化工原理教学ppt课件.ppt

,1,化工原理主讲 ：韩永霞辅导：杨敏,2,参考书 *教材 *谭天恩等，化工原理 *天大，姚玉英主编化工原理 *南京化工，赵汝溥等编化工原理 *清华化工原理 *丛德滋等编化工原理示例与练习 *姚玉英主编化工原理例题与习题,3,*化工原理及化学反应工程公式 例解 测验*清华，周荣琪等编化工原理学习指引*TQ02H96化工原理学习指导TQ02-44 H5 化工原理学习指导TQ022.1H2化工流体流动与传热TQ02 70化工原理操作型问题的分析,4,http:/ 化工原理教学资料,5,化工原理 上 册,6,绪论0-1 化工原理在整个学科体系的地位与作用,7,1）弯一下？2）泵类型？结构？原理？ 修好？,8,0-2 化工过程与单元操作（1）化工生产过程 “原料 化学反应器 （中间）产品” 前处理 后处理,9,（2）单元操作,*物料的输送*沉降*过滤*流态化*加热与冷却*蒸发,*气体吸收*液体蒸馏 *固体干燥*液液萃取 *膜分离,10,0-3化工原理课程（1）内容 *基础理论流体力学、传热学、传质学基础 *若干典型单元操作,11,（2）性质 属技术基础课（3）作用 *单元操作知识与有关的基础理论知识 *掌握分析与解决工程问题的方法论,12,0-4 单位制与单位换算(1) CGS制（物理单位制） 厘米-克-秒制(2) MKS制（绝对单位制） 米-千克-秒制(3) 工程单位制 米-公斤（力）-秒,13,(4)SI制（国际单位制） 以MKS制基础基本单位：长度米（m) 质量千克(kg) 时间秒(s) 温度开尔文(k) 物质的量摩尔 (mol),14,重要导出单位： 力F=ma ；N 压强P=F/面积 ；N/m2Pa 能量、功、热F距离 ； N.mJ 功率功/时间 ；J/s W 比热热/质量温度；J/kg.K单位换算？,15,单位换算换算因数： 1in. =25.4 mm,16,1in. =25.4 mm,17,1in. =25.4 mm,18,换算因数？ -彼此相等而各有 不同单位的两个 物理量之比。 纯数1,19,【例】 已知1atm=1.033kgf/cm2, 试将此压强换算为SI单位。 解： 1 kgf =9.81 N 1m = 100cm 1atm= 1.033kgf/cm2,20,=1.013 105 N/m2,21,0-5物料衡算 质量守恒原理的具体应用（1）确定控制体 即进行衡算的空间范围,22,（2）确定衡算基准 1s 或 1h（3）列出衡算式 mi -mo=ma 对于连续生产： mi -mo=0,23,0-6能量衡算 机械能、热量、电能、化学能等统称为能量。 依据-能量守恒定律。 重点热量衡算衡算式：式中 Qi随物料进入控制体的热量，kJ 或kW; Qo随物料离开控制体的热量，kJ 或kW; QL向控制体周围散失的热量，kJ 或kW。,24,也可写成： 式中 W物料的质量，kg 或 kg/s ； H物料的焓，kJ/kg。 适用于间歇过程（kJ)、连续过程（kW),25,方法： （1）确定控制体（范围） （2）确定衡算基准 由于焓是相对值，故应 （3）指明基准温度，基准状态。 通常以0C、液态为基准。 （4）列出衡算式,26,例 在换热器里将平均比热为 3.56 kJ/(kg.C)的某溶液自25 加热到80 ，溶液流量为 1.0 kg/s 。 加热介质为120 的饱和水蒸汽，其耗量为 0.095kg/s , 蒸汽冷凝成同温度的饱和水排出。求此换热器的热损失占蒸汽供热的百分数。,25 C 溶液,1.0kg/s,80 C 溶液,1.0kg/s,120 C 饱和水蒸汽,120 C 饱和水,27,解：由P364附录查出120 C 饱和水蒸汽的焓值为 2708.9 kJ/kg ,120 C 饱和水的焓值为 503.67 kJ/kg . 基准：s 控制体：,25 C 溶液,1.0kg/s,120 C 饱和水蒸汽,120 C 饱和水,80 C 溶液,1.0kg/s,Q2,Q1,Q3,Q4,QL,28,作热量衡算：随物料带入换热器的总热量：Qi=Q1+Q2其中： Q1=0.0952708.9=257.3kW Q2=13.56(25-0)=89kW Qi =257.3+89=346.3kW随物料带出换热器的总热量： Qo=Q3+Q4,29,其中：Q3=0.095503.67=47.8kWQ4=13.56(80-0)=284.8kW Qo =47.8+284.8=332.6kW由 Qi =Qo+QL QL= Qi - Qo =13.7kW,30, 热量损失百分数 = =6.54%,31,绪论小结,化工原理在学科体系的地位与作用化工过程与单元操作化工原理课程单位制与单位换算物料衡算能量衡算,32,第一章 流体流动1.1 概述1.1.1 流体气体和液体特性：（1）流动性（2）压缩性分类: (1)不可压缩流体：液体；（若P,t变化小，气体）(2)可压缩流体：实际流体 ，气体,33,1.1.2 几个物理名词(1) 密度kg/m3 重度kgf/m3 , 其数值同密度。 