перемещение жидкостей. Лекции_Тема 1.4_Перемещение жидкостей. Тема 4 Перемещение жидкостей Общие сведения

Название	Тема 4 Перемещение жидкостей Общие сведения
Анкор	перемещение жидкостей
Дата	27.10.2022
Размер	2.11 Mb.
Формат файла
Имя файла	Лекции_Тема 1.4_Перемещение жидкостей.docx
Тип	Документы #757382
страница	5 из 5

1 2 3 4 5

Вакуум-насосы
Ряд процессов химической технологии осуществляется под вакуумом (например, сублимационная сушка, молекулярная дистилляция и др.). По величине остаточного давления различают низкий, средний и высокий вакуум.

При низком вакууме преобладают столкновения молекул газа между собой. Длина свободного пробега молекул газа  значительно меньше линейного размера сосуда, в котором заключен газ, d
( << d). При среднем вакууме число соударений молекул газа между собой и число столкновений молекул со стенкой сосуда примерно равны (  d). При высоком вакууме преобладают столкновения молекул газа со стенками сосуда ( >> d). При понижении давления длина свободного пробега молекул увеличивается в значительной степени. Так, при давлении 0,1 Па   10 см, а при давлении 1  10^-9 Па   10 км.

На практике при низком вакууме часто применяется единица измерения «процент вакуума», причем

% вакуума =

,

где

– остаточное давление в сосуде, из которого откачивается газ, Па.
Вакуум-насосы и их характеристики. Вакуум-насосами (вакуум-ными компрессорами) называются устройства, которые откачивают газ из производственной емкости с давлением ниже атмосферного и, сжимая его, выталкивают в атмосферу. В данном разделе мы будем рассматривать только вакуум-насосы двух типов, применяемых в промышленности: объемные и динамические.
Объемные вакуум-насосы. К этому типу вакуум-насосов в первую очередь относятся поршневые вакуум-насосы. Поршневые вакуум-насосы применяются в химической промышленности в тех процессах, где требуется давление 0,6 - 13 кПа и для откачки больших объемов воздуха (до 1 м³/с). По своему устройству поршневые вакуум - насосы мало отличаются от устройства рассмотренных ранее поршневых насосов и компрессоров. Они имеют специальное газораспре-делительное устройство, связывающее цилиндр, откачиваемый объект и атмосферу. Поршневые вакуум - насосы бывают «сухие» и «мокрые». Первые откачивают из аппарата только газ, а вторые могут откачивать смесь газа с жидкостью. В конструктивном отношении «сухие» и «мокрые» вакуум - насосы совершенно одинаковы, за исключением распределительного устройства.

Вращательные вакуум-насосы со скользящими пластинами. По конструкции аналогичны роторным пластинчатым компрессо-
рам (рис. 8.31). Они применяются для удаления основной массы воздуха или другого газа из производственных емкостей больших размеров, а также для создания централизованных систем пред-варительного разрежения. Предельное давление перед насосом не может быть меньше 1,3-3,3 кПа.

Вращательные вакуум-насосы с жидкостным поршнем аналогичны по конструкции водокольцевым компрессорам (рис. 8.32). Они применяются в тех случаях, где требуется давление 3,3 - 80 кПа, а также тогда, когда не допускается соприкосновение газа со смазкой и возможно воспламенение газа при низкой температуре. Они относятся к «мокрым» вакуум - насосам и могут откачивать газ в смеси с жидкостью, их производительность составляет до 0,13 м³/с.

Двухроторные бессмазочные вакуум-насосы аналогичны по конструкции компрессору с двумя вращающимися поршнями (рис. 8.33). Эти вакуум - насосы требуют предварительного разрежения в аппарате перед их включением в работу. Предельное давление, обеспечиваемое насосом, равно 1 Па.
Динамические вакуум-насосы. К этому типу относится эжекторный вакуум-насос. По своей конструкции аналогичен струйному насосу (рис. 8.12), рабочей средой является водяной пар. В химической промышленности наибольшее распространение получили пяти - и четырехступенчатые пароэжекторные вакуум - насосы. Между собой ступени насоса соединяются последовательно (выход одного насоса соединяется со входом следующего и т.д.), причем из последней ступени отсасываемый газ выбрасывается в атмосферу. В зависимости от марки вакуум-насоса остаточное давление может быть от 0,4 до 23,4 кПа и производительность (по сухому воздуху) от 2,810^-3 до 0,17 кг/с.

