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工业应用中气体的发热量与其多变过程之间的关系

Anonim

该图显示了一个简单的蒸汽设备的示意图。高压过热蒸汽离开锅炉(蒸汽发生器的组成部分)进入涡轮机。蒸汽在涡轮机中膨胀,并且这样做确实起作用,这导致涡轮机移动发电机。

低压蒸汽离开涡轮机并进入冷凝器,在冷凝器中,热量从蒸汽传递(导致冷凝)到冷却水。

气体及其多方过程1

由于需要大量的水,因此发电厂位于河流或湖泊附近。当可用水有限时,可以使用冷却塔。在冷却塔中,一部分水蒸发,因此剩余水的温度下降。当冷凝液离开冷凝器时,其压力通过泵增加,该泵使其在蒸汽发生器内部流动。

在许多蒸汽发生器中,都使用了节能器。省煤器只是一个热交换器,热量从燃烧产物传递到冷凝物,从而提高了温度,但没有蒸发。在蒸汽发生器的其他部分,燃烧产物的热量传递到水中,导致其蒸发。发生蒸发的温度称为饱和温度。然后,蒸汽流经另一个称为过热器的热交换器,在该热交换器中,蒸汽温度升高到远高于饱和温度的水平。

  • 塑料行业

o 塑料生产

控制设备,用于流体的物料运输和分配,阀门致动和料仓关闭。

o 塑料零件制造

调整压光辊,切刀驱动装置,深冲闭合装置,焊接和压制装置,皮带前进控制,成型装置,胶合,操作安全装置(例如机器上的门窗)以及设施,成型机,切割设备以进行测量。

o 橡胶零件制造

安全装置,链式运输和生产装置的命令和工作驱动装置,混合器和硫化设施中的关闭装置,控制装置。

节省质量和控制体积

控制体积是我们感兴趣的,对于特定研究或分析感兴趣的空间体积。它称为围绕控制体积的控制表面,始终是封闭表面。

控制体积的大小和形状是完全任意的,并确定为最适合进行分析的范围。

该表面可以固定,也可以移动或扩展。但是,仍然必须相对于坐标系定义曲面。在某些分析中,考虑坐标系旋转或移动并相对于系统描述控制面可能会很方便。

质量以及热量和功可以穿过控制表面,并且控制体积中的质量以及该质量的特性也可以随时间变化。

该图显示了控制容积的示意图,其中包括传热,箭头功,控制容积内的质量累积和移动极限。

让我们首先考虑质量守恒定律和控制量之间的关系,然后考虑流入和流出质量的规律。控制体积,并在该体积内净增加质量。

期间的时间δ吨的间隔,让质量ΔM 进入控制体积和质量δ米Ë离开控制体积。现在,让我们在时间间隔开始时称控制体积为m t内的质量,在时间间隔结束时称质量为m t + δt。因此,根据质量守恒的原理,我们可以这样写:

在这种限制下,简单的发电厂就是热力机的一个例子。可以使用稳态和稳定的流程来分析该工厂中的每个组件,但是要考虑它们,因为它们可以当作水(蒸汽)为工作物质的热力机器来对待。从室内或燃烧室中的燃烧产物或从反应堆中已加热的二次流体中,从高温物体传递的QH热量。在图中,我们可以看到涡轮机驱动泵,并告诉我们循环中的净功是多少。热量QL传递到低温体,通常是冷凝器的冷却水;通过这种方式,从严格意义上讲,简单的蒸汽发电厂是一种热力机械,因为它具有一种工作物质,热量会传导至该工作物质,热量会从中传出,并且在经受循环后会执行一定的功。

热机的另一个例子是热电发电系统,其中热量从高温体传递到热结点(QH),热量从冷结点传递到周围介质(QL)。以电能的形式;因为没有工作物质,所以我们通常不认为该系统是按周期运行的。但是,如果采用微观的观点,我们可以想到电子的流动。

此外,与蒸汽发电厂一样,在稳态条件下,热电发电机中每个点的状态不会随时间变化。

蒸气压缩制冷循环

理想的蒸气压缩式制冷循环如下图所示,即1-2-3-4-1循环。低压饱和蒸汽进入压缩机,并进行绝热,可逆压缩1-2。在过程2-3中,热量被传递到恒定压力,并且工作物质以饱和液体的形式离开冷凝器。进行3-4绝热节流,然后工作物质在恒压下蒸发4-1,从而完成循环。

该循环与朗肯循环之间的相似性显而易见,因为它是相同的循环,但是相反,只是用膨胀阀代替了泵。节流过程是不可逆的,而兰金循环泵送过程是可逆的。该理想循环与卡诺1'-2'-3-4'-1'循环的背离在Ts图中很明显。产生这种差异的原因是,仅在卡诺循环的1'-2'过程中,仅运行蒸汽而不运行液体和蒸汽的混合物的压缩机更加方便。

实际上不可能压缩(以合理的关系)诸如l'状态所表示的混合物,并保持液体和蒸汽之间的平衡,因为必须有热量和质量传递通过相。膨胀过程在膨胀阀中不可逆地进行比在膨胀装置中容易得多,膨胀装置接受饱和液体,并排放液体和蒸汽的混合物,这在过程3中是需要的4'。

