PHƯƠNG THỨC vận CHUYỂN CHẤT KHÍ

1,Sự vận chuyển của chất khí,tổng quan về chuyển động của chất khí• Trong công nghệ hóa chất thì máy nén hay thổi khí được dùng rất phổ biến như để tổng hợp NH3 phải nén H2 và N2 tới 250

CHƯƠNG 4:PHƯƠNG THỨC VẬN CHUYỂN CHẤT KHÍ

CHƯƠNG 4:PHƯƠNG THỨC VẬN CHUYỂN CHẤT KHÍ

1 ,Sự vận chuyển chất khí,tổng quan về chuyển động của chất khí

2,Cơ sở nhiệt động của quá trình nén khí

3,Các loại máy nén khí

1,Sự vận chuyển của chất khí,tổng quan về chuyển động của chất khí

• Trong công nghệ hóa chất thì máy nén hay thổi khí được dùng rất phổ

biến như để tổng hợp NH3 phải nén H2 và N2 tới 250 – 300 at hay quá

trình tổng hợp SO3 cùng cần vận chuyển SO2 và O2

• Tất cả các quá trình trên đều phải nén thổi khí hay hút chân không, khinén khí hoặc hút chân không kèm theo sự thay đổi về thể tích , áp suất hay nhiệt độ của khối khí Quan hệ giữa thể tích áp suất và nhiệt độ của khí lý tưởng tuân theo phương trình trạng thái :

2,Cơ sở nhiệt động của quá trình nén khí

• Trong đó: p-áp suất của khí, N/

V-thể tích khí ,

m-khối lượng của khí, kg

T-nhiệt độ tuyệt đối của khí, K R-hằng số khí, R=J/kg.độ

M-khối lượng phân tử,kg/kmol

•  

pV=mRT

Theo lý thuyết của nhiệt động học,quá trình nén hoặc hút khí có thể tiến hành theo các quá trình cơ bản sau:

• Qúa trình đẳng nhiệt :Nhiệt độ giữ không đổi trong suốt quá trình nén hoặc hút khí,nhờ có sự trao đổi nhiệt bên ngoài.Công nén đẳng nhiệt được tính

•

• Qúa trình đoạn nhiệt:Khi nén không có sự trao đổi nhiệt với bên ngoài.Toàn bộ

lượng nhiệt tỏa ra được giữ lại nên nhiệt độ của khí tang lên.Công tiêu tốn trong quá trình nén đoạn nhiệt được tính

• Qúa trình đa biến:Trong thực tế quá trình nén không tiến

hành đẳng nhiệt hay đoạn nhiệt,mà thường xảy ra đồng

thời,tức vừa tỏa nhiệt ra ngoài đồng thời vừa tang nhiệt độ nên gọi là đa biến.Công nén đa biến được tính theo công thức (2),chỉ khác thay chỉ số đoạn nhiệt k bằng chỉ số đa biến m

Theo nguyên tắc có thể chia ra:

•Máy nén pittong: cấu tạo gần giống như bơm pittong có pittong chuyển động trong xilanh và khí được nén nhờ giảm thể tích của buồng làm việc

•Máy nén loại quay tròn nhờ roto quay trong mà khí được hút vào nén lại trong máy rồi đẩy ra ở áp suất cao hơn.

•Máy nén tuabin: nhờ chuyển động quay của cánh guồng và tác dụng của lực quán tính li tâm mà khí được nén lại

• Theo tỷ lệ giữa áp suất đầu và cuối ( còn được gọi là độ nén) chia ra:

•Máy nén khí p2/p1 = 3 - 100

•Máy thổi khí p2/p1 = 1,1 - 3

•Quạt khí p2/p1 = 1 – 1,1

3,Các loại máy nén khí

• 3.1:Máy nén piston

• Về cấu tạo máy nén piston hoàn toàn giống bơm piston

Nguyên Lý hoạt động

• Khi piston chuyển động sang trái thì ở khoảng xi lanh bên phải có độ chân

không,van 4 và 7 mở ,van 6 và 9 đóng ,khí qua ống hút 5 vào bên phải,cùng lúc đó khí ở khoảng không gian bên trái được đẩy ra ống đẩy 8.Khi piston chuyển động ngược lại từ trái sang phải thì van 7 và 4 đóng lại còn van 6 và 9 mở ra,phần xi

lanh bên trái hút và phần xi lanh bên phải đẩy.