Диффузионный вакуум-насос относится к эжекторному виду струйных насосов.Рабочей средой являются пары ртути. Такие вакуум-насосы применяются в основном в лабораторной практике для получения давления порядка 410^-5 - 210^-4 Па (высокого вакуума). Эти насосы могут работать при давлении предварительного вакуума порядка 100 Па. Предварительный вакуум создается другим насосом, называемым форвакуумным насосом.
На рис. 8.39 схематически показан ртутный диффузионный вакуум-насос, работа которого происходит следующим образом. Струя пара ртути, образовавшегося в подогревательном резервуаре со ртутью, проходит через трубку d (паропровод) в сопло D, из которого затем проходит в направлении сосуда B, сообщающегося с форвакуумом. Эта струя пара образует в сужении С своего рода перегородку между пространством высокого вакуума, которое соединяется с откачиваемым сосудом, и пространством предварительного вакуума В, которое
Р ис. 8.39. Схема диффузионного вакуум-насоса

соединено с форвакуумным насосом. Моле-кулы газа диффундируют через сужение из пространства А в пространство В, так как внутренняя часть паровой струи, состоящая из вновь образовавшегося в нагревателе пара, свободна от газа. В пространстве В (конденсатора) на охлаждаемых водой стенках происходит конденсация ртутного пара, а отделенные от пара молекулы откачиваемого газа отводятся в форвакуум, сконденсировашаяся ртуть стекает по стенкам в пространство А, откуда по трубочке перетекает в нагреваемый резервуар.

Диффузионные насосы являются одними из лучших для создания высокого вакуума.
Сравнительный анализ работы компрессорных машин

Компрессорные машины различного типа отличаются присущими им характерными особенностями, что и определяет границы областей их применения, хотя эти границы и не всегда строго однозначны.

Поршневые компрессоры. Достоинствами поршневых компрессоров является возможность создания высоких степеней сжатия при неограниченном практически нижнем пределе производительности, а также высокий коэффициент полезного действия. Они в то же время имеют много недостатков: а) тихоходность, обуславливающая громоздкость, большой вес компрессора, сравнительно небольшой верхний предел производительности (3-4 м³/c), большой и тяжелый механизм привода машины от двигателя, большую занимаемую производственную площадь; б) большие инерционные усилия вследствие возвратно-поступательного движения поршней, вызы-вающие необходимость в массивном фундаменте; в) загрязнение сжимаемых газов смазочными маслами; г) неравномерность всасывания и нагнетания газа; д) большое количество быстроизнашивающихся трущихся деталей; е) чувствительность к загрязненным газам; ж) вы-сокая стоимость; з) сложность обслуживания. Указанные недостатки и достоинства определяют границы применения поршневых компрессоров. Их применяют при высоких степенях сжатия газов при любой производительности (но не выше указанного ранее предела). При степенях сжатия ниже 2 они неэкономичны из - за возрастающей доли гидравлических (в клапанах) и механических потерь.

Центробежные компрессоры лишены перечисленных недостатков, свойственных поршневым машинам. Благодаря своей быстроходности они отличаются более простым устройством и надежностью действия, компактностью и меньшим весом, меньшей занимаемой площадью и более легкими фундаментами, непрерывностью и равномерностью подачи, отсутствием загрязнения газа маслами, возможностью непосредственного соединения с электродвигателем, более низкой стоимостью и легкостью обслуживания. Большим достоинством турбокомпрессоров является высокий верхний предел производительности (50 м³/с). К числу недостатков рассматриваемых машин относятся несколько более низкий коэффициент полезного действия (по сравнению с поршневыми) и ограниченный нижний предел производительности (около 1,5 м³/с).

Областью целесообразного применения центробежных компрессоров является высокая производительность при малых и средних степенях сжатия газа.