比容m3/kg, 密度的倒数。(2) 流量有两种 a.体积流量 qv m3/s,m3/h； b.质量流量 qmkg/s，kg/h； qm = qv(3) 流速(u) m/s,34,1.1.3 流体流动中的作用力(1)体积力(质量力) 重力:G=mg=gV 离心力:muT2/r = V uT2/r (2)表面力 压力: 表面的力 压强: 剪力: /表面的力 剪应力:,35,1.1.4 牛顿粘性定律 实验性定律，是通过实验得出的 江面流速分布示意图,36,在圆管中流动的流体选相邻两薄圆筒流体（1，2）进行分析,37,实验证明，对于一定流体， 内摩擦力F .,38,剪应力, N/m2； 速度梯度； 粘度或动力粘度。 式（A）-牛顿粘性定律一句话，即流体内部所受的剪应力与速度梯度成正比。,39,（1）流体分类：牛顿型流体非牛顿型流体 非 有三种： 塑性流体 假塑性流体 涨塑性流体 许多高分子溶液、涂料、泥浆等属于非牛顿型流体。,40,（2）流体在圆管内的速度分布 a.粘性流体（0）实际流体 b.理想流体（=0）,41,（4）影响粘性的因素 a.温度 实验表明: t,g, l 原因： 气体粘性 分子热运动 液体粘性 分子引力 b.压强 影响很小,42,（5）粘度 衡量流体粘性大小的物理量 单位？ 据牛顿粘性定律： 1Pa.S = 1000 mPaS,43,物理单位制中： 1P（泊）= 100 cP （厘泊） 1cP = 10-3 Pa.S = 1mPa.S另： /= 运动粘度,44,（6）流体流动中的机械能 位能：mg z , J g z , J/kg 动能： mu2/2 , J u2/2 , J/kg 压强能：mP/ , J P/ , J/kg 实际流体粘性内摩擦力机械能损失 输送机械做功,45,1.2 流体静力学,46,弯一下？等问题,47,1.2 流体静力学 研究静止或相对静止状态的流体 1.2.1 流体静力学基本方程,A,任取,48,1.2.1.1 受力分析水平方向： 相互抵消垂直方向：上端面的总压力: P1=p1A下端面的总压力: P2=p2A重力： G=Vg = g (Z1-Z2)A,Z1,Z2,G,P1,P2,P0,49,液柱静止 P1+G -P2 = 0 p1A+ g (Z1-Z2)A -p2A = 0 p1 + g (Z1-Z2) -p2 = 0移项： p2 = p1 + g (Z1-Z2) （1）,50,若液柱的上端面取在容器的液面，P0, 液柱高 h , 则： p2 = p0 + gh将式（1）移项： p2 + g Z2 = p1 + g Z1 （2）式（2）/ ： 静力学基本方程,51,液柱是任取的：对任意两点1和2：,1,2,z2,z1,52,1.2.1.2 几个概念 (1) 等压面 由式(3) (静力学基本方程): 当 Z1=Z2, 1=2 p1=p2 即(相对)静止的,连续连通的同一种流体(1=2 ),同一水平面上的压强相等,这样的水平面称为等压面. 换句话说,即 静压强仅与垂直位置有关,而与水平位置无关.,53,.,C,B,A,A,B,C,54,(2)压强能与位能 P/ 的单位: 故称 P/ 为 压强能 g Z的单位: 故称 gZ 为位能,55,这说明：静止的流体具有位能和压强能，两项能量总和恒为常量。若位能小，则P/ 大；反之若gZ大，则P/ 小。说明位能和压强能可以相互转换，但总能量守恒。,56,1.2.2 压 强 （1）压强的表示方法 A. 以 Pa B. 工程上以液柱高度 mH2O柱, mmHg柱 换算关系：,57,1atm(标准大气压）=1.013105 Pa =760 mmHg =10.33mH2O1at (工程大气压）=1kgf/cm2 =9.807 104 Pa =10 mH2O,58,(2)压强的基准 A.绝对真空 绝对压强 B.