淺談壓縮空氣冷干機的熱力計算

隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，其利用壓縮空氣的場合也越來越多，而在紡織行業(yè)、石油以及鋼鐵等生產(chǎn)領(lǐng)域中利用壓縮機時，假如壓縮機入口處進入的一些空氣中含有的水分較多，這便會導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備發(fā)生故障或者引起產(chǎn)品品質(zhì)不良等狀況。今天淺談壓縮空氣冷干機的熱力計算

因此，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對壓縮空氣的干燥程度要求也越來越高。因為壓縮空氣冷凍式干燥機有穩(wěn)定的壓力露點，可以進行連續(xù)工作而且還不需要消耗一部分氣體而用于再生等多方面的優(yōu)勢，已經(jīng)在國內(nèi)外得到了較為廣泛的應(yīng)用。

一、壓縮空氣冷凍式干燥機工作原理壓縮空氣冷凍式干燥機的工作原理便是用冷媒與壓縮空氣來進行熱交換，將壓縮空氣冷卻到2～10℃的范圍，從而將空氣中的水分或者是蒸汽成分去除，從而達到將壓縮空氣干燥的目的。其主要包括兩個流程組成，一個是壓縮空氣流程，另外一個便是制冷劑流程。

（一）壓縮空氣流程已將被干燥過的進入壓縮空氣冷凍式干燥機的壓縮空氣，首先進入預(yù)冷器，在預(yù)冷器當(dāng)中與已經(jīng)干燥的存在于蒸發(fā)器中的低溫冷空氣進行熱交換，當(dāng)溫度、焓或者是含濕量下降時，在預(yù)冷器中出來的被干燥的壓縮空氣已經(jīng)將壓力露點降低，而蒸發(fā)器中的汽水混合物從蒸發(fā)器中出來進入氣液分離器，并且在氣液分離器中將水分分離出來，干空氣在此進入預(yù)冷器，并且與壓縮空氣冷凍式干燥機中的熱空氣進行熱交換，將溫度升高之后，將其排出壓縮空氣冷凍式干燥機。

（二）制冷劑流程

壓縮機中排出的高壓高溫的制冷劑空氣并且令其進入冷凝器，同時放出熱量，冷凝成為液體之后，冷凝器中放出的液態(tài)制冷劑通過節(jié)流機構(gòu)的降溫以及降壓之后從而成為低溫的汽液二相狀態(tài)進而進入到蒸發(fā)器，并且在蒸發(fā)器中與已經(jīng)被干燥過的空氣進行熱交換從而將其汽化，過熱的氣體從蒸發(fā)器中出去之后，然后進入壓縮機從而進行下一輪的循環(huán)。

二、壓縮空氣冷凍式干燥機的熱力計算壓縮空氣冷凍式干燥機其實由一系列的制冷系統(tǒng)以及預(yù)冷器而組成的，而壓縮空氣冷凍式干燥機的熱力計算包括兩部分的計算內(nèi)容，分別為壓縮空氣處理過程中的熱力計算與制冷系統(tǒng)的熱力計算。一般情況下，進行第二部分制冷系統(tǒng)的熱力計算是在第一部分壓縮空氣中的熱力計算基礎(chǔ)上進行的，從而進一步的確定壓縮空氣冷凍式干燥機的冷凝器負荷以及壓縮機的壓縮功率等。

（一）壓縮空氣處理過程中的熱力計算

在壓縮空氣處理過程中進行熱力計算的主要目的便是確定進行壓縮空氣處理所需要的制冷量。從空氣壓縮機中所出來的壓縮氣體為濕空氣，是由水蒸氣以及干空氣共同組成的，而干空氣可以被視為理想空氣，又因為濕空氣當(dāng)中所具有的水蒸氣含量很少，比容很大但是分壓降低，因此，在一定情況下，其也可以被視作理想氣體，故而各種狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系可以利用理想氣體的狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系來進行表示。

壓縮空氣處理過程中的熱力計算步驟如下：

1.確定被壓縮處理的空氣的質(zhì)量流量。

2.計算冷凍式干燥機中的進口壓縮空氣以及被處理空氣

出蒸發(fā)器中的焓h。

h=1.01t+0.001d（2500+1.84t）

上式中，t指的是空氣的溫度，而d指的是空氣的含濕量。

而d ? 622 ??Ps

P ??Ps，其中，? 指的是相對濕度，其在飽和狀態(tài)下為100%；而P指的是壓縮空氣的壓力，Ps指的是相對應(yīng)溫度下飽和水蒸氣的分壓力。

3.計算壓縮空氣冷凍式干燥機預(yù)冷器的負荷Qy以及蒸發(fā)器

中的負荷Qx。其中，

Qx ? Qy ? m

Qy  ? ?

