Vận chuyển và nén khí | Bài giảng môn quá trình thiết bị | Đại học Bách khoa hà nội

Vận$chuyển$và$nén$khí
Giảng&viên:&Nguyễn&Minh&Tân&
Bộ&môn&QT7TB&CN&Hóa&học&&&Thực&phẩm
Trường&Đại&học&Bách&khoa&Hà&nội
Vận&chuyển&và&Nén&khí Khái%niệm%chung
• Khi%nén%hoặc%hút%chân%không,%có%sự%thay%
đổi%thể%tích%kèm%theo%sự%thay%đổi%áp%suất% và%nhiệt%độ
Quan%hệ%khí%lý%tưởng: pV = mRT
– P:%Áp%suất%khí,%N/m2
– V:Thể%tích%khí,%m3
– m:%khối%lượng%không%khí,%kg
– T:%nhiệt%độ%tuyệt%đối%của%khối%khí
– R:%hằng%số%khí%lý%tưởng% 8314 R = J / kgdo
– M:%khối%lượng%phân%tử%kg/kmol M Vận'chuyển'và'Nén'khí
• Quá$trình$đẳng$nhiệt
Nhiệt'độ'giữ'không'đổi,'nhờ'có'trao'đổi'nhiệt'với'bên'ngoài.' p
L = p V ln 2 , J / kg Công'nén'đẳng'nhiệt đn 1 1 p1 p Q = A L . = mRT 2 = m ! ln 2 , đg đg (C C p v ) p T J Nhiệt'tỏa'ra:' p p 1 1
• Quá$trình$đoạn$nhiệt
Khi'nén'không'có'trao'đổi'nhiệt'với'bên'ngoài.'Toàn'bộ'lượng'
nhiệt'tỏa'ra'được'giữ'lại'nên'nhiệt'độ'của'khí'tăng'lên. Công'nén'đoạn'nhiệt k 1 & ' # k k $& # ! L 2 = '1 , / đo (p1 1) p V J kg $$$ !! !
A:'nhiệt'tương'đương'cơ'học k '1 p $% 1 " ! % " Q = A L . = mC ! = ! , đo đ 0 p (T T 2 1 ) m(i i 2 1 ) J
Nhiệt'độ'khí'cuối'quá'trình: k 1 ! ' p k $ T = T 2 , K 2 1%% p "" & 1 # Vận#chuyển#và#Nén#khí
• Quá$trình$đa$biến:#quá#trình#xảy#ra#đồng#thời:#tỏa#
nhiệt#ra#ngoài#và#tăng#nhiệt#độ,#Công#nén#lớn#hơn#
công#đẳng#nhiệt#và#nhỏ#hơn#công#đoạn#nhiệt: m 1 & ' # m m $& # ! L 2 = '1 , / đb (p1 1) p V J kg $$$ !! ! m '1 p $% 1 " ! % "
V1:#thể#tích#riêng#của#khí#tại#điều#kiện#hút#p1 và#T1,# m3/kg
k,m#:#chỉ#số#đoạn#nhiệt#và#đa#biến Vận%chuyển%và%Nén%khí Phân%loại%máy%nén •
Phân%loại%theo%áp%nguyên%tắc%làm%việc
/ Máy%nén%pittông:%khí%được%nén%nhờ%giảm%thể%tích%buồng% làm%việc
/ Máy%nén%quay%tròn:%nhờ%rô%to%quay%tròn%mà%khí%được%hút%
vào%nén%trong%máy%rồi%đẩy%ra%với%áp%suất%lớn%hơn
/ Máy%nén%tuốc%bin:%(thuộc%loại%ly%tâm):%nhờ%chuyển%động%
quay%của%canh%guồng%và%tác%dụng%của%lực%quán%tính%ly%tâm%mà% khí%được%nén%lại
/ Máy%nén%loại%phun%tia:%giốn%bơm%tia:%khí%được%nén%do%thay%
đổi%vận%tốc%khi%chuyển%động%qua%ống%loa%hình%nón%cụt
• Phân%loại%theo%độ%nén (tỉ%lệ%giữa%áp%suất%ra%và%áp%suất%vào):
/ Máy%nén%khí:%độ%nén%3/100
/ Máy%thổi%khí:%độ%nén%1,1%– 3
/ Quạt%khí:%độ%nén%1%– 1,1 Vận$chuyển$và$Nén$khí Máy$nén$Pittông
• Nguyên'tắc'làm'việc'của'máy'nén'pittông
- Sau$một$vòng$quay$của$trục,$pittông$dịch$chuyển$
sang$trái$một$lần$và$sang$phải$một$lần
- Khí$được$hút$vào$và$đẩy$ra$2$lần
- Vị$trí$biên:$điểm$chết
- Khoảng$không$gian$giữa$đầu$xi$lanh$và$
điểm$chết:$gọi$là$khoảng$hại
- Trị$số$khoảng$hại$phụ$thuộc$vào$
cấu$tạo$của$van$và$ảnh$hưởng$xấu$đến$
quá$trình$là$việc$của$máy$nén
- Các$hộp$van$của$máy$nén$phải$có$yêu$cầu$kín$khít$ cao$hơn$so$với$bơm - Có$bộ$phân$làm$nguội Vận)chuyển)và)Nén)khí •
Quá$trình$trình$nén$lý$thuyết$và$
thực$tế$của$máy$nén$một$cấp$
" Pittông)ở)vị)trí)bên)trái)(a))chuyển)động)về)
phía)phải)thì)khí)được)hút)vào)xilanh)
theo)đường)AB)với)áp)suất)p1
