bảng điều khiển cố định để điều khiển rộng hơn tốc độ quạt.

Khi ma sát xuất hiện , vấn đề này được xử lý bằng thực nghiệm Hiệu suất entropi đc định nghia như sau :

ηS= ( entropi hoạt động hoặc entanpi thay đổi ) / (entropi thực sự làm việc hoặc entanpi thay đổi )

Bảng 7.5 Quy luật của cánh quạtB

aδ= ρ/gc

Cho ví dụ, Áp suất P thay đổi D2N2ρ/ gC dòng 1(b), Q2(ρ /gC)/D4dòng 3(b), P2/3(ρ /gC)1/3/D4 /3 dòng 4(b), Q2/3N4 /3ρ/ gC dòng 6(b) và

P2/5N4 /5(ρ/ gC)3 / 5 dòng 10(c) (Madison, 1949).

Hình 7.24 Đường đặc tính của các cánh quạt với lưỡi sắc khác nhau (Green Fuel

Economizer Co.): (a) Lưỡi cong về sau (b) Lưỡi hướng tâm (c) Lưỡi cong về trước (d) So sánh tính chất của một số loại lưỡi (Sturtevant)

Bảng 7.6 Thông sỗ kỹ thuật của máy nén ly tâm (Elliott Co.).

a: Công suất lưu lượng tối đa giảm tỷ lệ thuận với tốc độ

b: Sử dụng 10.000 đến 12.000ft cho những cánh quạt bơm đc nhắc tới c: Khi tốc độ giảm có thể tăng thêm cánh bơn

Hình 7.25 Hệ số đầu và hiệu suất qad như một hàm đặc trưng của tốc độ và đường kính của các loại bộ cánh quạt (Evans, 1979)

Ví dụ: Bộ cánh quạt hướng trục có hiệu suất 70% ở NS= 200 và Ds = 1:5; và 85% ở NS = 400 và Ds = 0:8 Xem bảng 7.4 để định nghĩa qad, NS, và Ds Theo đó:

Khi không có thông tin khác về quá trình khí ,sự gia tăng nhiệt độ được tìm bằng công thức :

Vậy nên:

Ví dụ 7.4 tính nhiệt lượng tăng thêm từ phương trình 7.24 và 7.30 Một

trường hợp khácvới công suất nhiệt biến thiên được tính trong ví dụ 7.5 Nếu là hỗn hợp, công suất nhiệt được tính là tổng năng lực mol tỉ lệ nhiệt có trọng số củacác thành phần tinh khiết:

KHÍ GAS VÀ QUÁ TRÌNH THỰC

Quá trình đoạn nhiệt chủ yếu là lực nén trong quá trình nghịch đảo và nén ly tâm nhưng không phải là không có ma sát.Áp suất trong thiết bị được biểu diễn bằng phương trình :

Một quá trình như vậy được gọi là polytropic Phương trình là tương tự như phương trình đẳng entropy (7.20) nhưng polytropic mũ n khác nhau phụ thuộc vào tỷ lệ công suất k.

Số mũ Polytropic được suy ra từ các phép đo PV được nhập vào trên máy tính Vớimáy chuyển động qua lại, các dữ liệu PV được gi nhận trực tiếp cùng với các chỉ số động cơ Khi sử dụng các loại máy móc chuyển động kiểu khác, các phép đo thường được thực hiện với không khí.

Thực hiện nén polytropic của một chất khí với phương trình trạng thái Làmviệc trong nén polytropic của một chất khí với phương trình trạng thái PV= zRT hoàn toàn như phương trình (7.26) Quá trình thủy động lực học hoặc hấp thụ bới khí gas trong quá trình nén.

Các nhà sản xuất thường mô tả máy nén khí của họ bằng hiệu quả polytropic được xác định bởi :

Quá trình polytropic thực hiện trên khí gas tuân theo tỷ lệ phương trình (7.33)và (7,34) và bao gồm các quá trình thực tế trên khí gas :

WP là tổn thất lớp đệm và vòng bi của máy nén ; chúng có thể lên tới 1-3% của quá trình polytripic, tùy thuộc vào loại máy.

