化工原理何潮洪第二版输送设备

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,化工原理,2 流体输送设备,P92,流体输送-克服阻力,or,提高或降低压强、高度、流速-作功-装置,2.1 液体输送设备,2.1.1 离心泵,2.1.1.1工作原理和主要部件,P94,图2-2,.swf,1,工作原理：,构件与运行：泵壳 泵轴 叶轮 叶片 吸入口 排出口 轴封,离心泵,.swf,启动特点：,启动前壳内灌满液体 关出口阀,主要作用： 供能 动能转为静压能,原理：造成真空液体吸入,气缚,-未灌满液体或漏气,动画,气缚,.swf,表现为没有流量，进口管真空表和出口管上的压力表均没有读数，空声响,单向底阀-止逆 调节阀-调流量,2,主要部件与作用：,P94-95,叶轮,（心脏）：供能 部分动能转静压能 叶片,分开式 闭式 半开式或单吸 双吸 单级 多级,平衡孔,：消振,泵壳,： 有垂直进、切线出口 转变能量 汇集液体,轴封,： 防止高压液体漏出或气体漏进、填料涵、机械密封,3,2.1.1.2 基本方程式,P97,单位重量（,N）,获得能量-理论压头,H,推导：,两点假设 1.叶片无限多、无限薄 2. 理想流体,P9,3,图2-1,质点运动：,圆周运动,u =2,R,n/60 n r/min,相对运动,w (,与叶片相切,),绝对速度,C,与,u,夹角,w,与,u,反向夹角,Hp,静压头，由,(1),离心力作功产生的压头,(2),流道扩大,部分动能转化的静压能(,w,1,2,-,w,2,2,)/2,g,两部分组成,Hc,动压,头,(c,2,2,-c,1,2,)/2g,H,=(,u,2,2,-u,1,2,)/2g+(w,1,2,- w,2,2,)/2g+,(c,2,2,-c,1,2,)/2g,为,离心泵基本方程之一,4,r,2,r,1,2,2,u,2,w,2,u,1,w,1,c,1,速度,P9,3,c,w,u,c,r,c,u,速度三角形,c,2,D,2,D,1,b,2,b,1,5,余弦定律,w,1,2,= c,1,2,+,u,1,2,2,c,1,u,1,cos,1,w,2,2,=,c,2,2,+,u,2,2,2,c,2,u,2,cos,2,则,H,=(,c,2,u,2,cos,2,c,1,u,1,cos,1,）/g,为,离心泵基本方程之一,一般,1,=90,0,，,cos,1,= 0 则,H,=,c,2,u,2,cos,2,/g,c,2,cos,2,=,u,2,-c,r2,ctg,2,c,r2,=,Q,T,/,D,2,b,2,Q,T,=,D,2,b,2,c,2,sin,2,D,2,叶轮出口直径, b,2,叶轮出口处叶轮的宽度,H,=,u,2,2,/g,(u,2,ctg,2,/g,D,2,b,2,)Q,T,为,离心泵基本方程之一,讨论：,1.,H,与,n D,的关系,n,or D ,H,2.,H,与几何形状关系, 前弯则,H,比,u,2,2,/g,大,，,后弯则,H,比,u,2,2,/g,小, ，,径向则不影响,3.,H,与,Q,T,关系，,H,=,A,B,Q,T,，,后弯,Q,T,H,4 . 实际：湍流 能量损失 泄漏 阻力 冲击,6,2.1.1.3 性能参数与特性曲线,P98,性能：,流量,Q: D b,2,n,扬程,H:,实测,D n Q,效率,：,容积(泄漏-叶轮与泵壳，填料涵，平衡孔）,水力（流动阻力及方向变化，流量不一致）,机械损失（叶轮与流体及泵壳，转轴与填料）,有效功率,: N,e,=Q H,g,轴功率,N = N,e,/,曲线：,P,99,图2-6,Q-H:,后弯叶片,Q,增大则,H,下降,Q-N:,一定转速下,Q,增大则,N,增大，启动时,Q=0,Q-,：,最高效率点 工况参数 高效率区 铭牌,例 1,启动时,-,灌满液、关闭出口阀 、合电闸，此时真空读数很小，压力表读数最大，功率最小；开阀流量增大，真空表读数增大，压力表读数降低，功率增大。