第五章 气体的压缩.ppt

第五章 气体的压缩 在合成氨生产过程中，原料气的净化和氨的合成均在一定的压力下进行的，因此需要对气体进行压缩，以达到所需要的压力，同时完成原料气的输送。故气体的压缩在合成氨工艺过程占有重要地位，压缩机的生产能力和工作的好坏直接影响着生产，合成氨的动力消耗，也主要在这些设备上，因此，我们常常把压缩机比作生产的“心脏”.用于压缩合成氨原料气称之为氢氮压缩机，因压力较高，通常称为高压机。按压缩气体方式不同，压缩机可分为往复式和离心式两类。 往复式压缩机的特点：压力范围十分广泛，效率比较高；但缺点是外形尺寸和质量较大，需要较大的基础，气体流动有脉动性，易损零件较多，结构复杂。 离心式压缩机的特点：流量大，供气均匀，运转平稳，调节方便，运转率高，易损件少，维修方便，无油润滑。 第一节 往复式压缩机 一、工作原理 往复式压缩机是依靠活塞在气缸内的往复运动来压缩气体的。压缩气体的过程可分为四个步骤：吸气过程、压缩过程、压出过程和膨胀过程。 气体压缩机主要由气缸，活塞，吸入阀和排出阀组成，活塞主要依靠动力机构的带动，在气缸中作往复运动，当气缸的容积增大时，吸入气体，当气缸的容积缩小时，使气体分子相互接近，从而提高气体压力，并最终压出气体。单作用式压缩机是活塞在气缸内往复运动一次，气体经过吸入、压缩、排气和膨胀四个阶段完成压缩全过程。 1．当气缸内压力低于吸入管道内压力时，吸入气顶开气阀进入气缸，我们称该过程为等温膨胀。 2．当进气管中气体被吸入气缸后，直到活塞移至左边末端为止，称这一过程为吸气阶段。 3．当活塞调转方向从左向右移动时，气体体积不断缩小，压力也随之上升，直到气缸内气体压力上升到略大于排气管内气体压力时，排气阀被顶开，气体冲入排气管，我们称这一过程为压缩。 图5-1 气体压缩示功图 4．当缸内压力略大于排出管道压力时，排气阀被顶开，压缩气体冲出缸内进入排出管，直到活塞移到最右端（又称右止点）为止，我们称这一过程为排气过程。然后活塞又转向左移动，重复上述过程，我们把排出压力（绝对）与吸入压力（绝对）之比，称为压缩比。 如果缸两端均设有吸入阀和排出阀，在完成一个工作循环，就要吸气两次，排气两次，称之为双作用式。 在压缩机中，活塞和气缸之间必须留有一定量的余隙。原因如下。 （1）可避免活塞与气缸盖因安装误差或受热膨胀，发生撞击而损坏。 （2）气体所含水蒸汽或其他易冷凝气体在压缩过程中可能析出液体，因为液体是不可缩的，若无余隙就会发生“水击”事件，而导致损坏机器。 （3）残余在余隙容积内的气体膨胀后再吸入气体，起到了缓冲作用，使吸入阀开关比较平稳，减轻了阀门和阀片的撞击作用。由上述原因可见，气缸中留有余隙容积能给压缩机的装配、操作和安全使用带来很多好处，一般情况下，余隙容积约为气缸工作容积的3％~8%，而在压力较高，气缸直径较小的压缩机中，所留余隙容积通常为5％~12%。 二、压缩气体的三种情况 气体被压缩时会产生大量的热量，其原因是外力对气体作了功。气体受压的程度越大，则温度升得越高。压缩过程功耗大小，与压缩时产生热量有关。根据热量移走程度的不同，可分为以下三种情况。 1．等温压缩过程 在压缩过程中，能及时把由于压缩而产生的热量移走，使气体温度保持不变，称之为等温压缩过程（该过程为理想情况）。 2．绝热压缩过程 在压缩过程中，气体与外界没有热量交换，压缩所产生的热量全部使缸内气体温度升高，称为绝热压缩过程。实际上由于热量损失是不可避免的，因此绝热压缩过程也是一种理想过程。 3．多变压缩过程 气体在压缩过程中，既不完全等温，也不完全绝热的过程，称为多变压缩过程。要想降低压缩过程的功耗，必须使多变压缩过程尽量接近等温压缩过程，这就是在实际生产中为什么要用冷却水冷却压缩后气体的原因。冷却效果越好，压缩过程也就接近等温过程。 三、多段压缩 如果用一段气缸将气体压到很高的压力，压缩比必然很大，压缩以后气体的温度也会升得很高，从而产生很大的危害。 增加压缩机的段数，固然可以降低压缩机的功耗。但段数太多，气体经过进出口活门和中间冷却器的次数也随之增多，阻力就相应增大；同时压缩机的段数越多，压缩机的构造就越复杂，需要的附属设备越多，造价就越高。若超过一定段数以后，其所省之功还不能补偿设备制造费用的增加，因此，压缩机的段数不能太多。 四、往复式压缩机的构造 1．分类 往复式压缩机分类方法很多，通常有以下几种。 （1）按压缩机气体成分分类：空气压缩机、氢气压缩机、氢氮压缩机、氨气压缩机等。 （2）按活塞往复运动一次，吸气排气次数，分单动和双动。 （3）按气体受压缩的次数，分为单级压缩和多级压缩。 （4）压缩机生产能力的大小，分小型（10m3/min以下）、中型（10m3~30m3/min）、大型（30m3/min）。 （5）按压缩机出口压力的高