Qx

上式中， 表示的是預(yù)冷器與蒸發(fā)器的能量配合比，當(dāng)此值取較大時，預(yù)冷器回收的冷量就較大，同時可以減小蒸發(fā)器的負荷，并且也可以減少壓縮機的容量，但是，其也存在一定的問題，就是使得預(yù)冷器的造價變高，而且預(yù)冷系統(tǒng)的適應(yīng)力較差，因此， 值所取的最大值為1。

4.計算壓縮空氣冷凍式干燥機中被處理的空氣的出口狀態(tài)。上面已經(jīng)給出了含濕量d的計算公式，并且可以假設(shè)在蒸發(fā)器中所去除的水分可以在氣液分離器中進行全部分離，因此含濕量相等，這時，便可以利用能量守恒原理，及可以認為進入冷凍式干燥機預(yù)冷器中的熱氣流在預(yù)冷器中所釋放出來的熱量與出蒸發(fā)器的冷氣流在預(yù)冷器中所獲得的能量是相等的。則可以利用含濕量的公式計算出壓縮空氣在出冷凍式干燥機的飽和含濕量以及出冷凍式干燥機的被處理空氣的相對濕度。

（二）制冷系統(tǒng)的熱力計算在實際的制冷循環(huán)當(dāng)中，其循環(huán)過程是相當(dāng)復(fù)雜的，在

進行制冷系統(tǒng)的熱力計算中，一般情況下采用的模型便是蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)。而與實際的制冷循環(huán)相比較，理論循環(huán)能夠獲得的制冷量增大，所消耗的功率有所減少，而其制冷系數(shù)也比實際循環(huán)當(dāng)中的制冷系數(shù)較大。在對冷凍式干燥機的制冷系統(tǒng)的性能進行理論分析時，采用蒸汽壓縮制冷的理論循環(huán)作為其數(shù)學(xué)模型，不僅使得計算大大簡化，而且能夠在很大程度上滿足實際工程的需要。

1.對制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)溫度進行確定。而蒸發(fā)溫度te與被壓縮處理的空氣壓力露點t1 p之間的關(guān)系為，te ? t1 p ? ?t，其中，?t的取值范圍一般為2~5℃，當(dāng)其值取得越小，則蒸發(fā)溫度高，蒸發(fā)器的換熱面積就變大，相對來說，當(dāng)其取值越大，則蒸發(fā)溫度就較低，而蒸發(fā)器的換熱面積就變小。

2.確定其冷凝溫度，而冷凝溫度的大小等于環(huán)境溫度和進水溫度與?t的差值，而?t一般情況下取15℃，但是假如冷凝器采用的水較冷時，其一般會取8~10℃。

3.確定制冷壓縮器中的吸氣溫度。為了使得制冷壓縮機中的吸氣不帶液，通常制冷壓縮機的吸氣要有一定的過熱度，而其過熱度在一般情況下會取5℃。

4.確定制冷系統(tǒng)中的過冷溫度。為了使得熱力膨脹閥工作穩(wěn)定而且能夠保證增加一定量的單位制冷工況的制冷量，通常情況下，會在冷凝器的出口處留有一定的過冷度，其一般情況下的取值范圍為5~8℃。

5.計算出單位質(zhì)量的制冷量。根據(jù)上面所列出的焓的計算公式，計算出制冷壓縮機中進口的焓的大小。

6.求得制冷系統(tǒng)中的制冷質(zhì)量流量以及制冷壓縮機的排氣狀態(tài)。根據(jù)已知的壓縮機吸氣狀態(tài)，并且按照絕熱的壓縮過程，從而求出絕熱壓縮條件下的壓縮機的排氣狀態(tài)。

7.求得制冷壓縮機壓縮功率以及輸入功率。其中，可以根據(jù)制冷壓縮機的壓縮功率求出制冷壓縮機的軸功率，進而求出制冷壓縮機的輸入功率。而壓縮空氣冷凍式壓縮機通常選用的制冷壓縮機為封閉式的制冷壓縮機。

8.求得冷凝器的熱負荷。

三、結(jié)束語

壓縮空氣作為一項重要的動力源，隨著科技的不斷發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、機械，甚至是國防等領(lǐng)域，而不同的領(lǐng)域?qū)嚎s空氣氣源的要求也大不相同。而隨著現(xiàn)代化工業(yè)的不斷發(fā)展，其不僅對壓縮空氣要求較大，其對壓縮空氣的干燥程度也越來越高，故而引進了壓縮空氣冷凍式干燥機，本文則針對壓縮空氣冷凍式干燥機的工作機理以及熱力計算過程進行了一定的說明，并且利用采用蒸汽壓縮制冷的理論循環(huán)作為實際中制冷循環(huán)的數(shù)學(xué)模型，不僅使得計算大大簡化，而且同時也能夠滿足實際工程的需要。

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