Процессы и аппараты нефтегазо- переработки. процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о

• Название: процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о
• Анкор: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Дата: 05.05.2018
• Размер: 2.36 Mb.
• Имя файла: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Тип: Документы; #18896
• страница: 20 из 60

ДВИГАТЕЛИ С ВНУТРЕННИМ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕМ (ДИЗЕЛИ)

1570. 
      В двигателях этого типа в цилиндр засасывается воздух, который сжимается при движении поршня к ВМТ и при этом нагревается. Различают двигатели высокого и низкого сжатия (рис. VII-3).
      
1571. 
      В двигателях первого типа воздух в цилиндре сжимается до давления, обеспечивающего достаточно высокую его температуру, чтобы воспламенить жидкое топливо, которое впрыскивается через форсунку насосом под давлением 20—30 МПа при подходе поршня к ВМТ.
      
1572. 
      Двигатели второго типа имеют специальную калильную головку (калоризатор), которую перед пуском двигателя разогревают до 500—550 °С. До подхода поршня к ВМТ в цилиндр впрыскивается топливо. При этом температура сжатого воздуха недостаточно высока, чтобы обеспечить самовоспламенение топлива. Вблизи ВМТ сжатая рабочая смесь заполняет внутреннюю полость калоризатора и при соприкосновении с его раскаленной поверхностью
      
1573. 
      Рис. VII-3. Схема двигателей с внутренним смесеобразованием:
      
1574. 
      а — высокого сжатия; б — низкого сжатия; / — цилиндр; 2 — поршень; 3 — форсунка; 4 — шатун; 5 — калоризатор.
      
1575. 
      воспламеняется. Калориз.;ториые двигатели весьма надежны и могут работать па различных топливах низкого качества. Однако экономичность их низка.
      

3. 
   ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
   

1576. 
      Теоретически выгодно, чтобы цикл работы теплового двигателя соответствовал циклу Карно. Однако практическая реализация этого цикла в ДВС невозможна, так как ДВС работают с большой разностью конечной и начальной температур процесса (до 2000 °С), что обусловливает необходимость работы при давле-
      
1577. 
      ниях в цилиндре до 300 МПа и степенях сжатия около 400. В реальных двигателях эти величины не превосходят 10 МПа и 20 соответственно.
      
1578. 
      В ДВС реализуются следующие идеальные циклы:
      

1. 
   с подводом тепла по изохоре (при V = const);
   
2. 
   с подводом тепла по изобаре (при р = const);
   
3. 
   смешанные с подводом тепла частично по изохоре и частично по изобаре.
   

1579. 
      Рис. VII-4. Идеальный цикл ДВС при подводе тепла по иэохоре в pV- и Ts-диаграммах. Рис. VI1-5. Идеальный цикл ДВС с подводом тепла по изобаре в pV

и 7\$-диаграммах.

В литературе эти циклы имеют также названия соответственно цикл Отто, цикл Дизеля и цикл Сабатэ по имени изобретателей двигателей.

В идеальных термодинамических циклах расширение и сжатие рабочего тела производится по адиабате pV^k — const, а различными видами потерь пренебрегают. В действительных циклах эти процессы протекают по политропе pVⁿ = const и сопровождаются потерями энергии.

Цикл с подводом тепла по изохоре (при V = const). Данный цикл представлен на рис. VII-4. Точка 1 х рактеризует начальное состояние рабочей смеем. Сжатие рабочей смеси происходит по адиабате 1—2. При этом объем ее уменьшается, а температура и давление увеличиваются. Затем в точке 2 по изохоре 2—3 подводят тепло q_x, что приводит к повышению дав ения и температуры (точка 3). Затем рабочая смесь расширяется по адиабате 3—4, совершая работу. Отвод тепла q₂ происходит по изохоре 4—1. Величина полезной работы определяется площадью заштрихованной на рис. Vi 1-4, а теоретическая работа — площадью под кривой 3—4. Вычислив эти площади и взяв их отношение, получили термический к. п. д. этого цикла

4, -1-^гг (VIU)

где е — степень сжатия; е = V_xiV₂\ k — показатель адиабаты; V_x — объем цилиндра; V_t — объем камеры сгорания.