大气压 表压（正压） 压力表 真空度（负压，吸力） 真空表,0Pa,大气压,P,P1,P2,绝,表,真,绝,59,0Pa,大气压,P,P1,P2,绝,表,真,绝,P表=P绝 - Pa ； P真= Pa - P绝 ； 则 P表= - P真；注意： P要同一基准。,60,1.2.3流体静力学的应用1.2.3.1 压强测量（1）U形管压差计指示液：水银；甘油； 水；CCl4等指示液 i 被测流体,61,取等压面ab (兼基准面) 即 Pa=Pb据静力学基本方程:Pa=P1+ gZ1Pb=P2+ g(Z2-R)+ igR,62,Pa=P1+ gZ1Pb=P2+ g(Z2-R)+ igR整理:(P1+gZ1)-(P2+ gZ2) =( i - )gR(P1+gZ1)-(P2+ gZ2) =( i - )gR“P1”-”P2”=( i - )gR 虚拟压强差,63,“P1”-”P2”=( i - )gR结论: U形压差计测得的读数R是两点的虚拟压强差.,64,注意: (1)当管道水平, Z1=Z2, 则 P1-P2= (i- )gR 压差 (i- )越小,65,(2)指示液 测液体: 用 Hg 或 CCl4 测气体:水+染料 且 g i(水） 故 (i- ) i P1-P2= igR,66,测任一处的压强 一端通大气,P2=Pa P1-Pa= (i- )gR P1表= (i- )gR(4)其它 微差/倒U形/斜管.,67,1.2.3.2 液位测量 (1)玻璃管液面计,68,(2) 远距离测量液位 P75, 习题2,69,小结: 1.2流体静力学1.2.1流体静力学基本方程 P1/ +gZ1=P2/ +gZ2 等压面; 总势能; 虚拟压强1.2.2压强 _表示方法 基准1.2.3 静力学应用 _（虚拟）压强（差）测量 液位测量,70,71,1.3 流体流动中的守恒原理1.3.1 质量守恒1.3.1.1 概念 (1)流量 体积- -: qv, m3/s, m3/h质量- -： qm , kg/s , kg/h,72,(2) 流 速平均- -: m3/(m2s)= m/s质量- - :kg/(m2s),73,(3) 定态与非定态流动 A. 定态流动 u, P, qv f () B. 非定态流动 u, P, qv = f (),74,1.3.1.2 质量守恒方程,1,1,2,2,u1,u2,qm1,qm2,75,qm1=qm2qm=qv=uA u1A1 1 = u2A2 2 对不可压缩流体： 不变： u1A1 = u2A2,76,对圆管：,77,1.3.2 机械能守恒 J/kg : 位能：g z ; 压强能：P/ ; 动能：u2/21.3.2.1 理想流体的机械能守恒 无粘性，在流动过程中无摩擦损失。,78,79,1kg 流体： 对不可压缩流体： 1= 2= 即： 常数 柏努利方程,1,1,2,2,u1,u2,Z1,Z2,0,0,80,1.3.2.2 实际流体管流的机械能衡算 （1）粘性流体 （2）外加能量 能 (入)=能(出),1,1,2,2,u1,P1,Z1,u2,P2,Z2,0,0,81,校正系数 工程上: 1 故: 单位: J/kg,82,1.3.2.3 柏努利方程的讨论(1)若流体静止,则: u=0, hf=0, he=0于是: gZ1+P1/=gZ2+P2/ 此即静力学基本方程.,83,(2) 为常数, 适于不可压缩流体. 对可压缩流体,当以 代 (3)不同形式的柏努利方程,84,a.以单位质量流体为基准 , J/kg b.以单位重量流体为基准, J/N = m c.以单位体积流体为基准, J/m3,85,(4) 应 用求 : (Z2-Z1); P1 (or P2); u1 (or u2); he ; hf,86,(5) 注 意 A.截面的选取 a. 流向; b.流体须连续; c.不能选在阀门 弯头处 B.基准面 -须是水平面,87,C.压强 可用P表, 也可P绝, 但P1, P2须同. D.有效功he 有效功率 Pe = he.qm J/kg kg/s = J/s = w,88,小结 1.3流体流动中的守恒原理1.3.1质量守恒 u1A1= u2A2 即u1/u2=A2 /A11.3.2 机械能守恒理想流体的 : 常数实际流体的: 不同形式的柏努利方程,89,a.以单位质量流体为基准 , J/kg b.以单位重量流体为基准, J/N = m c.