" Pittông)đến)vị)trí)bên)phải)(b))thì)hút)được)
thể)tích)V1 với)áp)suất)p1 và)nhiệt)độ)t1
" Khi)pittông)chuyển)động)về)bên)trái)thì)
van)hút)đóng)lại,)khí)được)nén)đến)áp)
suất)p2 theo)đường)BC)(đa)biến),)hay)
BC1)(đẳng)nhiệt),)hoặc)BC2)(đoạn) nhiệt)
" Pittông)đến)vị)trí)c,)đã)đạt)đựoc)áp)suất)
p2,)van)đẩy)mở)ra),)khí)đẩy)vào)ống) đẩy)theo)quá)trình)CD
" Quá)trình)nén)lý)thuyết,)không)có)khoảng) hại Vận%chuyển%và%Nén%khí Nén$thực$tế •
Tồn%tại%khoảng%hại:%khi%pittông%đến%
vị%trí%chết,%phần%đầu%xi%lanh%vẫn%tồn%
tại%một%lượng%khí%có%thể%tích%bằng%
thể%tích%khoảng%hại,%áp%suất%bằng%
p2.%Đến%khi%hút%khí,%thể%tích%này%giãn%
ra%đến%áp%suất%p1:%DA’,%lúc%đó%quá%
trình%hút%mới%bắt%đầu,%lượng%khí%hút%
được%nhỏ%hơn%thể%tích%xi%lanh
• Ảnh%hưởng%lực%ỳ%của%van:%các%van%
hut%và%đẩy%mở%ra%khi%áp%suất%thấp%
hơn%p1%và%lớn%hơn%p2A’,%C’
• Ảnh%hưởng%các%sức%cản%thuỷ%lực%
trên%đường%ống%và%các%van,%nhiệt%
độ,%độ%ẩm%khí%tăng%khi%nén,% V : thể tích xi lanh, m3 0
V : thể tích pittông đi qua, m3 1 ε: Hệ số khoảng hại V !V 0 1 " = V1 V ! =
Hiệu suất thể tích của máy nén 0 V1
Thể tích thực của khí được hút vào V = ! V 0 1
Trước khi khí được hút vào xi lanh, pittông đã đi
được một khoảng đủ để khí trong khoảng hại giãn ra từ p2 đến p1. Vận$chuyển$và$Nén$khí
Thể tích khí trong khoảng hại chiếm được:
V !V = V ! " V = xV 0 0 0 1 1
x: tỉ lệ giữa thể tích toàn bộ xi lanh
trừ thể tích khí được hút thực thể tích pittông đi qua: " ! V = ! V V V 0 0 1 x = 0 1 V1
Theo phương tình trạng thái của khí trong quá trình hút hoặc nén đa biến:
p V m = p V m = const 1 1 2 2 Vận$chuyển$và$Nén$khí
Quá trình bắt đầu hút A’ đến kết thúc quá trình đẩy (D): p = ! 1(xV1 )m p2( V1)m 1 m & p # x 2 = '$$ p !! % 1 " V = V ! +V 0 1 1 V # ! V
"V +V # ! V 0 0 1 1 1 0 1 x = = = " +1# !0 V V 1 1 # = 1+ " ! x 0 1 & 1 # - p *m m p 2 $ - * 2 ! 0 = 1+ / ' / . 0 = 1+ ' / 0 ++ (( 0 p $ ' ++ (( p ! 1 , 1 ) $ , 1 ) % !" Vận$chuyển$và$Nén$khí Giá trị tới hạn
Khi p2 lớn, thể tích khoảng hại chiếm toàn bộ thể tích
xi lanh khi hút, nên quá trình không thực hiện được, ta có: = V ! = 0 0 V1 1 & # $ - p *m 2 . '1! = 1 $ ++ (( p ! , 1 $ ) % !" m & p # 2 & 1 # = $ + ! $$ 1 p !! % ' 1 " % " Vận$chuyển$và$nén$khí
Máy$nén$và$thổi$khí$kiểu$Rôto
-Máy nén Pittông có Pittông
• Chuyển động tịnh tiến, có lực quán tính nên hạn chế số vòng quay
• Không được lắp trực tiếp vào động cơ điện, cồng kềnh
- Máy nén kiểu rotor hạn chế các nhược điểm của máy nén
pittông: máy nén cánh trượt, máy nén guồng quay,… -Nguyên lý hoạt động:
Có rotor quay tạo thành khoảng không gian kín, có khu vực hút và đẩy - Năng suất 100m3/ph - Áp suất 4 at
- Muốn tăng năng suất phải tăng cấp nén và trang bị bộ phận làm
lạnh trung gian (có thể đạt đến 8 at) Vận$chuyển$và$nén$khí
Máy$nén$và$thổi$khí$kiểu$cánh$trượt
Cấu tạo và nguyên tắc làm việc giống bơm
cánh trượt, khác là có vỏ làm lạnh
- Rotor hình trụ 1 lắp lệch tâm trong vỏ có bộ phận làm nguội.
