现代化工计算如单元4单一化工过程能量衡算教材.ppt

* 单元4 单一化工过程能量衡算 * 6.5 计算气体压缩功 知识目标:掌握理想气体三种单级可逆压缩功、理想气体可逆多级最小功的计算方法，熟悉原动机功率估算的方法。 能力目标：能用Excel计算理想气体各类压缩功，能用ChemCAD计算气体的各类压缩功。 一、 压缩功的计算方法 （1）理想气体等温可逆压缩功的计算 （2）理想气体单级可逆绝热压缩功的计算 （3）理想气体单级可逆多变压缩功的计算 （4）多级压缩的必要性 （5）多级可逆压缩功的计算 （6）理想气体可逆绝热多级压缩最小功的计算 二、 采用Excel计算各类压缩功 三、 采用ChemCAD计算各类压缩功 四、 原动机功率的估算 返回 * 单元4 单一化工过程能量衡算 * 一、压缩功的计算方法☆可逆轴功的计算通式: (1)理想气体等温可逆压缩功 (2)理想气体单级可逆绝热压缩功 (3)理想气体单级可逆多变压缩功 返回 * 单元4 单一化工过程能量衡算 * 一、 压缩功的计算方法例4-17 设Air初态参数为p1=0.1033MPa,t1=15.6℃。今将1kmol的Air压缩到p2=1.760MPa。试比较等温、绝热和多变过程的理论功耗和终点温度。已知空气的多变指数?=1.25。 解：空气在压力较低时可以看成是理想气体，则 (1) 等温可逆压缩功 (2) 单级可逆绝热压缩功 =10482.2kJ (3)单级可逆多变压缩功 =9155.3kJ * 单元4 单一化工过程能量衡算 * 一、 压缩功的计算方法例4-17压缩过程的终态温度为： 绝热压缩: 多变压缩: 从上面的计算可以看出，在1＜?＜k的条件下，当压缩比一定时，等温压缩的功耗最小终温最低；绝热压缩功耗最大，终温最高；多变压缩功耗和终温介于上述二者之间。 将三种压缩过程描绘于同一p-V图 t2=375.8℃ t2=235.8℃ 思考:如何减小绝热或多变压缩功?如何降低这两种压缩的终温? 返回 * 单元4 单一化工过程能量衡算 * 一、 压缩功的计算方法 措施:采用多级压缩! (4)多级压缩的必要性 ①降低压缩终温，防止终温过高导致输送物料的反应，甚至发生爆炸，防止润滑油结焦、设备因热胀冷缩而使材质无法承受、高温高压下材料腐蚀等； 一般压缩无机气体，如合成氨原料气时，终温不超过140℃，对应的压缩比为3；压缩有机混合气体时，如烃类裂解的气体时，压缩终温一般要求控制在90~100℃，对应的压缩比只有2左右。 1-2:可逆等温压缩过程 1- 2?:可逆多变压缩过程 1-2?? :可逆绝热压缩过程 * 单元4 单一化工过程能量衡算 * 一、 压缩功的计算方法 (4)多级压缩的必要性 ①降低压缩终温 ②节省压缩功功耗 ☆原因是多级压缩后可使压缩过程向等温度压缩靠拢; ☆可以减小压缩过程余隙造成的影响,提高容积效率。 容积效率=一个循环吸入的新鲜气体积/活塞位移容积 吸入的新鲜气体积?V 随p2的减小增大 ③满足不同的工艺要求。 返回 * 单元4 单一化工过程能量衡算 * 一、 压缩功的计算方法 (5)多级可逆压缩功的计算 多级可逆压缩的功耗，为各级压缩功耗之和。 (6)理想气体可逆绝热多级压缩最小功的计算 以两级压缩为例,关键是如何选择合适的中间压力,使节省下来的面积最大? 返回 * 单元4 单一化工过程能量衡算 * 一、 压缩功的计算方法 (6)理想气体可逆绝热多级压缩最小功的计算 思考:多级可逆压缩最小功如何计算? 结论:各级压缩比相等 ☆液体可逆压缩功的计算 若将液体视为不可压缩的流体,则:WS(R)=V?p ☆对进出口压差很小的风机可逆压缩功的计算 返回 * 单元4 单一化工过程能量衡算 * 二、 采用Excel计算各类压缩功 ☆采用Excel进行各类压缩功的计算，只需将上式压缩功计算公式编写成相应的ExcelVBA自定义函数即可 例4-18设烃类裂解气(主要是C2H4、C3H6等)初参数p1=0.1MPa,T1=300K。今将1kmol原料气压缩到p2=3.5MPa。试比较等温、绝热压缩过程的理论功耗和终点温度。假设气体的绝热指数k=1.4。若采用多级绝热压缩,压缩比控制在2,你认为采用几级比较合适,并计算出对应的最小可逆压缩功和各段出口温度。 返回 * 单元4 单一化工过程能量衡算 * 三、 采用ChemCAD计算各类压缩功 例4-19 使用一个等熵压缩机在60℉、14.7psia下把100lbmol/hr的空气压缩到147psia的压力，通过CHEMCAD模拟该系统。流程图如图6-73所示。 计算结果：压缩机理论功率131.958hp，实际功率175.944hp，物料出口温度688.15℉。 返回 * 单元4 单一化工过程能量衡算 * 四、