以单位体积流体为基准, J/m3,90,91,1.4 流体流动的内部结构1.4.1 流动的型态1.4.1.1 两种流型雷诺实验,92,(1)层流 (或滞流),93,(2) 湍流 (或紊流),94,1.4.1.2 流型的判据 -雷诺准数 Re (1) 当 Re 4000 时, 湍流区,95,1.4.2 湍流的基本特征 (1) 径向随机的脉动,时间,速度,96,(2) 湍流时的层流内层和过渡层,97,1.4.3 圆管内流体流动的速度分布 (1) 层流时的速度分布 抛物线； u=0.5 umax,umax,98,(2) 湍流时的速度分布 比较均匀 u=0.8 umax,99,1.5 阻力损失 化工管路 = 直管 + 管件 两种： 直管阻力: 直管 局部阻力: 管件(弯头, 三通, 阀门)1.5.1 阻力与流动的关系,水泵房,车间,车 间,水泵房,392kPa,392kPa,100,101,1.5.2 直管阻力 u1= u2由机械能衡算式:,1,1,2,2,102,即阻力损失表现为流体势能的降低.,实验,103,1.5.2.1 层流时直管阻力 经理论推导: - 泊稷叶方程,104,1.5.2.2 湍流时直管阻力的实验研究方法 (1) 析因实验 h = (d, l , , , ) (1),105,(1) 析因实验 h = (d, l , , , ) (1)(2) 因次分析 据因次的一致性 湍流: (3) 数据处理,106,1.5.3 直管阻力损失的计算式(1) 摩擦系数 层流( Re 2000 )时, = 64/Re hf u2 ？,107,108,109,hf u1,110,湍流( ？ )： Re 4000， = (Re , /d) P39 式(1-85) P40 图1-34,111, = ( /d ), hf u2 , 阻力平方区,112,(2) 实际管的当量绝对粗糙度 由试验反求 ： 测hf 算 图1-34 /d,113,(3) 非圆管的当量直径de de = =,114,1.5.4 局部阻力损失的计算 有两种方法:(1)阻力系数法 h = -局部阻力系数,实验测定,115,(2) 当量长度法 h = le-当量长度，由实验测定,116,117,1.5.5 管路总阻力损失 单位: J/kg,118,小结:1.4 流体流动的内部结构 1.4.1 流动的型态 1.4.2 湍流的基本特征 1.4.3 圆管内流体流动的速度分布 1.5 阻力损失 1.5.1 阻力损失与流动的关系 1.5.2 直管阻力 1.5.3 直管阻力损失的计算式 1.5.4 局部阻力损失的计算 1.5.5 管路总阻力损失,119,120,1.6流体输送管路计算1.6.1 管路分类(1) 简单管路(2) 并联管路(3) 分支管路,121,1.6.2 简单管路计算(1) 已知u或qv,d等,不必迭代(试差)的类型如图:已知物性(,)流速u(或qv)以及管径d, 求:液位高度H?,求H= ?,l, le, d, , qv, ,122,解: 取高位槽液面为1-1,管出口外侧为2-2截面, 以2-2截面的中心线为基准面,列柏努利方程: Z1=H, u1=0, P1=0(表 ), Z2=0, u2=0, P2=0(表 ).,1,1,2,2,求H =?,123,则: gH=hf,124,(2) 若u(qv)或d未知,须迭代(试差)的类型 若已知H,d,求qv=?,已知H,125,试差过程: 设某未知量为一定值后计算,然后校核. 若已知d,而未知qv, 此类问题的解题思路: 已知H hf qv Re = ,柏式,u,重设,设值,是,否,qv,126,1.6.3 并联管路计算规律: 若为常量，则：(1) qv = qv1+ qv2 + qv3,qv,qv,qv1,d1,(l+le)1,qv2,d2,(l+le)2,qv3,d3,(l+le)3,A,B,127,(2) hf A-B = hf 1 = hf 2 = hf 3 ,128,1.6.4 分支与汇合管路的计算(1) qv1=qv2+qv3(2) E2+hf 0-2 = E3+hf 0-3,O,O,qv1,qv2,qv3,129,1.6.5 管道的选择qv一定,若d小, u大, hf大 若d大, u小, hf小,总费用最低,130,小结： 1.6流体输送管路计算1.6.1 管路分类1.6.2 简单管路计算1.6.3 并联管路计算1.6.4 分支与汇合管路的计算1.6.5 管道的选择 1.6.5.1按流速选择管道 1.6.5.2 按允许压降选择管道,131,132,1.7 流速和流量的测定1.7.1 测速管(毕托管)(1) 结构和原理,133,u1,P1,u2,P2,R, u2=0 (驻点),则:,134, “P2”-”P1”=(i-)gR ,135,1.7.2 孔板流量计(1) 结构和原理A.