,关闭时,-,先关出口阀，再断电源。,7,性能曲线 调节,H,N,Q,H-Q,N-Q,-,Q,0,0,H,N,Q,He-Qe,H-Q,M,关小,开大,n,增大,n or D,减小,并联,串联,8,教案7例1 离心泵特性曲线的测定,测定离心泵特性曲线的实验装置如图，实验中已测出如下一组数据，泵出口处压强表读数为,p,2,=0.126MPa,泵进口处真空表读数为,p,1,=0.031MPa，,泵流量为,V,s,=10L/s,泵轴功率由功率表读出为2976,W.,吸入管直径,d,1,=80mm,压出管直径,d,2,=60mm,两测压点垂直距离(,Z,2,-Z,1,)=80mm,实验介质为20,的水,试计算在此流量下泵的压头,H,e,有效功率,N,e,和效率,。,该流程中，水池液位升高,时，流量、压头、功率,不变，真空表读数降低、,R,压力表读数也增加 。,2,p2,p1,1,80mm,解：在截面1与2间列机械能衡算式,H,e,=,(Z,2,-Z,1,)+（p,2,- p,1,）/,g+(u,2,2,-u,1,2,)/2g,忽略,h,f1-2,p,1,/,g = - 3.16 m,p,2,/,g =12.8 m u,1,=4V,s,/,d,1,2,=1.99m/s u,2,=4V,s,/,d,2,2,=3.54m/s,H,e,=0.08+(12.8+3.16)+(3.54,2,-1.99,2,)/2,9.81=16.5 m,N,e,=,g,H,e,Q=1000,9.81,16.5,10,10,-3,=1619 W,=,N,e,/N =1619/2976=54%,H,e,=,(Z,2,-Z,1,)+（p,2,- p,1,）/,g+(u,2,2,-u,1,2,)/2g + h,f1-2,H,e,Z Z,p,v ,Hs,与,Q, p,a,p,v,有关,Hs,的校正,允许吸上高度,汽蚀余量,Hs=(p,a,-p,v,)/,g-h,允许,+,u,1,2,/2g,则,Zs= (p,a,-p,v,)/,g,-h,f0,-,1,-h,允许,h,允许,=,h,一般,1,Zs,与,p,a、,p,v、,u、 h,f0,-,1 、,Hs,或,h,允许,有关，,保证,Zs,的措施： 1、进口管粗、短、直、无阀门，,2、安装在液面以下，但有深度要求。,例 2、3,12,安装高度,1,0,Z,u,13,教案7例2 泵的安装高度计算,用3,B33,型泵从敞口槽中将水送到它处，槽内水位恒定，输送量为4555,m,3,/h，,在最大流量下吸入管路的压头损失为1,m ，,液体在吸入管路中的动压头可忽略，试计算：（1）输送20水时，泵的安装高度，（2）若改为输送65的水时，又为多少？ 3,B33,型的部分性能数据列于下表,泵安装地区的大气压为,9.81,10,4,Pa,流量,Q m,3,/h,压头,m,转速,r/min,允许吸上真空度,H,s,mH,2,O,30 35.5 2900 7.0,45 32.6 2900 5.0,55 28.8 2900 3.0,解：(1）输送20水时 根据公式,Z,s,=H,s,u,2,2,/2g - h,f0-1,计算,由题意,h,f0-1,=1m, u,2,2,/2g0,从该泵的性能看出，,H,s,随流量增加而下降。因此，在确定泵的安装高度时，应以最大流量所对应的,H,s,值为依据，以便保证离心泵能正常运转，而不发生气蚀现象，故取,H,s,=3.0 mH,2,O,输送20水时, 大气压为9.81,10,4,Pa,与实验条件相同，故,H,s,不用换算,H,s,=3.0 mH,2,O Z,s,=3,0,1=2m,14,(2),输送65水时 ,需对,H,s,进行换算,H,s,= H,s,+（H,a,10）-（p,v,/9.81,10,4,-0.24）,1000/,式中,H,s,=3.0mH,2,O, H,a,=9.81,10,4,Pa=10 m