流体流动过程283

1、Foundations of Chemical Engineering chapter 2 Fluid Flow Process 2.8流体输送机械 气体输送与压缩机械可按其排气压力（出口处表 压，而进口处表压为零）或压缩比（排气绝压与 进气绝压之比）分为四类 通风机排气压力不大于15kPa。 鼓风机排气压力为15-300 kPa，压缩比小于4。 压缩机排气压力在300 kPa以上，压缩比大于4。 真空泵排气压力为大气压，压缩比范围较大，根 据所需真空度而定。 气体输送机械 离心式通风机 离心通风机按排气压力的不同，又分为低压（1kPa 以下）、中压（1-3kPa）、高压（3-15kPa）三种

2、 。离心通风机的结构与单级离心泵相似。机壳也是 蜗壳形，壳断面有两种，一种是方形，适用于低、 中压；另一种是圆形，适用于高压。叶片的数目较 多且长度较短，低压的叶片是平直的，与轴心成辐 射状安装，中、高压的叶片是弯曲的。 通风机的主要要求是送气量大，当不追求高效率时 ，用前弯叶片以有利于减小叶轮及风机的直径。 离心通风机及叶轮 1机壳; 2叶轮; 3吸入口; 4排出口 2 离心式通风机 离心式通风机 离心通风机所用的性能参数与离心泵大同小异，包括： 风量：指气体通过进风口的体积流量，注意是以风 机进口状态计，m3/s。 风压pt：单位体积的气体流经风机时所获得的能量， Pa，习惯上以mmH2O

3、表示。 g uu g pp H bcb t 2 22 c 离心式通风机 即：全风压静风压+动风压 当风机直接从大气抽入空气时，以进口外侧为核算截 面，则为： dyst c t HH g u g p H 2 2 c 写成压力的形式 dyst c ct pp u pp 2 2 即：全风压静风压+动风压 离心式通风机 离心式通风机特性曲线 轴功率N和效率 e P P 离心通风机在设计流量下 的全压效率约为70-90% ，另外，还有与静风压对 应的静风压效率st。 离心风机特性曲线由pt-Q、 -Q、N-Q三条曲线组成。有 的还有pst-Q、st-Q。 离心式通风机 鼓风机鼓风机 离心鼓风机（又称透平

4、鼓 风机），工作原理与离心 通风机相同，结构类似于 离心泵。蜗壳通道也为圆 形，但鼓风机的外壳直径 与宽度之比较大，叶轮上 叶片数目较多，有固定的 导轮，也称扩散圈。特点 ：送气量大，转速较高， 单级出口表压在30kPa以 内，多级离心鼓风机可达 300kPa，不需冷却装置。 罗茨鼓风机 罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵类似。机壳内有两个渐开摆线 形的转子，转子与转子、转子与机壳之间的缝隙很小，使转子 能自由运动而无过多泄漏。两转子的旋转方向相反，可使气体 从机壳一侧吸入，从另一侧排出。若改变两转子的旋转方向， 则吸入口和排出口互换。 属于正位移型的罗茨风机风量 与转速成正比，与出口压强无 关。风

5、量范围2-500m3/min，出 口表压可达80kPa，在40kPa左 右效率最高。风机出口应装稳 压罐，并设安全阀。流量调节 采用旁路，出口阀不可完全关 闭。操作时，气体温度不能超 过80-85，否则转子会因受热 臌胀而轧死。 往复压缩机往复压缩机-操作原理 往复式压缩机的操作原理与往复泵相近，但必须 考虑气体的可压缩性。其工作过程与往复泵有所 区别。气缸是一个金属制成的圆筒，外壁设有水 夹套或气冷翅片，用于冷却气体因压缩而造成的 温升。因为气缸与活塞直接接触摩擦，故要求良 好润滑，对于高压压缩机并需要用齿轮泵强制注 油，由于油雾污染气体以及气体压缩时原含水蒸 气的凝结，因而排出气要经过油和