结构,R,136,B.原理,缩脉,137,(2) 流量方程式 Z1=Z2,1,2,A0,R,138,1,2,A0,R,139,恒截面变压差流量计孔流系数C0, ,140,C0=f(Red, m) m=A0/A1Red -以管径计算的 Red=du1/,Red,C0,m,141,1.7.3 文氏流量计 文丘里-,喉孔,142,1.7.4 转子流量计(1) 结构和原理,143,(2)流量计算式 受力平衡转子: Vf, Af , f ; 流体: ,144,总压力差 = 浮力 + 动能差,145,平衡时: (P1-P0)Af = Vffg = 常数即: Vffg = Vfg +,u0,146,147,特点: 变截面, 恒压差, 恒流速, 恒压降,148,(3) 刻度换算刻度: 200C水 or 200C.101.33kPa 的空气。在同一刻度下，A0相同换算: A-标定; B-待测,149,小结：1.7 流速和流量的测定1.7.1 测速管(毕托管)1.7.2 孔板流量计1.7.3 文氏流量计1.7.4 转子流量计,150,151,某新建的居民小区，居民用水拟采用建水塔方案为居民楼供水，如图所示。,152,153,第二章 流体输送机械2.1 概述 2.1.1 输送流体所需的能量 He= A+Hf,154,155,-管路特性方程,156,qv,He,管路特性 曲 线,157,qv,He,1,2,1-低阻 2- 高阻,158,2.1.2 流体输送机械分类 (1) 动力式-离心式, 轴流式 (2) 容积式-往复式,旋转式 (3) 其它,159,2.2 离心泵2.2.1 工作原理 (1) 主要构件 -叶轮, 蜗壳,化工离心泵,自吸式离心油泵,160,(2) 工作原理(3) 气缚现象 无自吸能力 灌泵,161,162,2.2.2 离心泵的理论压头（扬程）(1)理论压头HT u2-切向; D-叶轮直径; n-转速, r/min,163,(1)理论压头HT (2) 讨论 n or D, HT,164,叶片的几何形状 2 -流动角,2,2,2,径向2 =900 后弯2 900,165,径向2=900 , ctg2 =0, HT=u22/g , HT f (qv) 后弯2 0, HT900 , ctg2 u22/g , qv , HT ,166,HT,qv,u22/g,前弯2900,径向2=900,后弯2900,167, 的影响 HT 与 无关,168,2.2.3 实际压头,H,qv,HT qv,T,H qv,169,2.2.4 离心泵的性能参数与特性曲线（1）性能参数 流量qv, m3/h 压头（扬程）H, m （总）效率,170,（总）效率 a. 容积效率v b. 机械效率M c. 水力效率h = v *M*h,171,轴功率Pa Pa =Pe/ W Pe-有效功率 Pe = gqvHe He-有效压头 qv-实际流量,172,(2) 特性曲线 He qv qv Pa qv,173,qv,He qv, qv,Pa qv,He qv Pa qv qv,174,（3）影响因素 液体密度 a. qvT=2R2b2c2sina2 b. H与无关 c. 不变 d. Pa= gHe qv,175,液体粘度的影响 , 阻力 , He , qv , 修 正,176,离心泵转速的影响 -泵的比例定律,177,叶轮直径D2的影响 -泵的切割定律,178,小结： 第二章 流体输送机械2.1 概述 2.1.1 输送流体所需的能量-管路特性方程 2.1.2 分类 2.2 离心泵 2.2.1 工作原理 2.2.2 离心泵的理论压头 2.2.3 实际压头 2.2.4 离心泵的性能参数与特性曲线,179,180,2.2.5 离心泵的操作(1) 泵的工作点 管路特性方程 He=f (qve) 泵的特性方程 H=f (qv),qv,H,181,(2)流量调节 - 阀,H,qv,182,改变转速,n大,n小,qv,H,183,(3)泵的串联操作 H=2H qv=qv 同一流量 扬程相加,H,qv,H,qv,184,qv,H,185,qv,H,管路,串联,单泵,186,(4)泵的并联操作 同一扬程 