Giá trị của số mũ polytropic được suy ra từ phương trình (7.34) là :

Bảng 7.7 Một số kích thước của máy nén khí một và hai giai đoạn

(Worthington Corp.).

Bảng 7.7.—(tiếp )

(b) Horizontal, Một giai đoạn, Bộ điều khiển bằng hơi nướca

a :Tất cả các máy có van hơi kiểu piston

b :110-lb Áp suất không khí tối đa cho hơi nước cần thiết

c :125-lb Áp suất không khí tối đa cho hơi nước cần thiết (WorthingtonCorp.).

(c) Horizontal, Hai giai đoạn,Bộ điều khiển băng chuyền

Bảng 7.9 Năm máy nén hồi chuyển vận hành thông thường

a: Cặp 32.5 x 65 hoặc bộ ba 26.5 x 33(667 rpm) thì thực tế hơn.b :Cặp 32 x32(613 rpm) luân phiên khi L = d (Evans, 1979).

ZS= ( entropy hoạt động[PT:(7:25)] ) / (entropy thực sự hoạt động[PT:(7:35)]) (7.37)

Phương trình mới nhất thu được từ pt (7.34) và liên quan trực tiếp hiệu suất đẳng entropy và polytropic Hình 7.27(b) là phác họa của pt (7.39) Ví dụ 7.6 là một bài tập về mối quan hệ giữa hai loại hiệu suất.

HOẠT ĐỘNG CỦA KHÍ KHÔNG LÝ TƯỞNG

Các thảo luận cho đến nay vẫn bỏ qua ảnh hưởng của áp suất entanpy, entropy, và công suất nhiệt Mặc dù hiệu suất thường không được biết đến cũng đủ để chứng minh tính toán rất tinh tế,

Bảng 7.10 Thông số kỹ thuật của máy nén dung dịch đệm

chúng có thể có có giá trị thực nhằm cô lập sự không chắc chắn của một thiết kế Yếu tố nén được đưa ra ví dụ như hình 7,29 Phải tính hoặc ước tính được hiệu suất.

Phương pháp Sơ đồ nhiệt động lực học Khi một sơ đồ nhiệt động lực học có sẵn cho các chất hoặc hỗn hợp được đề cập, dòng có thể được tìm thấy từ biến thiên entanpy,

Thủ thuật này được minh họa trong ví dụ 7.7 và tuân theo những bước sau đây:1 Tiến hành theo dòng của entropy không đổi từ điều kiện ban đầu để áp suất cuối cùng P2 và entanpy (H2)S

2 Đánh giá sự thay đổi của entanpy đẳng entropy (ΔHH )S=(H2)S−H13 Tìm sự thay đổi entanpy thực tế bằng

Ví dụ 7.4 : Lực khí nén, đẳng entropy và Nhiệt độ thật cuối cùng Với k = 1:4,P2=P1=3 vàZS=0,71 ; Nhiệt độ sau là (T2)S=1,369T1 và T2=1,59T1 với pt:

(7.24) và ( 7.31)

Hình 7.26 Một số phương pháp cho phép dựa đoán polytropic cho giai đoạn đầu của một máy nén ly tâm đa tầng (a) hàm bậc 1 của k, trọng lượng phân tử và nhiệt độ (Elliott Co.) (b) Hàm bậc 1 của tính chất khí (NGPSA Handbook, Gas Processors Assn, Tulsa, OK, 1972), thu được bằng cách chia tổng đầu của máy nén với số lượng của các giai đoạn H=Ku2/32,2

ft/stage, K=0,50−0,65, hệ số thực nghiệm, u=600−900 ft/sec, thiết bị tốc độ cánh quạt ngoại vi, và H=10,000 với giá trị trung bình K=0,55và u=765ft/sec (c) Phương trình và các thông số cho dự toán đầu.

Phương pháp tổng quát Những ảnh hưởng của thành phần của hỗn hợp và của áp suất về tính chất quan trọng như entropy, entanpy được suy ra từ PVT phươngtrình trạng thái Quá trình này đưuọc mô tả trong cuốn sách về nhiệt động học, ví dụ Quá trình này được mô tả trong cuốn sách về nhiệt động lực học, ví dụ, Reid, Prausnitz,Sherwood (Các tính chất của chất long và khí, McGraw-Hill, New York, 1977) and Walas (Cân bằng pha trong kỹ thuật hóa học, Butterworths,

Stoneham, MA, 1985) Chỉ những mỗi tương quan đơn giản nhất sẽ đươc sử dụng để minh họa.