6、水的分离器。 此外，因往复压缩机排气不匀，常用缓冲罐稳压 。要求输出压力高时，常采用多级压缩，这时要 附加中间冷却和中间油水分离器。 往复压缩机往复压缩机-工作循环 往复压缩机每一个实际工作循环是由膨胀吸气压缩 排气四个连续的过程所组成。 压缩过程 此时活塞自右至左运动，单向吸入阀被关闭 ，而排出阀也因出口管内的压力比气缸内压力大，仍然 处于关闭状态。当活塞继续向左移动，气缸内气体被压 缩，体积缩小，压力升高，直到压力比出口管压力稍高 时排出阀才被打开，l2为压缩过程。 排气过程 排出阀被推开后，排气过程便开始进行，气 体体积随活塞不断向左移动而减少。直至活塞回到原来 位置，23为排气过程。

7、膨胀过程当活塞自左向右运动时，工作室空间变大， 压力减小，排出阀关闭，直至当气缸内的压力稍低于进 气管中的压力时，吸入阀门被推开，34为膨胀过程。 吸气过程吸入阀门被推开后，气体被吸入气缸。活 塞继续向右移动，气体便不断吸入，直至活塞移至气缸 右端，气体充满整个气缸为止，41为吸气过程。 1 23 4 0 V2V1V P1 P2 P 图2 -54 有 余隙压缩循环 V4V3 p-v曲线即表示了整个工作过程。图中封闭曲线41 234就表示了一个完整的工作循环。每一个工作 循环都是吸入状态相同的低压气体，排出状态相同的 高压气体，而41234的面积则表示了在一个 循环过程中压缩机对气体所作的功。

8、往复压缩机往复压缩机-工作循环 往复压缩机往复压缩机-多级压缩 4 3 2 1 V P 2 8 10 11 6 9 7 5 V2 V1 前面的等温压缩过程1-2-3-4-1，绝热压缩过程1-2-3-4-1 ，可用三级压缩机来完成，第一级压缩1-5-6-4-1，压缩 后的气体冷却到7点；第二级压缩7-8-9-6-7，冷却到10 点；第三级压缩10-11-3-9-10，冷却到2点。整个压缩机 的功为1-5-7-8-10-11-3-4-1，比一次进行的绝热过程节约 功为5-2-11-10-8-7-5。 若级数越多，所需外功 越接近等温过程所需的 外功。一般常用的多为 2-6级，每级压缩比约为 3-5

9、。 真空泵真空泵 真空泵的主要性能参数有： 极限剩余压力（或真空度）：这是真 空泵所能达到最低压力； 抽气速率：单位时间内真空泵在极限 剩余压力下所吸入的气体体积，亦即真 空泵的生产能力。 真空泵真空泵 -旋转真空泵 一是纳氏泵，采用液环真空 泵可以取得低于400Pa的绝 压。常用水环真空泵。 另一种是滑片真空泵，泵壳 内装一偏心的转子，转子上 有若干槽，槽内有可以滑动 的片。转子转动时槽内的滑 片向四周伸出，与泵壳的内 周密切接触。气体于滑片与 泵壳所包围的空间扩大的一 侧吸入，于二者所包围的空 间缩小的另一侧排出。滑片 真空泵所产生的低压可至近 1Pa。 真空泵真空泵 -喷射喷射泵 喷射泵是利用流体流动时机械能转变以达到输送的目的 ，它可输送液体，也可输送气体。喷射泵的流体可以水 ，也可以是水蒸汽，分别称为水喷射泵和蒸汽喷射泵。 在化工生产中常用于抽真空，故又称喷射式真空泵。应 用较多的是蒸汽喷射泵。 喷射真空泵由喷嘴、混合室与扩散管组成。蒸汽喷射泵 的工作蒸汽在高压下以很高的速度从喷嘴喷出，在喷射 过程中，蒸汽的静压能转变为动