Осевые компрессоры обладают почти всеми достоинствами и недостатками центробежных. Различие состоит прежде всего в более высоких значениях нижнего и верхнего пределов производительности. При подаче менее 4-5 м³/с происходит снижение коэффициента полезного действия из - за значительного уменьшения высоты лопастей. Верхний предел производительности осевых компрессоров достигает 170 м³/с, но степень сжатия редко превышает 12.

Пластинчатые компрессоры по сравнению с поршневыми значительно проще по устройству, требуют в 5 - 6 раз меньше площади для установки в помещении, непосредственно соединяются с электродвигателем, имеют равномерную подачу, небольшой вес. В отличие от центробежных машин они могут быть использованы для малых и средних производительностей, имея при этом более высокий коэффициент полезного действия, а также слабую зависимость напора от производительности. Недостатками являются ограниченная степень сжатия газа (3-4), более низкий механический коэффициент полезного действия, высокая точность изготовления.

Компрессоры с двумя вращающимися поршнями проще поршневых по устройству, меньше весом, имеют равномерную подачу. Подобны центробежным и осевым они не имеют внутренней смазки, но имеют более высокий коэффициент полезного действия. Они, однако, не допускают степени сжатия газа более 1,2-2,0 из-за увеличения утечки газа.

Компрессоры с жидкостным кольцом отличаются простотой устройства и надежностью действия, пригодны для сжатия запыленных газов. Степень сжатия в них ограничена (1,5-1,8), а коэффициент полезного действия очень низок (0,40-0,45).

В промышленных условиях часто оказывается целесообразным сочетание компрессоров различных типов: центробежных и поршневых, осевых и центробежных и т.п. При таких сочетаниях можно обеспечить каждому компрессору оптимальный рабочий режим. Поскольку оптимальные рабочие режимы разных компрессоров часто в определенных пределах совпадают, то не исключено, что в ряде случаев по рабочим параметрам могут оказаться равноценными несколько типов. Тогда выбор оптимального варианта следует сделать на основе экономического расчета.

Генерация, сжатие и транспортирование паров

В промышленности для технических нужд химический предприятий пар с требуемыми параметрами (температура Т, давление p, энтальпия I) поступает от генераторов пара (чаще всего из котельной), где его доводят до нужных параметров путем подвода тепла. Для транспортирования пара определяются необходимые давление и температура с учетом потерь давления при его транспортировании и потерь тепла в окружающую среду. В большинстве случаев потребителю требуется насыщенный водяной пар определенного давления. Если от генератора пара поступает пар, имеющий давление ниже требуемого, то его давление можно повысить при помощи компрессоров, но в этом случае возможен перегрев пара. Чтобы получить насыщенный пар в процессе сжатия, в него вспрыскивают определенное количество жидкости, необходимое для получения насыщенного пара.

В промышленности от ряда пароиспользующих установок, например, выпарных, отводится значительное количество отработанного пара, параметры которого (Т, р) непригодны для его дальнейшего использования в технологических целях. Имеются устройства называемые трансформаторами тепл,а или тепловыми насосами, при помощи которых путем затраты электрической или тепловой энергии можно повысить давление отработанного пара до величины, необходимой для его дальнейшего использования, и тем самым обеспечить значительную экономию тепла.

Трансформация тепла может осуществляться механическим, струйным или химическими способами (последний мы рассматривать не будем, так как в промышленности он используется редко).

Механическая трансформация тепла. Механическая трансформация тепла осуществляется компрессорами. Поршневые компрессоры не используются в качестве трансформаторов тепла, так как при больших объемах пара низкого давления поршневые компрессоры должны иметь очень большие размеры. В качестве трансформаторов тепла используются турбокомпрессоры, которые компактны, имеют достаточно высокий к.п.д. и имеют привод от электродвигателя. Турбокомпрессоры для сжатия пара существенно не отличаются от турбокомпрессоров для сжатия воздуха или других газов. Они могут быть рассчитаны на очень большие производительности; затруднения чаще возникают при малых расходах сжимаемого пара (от 0,7 м³/с и менее). В этих случаях могут использоваться роторные компрессоры (кроме водокольцевых). При использовании компрессоров в конце сжатия пар может оказаться перегретым. В избежание сильного перегрева производят вспрыскивание жидкости в пар во время его сжатия.

