抽气系数

抽气系数是抽气回热式朗肯循环的另一个重要参数，定义为抽气的流量与进入汽轮机的工质流量的比值。

化肥压缩机抽气系数及生产能力的确定介绍化肥厂工艺流程中依据各段的气体分析组分，如何确定压缩机的抽气系数；依据压缩机的容积流量和抽气系数，怎样确定压缩机生产合成氨的能力。

压缩机抽气系数的确定合成氨工艺流程从半水煤气到合成有多种流程。现选择其中一种为例。

半水煤气→压缩机第1段→变换→压缩机第2段→脱碳→合成氨 →合成 →压缩机第 4 段 →精炼 →压缩机第3段。

变换工段的工艺流程主要是将半水煤气中的CO转变为CO2。其主要过程如下：CO+H2O→H2+CO2。由于一个体积的CO加上一个体积的水蒸气变换成一个体积的H2和一个体积的CO2，因此半水煤气经过变换后，从外界加进了水蒸气，总的容积增加了。变换气的组分主要是半水煤气中的CO参加变换，故CO组分降低，而H2和CO2组分增加。其它气体如N2、CH4、Ar和O2是由于变换气总的容积增加了而这些气体的容积未变故，其组分也略有下降。从变换组分的改变可以知道有多少半水煤气中的CO参加了变换，从而推算出经变换后总的体积增加了多少。

现设工段Ⅰ段的抽气系数为1，半水煤气中的CO参与了变换，其中有 量的CO与水蒸气反应变成了H2和CO2。根据工段Ⅰ、Ⅱ中的CO含量的改变可求出有多少 参与了变换，其求解公式和步骤如下：

= ( - )/ (1 + )(1)

式中 r ———气体组分体积的百分比

X ———气体组分参与工艺有效反应的量 (以百分数表示)

μ———压缩机的抽气系数

上角标列出各气体组分(1) 式经变换可得到：

= ( - )/(1 + ) (2)

抽气系数μ2=μ1 + (3)

脱碳工段的工艺过程主要是用溶剂吸收变换气中的CO2，故可从脱碳前后CO2组分的改变来确定有多少CO2量被吸收及其该段的抽气系数。现设变换气中被脱碳工艺吸收的CO2量为。

则 =( - )/ (1 - ) (4)

经变换可得

=( - )/(1- )(5)

μ3=μ2 (1 + ) (6)

精炼工段的工艺流程主要是用溶剂吸收脱碳气中剩余的CO、CO2和O2，此时的抽气系数

μ4=μ3(1 - - - )(7)

这样有了各段气体组成，通过式 (3)、 (6)、 (7)就可以求出各段的抽气系数。1

压缩机生产能力的确定合成氨形成的主要化学反应如下：3H2 +N2→2NH3。由上式可看出应该有3份体积的H2和一份体积的N2形成2份体积的NH3。由于NH3的分子量为17.03，故1000kg合成氨有1315.3Nm3合成氨，因此需要2630.6 Nm3的氮、 氢混合气才能生产1t氨。但由于精炼气中除了N2、 H2外，还有Ar和CH4 ,真正能形成氨的只有N2和H2，且取决于其比例。1

低温抽气回热式有机朗肯循环的参数优化以R245ca和R601作为循环工质，根据热力学第一、第二定律，研究了低温抽气回热式有机朗肯循环系统的两个参数，即抽气压力比和抽气系数对系统的影响。通过MATLAB软件结合REFPROP软件编程计算，确定不同蒸发温度下的最佳抽气压力比和抽气系数，得出对应的最大热效率和㶲效率。2

计算过程简介选择R245ca和R601作为循环工质，研究抽气压力比和抽气系数变化对抽气回热式低温有机朗肯循环的影响。对两者设定相同的循环条件:冷凝温度为30℃，环境温度为20℃，汽轮机额定功率为120kW，汽轮机的等熵效率和机械效率分别为80%和95%，泵等熵效率为80%，集热器传热温差为8℃，冷凝器传热温差为10℃。有机工质的各个状态点的参数值按照美国NIST提供的REFPROP程序进行计算。2

抽气压力比对抽气回热式系统的影响抽气压力比P是抽气回热式系统的一个重要参数，定义为抽气压力Pc和汽轮机进口压力P1的比值。设定两种工质在不同的抽气压力比下，抽气系数均为0.3，蒸发温度均为140℃，进口压力为该种工质在该蒸发温度下对应的饱和压力。

随着抽气压力比的升高，系统热效率和㶲效率先升高然后下降。这是因为，系统净功量逐渐减小，但预热过的工质液体温度升高，使集热器的吸热量也逐渐减小，所以当净功量减小的相对值小于集热器吸热量减小的相对值，系统的热效率升高，反之，系统的热效率下降。

对于㶲效率，抽气压力比的增加，抽出工质气体的温度升高，焓值增加，使汽轮机和回热器中的不可逆性增加，即可用能量的损失增加，同时预热后的工质液体，温度升高，使集热器中的不可逆性减小。这两个因素共同作用，使系统的 先增大后减小。由图可以得出，热效率和 效率变化趋势相同，最大值对应的抽气压力比也相同。2

抽气系数比对抽气回热式系统的影响抽气系数是抽气回热式朗肯循环的另一个重要参数，定义为抽气的流量与进入汽轮机的工质流量的比值。设定两种工质在不同的抽气压力比下，抽气压力比为0.3，蒸发温度为140℃。

随着抽气系数的增加。系统的热效率和㶲效率先增加后减小。这是因为，系统的净功量逐渐减小，但是抽出的高温气体预热了冷凝后的工质液体，使液体温度逐渐升高，工质在集热器中的吸热量逐渐减小，所以当净功量减小的相对值小于集热器吸热量减小的相对值，系统的热效率升高，反之，系统的热效率下降。

系统的㶲效率和热效率一样也是先增大后减小。这是因为，抽气系数增加，从汽轮机中抽出的工质增加，从而使汽轮机中的做功的工质减少，排出的工质也减少，系统的汽轮机和冷凝器的不可逆损失减小，即可用能量的损失减小，液体在回热器中温度升高增加，即回热器中的换热量增加，不可逆损失增加，而集热器中的工质吸热量减小，不可逆损失减小，这几种因素共同作用，导致系统的㶲效率先增加后减小。由图可以得出，热效率和㶲效率变化趋势相同，最大值对应相同的抽气系数。2

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所