流量相加,187,n一定,qv,H,并,单,管,188,（5）组合方式的选择,qv,低阻,高阻,串,并,单,H,189,低阻： qv并qv串,qv,低阻,高阻,串,并,单,串,并,190,高阻： qv串qv并,qv,低阻,高阻,串,并,单,并,串,H,191,2.2.6 离心泵的安装高度,(A),(B),192,(1) 泵内压强分布,P,位置,泵吸入口,叶轮入口,叶轮出口,泵排出口,Pv,P1,PK,193,排液,Hg,K,1,1,0,0,(2) 汽蚀现象 Z0=0, u0=0, P0=Pa, Z1=Hg,194,(3)离心泵的安装高度限制 最大安装高度Hg,max 在0-0与K-K 间列机械能衡算式: Z0=0, u0=0, P0(绝压) , PK=Pv, ZK=Hg,max 则:,195,196,(NPSH)c-临界汽蚀余量, 实验测得;(NPSH)r-必需汽蚀余量, (NPSH)r= (NPSH)c+安全量 最大允许安装高度Hg注意: (NPSH)r与qv有关,qv ,(NPSH)r ,197,(NPSH)c-临界汽蚀余量, 实验测得;(NPSH)r-必需汽蚀余量, (NPSH)r= (NPSH)c+安全量 最大允许安装高度Hg,198,2.2.7 离心泵的类型与选用(1)类型 清水泵 IS-单级单吸式; D-多级; Sh-双吸式. 耐腐蚀泵 F 油泵 Y; YS (双吸) 液下泵 FY 屏蔽泵 -无密封泵,无泄漏泵,199,(2) 选 用 选泵的类型 据qv,He 选泵的型号 qv,泵qv,管路. H,泵He,管路.,200, 核算Pa (轴功率) 若 液体 水 Pa=qvH g/ P110.图2-23 IS型离心泵的系列特性曲线,201,(3)离心泵的安装和使用 安装高度_; 启动前 _ ; 出口阀_时启动; 停车(泵)前先_;,202,小结：2.2.5 离心泵的操作 (1) 泵的工作点 (2)流量调节 (3)泵的串联操作 (4)泵的并联操作 (5)组合方式的选择 2.2.6 离心泵的安装高度 2.2.7 离心泵的类型与选用,203,2.3 往复泵(容积泵)2.3.1 构造和工作原理 (1)构造 泵缸 活(柱)塞 单向活门,204,(2)原理 冲程,205,(3) 流量 A.单缸单动,206,B.单缸双动C.三缸单动,207,2.3.2 应用 (1) 压头大.流量小的场合. (2) 流量调节 旁路调节 1-旁路阀 2-安全阀,1,2,208,2.3.3 往复泵的流量与压头（1）单动泵 qvT=AS n m3/min 实际qvPqvT（2）H与qv无关。,qv,H,qvT,209,qv,qvT,H,210,2.3.4 往复泵与离心泵的比较 往复泵 离心泵 原理 无能量转换 有 启动 自吸能力 有 无 灌泵 不需 需 出口阀 开 关 流量 变 不变流量调节 旁路调节 出口阀,211,2.4 气体输送机械 2.4.1 特点 (1)体积庞大 (2)压头大 (3)V与T变,212,2.4.2 分类(1)通风机 出口P0.3MPa(表)， 4 ;(4) 真空泵 0.1MPa(表) 。,213,2.4.3 离心通风机 低压 ；中压 ； 高压 ；(1) 结构和工作原理(2) 性能参数与特性曲线 风量 qv m3/s 风压 J/m3=N/m2=Pa PT-实验测定,214,风机进口1, 出口2:全风压 静风压 动风压 Ps Pk,215,(3) 离心通风机的选用 qv )风机 qv )需要 PT )风机 PT )需要,216,注意:铭牌PT -200C, 0.1MPa, =1.2kg/m3 ;,217,2.4.4 鼓风机 两种： 旋转式 离心式（1）罗茨鼓风机 -容积式 出口安装稳压气柜与安全阀 流量用旁路调节,218,（2）离心鼓风机工作原理同离心通风机 -压头较高的离心鼓风机与多级离心泵类似选用方法同离心通风机压缩机-离心式、往复式,219,2.4.5 往复式压缩机 -结构、原理似往复泵但气体小，可压缩，活门更灵巧单动往复压缩机 、阀、入口P1、出口P2设：1）理想气体2）阀阻=0,220,2.4.5.1 理想压缩循环设：无余隙,3,2,1,V,V1,V2,0,P1,P2,1,2,3,4,221,压缩,排气,吸气,222,2.4.5.1 理想压缩循环（ 三种） 1) 等温压缩过程 2) 绝热压缩过程 3) 多变压缩过程循环功 k多变指数,223,2.4.5.2 实际压缩循环有余隙,224,压缩,排气,膨胀,吸气,225,余隙系数容积系数,226,2.4.5.3 