气源装置及压缩空气净化系统

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1、第9章气源装置及压缩空气净化系统9.1压缩空气9.2气源系统及空气净化处理装置9.3压缩空气的输送思考题与习题9.1压缩空气9.1.1空气的物理性质1.空气的湿度与露点自然界的空气是由很多气体混合而成的。其主要成分有氮（N2）和氧（O2），其他气体占的比例极小，此外，空气中常含有一定量的水蒸气。水蒸气的含量取决于大气的湿度和温度。把含有水蒸气的空气称为湿空气，大气中的空气基本上都是湿空气；把不含水蒸气的空气称为干空气。标准状态下（即温度为0℃、压力为p=0.1013MPa）干空气的组成如表9-1所示。表9-1干空气的组成成分氮气N2氧气O2氩Ar二氧化碳CO2其他气体体积分数

2、/%78.0320.930.9320.030.078质量分数/%75.5023.101.280.0450.075湿空气的压力称为全压力p，是干空气的分压力pg和水蒸气的分压力ps之和，即p=ps+pg(9-1）分压力是指湿空气的各个组成气体，在相同温度下，独占湿空气总容积时所具有的压力。平常所说的大气压力就是指湿空气的全压力。露点是指在规定的空气压力下，当温度一直下降到成为饱和状态时，水蒸气开始凝结的那一刹那的温度。露点又可分为大气压露点和压力露点两种，大气压力露点是指在大气压下水分的凝结温度。图9-1给出了温度在-30℃～+80℃范围内每立方米大气所含有水分的克数，而压

3、力露点是指气压系统在某一高压下的凝结温度。以空气压缩机为例，其吸入口为大气压露点，输出口为压力露点。图9-2为大气压露点与压力露点之间的换算表。如要求大气压露点为-22℃，在压力为7bar状况下的压力露点，则可在图9-2中查到压力露点为4℃，意为在压力为7bar，当空气冷却到4℃时，若将其减压成大气压，则水分在-22　℃以下会凝结，湿空气便有水滴析出。降温法清除湿空气中的水分利用的就是此原理。相对湿度因空气湿度和气候状况而异。常把相对湿度定义为相对湿度=100%×绝对湿度/饱和水含量式中，绝对湿度是指单位立方米空气中所含的水分的量；饱和水含量是指单位立方米空气在所述温度下能

4、够吸收水分的量。空气在不同温度下的饱和水含量可由图9-1查得。图9-1露点表图9-2压力露点与大气压露点的换算2.空气的密度空气具有一定质量，其密度是单位体积内空气的质量，用ρ表示，即式中，m表示空气的质量（kg）；V表示空气的体积（m3）。空气的密度与温度、压力有关，三者满足气体状态方程式。(9-2)9.1.2气体状态方程气体的三个状态参数是压力p、温度T和体积V。气体状态方程是描述气体处于某一平衡状态时，这三个参数之间的关系。本节介绍几种常见的状态变化过程。1．理想气体的状态方程所谓理想气体，是指没有粘性的气体。一定质量的理想气体在状态变化的某一稳定瞬时，有以下气

5、体状态方程成立：(9-3)式中，p1、p2分别为气体在1、2两状态下的绝对压力（Pa）；V1、V2分别为气体在1、2两状态下的体积(m3)；T1、T2分别为气体在1、2两状态下的热力学温度(K)；ρ为气体的密度（kg/m3）；R为气体常数(J/（kg·K）)，其中，干空气Rg＝287．1J/(kg·K)，湿空气Rs=462．05J/(kg·K)。由于实际气体具有粘性，因而严格地讲它并不完全符合理想气体方程式。实验证明：理想气体状态方程适用于绝对压力不超过20MPa、温度不低于20℃的空气、氧气、氮气、二氧化碳等，不适用于高压状态和低温状态下的气体。ρ、V、T的变化决定了气体的

6、不同状态，在状态变化过程中加上限制条件时，理想气体状态方程将有以下几种形式。2．理想气体的状态变化过程（1）等容过程（查理定律）：一定质量的气体，在体积不变的条件下，所进行的状态变化过程，称为等容过程。等容过程的状态方程为式（9-4）表明：当体积不变时，压力上升，气体的温度随之上升；压力下降，气体的温度随之下降。（2）等压过程（盖吕萨克定律）：一定质量的气体，在压力不变的条件下，所进行的状态变化过程，称为等压过程。等压过程的状态方程为式（9-5）表明：当压力不变时，温度上升，气体的体积增大（气体膨胀）；温度下降，气体的体积缩小。（3）等温过程（波意耳定律）：一定质量的气体，

7、在温度保持不变的条件下，所进行的状态变化过程，称为等温过程。气体状态变化很慢时，可视为等温过程，如气动系统中的气缸运动、管道送气过程等。等温过程的状态方程为(9-6)式（9-6）表明：在温度不变的条件下，气体压力上升时，气体体积被压缩；气体压力下降时，气体体积膨胀。（4）绝热过程：一定质量的气体，在其状态变化过程中，和外界没有热量交换的过程称为绝热过程。当气体状态变化很快时，如气动系统的快速充、排气过程，可视为绝热过程。其状态方程式为(9-7)由式（9-3）和式（9-7）可得上