二氧化碳压缩

排气系数按下式计算： λ=λv·λP·λt·λg 式中：λg—气密系数； λt—温度系数； λP—压力系数； λv—容积系数。 以上系数，在有关压缩机的书籍中均有确定方法，如
式中：α—余隙容积占气缸工作容积的百分率，其值一般为0.08 ～0.12； m′—多变指数，近似计算中可用绝热指数k代替。
4 出口气体温度及功率 出口气体温度 压缩机的出气温度与入气温度和压缩比有关， 在绝热条件下： T2=T1(P2/P1) ^[(k-1)/k] 在多变压缩时： T2=T1(P2/P1) ^[(m-1)/m] 式中：T2——出气温度，K； T1——入气温度，K； P1——入气压力（绝压），Pa； P2——出气压力（绝压），Pa； K——气体绝热指数，其中KCO2＝1.3、K空气＝1.40、KNH3 ＝1.29； m——气体多变压缩指数，其大小取决于压缩过程中的冷 却条件，数值在1与K之间。

实际示功图与理论示功图相比较，其主要差别在于： (1)实际示功图中有一条膨胀曲线D—A。这是因为在实际压缩循 环中，活塞作往复运动时其两个端面不能直接碰到气缸盖，即在 盖与活塞之间要有空隙存在，称之为余隙。压缩阶段结束后，当 活塞从位置D回行时，留在余隙中的气体开始膨胀，一直到气体压 强降到比P1小一点，外界气体方能顶开吸气活门而进入气缸内。 (2)实际压缩的吸气与排气阶段的曲线不是水平线，而是稍有弯 曲的波浪形线。这是由于阻力及惯性的影响，吸入及排气活门均 不能及时开关，致使P ’1＜P1，P’2＞P2，以及阀片的惯性震动 ，使曲线呈波浪形。 (3)压缩机在工作中，气缸各部分的温度基本为一稳定值，它高 于气体的吸气温度，低于排气温度。气体在每一循环中，时而受 压缩温度升高，时而膨胀温度降低，传热情况是不断变化的。
含二氧化碳气体的压缩
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节
目的与任务 气体压缩的基本原理 CO2需用量 生产过程对CO2的要求 CO2压缩的工艺流程 压缩机的型式及选型 简易工艺计算 压缩机的操作管理
第一节 目的与任务

二氧化碳气体的压缩是纯碱制造过程中的一个重要环节。
A→B表示在吸入压强P1时的吸气过程； B→C表示绝热、多变或等温压缩过程； C—D表示在P2压强下气体的压出过程； D→A表示由压出状态改变为吸入状态。 活塞不断地重复上述动作，即吸气、压缩、排气三个过程而做 功。

实际示功图 实际压缩过程中热交换的情况较复杂，反映在实际示功图上， 可以看到多变曲线指数m不是常数。实际压缩曲线的开始阶段在 绝热线外，后一阶段在绝热线之内。
气管中气体的压力及压出活门的阻力时，压缩阶段结束，压出活 门被顶开，气体被压入出气管中，开始进行气体的压出阶段，处 于压出阶段时，气缸中气体的压力维持不变。
1-气缸；2-活塞；3-活塞涨圈； 4-吸入活门； 5-压出活门

双动往复式压缩：活门安装在气缸两侧，当活塞向右移动时，活 塞左侧为吸气过程，右侧为压缩、排气过程。当活塞向左移动时 ，活塞左侧为压缩、排气过程，右侧为吸气过程，活塞在气缸里 往复一次，就进行两次吸入、压缩和排气过程。


中段气(37.5%) 下段气(85%) 清洗气(37.5%)
510Nm3/t碱 300Nm3/t碱 255Nm3/t碱
氨碱生产过程中CO2循环示意图
三、联碱法纯碱生产CO2实际需要量 合成氨来CO2（68%） 173Nm3/t 合成氨来CO2（98%） 206Nm3/t 煅烧来炉气(86%) 214Nm3/t 68%作为中段气使用。 98%的CO2气和86%的炉气作为下段气使用， 清洗气一般由下段气和氮气配制。
一、气体压缩的三种过程 气体具有压缩性，气体的压缩过程将消耗较大的机械功，同 时随着压力的变化，体积和温度也随之改变，气体的压缩过程 可分为等温、绝热或多变三种过程。
1.等温压缩: 气体被压缩时所产生的热量全部传递到外界，气体压 缩前后的温度保持不变，气体压缩指数m＝1。等温压缩所消耗 的压缩功率最小。此过程为一理想过程，在实际生产中是做不 到的。 N=P1V1ln(P2/P1) 式中:P1:压缩前气体压力,Pa; P2:压缩后气体压力,Pa; V1— 吸入状态下的体积流量，m3/s。算，则也要因为有余隙的存在而对理 论功的计算公式进行如下修正。修正之处主要是考虑余隙中的气 体对压缩过程所消耗功率的影响。单位时间（每秒种）内活塞对 气体所做的功，称指示功率。 绝热压缩的指示功率Ni(kW)
k p2 Ni P [( ) 1 V k 1 P 1
2.绝热压缩: 压缩过程中与外界没有热交换，热量全部用来使气体温度 升高，此时压缩指数为绝热压缩指数m＝K。此种过程消耗功率最大， 也是一种想理过程。因为在实际生产中，热量不可避免会有散失的。 气体的温度升高，压缩气体的终温为：
式中：T1—压缩机吸气绝对温度，K； T2—压缩机排气绝对温度，K； ε—压缩比，ε=P2/P1，P1为吸入压力，P2为排气压力，(均绝对压 力，Pa)； k—绝热指数，对理想气体，其值等于气体等压热容与等容热容之 比。KCO2＝1.3、K空气＝1.40、KNH3＝1.29； 气体的绝热指数k之值与温度有关，计算时可采用吸气和排气平均 温度的数值。
二、压缩机的工作原理 各类压缩机按其工作原理区分，分为两大类，即：容积式 压缩机和速度式压缩机。 容积式压缩机是依靠工作容积周期性变化而工作的，例如往复 式压缩机、螺杆压缩机等属于这一类型； 速度式压缩机是依靠叶轮的高速运动而工作的，离心式压缩机 属于这一类型。 (一)往复式压缩机 实现气体压缩的设备最通用的是往复压缩机，它是利用活塞 在气缸内的往复运动而将气体压缩。 1 工作原理 单动压缩：在气缸1中有往复运动的活塞2，活塞上装有弹性涨 圈3使活塞与气缸壁保持严密，使两侧空间达到密封，当活塞 自左向右运动时，气缸中活塞左方的空间压力减小，出气管中 的气体因具有较高的压力而将压出活门5压紧关闭，同时依靠 进气管中气体的压力将吸入活门4顶开，开始吸气阶段。活塞 运动到极右的位置后，转而自右向左运动，缸内气体受到压缩 ，将吸入活门关闭，一直压缩到缸内气体的压力足以克服出