- Trên rotor có nhiều rãnh để các tấm trượt
chuyển động tự do theo phương bán kính
- Khi rotor quay, các tấm này trượt trên
rãnh và quét trên mặt trong của vỏ tạo thành
những buồng kín có thể tích thay đổi từ nhỏ
đến lớn (hút), từ lớn đến nhỏ (đẩy)
- Năng suất: 160 – 4000m3/h - Áp suất 5 - 15 at
- Cấu tạo gọn, làm việc đều đặn
- Yêu cầu chế tạo chính xác, tổn thất áp suất
lớn do các bộ phân không khít Vận$chuyển$và$nén$khí
Máy nén và thổi khí kiểu 21guồng quay Rotary1claw pump
Nguyên tắc làm việc: giống bơm răng khía
- Vỏ gang, 2 bánh guồng hình củ lạc quay trên trục song song. Khi quay, hai
bánh guồng tiếp xúc, trượt vào nhau tạo thành những khoảng không gian kín,
qua đó khí được hút và nén
- Cấu tạo đơn giản, năng suất thay đổi trong giới hạn rộng: 2 đến 80 m3/phút. Áp suất 8at Vận$chuyển$và$nén$khí
Máy$nén$và$thổi$khí$kiểu$Tuabin
- Quá trình nén và đẩy khí tiến hành dưới tác dụng của lực ly tâm do bánh guồng quay sinh ra
- Khác biệt so với bơm ly tâm: do thay đổi áp suất khi đi qua cánh guồng nên
khối lượng riêng của khí thay đổi vì khí chịu nén ép
- Khi cánh guồng quay, khí chuyển động từ tâm ra ngoài cánh guồng, khối
lượng riêng tăng và tạo ra áp suất thủy tĩnh, vận tốc tăng nên động năng cũng tăng
- Máy thổi khí một cấp tạo ra áp suất dư không quá 0,15at
- Máy nén và máy thổi khí tuabin nhiều cấp: các cánh guồng ở máy thổi khí
giống nhau, còn ở máy nén thì rất khác nhau
- Máy nén có số cấp nhiều hơn, giữa các cấp có bộ phận làm nguội khí
- Máy thổi khí tạo áp suất 1,3 đến 4 at
- Máy nén 4 đến 10 at, hoặc 30 at Vận$chuyển$và$nén$khí
Máy$thổi$khí$một$bậc$kiểu$tuốc$bin
- Bánh guồng 1 quay trong trong thân 2.
- Khí được hút qua cửa 3 vào khe của cánh guồng và được đẩy qua cửa 4
- Nối trực tiếp với động cơ điện Vận$chuyển$và$nén$khí
Máy thổi khí nhiều bậc kiểu tuốc bin2
Multi4Stage2Centrifugal Blower
-Khí được hút vào bậc 1 ở cánh guồng trong thân
máy và đẩy vào bậc tiếp theo - Khí chuyển động qua
tất cả các cánh guồng để cuối cùng vào rãnh có áp suất cao nhất và ra ngoài.
Giữa các cánh guồng có bộ phận định hướng cho khí thoát ra tự do để đến cánh guồng tiếp theo
- Giữa trục và thân, giữa thành ngăn với cánh guồng có bộ phận ép labyrin gồm
một dãy các buồng với rãnh hẹp. Áp suất dọc trục được loại qua trục giãn, khí
thừa được đưa qua một ống hút.
Máy được làm trơn nhờ dầu áp lực Vận$chuyển$và$nén$khí
Máy thổi khí nhiều bậc kiểu tuốc bin2
Multi4Stage2Centrifugal Blower Vận$chuyển$và$nén$khí
Máy thổi khí nhiều bậc kiểu tuốc bin2
Multi4Stage2Centrifugal Blower