Из уравнения (V 1,1) следует, что термический к. и. д. цикла с подводом тепла по изохоре зависит в основном

раторных дв тателе т обычко е = 6—3 граничена детонацией рабочей смеси при ее сжатии.

Цикл с подводом тепла по изобаре (при р =--- const). Этот цикл

используется в двигателях с внутренним смесеобразованием. Идеальный цикл состоит из двух адиабат, изобары и изохоры (рис. ViI-5). Газ сжимается по адиабате от точки 1 до точки 2. Затем по изобаре 2—3 происходит подвод тепла q_l и по адиабате 3—4 — расширение. При этом совершается работа, величина которой определяется заштрихованной на диаграмме площадью. В конце цикла по изохоре 4—1 происходит отвод тепла q₂. Термический к. п. д. такого цикла определяется следующей

формулой


(VI 1,2)

' г^к1

где р — степень изобарного расширения, р= V₃IV₂.

Из уравнения (VI 1,2) следует, что к. п. д. этого цикла увеличивается с повышением степени сжатия е и уменьшается с увеличением р.

Рис. V11-7. Сравнение циклов с подводом тепла по изохоре и изобаре:

а - при одинаковой степени сжатия; 6 — при одинаковой максимальной температуре.

Цикл со смешанным подводом тепла. Идеальный термодинамический цикл этого тина представлен на рис. VII-6: часть тепла q{ подводится но изохоре, а остальная часть q'{ — по изобаре, т. е. общий подвод тепла q\ -- q{ Г q'{. Газ сжимается по адиабате 1—2, при этом повышаются его давление и температура. Затем по изохоре 2—3 подводится часть тепла q[. По достижении давления в точке 3' начинается подвод тепла q'[ по изобаре 3'—3. По адиабате 3—4 рабочее тело расширяется, совершая полезную работу. В конце цикла по изохоре 4—1 тепло q₂ отводится в холодильник.

Гели обозначить е =--= VJV₂ — степень сжатия; р ^ V-JV₂ — степень изобарного расширения и Я р₃/р₂ — степень повышения давления на участке подвода тепла, то термический к. п. д. цикла со смешанным подводом тепла определится по формуле

(VII,3)

Ц)^к — 1 1

Я-I -РАЦр-1) ‘ е*'¹

Из формулы (VI 1,3) следует, что термический к. и. д. цикла повышается с увеличением е и X и снижается при увеличении р. Последний цикл является обобщением двух других циклов. Так, при р — 1 получим цикл с подводом тепла по изохоре (V₂ = 1/3)1 а при X --- 1 — цикл с подводом тепла по изобаре (р₂ = р₃).

Сравнение изобарного и изохорного циклов в Ts-диаграмме дано на рис. VI1-7.

Анализ полученных термических к. и. д. идеальных циклов показывает, что:

1. 
   при одинаковых с, к. п. д. цикла с подводом тепла по изохоре больше, чем к. и. д. цикла с подводом тепла по изобаре;
   
2. 
   при одинаковых давлениях сжатия и одинаковых максимальных температурах к. п. д. изобарного цикла больше, чем к. п. д. изохорного цикла.
   

1601. 
      В случае применения смешанного цикла при данной степени сжатия можно достигнуть больших конечных давления и температуры п несколько повысить к. п. д. цикла по сравнению с к. п. д. изобарного цикла.
      
1602. 
      На газонефтеиерерабатывающпх заводах применяют ДВС для привода насосов, например типа ДПН, газомоторкомпрессоров типа ГК и т. п. Преимущество применения ДВС заключается в возможности использования дешевого топлива (газа, бензина, дизельного топлива и др.), а также в легкости регулирования частоты вращения приводного вала соответствующей машины.
      
1603. 
      Холодильные установки
      
1604. 
      Для охлаждения потоков до более низких температур, чем это возможно в водяных и воздушных холодильниках, применяют специальные способы получения холода. В этом случае используют различные холодильные циклы, в которых в качестве рабочего агента (хладоагента) служат различные вещества (сернистый ангидрид, аммиак, пропан, хлористый метил, фреоны и др.), которые легко переводятся в сжиженное состояние при обычных или несколько пониженных температурах.
      