制碱厂通常使用的往复式压缩机多是双动往复式压缩机。
2 示功图 理论示功图 气体压缩过程所消耗的功可以用理论示功图表示。横座标为 气缸内气体的容积，纵座标表示气缸内对应于每一活塞位置的气 体压力。 压缩机的理论循环： (1) 压缩机气缸内没有余隙容积，即气体能全部排净。 (2) 吸气与排气阀没有阻力，即没有能量损失。 (3) 气体在压缩过程中按一定规律进行，即压缩指数不变。 (4) 压缩机在工作过程中没有向外泄漏，即进气量和排气量相 等。 (5) 吸气管内气体压力与进入气缸内的气体压力相等，即在吸 气过程中没有压力降低。
(二) 螺杆压缩机的基本原理 压缩机的工作原理分为吸气、压缩和排气三个过程。随着转 子的旋转，每对相互啮合的齿相继完成相同的工作循环。下图 深色部分为其中一对齿的三个过程。



吸气过程：二氧化碳气体自进气口吸入，分别进入阴阳转子的 齿间容积。随着转子的旋转，这两个齿间容积不断扩大，该容 积达到最大值时，齿间容积与进气口断开，吸气过程结束。此 时阴阳转子的齿间容积彼此并未连通。 压缩过程：转子继续旋转，阳转子齿间容积中的气体受阴转子 的侵入先行压缩，经某一转角后，阴阳转子间容积连通。呈Y 字形的齿间容积因齿的互相挤入，其容积值逐渐减小，实现了 二氧化碳气体压缩过程，直到该齿间容积与排气口相连通时为 止。 排气过程：在齿间容积与排气口连通后，排气过程即行开始， 由于转子旋转时容积不断缩小，将压缩后具有一定压力的气体 压至排气管。此过程一直延续到该容积达到最小值为止。随着 转子继续旋转，上述三个过程重复进行。 从上述工作原理可以看出，螺杆压缩机是一种作回转运动 的容积式压缩机。气体的压缩依靠容积的变化来实现，而容积 的变化又是借助压缩机的一对转子在机壳内作回转运动来达到。
其任务是借助压缩机的吸气抽吸含二氧化碳气体 （氨碱为：石灰窑窑气及煅烧炉炉气； 联碱为：合成氨来二氧化碳气及煅烧炉炉气）， 并将其压缩到足够克服碳化塔内液柱的静压头及设备管道阻力所 需的压力，同时按碳化所需的气量，将这些气体分别送到碳化清 洗塔及制碱塔的中、下段入口，供碳化制碱之用。
第二节 气体压缩的基本原理

混合气体的绝热指数可按下式计算：

式中：k—混合气体的绝热指数；ki—i组分的绝热指数； yi—混合气体中i组分的分子分数。 对于理想气体的压缩，绝热压缩所消耗的理论功率为
式中：N—绝热压缩过程消耗的理论功率，kW； P1:吸入状态下的气体压力,Pa V1—吸入状态下的体积流量，m3/s。
3.多变压缩: 在压缩过程中，气体的温度和压力同时发生变化，并且 与外界发生热交换，此种过程为压缩的多变过程。这种过程耗功 在等温和绝热过程之间。实际生产中的压缩均属于此种过程。 压缩气体的终温为：

式中：m—多变指数。 应该指出，多变压缩有两种情况，当外界取走热量时：1＜m＜k 此时的压缩终温低于绝热压缩，功率消耗也低于绝热压缩。 在压缩过程中，当向气体传热时，则有：k＜m 多变压缩的理论功率消耗可按下式计算：
4.气体压缩曲线图
气体绝热压缩时所作的机械功，即图形ABCD的面积比在等温压 缩时的ABC2D的面积要大多变压缩介于等温和绝热压缩之间，因此 ，多变压缩曲线愈偏近于等温曲线，则其消耗的功也就愈小，反之 所消耗的功就愈多。在实际生产中，为了节省压缩功，通常用冷却 水来冷却压缩机的气缸和压缩后的气体。
第三节、 CO2需用量
一、 CO2理论需用量 按分子量计算每制1t纯碱（按99.4%Na2CO3计）需用的CO2量为
折合为415/44=9.434kmol或9.434×22.4=210Nm3 二、氨碱法纯碱生产CO2实际需要量 依进入碳化系统的用途不同分为清洗、中段、下段三段气， 各段须按适当比例合理分配进气量。国内各厂由于流程、设备及 操作条件不尽一致，而有所差异。 如工况：(1)预碳化后液体CO2≮55tt，(2)下段CO2%：85%。一 般数值为以下计算结果：