Với khí lý tưởng có công suất nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ, quy trình yêu cầu nhiệt độ cuối cùng đẳng entropy được tìm dưới thử nghiệm bằng :

Và rồi đẳng entropy thay đổi entanpy từ :

Nhiệt độ sau cùng T2 được tìm thấy bẳng thử nghiệm áp dụng hiệu suất entropy đã biết :,

Thực tế là công suất nhiệt thường được biểu diễn bởi các đa thức thực nghiệm của mức độ thứ ba hay thứ tư trong điều kiện nhiệt độ cho các giải pháp của phương trình bằng cách thử nghiệm

Ví dụ 7.5 áp dụng phương pháp này và kiểm tra tính toán của Ví dụ 7.7 với sơ đồ

nhiệt động học của chất này Áp suất tương đối thấp và dự kiến sẽ tạo ra lượng kỳkhí không lý tưởng không đáng kể

Phương pháp tính toán này được áp dụng cho các hỗn hợp bằng cách lấy một phần nhiệt động nặng mol của hỗn hợp,

Khi áp suất cao hoặc trạng thái của khí là khí không lý tưởng cho bất cứ lý do nào khác, điều kiện đẳng entropy trở thành

Sau khi nhiệt độ đẳng entropy cuối cùng T2s được tìm thấy bằng thực nghiệm, biến thiên entanpy đẳng entropy :

Trong điều kiện của một hiệu quả đẳng entropy biết nhiệt độ cuối cùng T2 Thì được tìm bằng thực nghiệm bằng công thức :

Trong phương trình nhiệt dung C'Plà trạng thái khí lý tưởng hoặc của khí thực áp suất gần bằng không hoặc áp khí quyển Thuộc tính dư ΔHH1'and ΔHS1'được tính ở (P1,P2 ) và ΔHS2'và ΔHH2'2 ở (P2,T2 ) Hình7.28 được biết đến như một hàm giảm

Ví dụ 7.5

Làm nén với biến công suất nhiệt Công suất nhiệt được cho bới khí hidro sunphit

Với T tại K Khí được nén từ 1008F (310.9 K) và 14.7 psia tới 64.7 psia.Giả sử nhiệt dung được độc lập trong phạm vi áp suất thấp, điều kiện đẳng entropy là :

Bằng thực nghiệm, với một phần mềm giải căn , T2 = 441.1 K, 334.48F (so với 3458F từ ví dụ

Đẳng thức entanpy trở thành:

So với 59.0 từ ví dụ 7.7 Tích phân được thực hiện theo quy tắc của Simpson

Nhiệt độ thực tế sẽ khác nhau với hiệu quả đẳng entropy Nó được tìm thấy bằng cách thử nghiệm từ phương trình:

Một vài giá trị là:

Nhiệt độ T /TCand reduced pressureP/ PC Phương pháp chính xác hơn và biểuđồ cho việc tìm kiếm các đặc tính còn lại từ các phương trình thích hợp của trạng thái được thể hiện trong những cuốn sách Reid et al (1977) và Walas (1985).Đối với hỗn hợp, đặc tính pseudocritical được sử dụng cho việc tình toán của các thuộc tính giảm Sử dụng với Hình 7.28, áp dụng quy tắc Kay, cụ thể là :

Nhưng nhiều phương trình trạng thái sử dụng qui tắc kết hợp riêng.