H,2,O,65,水的饱和蒸汽压,p,v,=2.554,10,4,Pa,密度,=980.5kg/m,3,则,H,s,=3+（10-10）-（2.554,10,4,/9.81,10,4,-0.24）,1000/,980.5=0.65m H,2,O,Z,s,=H,s,u,2,2,/2g - h,f0-1,=0.65-1= - 0.35 m H,2,O,Z,s,为负值，表明泵应安装在水面以下，至少比贮槽水面低0.35,m，,假设 贮槽为密封容器，其内压力不是大气压,p,a,，,那么求,H,s,式中的,H,a,.10 m H,2,O，,此时应对压力进行换算。,15,教案7例3,h,允许应用,用油泵从贮罐向反应器输送液态异丁烷，贮罐内异丁烷液面恒定，其上方压强为6.65,kgf/cm,2,，,泵位于贮罐液面以下1.5,m,处，吸入管路的全部压头损失为1.6,m，,异丁烷在输送条件下的密度为530,kg/ m,3,，,饱和蒸汽压为6.5,kgf/cm,2,，,在泵的性能表上查得，输送流量下泵的允许汽蚀余量为3.5,m，,试确定该泵能否正常操作。,解：根据已知条件考虑泵能否正常操作，就应该核算泵的安装高度是否合适，即能否避免,汽,蚀现象，我们可以计算允许安装高度，再与已知的实际安装高度进行比较确定,Z,s,=p,0,/g - p,v,/g -,h,允许,-,h,f0-1,式中,p,0,=6.65,9.81,10,4,Pa,p,v,=6.5,9.81,10,4,Pa,h,f0-1,=1.6m,现输送的是异丁烷，,h,值也需校正，即,h,允许,=,h,允许,根据异丁烷在操作条件下的相对密度与饱和蒸汽压取,= 0.9，,故,h,允许,=0.9,3.5=3.15,m,所以,Z,s,=（,6.65-6.5）,9.81,10,4,/530,9.81-3.15-1.6= - 1.92m,已知泵的安装高度为-1.5,m，,而计算值为- 1.92,m，,说明泵的安装高度太高，在输送过程中会发生汽蚀现象，使泵不能正常操作，若要正常操作还得将泵降低。,16,2.1.1.6 工作点与流量调节,.管路特性曲线与工作点,P100,图,2-9,交点,管路,特性曲线,工作点,M,泵曲线,.调节:,方案,a.,改变管路特性曲线位置,:,改阀门开度,开大,工作点,下移;关小,工作点,上移,方案,b.,改变离心泵特性曲线位置,:,1,。改,n n,工作点,上移;,2,。改 ,D,工作点,下移,3,。串、并联: 串,H,为两倍,Q,不变; 并,H,不变,Q, 为两倍,交点变化，,H,、,Q,但均不,为两倍，只能增大,P103,图2-10,2.1.1.7,类型选型,安装与运转,P105,例 4,单、多级，单、双吸，清水、泥浆、酸、碱、油泵等,液体性质类，流量、扬程型号，核算轴功率等,注意安装高度， 启动前灌满液体，关闭出口阀，注意润滑与保养,17,管路特性曲线，工作点,该流程中，下水池液面下降，会使真空表读数增大，出口表读数下降，流量变小；同样上水池液面变化也会使表的读数和流量发生变化。,进口管堵塞时（由小到全堵），真空表读数逐步升高到最大，压力表读数下降。,Z,1,2,M,Q,H,Z+p/g,H=He,Q=Qe,18,调节,0,H,N,Q,He-Qe,H-Q,M,关小,开大,n,增大,n or D,减小,串联,并联,19,教案7例4 选型,要用泵将水送到15,m,高处，流量为80,m,3,/h,此流量下管路的压头损失为3,m,试在三个型号,B,型水泵中，选定合用的一个。,解：最大流量为,Q=,80 m,3,/h，,该流量下流过管路所需的压头,H,e,= Z+p/,g+,h,f,=15+0+3=18 m,将上面的,Q,值和,H,e,值与表中所列的各型号的性能参数相对照,4,B35A,Q=,80 m,3,/h,时，压头,H=29m, ,H,e,=18m,嫌大,4,B20 Q=,80 m,3,/h,时,H20m,H,e,=18m,稍大，,4,B20A Q=,80 m,3,/h,时,H=15.2m,H,e,=18m,不能满足，,故应选4,B20,型水泵。