由于这些原因,理想的蒸汽压缩制冷循环在上图中表示为1-2-3-4-1循环。

实际蒸汽压缩制冷循环与理想循环之间的差异

实际的制冷循环与理想循环有所不同,这主要是由于与流体流动和热量传给周围介质或从周围介质传出热量有关的压降。实际周期可以大致如下图所示。

进入压缩机的蒸汽可能会过热。在压缩过程中,根据冷却剂和外部介质的温度,存在不可逆性和与周围介质之间的热传递。因此,在此过程中熵可能会增加或减少。不可逆性和向制冷剂的热传递引起熵的增加,而从制冷剂传递的热量引起熵的减小。这两种可能性由两条虚线1-2和1-2'表示。离开冷凝器的液体的压力将小于进入的蒸汽的压力,并且冷凝器中的制冷剂的温度将比外部介质的温度稍高,然后将热量传递给外部介质。通常,离开冷凝器的液体温度低于饱和温度,并且在冷凝器和膨胀阀之间的管道中下降的幅度更大。然而,这代表了益处,因为作为这种热传递的结果,制冷剂以低的焓进入蒸发器,并且这允许更大的热量传递到蒸发器中的制冷剂。

通常,必须有干燥的空气源,以保持电话电缆或其他类似设备的压力。该图在图中示出了提供干燥空气的装置。空气被压缩到11.6 kg f / cm2,在冷却器和逆流热交换器中冷却到21.l°C。最后,通过向制冷循环蒸发器中的制冷剂传热,将其冷却至1.67°C。这些过程中的冷凝水与空气分离,并通过自动喷射器排出。剩余的空气-水蒸气混合物在热交换器中用作冷却介质,其压力降低至1.76 kgf / cm2,可在程序设计中使用。

燃烧焓的工业应用

空分设备

具有重要工业意义的过程是空气分离设备,在其中将其分离成各个组件。氧气,氮气,氩气和稀有气体广泛用于各种工业,研究,特殊测试和消费品应用中。空气分离装置可以看作是两个大领域的示例:化学加工工业和低温领域。

液化过程中的基本冷却由不同的程序提供。一种是使机器中的空气膨胀。在此过程中,空气产生功,结果温度下降。另一个步骤是使空气流经节气门,该节气门的设计和位置应使其温度大幅降低。

高压干燥空气进入热交换器。温度通过换热器下降。在转换器的中间位置,一些空气被排出并流过膨胀机。剩余的空气通过节气门流经热交换器的其余部分。两条物流在5至10个大气压的压力下再次汇合,并进入称为高压塔的蒸馏塔。蒸馏塔的功能是将空气分离成各种成分,主要是氧气和氮气。组成不同的两股物流从高压塔流到上塔,经过节流阀。其中之一是从下部塔底流出的大量氧气,另一股是氮含量丰富,流经过冷器。分离在上一列中完成。

火箭机器

炮弹和卫星的出现使火箭发动机作为发电厂而引人注目。根据所使用的燃料,火箭发动机可分为液体推进剂或固体推进剂。这已成功用于喷气辅助飞机,军用弹丸和太空飞行器的初期助推。这些火箭在操作所需的基本设备以及从逻辑上讲在服役中所涉及的问题上都比较简单。

一些电厂,例如我们已经考虑过多次的简单蒸汽电厂,是周期性运行的;也就是说,工作物质经历了一系列过程并最终返回其初始状态。在诸如内燃机和燃气轮机的其他发电厂中,工作物质不循环。

简单的蒸气压缩制冷循环

制冷剂以略微过热的低压蒸气进入压缩机。它以略微升高的压力离开蒸汽并进入冷凝器。由于热量传递到冷却水或外部环境,在这里冷凝。然后,制冷剂以高压液体的形式离开冷凝器。液体的压力随着流过膨胀阀而降低,结果,一些液体立即变成蒸汽。由于来自冷藏空间的热传递,现在处于低压状态的剩余液体在蒸发器中蒸发。然后,这些蒸汽进入压缩机。

空分设备

具有重要工业意义的过程是空气分离设备,在其中将其分离成各个组件。氧气,氮气,氩气和稀有气体广泛用于各种工业,研究,特殊测试和消费品应用中。空气分离装置可以看作是两个大领域的示例:化学加工工业和低温领域。

液化过程中的基本冷却由不同的程序提供。一种是使机器中的空气膨胀。在此过程中,空气产生功,结果温度下降。另一个步骤是使空气流经节气门,该节气门的设计和位置应使其温度大幅降低。

高压干燥空气进入热交换器。温度通过换热器下降。在转换器的中间位置,一些空气被排出并流过膨胀机。剩余的空气通过节气门流经热交换器的其余部分。两条物流在5至10个大气压的压力下再次汇合,并进入称为高压塔的蒸馏塔。蒸馏塔的功能是将空气分离成各种成分,主要是氧气和氮气。组成不同的两股物流从高压塔流到上塔,经过节流阀。其中之一是从下部塔底流出的大量氧气,另一股是氮含量丰富,流经过冷器。分离在上一列中完成。

参考书目

  • GarzónG. Guillermo,一般化学基础 ”,第二版,社论:Mc Graw Hill,墨西哥城,1986年,页码:244-245 GORDON J. VAN WYLEN和RICHARD E. SONNTAG“ THERMODYNAMICS 基础 ”,第一版,社论:墨西哥Limusa,1967年。页数:39-41、125-126、200-201。MARON和PRUTTON,FISICOQUÍMICA基金会 ”,社论:Noriega-Limusa,墨西哥,DF,1990页:237-238,239-243,245.252-253.Whittaker Roland M,化学 ”,社论:CECSA,墨西哥,DF,1984,页:150-151

作者Ing。IvánEscalona

后勤顾问,移动电话:044 55 18 25 40 61(墨西哥)

工业工程师

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-大学研究:国家理工学院(IPN)的工程与社会及行政科学跨学科专业部门(UPIICSA)

-Patoyac学校中心(在UNAM合并)

产地:墨西哥

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工业应用中气体的发热量与其多变过程之间的关系