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发酵空气预理系统
发酵空气预处理系统
nbhaobang 2014-08-14
1、湿空气物理性质
自然界几乎不存在绝对干燥的空气。在雾天,空气中的气体水凝结成了水雾,并形成了气溶胶 。由于空气中水的存在,因此压缩空气中必然也有水。 衡量空气含水量的单位有:水蒸气分压力、绝对湿度、相对湿度、含湿量、露点温度等。
1.1、水蒸汽分压 Pw
湿空气是水蒸气与干空气的混合物,在一定体积的湿空气里水蒸气所占的份量(以重量计)通常比干空气要少得多,但按“气体定律”它占有与干空气相同的体积,也具有相同的温度。
湿空气所具有的压力是各组成气体(即干空气与湿空气)分压力的和。湿空气中水蒸气所具有的压力,称为水蒸气分压,记作Pw,其值可反映湿空气中水蒸气含量。其他表示水在压缩空气中含量的参数都是由水蒸气分压计算而得的。
饱和空气中水蒸气分压力叫饱和水蒸气分压,记作Pws。在空气压力小于2MPa时,Pws大小与空气压力无关,只与温度有关。
1.2、绝对湿度 x
表示空气干湿程度的物理量“湿度”。常用的湿度表示方法有“绝对湿度”、“相对湿度”和“含湿量”三种。 绝对湿度是指空气中的水蒸气质量与体积的比率,通常用X表示,单位为kg/m3或g/m3。我们可用气体状态方程计算:
kg/m3 (1-1)
式中:mw——水蒸气质量kg
V ——湿空气体积m3
Pw——水蒸气压力Pa
Rw——水蒸气气体常数(426.05J/kg K)
T—— 绝对温度K
绝对湿度只表明单位体积湿空气中含有多少水蒸气,不能表示湿空气的饱和程度。从式1-1中可以看出,绝对湿度就是湿空气中水蒸气的密度。空气的绝对湿度(水蒸气密度)是有极限的,称为饱和绝对湿度(水蒸汽密度),其与温度有关。
1.3、相对湿度
相对湿度是空气的绝对湿度xw与相同压力、温度下的饱和绝对湿度xws之比值。通常用φ表示,单位为%。
(1-2)
相对湿度φ值在0-100%之间。在一定压力和温度下:φ值越小,空气越干燥,吸水能力越强。φ值越大,空气越潮湿;吸水能力越弱。我们容易得到相对湿度为100%的空气,不可能得到相对湿度为0%的空气。
1.4、含湿量
“含湿量”可分为“质量含湿量”和“容积含湿量”两种。1kg干空气含有水蒸气的重量叫做“质量含湿量”,常用dm来表示,单位为g/kg(干空气)或kg/kg(干空气),我们可通过水蒸气分压计算而得:
kg/(kg干空气) (1-3)
1m3干空气中所含有的水蒸气重量叫做“容积含湿量”,可用dv表示,单位为g/m3或kg/m3(干空气)。在发酵空气预处理过程中,只有干空气的质量是不变的,因此计算中常采用质量含湿量的概念。
1.5、露点温度
一定压力下,未饱和空气在保持水蒸气分压不变(即保持绝对含水量不变)情况下降低温度,使之达到饱和状态时的温度叫露点温度。温度降至露点温度时,湿空气中便有凝结水滴析出(称为结露),此时空气的相对湿度为100%。空气压力为1个大气压时称为“大气露点”(也称常压露点),压缩空气的露点温度称为此压力下的“压力露点”。压力露点温度与湿空气中水分含量的多少有关,与空气压缩比有关。
2、空压机有关
2.1 如何确定空压机的额定压力?
空压机运行压力由空气从大气吸入到再排入大气的全过程所有设备、管道的阻力损失决定的。空压机额定压力据此而定,并略有余量。
空压机电耗与压力直接相关,因此各项阻力损失计算必须“精打细算”。
2.2 如何选择空压机的形式?
大规模发酵一般采用离心式空压机,中小规模的采用活塞机和低压螺杆机。
虽然从压缩效率看,同样的压缩比,多级压缩比单级的省电,但若与空气预处理系统一起考察造价、运行费用等因素,选择单级压缩更合适。
单级压缩的排气温度较高,这部分热量可以在预处理系统中考虑回收。
2.3 空压机由于空气温度提高占用了多少轴功率?
根据活塞式压缩机,一次压缩理论压缩循环功的各项公式如下:
a、等温压缩循环功
b、等熵压缩循环功
其中:p1、p2——进排气压力,V1——进气容积
假设,压缩后空气表压0.2MPa,P2/P1≈3,空气等熵指数k=1.4,
则L1≈1.1P1V1,L2≈1.29 P1V1,L2≈1.2L1。等熵压缩比等温压缩多20%的功率,实际压缩是个多变过程,指数k小于1.4,L2<1.2L1。也就是说,实际压缩轴功率消耗中,80%以上是由于压力上升做功所需,只有不到20%分配给温度上升。
对于离心式压缩机,也有类似公式,不过其多变指数大于等熵指数,一般在1.4~1.6之间。如同上述假设,实际压缩中最多有36%轴功率消耗在温度升高上。
2.4 空压机余热有多少可以利用?
空压机出口空气温度很高,一般在100℃以上,单级离心
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