,20,.1.其他类型泵,.,1.,往复泵,P11,2,图2-18,往复泵,.swf,容积式工作循环,卧式铜液泵,.swf,特性:,.与尺寸、往复次数有关、与无关,.与尺寸、无关，只要强度许可，功率许可，可无限大,.,s,与,p,a,有关、与,p,v,有关，无需灌液，也有安装高度要求,. 启动不能关出口阀、流量回路调节,5 . 流量小、效率高、不宜输送含颗粒液体与腐蚀性液体,计量泵隔膜泵,.1.旋转泵 滑片泵,齿轮泵,齿轮泵,.swf,螺杆泵,P1,19,图2-,23,24,，25,26,.1.旋涡泵 轴流泵,P1,09,图2-15，16,.1.正位移泵的流量调节,P113,不能关死出口阀 用支路调节流量,21,往复泵,Q,t,22,往复泵,23,计量泵隔膜泵 膜,24,齿轮泵 滑片泵,螺杆泵,25,轴流泵,旋涡泵,26,化工原理,2.2 气体输送和压缩设备,用途,：、输送、加压、真空,分类,：按出口压强与压缩比,通风机 14.710,3,Pa,0.15kgf/cm,2,表压,鼓风机 (14.7294)10,3,Pa 3kgf /cm,2,表压 压缩比 29410,3,Pa,表压 压缩比,4,真空泵 (,压缩比,=出口绝压/进口绝压）,按结构分为离心式往复式旋转式流体作用式,特点,：,冷却装置,2.2.1离心通风机鼓风机压缩机,P113,离心通风机,低压1.2时 .,P103,例 1,鼓风机 类似多级,P108,透平压缩机多级分段冷却,离心式压缩机,.swf,29,离心鼓风机 离心压缩机,多级,30,教案9例1通风机选用,某塔板冷模实验装置如图所示，其中有三块塔板，塔径,D=1.5m，,管路直径,d=0.45m，,要求塔内最大气速为2.5,m/s，,已知在最大气速下，每块塔板的阻力损失约为1.2,kPa，,孔板流量计的阻力损失为4.0,kPa，,整个管路的阻力损失约为3.0,kPa，,设空气温度为30，大气压为98.6,kPa，,试选择一适用的通风机.,2,2,1,1,解：首先计算管路系统所需的全压，为此对通风机入口截面1-1,和塔出口截面2-2,作能量衡算（以1,m,3,气体为基准）得：,p,t,= (Z,2,-Z,1,),g,+（p,2,p,1,),+ (u,2,2,-u,1,2,),/2 +h,f,g,式中,(,Z,2,-Z,1,),g,可忽略，,p,2,=p,1,，u,1,=0,u,2,和,可以计算如下：,u,2,=(0.785,1.5,2,2.5)/(0.785,0.45,2,)=27.8m/s,=(1.29,273,98.6)/303,101.3)=1.13kg/m,3,将以上个值代入上式：,p,t,=1.13,27.8,2,/2+(4+3+1.2,3),1000,=1.10,10,4,Pa=11.0kPa,31,按式,p,t,= p,t,（,/）=,p,t,（1.2/）,将所需,p,t,换算成测定条件下的全风压,p,t,，,即,p,t,=(1.2/1.13),1.1,10,4,=1.17,10,4,Pa,根据所需全压,p,t,=,1.17,10,4,Pa,和所需流量：进口状态,V,h,=0.785,1.5,2,2.5,3600=1.59,10,4,m,3,/h,从风机样本中查得,9-27-101,No.7(n=2900r/min),可满足要求。该机性能如下：,全压 11.9,kPa,风量 17100,m,3,/h,轴功率 89,kW,32,2.2.2 旋转鼓风机与压缩机,P119,与泵相似排气连续均匀用于流量大、压力不高的情况,罗茨鼓风机,n,压力无影响，定容式需稳压罐与安全阀,P119,图2-,2,7,回路支路调节，不能全闭出口阀,小于80,kPa 85,罗茨鼓风机,.swf,液环压缩机,33,螺杆压缩机 滑片压缩机,34,2.3.3 往复压缩机,P114-117,2.3.3.1 工作过程,压缩机,.swf,假设,：理想气体阀无阻力压力内外侧一致无泄漏,.