Ví dụ 7.8 so sánh một giải pháp bằng phương pháp này với các ý tưởng giả

HIỆU SUẤT:

Những hiệu suất của thiết bị xử lý chất lỏng như quạt và máy nén khí là có nguồn gốc khối lượng thực nghiệm mỗi nhà sản xuất sẽ cung cấp hoặc một hiệu quả hoặc một tuyên bố của năng lượng yêu cầu cho một hiệu suất quy định Một số quy định chung chung đã được đưa ra cho các phạm vi, trong đó hiệu quả của một số thiết bị thường rơi Hình 7.27 ước tính cho các máy nén xoay chiều hiệu suất quạt có thể được rút ra từ các đường cong năng lượng đầu

Hình 7.24 Hiệu suất tiêu thụ điện năng của máy quay và pittông tịnh tiến được thể hiện trong Bảng 7.7, 7.8, và 7.9.

hiệu suất Polytropic thu được từ các phép đo điện năng tiêu thụ của thiết bị kiểm tra.chúng chủ yếu là độc lập về tính chất của khí Theo dữ liệu của Hình 7,27 chỉ ra, tuy nhiên, chúng có phần phụ thuộc vào tỷ lệ thể tích hút vào, đặc biệt là ở giá trị thấp, và tỉ lệ nén hiệu suất Polytropic của một số máy nén ly tâm lớn được liệt

kê trong Bảng 7,6.Những dữ liệu này được sử dụng trong ví dụ 7.9 trong việc lựa chọn máy móc cho một nhiệm vụ cụ thể.

Các phương pháp gần đúng tại Mục 7.6.4 cần có kiến thức hiệu suất đẳng entropylà nhận được từ giá trị polytropic.Đối với một hiệu suất polytropic đưa ra, đó là độc lập về tính chất của khí, giá trị đẳng entropy thu được bằng phương trình (7,39) hoặc hình 7,27 (b) Kể từ khi công suất nhiệt được tham gia vào việc chuyểnđổi này, hiệu quả đẳng entropy phụ thuộc vào bản chất của chất cũng như một sốphạm vi nhiệt độ.

ĐỘ TĂNG NHIỆT ĐỘ, TỶ LỆ NÉN , HIỆU SUẤT THỂ TÍCH

Nhiệt độ đẳng entropy về tỷ lệ nén được đưa ra đối với khí lý tưởng:

Cho độ nén polytropic nhiệt độ cuối cùng được đưa ra trực tiếp bởi:

hoặc luân phiên về hiệu suất đẳng entropy:

vậy nên:

Nhiệt độ cuối tưởng được đọc trực tiếp từ một sơ đồ nhiệt động lực học khi phương pháp được sử dụng để tính toán nén, như trong Ví dụ 7,7.Một tính toán nhiệt tưởng được thực hiện trong Ví dụ 7.10 Quyết định như vậy cũng được thực hiện theo phương pháp chung cho khí không lý tưởng và hỗn hợp như trong Ví dụ 7,8 và khí lý tưởng trong Ví dụ 7.4.

Tỉ số nén Để tiết kiệm chi phí thiết bị, đó là mong muốn sử dụng như là giai thực

vài nén càng tốt Theo quy định, tỉ lệ nén được giới hạn bởi một mong muốn thiết thực để giữ nhiệt độ ra dưới 3008F hoặc hơn để giảm thiểu khả năng đánh lửa của dầu bôi trơn máy, cũng như ảnh hưởng năng lượng yêu cầu tăng lên như là nhiệt độ ra _.Tỷ lệ nén điển hình của thiết bị pittông tịnh tiến:

Hình 7.27 Hiệu suất của máy nén ly tâm và pittông tịnh tiến (a) Hiệu suất Polytropic của máy nén ly tâm như là một hàm của khối lượng hút và tỉ lệ nén (Clark Brothers Co.) (b) Mối quan hệgiữa đẳng entropy và hiệu suất polytropic, PT (7.22) (7.23)

(c) hiệu suất đẳng entropy của máy nén pittông (De Laval Handbook, McGraw-Hill, New York, 1970) Nhân với 0,95 cho động cơ truyền động.Động cơ khí đốt yêu cầu 7000-8000Btu/HP.Đường ống máy nén lớn 1.2-2.0; quá trình nén1.5-4.0; các đơn vị nhỏup to 6.0.