• Như vậy sau 1 vòng quay của trục piston chuyển động sang trái 1 lần và sang phải

1 lần ,khí được hút vào và đẩy ra 2 lần.vị trí biên ở 2 đầu xi lanh gọi là vị trí chết

và khoảng không gian giữa piston ở vị trí chết và đầu xi lanh gọi là khoảng hại.Trị

số khoảng hại phụ thuộc vào cấu tạo của van và có ảnh hướng xấu trong quá trình làm việc của máy nén

Qúa trình nén lý thuyết và thực tế

•  

• Thể tích khí trong khoảng hại

     =  λ0 = x

• Với x – tỷ lệ giữa toàn bộ xilanh trừ đi thể tích khí được hút thực với thể tích pittông đi qua

       x = 

• Phương trình trạng thái của khí trong quá trình hút (nén) đa biến:

 p1. = p2. = const

•  

• Xét quá trình bắt đầu hút (A’) đến kết thúc quá trình hút (D), ta có:     p1.(x.)m = p2.(Ɛ.)m

II Máy nén nhiều cấp

• Do những hạn chế của máy nén một cấp: chỉ cho áp suất nén

ở 6 Nên người ta sử dụng máy nén nhiều cấp để tăng áp suất nén lên > 8atm

2.1 Máy nén 2 cấp

2.1.1 Cấu tạo

1: xilanh áp suất thấp 2: xilanh áp suất cao 3,4,6,7: van

5: bộ phận làm mát

 

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của máy nén 2 cấp

• Khi pitong chuyển động về bên trái, van 4 đóng, khí theo van 3 vào xilanh 1.

• Khi pitong chuyển động về bên phải , khí được nén lại và đẩy ra khỏi xilanh 1 qua van 4, đi qua bộ phận làm mát trung gian và đi

vào xilanh 2 qua van 6.

• Sang chu trình mới, pitong chuyển dộng về bên trái, khí đc hút vào xilanh 1, xilanh 2 nén khí đến áp suất cao và đẩy vào ống đẩy qua van 7.

2.1.3 Ứng dụng

2.2 Máy nén 3 cấp

2.2.1. Cấu tạo

2.2.2 Nguyên lý hoạt động

• Khí được hút vào xilanh cấp một qua van 8, đc nén lại và đẩy qua van 9 Khí đi qua thiết bị làm lạnh trung gian 2 để đưa vào xilanh cấp hai

• Khí sau khi đc đẩy ra khỏi xilanh cấp 2 sẽ đi qua thiết bị gia

nhiệt 4 trước khi vào xi lanh cấp ba

• Ở xilanh cấp 3 khí đc nén đến áp suất cuối cùng rồi đưa qua thiết bị làm nguội 6 Sau đó tách bỏ tạp chất và đưa vào bình chứa áp suất cao

2.2.3 Ứng dụng

2.3 Đặc điểm của máy nén nhiều cấp

• Máy nén nhiều cấp nằm ngang thường chuyển động chậm

2.4 Tỉ số nén trong một cấp của máy nén nhiều cấp

2.5 Năng suất và công suất của máy nén

• 2.5.1 Năng suất của máy nén

Năng suất máy nén khí tính theo trên cơ sở áp suất hút

• Thể tích khí lý thuyết sau một vòng quay của trục được tính:

• Thể tích thực luôn nhỏ hơn thể tích lý thuyết:

• Công suất của máy nén được tính:

2.5.2 Công suất của máy nén

•  

• Nếu máy nén có bộ phận làm nguội thì ta tính công suất đẳng nhiệt

• Nếu máy nén không có bộ phận làm nguội thì ta tính công suất đoạn nhiệt

• Công suất của động cơ cũng có thể tính gần đúng theo công suất đẳng nhiệt