理想压缩机循环没有余隙,恒压下吸气压缩恒压排气,.理想压缩循环功,等温,绝热,=C,p,/C,v,多变,k,35,.,有余隙实际过程,P114,恒压下吸气压缩恒压排气膨胀,.余隙系数和容积系数,P120,图2-21,p,2,/p,1,一定，,增大则,0,下降，吸气量减少；,一定，,p,2,/p,1,增大,则,0,下降，吸气量减少；甚至,0,=0.,36,压缩循环 理想循环,I,有余隙循环,II,多级压缩,P,V,V,P,0,0,P,2,P,1,V,1,V,2,V,3,V,4,1,2,3,4,II,I,37,2.3.3.2 性能参数,P116,排气量生产能力 吸入状态,V,min,=ASn,r,V,min,=,d,V,min,m,3,/min,d,排气系数 （0.80.95）,0,轴功率与效率,N=,N,ad,/,ad,ad,=0.7 0.9,2.3.3.3 多级压缩,串联,P115,图2-22 两级,避免温度过高,p,则,T,减少功耗,3 提高容积利用率 4 结构更合理,压缩比,26,级,x=35,例 2,38,多级压缩,0,p,39,教案9例2 往复式压缩机计算,某工艺需将20，0.1,MPa（,绝）的原料气压缩至1,MPa（,绝），入口气体流量为1,m,3,/s，,压缩过程的多变指数,k=1.25，,试求下列两种情况下的出口温度,T,2,和所需消耗的外功功率。（1）一级压缩，压缩比为10：（2）二级压缩，气体在离开第一级后被冷却至20再进入第二级，每级的压缩比均为10,1/2,.,解：（1）由式可求出,T,2,= T,1,(p,2,/p,1,),(,k,1)/ k,= 293,10,（1.25-1）/1.25,=464K=191,N,ad,= p,1,V,1,k/(k,1)(p,2,/p,1,),(,k,1)/,k,1,=10,5,11.25/(1.25-1) ,10,（1.25-1）/1.25,1 =292 kW,(2),因两级入口温度、气体质量流量、压缩比相同，则出口温度和功率消耗也相同。,T,2,= T,1,(p,2,/p,1,),(,k,1)/ k,=293,（,10,1/2,）,（1.25-1）/1.25,=369K=96,N,ad,= N,ad1,+ N,ad2,=2 p,1,V,1,k/(k,1)(p,2,/p,1,),(,k,1)/2,k,1,=210,5,11.25/(1.25-1) ,10,（1.25-1）/1.25,1=259 kW,比较计算结果可知，多级压缩可以降低功率消耗和气体出口温度。,40,2.3.3.4,类型与选用,P117,分类：大60,m,3,/min,中10-60小1-10 卧式 立式角式,气体种类 超高100,MPa,高10-100中1-10低1333Pa-10mmHg),、,低真空,(13331.333) 0.01,mmHg,高真空（,1.3331.333*10,-5,),超高真空（,1.333*10,-5,1.333*10,-10,),极高真空（,1.333*10,-10,),41,离心真空泵 旋转真空泵,42,罗茨真空泵,往复真空泵,流体作用式文丘里管,43,流体输送机械重点,流体输送机械分类,P92,离心泵结构、操作原理、各组件作用,P94,离心泵、离心通风机主要性能参数、测定、特性曲线、影响因素,P96100,铭牌数据,P99,工作点及流量调节、管路特性曲线、泵的串、并联,P100103,离心泵的汽蚀、,P103,气缚,P106,两者区别,最小汽蚀余量,P104,安装高度,P105,泵的安装,P105,、,操作启动 灌液、关出口阀 、选用,Q、H,往复泵工作原理、特征,P112,正位移泵流量调节,P113,往复压缩机工作原理、工作循环,P114,、,余隙,P114,多级压缩作用,P115,往复压缩机轴功率的计算、性能,P116,真空泵的特性,P121,流体输送机械的特点,P121,44,