Chi phí thiết bị tối thiểu, yêu cầu công việc nên giống nhau cho từng giai đoạn.Đối với khí lý tưởng không có tổn thất ma sát giữa các giai đoạn, điều này ngụ ý tỷ lệ nén bằng nhau.Với n giai đoạn, tỉ lệ nén của từng giai đoạn là:

Hình 7.28 Entropy dư và entanpy như các hàm làm giảm thuộc tính (a) Residual entropy (b) Residual enthalpy Drawn by Smith and Van Ness (Giới thiệu Hóa

chất Kỹ thuật nhiệt động học, McGraw-Hill, New York, 1959) từ dữ liệu của Lydersen et al Đối với mục đích chủ yếu là minh họa ; see text for other sources.]

Ví dụ 7.11 một trường hợp liên quan đến một loại khí không lý tưởng và tổn thất

áp lực giữa các bậc.

Trong các máy nén ly tâm với tất cả các giai đoạn trong cùng một vỏ, sự gia tăng đầu cho phép mỗi giai đoạn được ghi trong Bảng 7.6 hoặc tương quan giữaHình 7.26.

Ví dụ 7.9 sử dụng những dữ liệu này.

Hiệu suất Thể tích Đối phẩm phẩm lý do thực tế, khí đốt không xả hoàn toàn từ

một xi lanh ở mỗi bước của một máy pittông tịnh tiến.Khe hở một xi lanh được làm đầy bằng khí nén mà reexpands isentropically bước trả về.

Theo đó, công suất xử lý khí ống trục ít hơn so với các sản phẩm của mặt cắt ngang bởi chiều dài của bước Hiệu suất thể tích là:

Đối thiết tỷ lệ hút vào một thể tích yêu cầu Q (cfm), sản phẩm cần thiết của phần chéo Như (sq ft), Ls chiều dài bước (ft), và tốc độ N (rpm) được cho bởi

7.7 MÁY PHUN VÀ HỆ THỐNG HÚT CHÂN KHÔNG

Phạm vi ứng dụng của các lực khác nhau của lực thiết lực để duy trì áp lực subatmospheric trong thiết bị xử lý được thể hiện trong

Bảng 7.3 Việc sử dụng máy bơm nước nén khí ngược lại cho các mục đích như vậy được đề cập trước đó trong chương này.Áp lực cũng có thể được giảm do tác động của chất lỏng chảy.Ví dụ, máy bay phản lực nước ở 40 psig sẽ duy trì áp lực của 0,5-2,0 PSIA.Đối với phạm vi áp trung gian, giảm đến 0,1 Torr hoặc hơn, hơi nước ejectors máy bay phản lực được ưa chuộng.Họ đã không có bộ phận chuyển động, được yên tĩnh, dễ dàng cài đặt, đơn giản, và vừa kinh tế để hoạt động, và dễ dàng thích nghi để xử lý ăn mòn hơi hỗn hợp.Một hình thức đặc điểm kỹ thuật trong Phụ lục B.

QUY HOẠCH MÁY PHUN

Một số máy bơm được sử dụng song song khi tải là biến hoặc do hệ thống quá trình dần dần mất thắt chặt giữa bảo dưỡng chính tắt, sau đó một số các đơn vị song song được cắt hoặc tắt khi cần thiết

Đơn vị đa bậc trong series là cần thiết cho áp suất thấp.Phác thảo được hiển thị trong hình 7,30 Trong hình 7,30 (a), giai đoạn đầu tiên quá trình hơi, và giai đoạn thứ hai hỗn hợp của hơi bằng động cơ hơi nước của giai đoạn đầu tiên Haisắp xếp khác sử dụng bình ngưng giữa các bậc vì lợi ích kinh tế của hơi nước trong giai đoạn tiếp theo Tiếp xúc (khí áp) ngưng tụ hơi nước và các

condensables được loại bỏ với một bình xịt nước lạnh.Các đường ống đuôi của bình ngưng được niêm phong bằng một chân ft 34 được một thùng đựng nước thải, hoặc với một máy bơm nước ngưng hoạt động dưới chân không.Thiết bị ngưng tụ bề mặt cho phép phục hồi ngưng tụ có giá trị hay làm ô nhiễm hoặc hơi nước ngưng tụ trở lại lại làm thức ăn lò hơi.Chúng đắt tiền hơn barometrics, và thiết kế của họ là phức tạp hơn so với