往复压缩机的性能参数排气量 理论吸气量V=ASn 实际排气量V= V,227,2)轴功率 理论功率： Pa(绝热压缩) k-绝热压缩指数 Vmin-排气量，m3/min实际功率：Pe= Pa /,228,2.4.5.4 类型与选用 ）类型单动、双动往复压缩机单级、双级、多级压缩机低压（98.07104Pa）中压（ 98.07104 98.07105 Pa）高压（ 98.07105 98.07106 Pa）,229,小型（30m3/min） 空气压缩机 氨气压缩机 氢气压缩机 石油气压缩机 立式、卧式,230,2）选用据所输送气体性质 -定种类据生产能力和排出压强 -选型号注意：压缩机样本中的排气量-20、101.33Pa下的，m3/min,排出压强Pa（表压）,231,3） 安装要求 吸气口装过滤器出气是脉动的 出口装缓冲（稳压）罐或气柜 (兼沉降器) - 水滴或油滴缓冲（稳压）罐或气柜（贮气罐） -装压力表、安全阀,232,2.4.6 真空泵-将系统抽真空的气体输送机械 2.4.6.1 类型 往复式 水环式 液环式 旋片式 喷射式,233,2.4.6.2 主要特性极限真空-以绝压（Pa)抽气速率-m3/h或 l/s,234,小结： 2.3 往复泵(容积泵)2.3.1 构造和工作原理2.3.2 应用2.3.3 往复泵的流量与压头2.3.4 往复泵与离心泵的比较 2.4 气体输送机械2.4.1 特点 2.4.2 分类2.4.3 离心通风机2.4.4 鼓风机 2.4.5 往复式压缩机2.4.6 真空泵,235,236,第一、第二章 习 题 课,237,1.如图3B57离心泵将20的水由敞口水池送到一压力为2.5at的塔内,管径为1084mm管路全长100m(包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内)。已知： 水的流量为56.5m.h，水的粘度为1厘泊，密度为1000kg.m，管路摩擦系数可取为0.024，试计算并回答： (1)水在管内流动时的流动形态；(2)管路所需要的压头和功率。,238,239,已知：d=108-24=100mm=0.1m A=(/4)d=3.14(1/4)0.1 =0.78510ml+l=100m Q=56.5m.h u=Q/A=56.5/(36000.78510)=2m.s =1cp=10PaS =1000kg.m =0.024,240,解： Re=du/=0.121000/10 =2104000 水在管内流动呈湍流 以1-1面为水平基准面,在1-1与2-2面间列柏努利方程： Z+(u/2g)+(p/g)+He=Z+(u/2g)+(p/g)+hf,241,Z=0 u=0 p0(表压) Z=18m u=0 p/g=2.59.8110/(10009.81)=25m hf =(l+le )/d(u/2g) =0.024(100/0.1)2/(29.81)=4.9mHe=18+25+4.9=47.9m Ne=HQg=47.910009.8156.5/3600 =7.4kw,242,2.如图的输水系统。已知管内径为d=50mm, 在阀门全开时输送系统的(l+le ) =50m,摩擦系数可取=0.03,泵的性能曲线,在流量为6m.h至15m.h范围内可用下式描述: H=18.92-0.82Q，此处H为泵的扬程m,Q为泵的流量m.h,问: (1)如要求流量为10m.h，单位质量的水所需外加功为多少? 单位重量的水所需外加功为多少?此泵能否完成任务? (2)如要求输送量减至8m.h(通过关小阀门来达到)，泵的轴功率减少百分之多少?(设泵的效率变化忽略不计),243,244,解： u=10/(36000.7850.05) =1.415m.s hf =(l+le )/d(u/2) =0.03(50/0.05)(1.415/2)=30.03Pa/+W=Pa/+Zg+hf 1 - 2W=Zg+hf 1 - 2 =109.81+30.03=128.13 J.kgH需要=W/g=128.13/9.81=13.06m而H泵=18.92-0.82(10)=13.746m H泵H需 故泵可用,245,N=H泵Q泵g/ g/=常数NH泵Q泵 N前13.74610H泵后=18.92-0.82(8)0 . 8 =14.59N后14.598N后/N前=14.598/(13.74610)=0.849(N前-N后)/N前=1-0.84915.1%,246,3.