《化工原理》何潮洪第二版输送设备.ppt

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1、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 离心泵分.swf,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,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

2、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,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 P93 图2-1 质点运动：圆周运动 u=2Rn/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 12-w 22)/2g两部分组成Hc动压头(c22-c12)/2g H=(u22-u12)/2g+(w

3、 12-w 22)/2g+(c22-c12)/2g 为离心泵基本方程之一,r2,r1,2,2,u2,w2,u1,w1,c1,速度 P93,c,w,u,cr,cu,速度三角形 c2,D2,D1,b2,b1,余弦定律 w 12=c12+u12 2 c1 u1cos1,w 22=c22+u22 2 c2 u2cos2则 H=(c2 u2cos2 c1 u1cos1）/g 为离心泵基本方程之一 一般 1=900，cos1=0 则H=c2 u2cos2/g c2 cos2=u2-cr2ctg2 cr2=QT/D2b2 QT=D2b2c2sin2 D2叶轮出口直径,b2叶轮出口处叶轮的宽度 H=u22/g

4、(u2ctg2/gD2b2)QT 为离心泵基本方程之一 讨论：1.H与 n D的关系,nor D H 2.H与几何形状关系,前弯则 H比u22/g 大，后弯则H 比u22/g 小，径向则不影响 3.H与QT关系，H=A B QT，后弯QT H 4.实际：湍流 能量损失 泄漏 阻力 冲击,2.1.1.3 性能参数与特性曲线 P98 性能：流量 Q:D b2 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:Ne=Q H g 轴功率 N=Ne/曲线：P99 图2-6 Q-H:后弯叶片

5、 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。,性能曲线 调节,HN,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,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p2=0.126MPa,泵进口处真空表读数为p1=0.031

6、MPa，泵流量为Vs=10L/s,泵轴功率由功率表读出为2976W.吸入管直径d1=80mm,压出管直径d2=60mm,两测压点垂直距离(Z2-Z1)=80mm,实验介质为20的水,试计算在此流量下泵的压头He,有效功率Ne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 He=(Z2-Z1)+（p2-p1）/g+(u22-u12)/2g 忽略hf1-2 p1/g=-3.16 m p2/g=12.8 m u1=4Vs/d12=1.99m/s u2=4Vs/d22=3.54m/s He=0.

7、08+(12.8+3.16)+(3.542-1.992)/29.81=16.5 m Ne=g HeQ=10009.8116.51010-3=1619 W=Ne/N=1619/2976=54%He=(Z2-Z1)+（p2-p1）/g+(u22-u12)/2g+hf1-2 He Z Z He,2.1.1.4 性能的改变和换算 P99 一定转速、常压、常温的清水工质 1atm,200C 1：H Q无关 N成正比 2：增大 在提供的轴功率不变时,要保证 H不变,则需要Q下降;要保证 Q 不变,则需要H下降;亦下降;若要保证 H与 Q不变,则需要N增大.Q=CR Q H=CH H=C 3 n Q1/Q2

8、=n1/n2,H1/H2=(n1/n2)2,N1/N2=(n1/n2)3 比例定律 4 D2 Q1/Q2=D1/D2,H1/H2=(D1/D 2)2,N1/N2=(D1/D 2)3 切割定律,2.1.1.5 汽蚀与允许吸上高度,饱和蒸汽压线,绝对压强为零,压头,总压头,静压头,动压头,泵吸入口,叶轮入口,压强最低处,叶轮出口,泵排出口,大气压线,2.1.1.5 汽蚀与允许吸上高度 P103-105 图2-12汽蚀：泵内最低压强比操作条件下的饱和蒸汽压小，产生汽泡，高压液体将它压破，冲击叶轮，产生腐蚀，蜂窝状。动画气蚀现象.swf 读数有但易抖，泵震动 允许吸上真空度,p1p v,Hs与Q pa

9、 p v有关 Hs的校正 允许吸上高度 汽蚀余量 Hs=(pa-pv)/g-h允许+u12/2g 则 Zs=(pa-pv)/g-hf0-1-h允许,h允许=h,一般 1 Zs与pa、pv、u、hf0-1、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,安装高度,1,0,Z,u,教案7例2 泵的安装高度计算 用3B33型泵从敞口槽中将水送到它处，槽内水位恒定，输送量为4555m3/h，在最大流量下吸入管路的压头损失为1m，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

10、B33型的部分性能数据列于下表,泵安装地区的大气压为9.81104 Pa 流量 Q m3/h 压头 m 转速 r/min 允许吸上真空度Hs mH2O 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 Zs=Hs u22/2g-hf0-1 计算 由题意 hf0-1=1m,u22/2g0 从该泵的性能看出，Hs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Hs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Hs=3.0 mH2O,输送20水时,大气压为9.81104 Pa,与实验条件

11、相同，故Hs不用换算,Hs=3.0 mH2O Zs=301=2m,(2)输送65水时,需对Hs进行换算 Hs=Hs+（Ha 10）-（pv/9.81104-0.24）1000/式中Hs=3.0mH2O,Ha=9.81104 Pa=10 m H2O,65水的饱和蒸汽压pv=2.554104 Pa,密度=980.5kg/m3,则Hs=3+（10-10）-（2.554104/9.81104-0.24）1000/980.5=0.65m H2OZs=Hs u22/2g-hf0-1=0.65-1=-0.35 m H2O Zs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