1605. 
      Одним из способов получения низких температур является использование эффекта охлаждения жидкости при дросселировании с понижением давления и поглощением тепла при испарении. В зависимости от способа создания давления в системе различают компрессионные, абсорбционные и пароэжекторные холодильные установки.
      
1606. 
      Для оценки эффективности холодильного цикла используют холодильный коэффициент е, который представляет собой отношение удельной хладопроизводительности q₂ к работе А, затраченной на осуществление цикла
      
1607. 
      е=-?₂М (VIII,])
      
1608. 
      Чем больше холодильный коэффициент, тем экономичнее установка.
      

1. 
   КОМПРЕССИОННЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
   

1609. 
      В установках этого типа хладоагент сжимают в компрессоре, затем охлаждают до температуры окружающей среды и после этого он адиабатически расширяется и испаряется, отбирая соответствующее количество тепла от охлаждаемого объекта.
      
1610. 
      В первых холодильных машинах в качестве холодильного агента использовали воздух. Однако вследствие малой экономичности уже в конце XIX в. воздух был вытеснен аммиаком и углекислым газом. В настоящее время в компрессионных холодильных
      
1611. 
      установках в качестве хладоагентов применяют жидкости, которые при давлениях, близких к атмосферному, кипят при низких температурах.
      
1612. 
      Принципиальная схема компрессионной холодильной установки приведена на рис. VIII-1, В компрессоре / за счет затраты энергии сжимается влажный "пар хладоагента и переводится в перегретое состояние. Из компрессора перегретый пар поступает в конденсатор 2, где , он охлаждается и конденсируется. Затем Р₂’^Тг'. жидкий хладоагент проходит дроссельный -y'l: вентиль 3 и превращается в насыщенный ^ пар небольшой степени сухости (х ==0,1 — р.т
      
1613. 
      '!’ I
      
1614. 
      Рис. VIII-1, Схема компрессионной холодильной установки:
      
1615. 
      / -- компрессор; 2 — конденсатор; 3 — дроссель; 4 — испаритель.
      
1616. 
      — 0,2). При дросселировании теплосодержание рабочего тела не изменяется, а давление и температура понижаются. После дросселирования хладоагент поступает в испаритель 4, в котором испаряется, при этом увеличивается сухость пара до х = 0,90 — 0,95. Вышедший из испарителя пар поступает в компрессор, сжимается, переходит в перегретое состояние, и цикл повторяется.
      
1617. 
      Рис. VIII-2. Цикл компрессионной холодильной установки:
      
1618. 
      а — на диаграмме р V; 6 — на диаграмме Та.
      
1619. 
      Проанализируем цикл работы компрессионной холодильной установки на диаграммах pV и Ts (рис. VI11-2). Сжатие рабочего тела в компрессоре происходит но адиабате 1—2. При этом пар
      
1620. 
      достигает сухости х 1 (точка Г) и перегревается (точка 2). Перегретый нар е параметрами, отвечающими точке 2, направляется в конденсатор, в котором он охлаждается от Т_г до Т₂, (точка 2’) и конденсируется (линия 2'—3) при давлении р₂ = = const. В качестве охлаждающей среды в конденсаторе используется окружающий воздух или вода. В конденсаторе отнимается тепло flj.
      
1621. 
      Процесс дросселирования изображается линией 3—4, а при адиабатном расширении — линией 3—4'. Получившийся после дросселирования влажный пар с температурой 7\ (точка 4) поступает в испаритель, где к нему при постоянных давлении р_х и температуре 7\ подводится тепло с/₂, величина которого определяет хладоироизводительность установки. Подвод тепла п испарителе соответствует линии 4—/. Затем процесс повторяется. Величина'" q₂ отвечает площади 1—4—5—6 на Тх-диаграмме. Внешняя работа, затрачиваемая в холодильном цикле на 1 кг рабочего тела, равна
      
1622. 
      А --щ — ₂ - i2 —‘з — (‘1 — U) - ‘2 — В так как при дросселировании i_:t --- i₄. Тогда согласно уравнению (VIII, I) холодильный коэффициент будет равен
      
1623. 
      г Щ ^ih '>—42 (VIII,2)
      
1624.