Трансформация тепла при помощи пароструйных компрессоров. В качестве теплового насоса получили большое распространение струйные компрессоры. Принципиальная схема пароструйного компрессора показана на рис. 8.40. Рабочий пар с давлением р_р и скоростью w_р подводится к соплу 1, где происходит его расширение от р_р до р₂, а скорость увеличивается от w_р до w₂. Со скоростью w₂ пар выходит из сопла и поступает в камеру смешения 3. По пути между соплом и камерой смешения рабочий пар подсасывает инжектируемый пар (низкого давления), который подводится к приемной камере 2 струйного компрессора с давлением р_u. Инжектируемый пар поступает в камеру смешения 3, инжектирующий (рабочий) и инжектируемый пар перемешиваются и их скорости выравниваются. В конце камеры смешения пар имеет среднюю скорость w₃ и давление р₃, после чего поступает в диффузор 4. В диффузоре давление пара возрастает от р₃ до р_с, с которым он выходит из пароструйного компрессора. Принцип действия пароструйного компрессора аналогичен принципу действия струйного насоса (см. рис. 8.12). Трансформация тепла применяется, в частности, в процессах выпаривания (выпарные аппараты с тепловым насосом) и ректификации (ректификационные

Рис. 8.40. Схема пароструйного компрессора:1 – сопло;
2 – приемная камера; 3 – камера смешения; 4 – диффузор
установки с тепловым насосом). При трансформации тепла пар низкого давления получает более высокое давление, что дает возможность транспортировать его по трубопроводам. В этом случае трубопроводы должны иметь надежную тепловую изоляцию, предотвращающую потери тепла в окружающую среду.
Контрольные вопросы:

От чего зависит объемный к.п.д. насоса?
Влияние температуры перекачиваемой жидкости на высоту всасывания жидкости насосом.
Что характеризуют относительная и окружная скорости жидкости в рабочем колесе центробежного насоса?
Каким образом определяются производительность и развиваемый центробежным насосом напор при его работе на сеть?
Область применения осевых (пропеллерных) насосов.
Как изменяется подача поршневого насоса одинарного действия за один ход поршня?
С какой целью устанавливаются воздушные колпаки на всасывающей и нагнетательной линиях у поршневых насосов одинарного действия?
Для перекачивания каких жидкостей используются мембранные насосы?
Могут ли использоваться поршневые насосы для перекачивания жидкостей, содержащих частицы твердой фазы?
Какие недостатки характерны для центробежных насосов?
По какой причине вихревые насосы развивают больший напор, чем центробежные при равенстве диаметров рабочих колес и равенстве угловых скоростей?
Почему в промышленности чаще используются центробежные насосы, а не поршневые?
Для каких целей используется пневматический насос Монтежю?
Область применения газлифтных насосов.
Для какой цели используется последовательная и параллельная установки центробежных насосов, работающих на один трубопровод?
Что понимается под изотермическим, адиабатным и политропным процессами сжатия газа?
Что характеризует рабочая диаграмма поршневого компрессора за один ход поршня?
С какой целью используется многоступенчатое сжатие газа в поршневых компрессорах?
Что называется объемным к.п.д поршневого компрессора и от чего он зависит?
В чем заключается отличие объемных компрессоров от динамических?
Каким образом определяется мощность на валу компрессора?
Какие недостатки свойственны поршневым компрессорам?
Область использования турбокомпрессоров.
Чем отличается турбокомпрессор от турбогазодувки?
По каким параметрам отличаются рабочие колеса турбокомпрессоров по ступеням сжатия и какими причинами вызвано это отличие?
Укажите основные признаки отличия пластинчатого компрессора от водокольцевого.
С какой целью в корпусе турбогазодувки устанавливается направляющий аппарат?

Вопросы для обсуждения

Изменятся ли объемная и массовая производительности поршневого одноступенчатого компрессора, если на линии всасывания температура газа увеличится в два раза?

Можно ли при заданной фиксированной производительности на одну нагнетательную линию (трубопровод) параллельно присоединить одноступенчатый поршневой насос и центробежный насос?

1 2 3 4 5