如图所示输水系统。已知:管路总长度(包括所有局部阻力当量长度) 为100m，从压力表至高位槽所有管长（包括所有局部阻力当量长度）为80m,管路摩擦系数=0.025，管子内径为0.05m，水的密度=1000kg.m,泵的效率为0.8,输水量为10m.h，求: (1)泵轴功率N轴=? (2)压力表的读数为 多少kgf.cm,247,248,解： N轴=Ne/ ,Ne=MsWe , Ms=101000/3600=2.778kg.s We-泵对单位质量流体所做的有效功。 选取1-1与2-2截面，并以 1-1截面的基准面。在两截面间做能量衡算：gZ+(p/)+(u/2)+We=gZ+(p/)+(u/2)+hfZ=0 Z=2+18=20M p=p=0 u=u=0 We=gZ+hf hf=(L/d)(u/2),249,u=(V/3600)/(/4)d =(10/3600)/(0.7852 0.05)=1.415m.s hf=0.025(100/0.05)(1.415/2)=50.06J.kg We=9.8120+50.06=246.25J.kg Ne=MsWe=2.778246.25=684J.s N轴=Ne/0.8=684/0.8=855W,250,再就3-3与2-2截面做能量衡算，并取3-3为基准面 gZ+(p/)+(u/2)=gZ+(p/)+(u/2)+hf压Z=0 Z=18 p=0 u=0p/=gZ+hf压-(u/2) =9.8118+(压/d)(u/2)-(u/2),251,=176.58+0.025(80/0.05)(1.415/2)-(1.415/2) =176.58+40.04-1.0=215.62J.kg p=215.62=215620N.m p=215620/(9.8110)=2.198kgf.cm(表),252,4.图示为n=960转/分的离心通风机的特性曲线。如用此风机向锅炉输送空气，已知管路特性方程为H=5qv(H的单位为mmH2O, qv的单位m/s)问：1.风机的送风量为多少m/h?消耗的轴功率为多少kw？ 2.若想使风量变为5.5m/s,你认为可采取什么措施？,253,解：1.送风量qv及轴功率Pa由管路特性曲线方程H=5 qv 列表作图。qv m/s 2 3 3.5 4H mmHO 20 45 61.3 80由两线交点读得：送风量qv =3.6m/s风压P=64mmHO效率=0.4轴功率：Pa= qv P/=3.6649.807/（0.41000）=5.65kW2.使风量变为5.5m/s，可采用提高转速的措施 qv / qv =n/nn= qv / qv n=5.5/3.6960=1500rpm即将转速提高到1500rpm。,254,3 非均相物系的分离与固体流态化 3.1概述 (1)混合物分类 均相传质操作 非均相-机械操作 (2)非均相物系特点 相界面 悬浮物-分散相、连续相,255,（3）分离操作 沉降 -重力沉降 离心沉降 过滤 湿法净制：“洗涤”气体 静电除尘：高压直流电场（4）固体流态化,256,3.2 颗粒( 群 )的特性3.2.1 单颗粒的特性 (1) 球形颗粒-粒径dp 体积 V= dp3 表面积 S= dp2 比表面 a=S/V=,257,3.2.2 颗粒群的特性3.2.2.1粒度分布的筛分分析 对 70m的颗粒,258,3.2.2.2 颗粒群的平均直径 dm=dpi-截留于第i层筛上的颗粒平均直径xi-质量%,259,3.2.3 床层特性 固定床-众多颗粒按某种方式堆积成的颗粒床层(1)床层的空隙率,260,（2）床层各向同性 空隙面积/床层截面积 = （3）床层比表面aB aB=(1- )a,颗粒,261,3.3 流体通过固定床层的流动（压降） 3.3.1 床层的简化物理模型 阻力大 速度分布匀,262,3.3.1 床层的简化物理模型,u,L,u,Le,263,设：床层-截面积A, 厚 L, 空隙率 颗粒-比表面a,粒径dp ，形状。模型（假定）：细管的1）内表面2）全部流动空间,264,细管的de: de=4 分子、分母Le:de=4,265,de=4以1m3 床层de=4 (1),266,3.3.2流体压降的数学模型 P=hf = (2) 真实u1= 表观u= 空床,267,真实u1= 表观u= u=u1 （3）将(1)(3)代入(2)并/L:,268,269,()-压降的数学模型-模型参数,270,3.3.3模型的检验和