bài giảng quá trình và thiết bị Lec 10

Vận chuyển nén khí Giảng viên: Nguyễn Minh Tân Bộ môn QT-TB CN Hóa học & Thực phẩm Trường Đại học Bách khoa Hà nội Vận chuyển nén khí Máy nén thổi khí kiểu Rôto - Máy nén Pittông có Pittông •  Chuyển động tịnh tiến, có lực quán tính nên hạn chế số vòng quay •  Không lắp trực tiếp vào động điện, cồng kềnh - Máy nén kiểu rotor hạn chế nhược điểm máy nén pittông: máy nén cánh trượt, máy nén guồng quay,… - Nguyên lý hoạt động: Có rotor quay tạo thành khoảng không gian kín, có khu vực hút đẩy -  Năng suất 100m3/ph -  Áp suất at -  Muốn tăng suất phải tăng cấp nén trang bị phận làm lạnh trung gian (có thể đạt đến at) Vận chuyển nén khí Máy nén thổi khí kiểu cánh trượt Cấu tạo nguyên tắc làm việc giống bơm cánh trượt, khác có vỏ làm lạnh - Rotor hình trụ lắp lệch tâm vỏ có phận làm nguội - Trên rotor có nhiều rãnh để trượt chuyển động tự theo phương bán kính - Khi rotor quay, trượt rãnh quét mặt vỏ tạo thành buồng kín tích thay đổi từ nhỏ đến lớn (hút), từ lớn đến nhỏ (đẩy) - Năng suất: 160 – 4000m3/h - Áp suất - 15 at - Cấu tạo gọn, làm việc đặn - Yêu cầu chế tạo xác, tổn thất áp suất lớn phân không khít Vận chuyển nén khí Máy nén thổi khí kiểu guồng quay Nguyên tắc làm việc: giống bơm khía - Vỏ gang, bánh guồng hình củ lạc quay trục song song Khi quay, hai bánh guồng tiếp xúc, trượt vào tạo thành khoảng không gian kín, qua khí hút nén - Cấu tạo đơn giản, suất thay đổi giới hạn rộng: đến 80 m3/phút Áp suất 8at Vận chuyển nén khí Máy nén thổi khí kiểu Tuabin - Quá trình nén đẩy khí tiến hành tác dụng lực ly tâm bánh guồng quay sinh - Khác biệt so với bơm ly tâm: thay đổi áp suất qua cánh guồng nên khối lượng riêng khí thay đổi khí chịu nén ép - Khi cánh guồng quay, khí chuyển động từ tâm cánh guồng, khối lượng riêng tăng tạo áp suất thủy tĩnh, vận tốc tăng nên động tăng - Máy thổi khí cấp tạo áp suất dư không 0,15at - Máy nén máy thổi khí tuabin nhiều cấp: cánh guồng máy thổi khí giống nhau, máy nén khác - Máy nén có số cấp nhiều hơn, cấp có phận làm nguội khí - Máy thổi khí tạo áp suất 1,3 đến at - Máy nén đến 10 at, 30 at Vận chuyển nén khí Máy thổi khí bậc kiểu tuốc bin - Bánh guồng quay trong thân - Khí hút qua cửa vào khe cánh guồng đẩy qua cửa - Nối trực tiếp với động điện Vận chuyển nén khí Máy thổi khí nhiều bậc kiểu tuốc bin - Khí hút vào bậc cánh guồng thân máy đẩy vào bậc -  Khí chuyển động qua tất cánh guồng để cuối vào rãnh có áp suất cao Giữa cánh guồng có phận định hướng cho khí thoát tự để đến cánh guồng - Giữa trục thân, thành ngăn với cánh guồng có phận ép labyrin gồm dãy buồng với rãnh hẹp Áp suất dọc trục loại qua trục giãn, khí thừa đưa qua ống hút Máy làm trơn nhờ dầu áp lực Vận chuyển nén khí Máy nén nhiều bậc kiểu tuốc bin - Qua nén, thể tích giảm, cánh guồng có kích thước khác - Giữa bậc có phận làm lạnh trung gian -  Kiểu máy nén tối đa có 12 bậc -  Năng suất dao động khoảng 5000 – 40000m3/h - 3500 – 6000 v/ph - Máy nén tua bin làm việc đặn, nối trực tiếp với động điện nên số vòng quay lớn - Năng suất 6000m3/h có hiệu suất thấp máy nén pittông - Với khoảng áp suất 12 at, máy nén tuốc bin dùng