12、，其内压力不是大气压pa，那么求Hs式中的Ha.10 m H2O，此时应对压力进行换算。,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6.65kgf/cm2，泵位于贮罐液面以下1.5m处，吸入管路的全部压头损失为1.6m，异丁烷在输送条件下的密度为530kg/m3，饱和蒸汽压为6.5 kgf/cm2，在泵的性能表上查得，输送流量下泵的允许汽蚀余量为3.5m，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 Zs=p0/g-

13、pv/g-h允许-hf0-1 式中p0=6.659.81104 Pa pv=6.59.81104 Pa hf0-1=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=0.93.5=3.15m 所以Zs=（6.65-6.5）9.81104/5309.81-3.15-1.6=-1.92m 已知泵的安装高度为-1.5m，而计算值为-1.92m，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。,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

14、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,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

15、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,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,教案7例4 选型 要用泵将水送到15m高处，流量为80 m3/h,此流量下管路的压头损失为3m,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 m3/h，该流量下流过管路所需的压头 He=Z+p/g+hf=15+0+3=18 m 将上面的Q值和He值与表中所列的各型号的性能参数相对照 4B35A Q=80 m3/h 时，压头H

16、=29m,He=18m嫌大 4B20 Q=80 m3/h 时,H20m He=18m稍大，4B20A Q=80 m3/h 时,H=15.2m He=18m不能满足，故应选4B20 型水泵。,.1.其他类型泵.1.往复泵 P112 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pa有关、与,pv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 P119 图2-23,2

17、4，25,26.1.旋涡泵 轴流泵 P109 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,往复泵,Q,t,往复泵,计量泵隔膜泵 膜,齿轮泵 滑片泵螺杆泵,轴流泵 旋涡泵,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 294103 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0.9807103 Pa 100mmH2O 中压 2.942 103 Pa 300 mmH2O 高压 15

18、00 mmH2O,离心通风机 轴流风机,性能参数与特性曲线：P97 Q（进口）PT(风压)-pt N 风机进口 全风压 20 760mmHg 空气测定 静风压 pst 动风压 N=pt Q/(1000)kW N曲线 pt Q pstQ Q NQ 形状类似离心泵，但不规整P99选用：.求实际风压pt pt;.以气体及风压 类型;.（进口状态下），pt 机号;.校 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,离心鼓风机 离心压缩机,多级,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

19、求塔内最大气速为2.5m/s，已知在最大气速下，每块塔板的阻力损失约为1.2kPa，孔板流量计的阻力损失为4.0kPa，整个管路的阻力损失约为3.0kPa，设空气温度为30，大气压为98.6kPa，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1m3气体为基准）得：pt=(Z2-Z1)g+（p2p1)+(u22-u12)/2+hfg 式中(Z2-Z1)g可忽略，p2=p1，u1=0,u2和可以计算如下：u2=(0.7851.522.5)/(0.7850.452)=27.8m/s,=(1.2927398.6)/303

20、101.3)=1.13kg/m3将以上个值代入上式：pt=1.1327.82/2+(4+3+1.23)1000=1.10104Pa=11.0kPa,按式pt=pt（/）=pt（1.2/）将所需pt换算成测定条件下的全风压pt，即pt=(1.2/1.13)1.1104=1.17104Pa根据所需全压pt=1.17104Pa和所需流量：进口状态 Vh=0.7851.522.53600=1.59104m3/h从风机样本中查得 9-27-101No.7(n=2900r/min)可满足要求。该机性能如下：全压 11.9kPa 风量 17100 m3/h 轴功率 89kW,2.2.2 旋转鼓风机与压缩机

21、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2-27 回路支路调节，不能全闭出口阀 小于80kPa 85 罗茨鼓风机.swf液环压缩机,螺杆压缩机 滑片压缩机,2.3.3 往复压缩机 P114-1172.3.3.1 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=Cp/Cv多变 k,.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 p2/p1一定，增大则0下降，吸气量减少；一定，p2

22、/p1增大则0下降，吸气量减少；甚至 0=0.,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,P2,P1,V1,V2,V3,V4,1,2,3,4,II,I,2.3.3.2 性能参数 P116 排气量生产能力 吸入状态 Vmin=ASnr Vmin=d Vmin m3/min d排气系数（0.80.95）0 轴功率与效率 N=Nad/ad ad=0.7 0.92.3.3.3 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,多级压缩,0,p,教案9例2 往复式压缩机计算

23、某工艺需将20，0.1MPa（绝）的原料气压缩至1MPa（绝），入口气体流量为1m3/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T2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101/2.解：（1）由式可求出T2=T1(p2/p1)(k1)/k=293 10（1.25-1）/1.25=464K=191Nad=p1 V1k/(k1)(p2/p1)(k1)/k 1=10511.25/(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，

24、则出口温度和功率消耗也相同。T2=T1(p2/p1)(k1)/k=293（101/2）（1.25-1）/1.25=369K=96 Nad=Nad1+Nad2=2 p1 V1k/(k1)(p2/p1)(k1)/2 k 1=210511.25/(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。,2.3.3.4 类型与选用 P117分类：大60m3/min中10-60小1-10 卧式 立式角式 气体种类 超高100MPa高10-100中1-10低1333Pa-10mmHg)、低真空(13331.333)0.01mmHg 高真空

25、（1.3331.333*10-5)超高真空（1.333*10-51.333*10-10)极高真空（1.333*10-10),离心真空泵 旋转真空泵,罗茨真空泵,往复真空泵,流体作用式文丘里管,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,