thay máy nén pittông - Thường dùng vận chuyển loại axit, ammoniac, oxy, … Vận chuyển nén khí Công suất hiệu suất máy nén Tuốc bin Năng suất thực tế nhỏ suất lý thuyết: η0 hiệu suất thể tích Công suất hữu ích cánh guồng truyền cho khí: Ht: áp suất thực tế máy tạo tính mét cột khí ρ: Khối lượng riêng trung bình Công hữu ích công thị Mất mát trục ma sát ổ trục, ma sát cánh guồng khí, hiệu suất khí: Hiệu suất thủy lực, hiệu suất khí, hiệu suất thể tích Vận chuyển nén khí Quạt gió - Dùng để vận chuyển khí không khí có áp suất chung không vượt 1500mmH20 - Tạo áp suất để thắng trở lực áp lực vận tốc - Hiệu số áp suất cỡ vài mm cột nước Vận chuyển nén khí Quạt ly tâm - Quạt áp suất thấp - 100mmH20 - Quạt áp suất trung bình 100 – 200 mmH20 - Quạt áp suất cao 200 1500mmH20 Cấu tạo Bên vỏ có guồng gồm nhiều cánh ngắn uốn cong Khí hút vào qua cửa tâm guồng bị cánh guồng theo, nhờ lực ly tâm mà văng thành vỏ với áp suất lớn đầu vào Vận chuyển nén khí Áp suất quạt ly tâm Đường kính ống hút Vmin: lưu lượng , m3/ph ωd vận tốc dòng khí cư cửa vào cửa quạt, m/s Để tăng áp suất đẩy (hoặc giảm tối đa đường kính guồng áp suất cho), người ta cấu tạo cánh guồng cong đăng trước: Áp suất quạt ly tâm tổng trở lực đường ống hút đẩy B: Hệ số chuyển đổi đơn vị Công suất quạt ly tâm Vs: thể tích khí hút , m3/s P áp suất quạt tạo ra, N/m2 Hiệu suất quạt: 0,5 đến 0,7 Vận chuyển nén khí Đặc tuyến quạt đặc tuyến đường ống Hệ số quay nhanh quạt n số vòng quay, v/ph Q suất, m3/s p0 áp suất quạt tạo điều kiên tiêu chuẩn (20 độ, áp suất 700mmHg, khối lượng riêng không khí là: 1,2kg/m3) Ý nghĩa hệ số quay nhanh: số vòng quay quạt làm việc có hiệu suất cao để đạt lưu lượng 1m3/s tới áp suất 30mmH2O Nếu nq > 100 nên dùng quạt hướng trục nq< 100 nên dùng quạt ly tâm Vận chuyển nén khí Quạt hướng trục - Ứng dụng vận chuyển lượng khí lớn với áp suất nhỏ (không 25mmH2O) - Cấu tạo gần giống bơm hướng trục: gồm có cánh guồng đặt vỏ có nhiều cánh bố trí theo hướng tâm - Khi guồng quay, không khí đập vào cánh guồng góc đó, tạo nên luồng không khí chuyển động song song với trục quạt - Hiệu suất 0,5 – 0,85 Vận chuyển nén khí •  Cấu tạo giống máy nén pittông Bơm •  Giới hạn áp suất phụ thuộc vào độ khít pittông/xi lanh hệ số khoảng hại •  Năng suất cao 45 – 3500m3/h (qui điều kiện chân không kiểu Pittông áp suất nhiệt độ trước vào ống hút) •  Có hai loại: khô (hút khí) ướt (hút khí lẫn lỏng), cấu tạo giống •  Vận tốc lỏng bơm loại ướt nhỏ bơm loại khô nên kích thước van hút đẩy phải lớn so với loại khô •  Độ chân không loại ướt tạo 0,8 đến 0,85 loại khô 96 đến 99,9% •  Bơm chân không nằm ngang: cấp tác dụng kép 160 – 200vg/ph, độ chân không 700mmHg •  Loại thẳng đứng: có số vòng quay cao Vận chuyển nén khí Sơ đồ lắp bơm chân không 1: Bể chứa dung dịch 2: Thùng chứa 3: Bộ phận tách bọt 4: Thùng giãn khí 5: Bơm chân không 6: Bơm dung dịch Vận chuyển nén khí Bơm chân không kiểu Rotor vòng chất lỏng -  Rotor có cánh hình đặt lệch tâm với vỏ bơm -  Trước vận hành bơm, mở nước vào gần đầy bơm - Rotor quay làm nước văng tạo thành vòng chất lỏng -  Rotor đặt lệch tâm tạo nên khoảng trống tích không -  600-1450v/ph -  Giới hạn áp suất: 15 – 110mmhg -  Năng suất 0,25 – 465m3/ph -  Hiệu suất cựu đại 48 - 52% Vận chuyển nén khí Bơm chân không kiểu Rotor vòng chất lỏng Vận chuyển nén khí Bơm chân không kiểu phun tia Vận chuyển nén khí Bơm chân không kiểu phun tia - Làm việc nhờ tia hay nước mà không cần có cấu truyền động - Nguyên tắc: nhờ lực ma sát bề mặt tia hay nước chuyển động với vận tốc lớn kéo theo không khí hay khí cần hút, truyền cho động để sau phần động biến đối thành áp suất - Cấu tạo gọn, đơn giản, không cần móng - loại: bơm tia nước có áp suất giới hạn khoảng 10mmHg, bơm tia có áo suất tới hạn 0,3mmHg bơm khuyếch tán có giới hạn 10-7 - 10-8 mmHg Nhược điểm: Hiệu suất thấp: 5,7% dùng nhiệt sau bơm nâng hiệu suất lên đến 90 – 95% Tiêu thụ lượng lớn, khởi động chậm Khí hút bị trông lẫn với Để tạo độ chân không cao, thường lắp nối tiếp vài bơm tia lai thành bơm nhiều cấp, cấp có thiết bị ngưng tụ trực tiếp nước lạnh Độ nén bậc khoảng 3, số bậc phụ thuộc vào độ chân không cần tạo 10 Vận chuyển nén khí Bơm chân không kiểu khuyếch tán Nguyên tắc: dòng khỏi phận đun nóng chuyển động dọc theo ống có gắn ống mao dẫn, bình cần hút chân không nối vào đầu ống - Khí có bình khuyếch tán vào dòng ống bị dòng theo - Các phần tử khí sau hút bơm phun tia -  Các phần tử làm việc khuyêch tán vào ống bị ngựng tụ tách phận -  Khí bình bị hút hết, tạo độ chân không cao (10-6 - 10-8 mmHg) Chất lỏng làm việc thường chọn Hg loại dầu có áp suất bão hòa thấp, nhiệt độ sôi thấp, thành phần không đổi bị đun nóng lâu chân không Vận chuyển nén khí So sánh chọn máy nén, máy thổi khí Máy nén Pittông Nhược điểm Ưu điểm Phạm vi sử dụng Chuyển động chậm Cồng kềnh Cần có bệ vững Năng suất cao >100m3/phut Áp suất cao > 10 at Máy nén kiểu rotor Năng suất không cao Máy nén Tua bin Năng suất thấp Làm việc áp suất cao: khó chế tạo Gọn nhẹ Hiệu suất lớn kiểu tuabin [...]... >100 m3/phut Áp suất cao > 10 at Máy nén kiểu rotor Năng suất không cao Máy nén Tua bin Năng suất thấp Làm việc tại áp suất cao: khó chế tạo Gọn nhẹ Hiệu suất lớn hơn kiểu tuabin 100 m3/phut... tối đa khi nắp dâng lên phụ thuộc vào chiều cao chất lỏng chứa trong bể - Các tầng nắp được cấu tạo nhiều tầng nhờ các vòng kín nên khí không thoát được ra ngoài - Lỏng chứa trong bình có áp suất thủy tĩnh lớn hơn áp suất thủy tĩnh của khí - Khi tháo và nạp khí, các tầng nắp sẽ chuyển động lên hoặc xuống, có bộ phận định hướng để không bị trệch - Quan hệ giữa chiều cao và đường kính được tính toán để... phục vụ cho quá tình nạp và tháo, giữ khí -Phân loại dựa trên cấu tạo: + Bể áp suất thấp, áp suất dư 500mmHg: chứa khí khô hoặc khí ẩm, là thùng kín + Bể áp suất cao, áp suất dư trên 5 at hoặc cao hơn Bể áp suất thấp dùng cho khí khô hoặc khí ẩm, là một thùng kín Bể chứa khí ẩm: gồm một thùng úp trong một bể đưng nước, khi nạp khí, thùng dâng lên, khi tháo khí, thùng hạ xuống 12 Vận chuyển và nén khí... vật liệu chế tạo - Nắp được cấu tạo như một thùng rỗng dày 2-3mm - Bể chứa nước có cấu tạo bằng thép hoặc bê tông - Các bể trong phòng kín có dung tích 15000 đến 20000m3 - Bể ngoài trời 100 – 1500000 m3 Vận chuyển và nén khí Bể chứa khí 13