《化工原理》

1《化工原理》PrinciplesofChemicalEngineering2第二章流体输送机械3第二章流体输送机械流体输送的目的：提高流体的动能、位能或静压能;克服沿程的阻力。fehgugpzh22从供料点到需料点的截面列柏努利方程：——输送机械对单位重量流体所做的功eh4按输送介质：液体输送机械——泵——不可压缩性流体气体输送机械——风机（鼓风机、通风机）、压缩机按工作原理：离心式：依靠高速旋转的叶片产生离心力向液体传送机械能。离心泵、旋涡泵正位移式（容积式）：利用工作室容积周期性变化，使液体升压把能量传递给液体。往复泵、旋转泵喷射式：高速喷射水流带走空气,形成低压。喷射泵液体输送一般用离心泵和往复泵两类。{流体输送机械分类：（1）叶轮：离心泵的核心部件，由4-8片叶片组成。作用：通过高速旋转，将原动机的能量传给液体。分类：开式、闭式和半开式。第一节离心泵一主要部件和工作原理1．主要部件6（2）泵壳：泵的外壳，包围叶轮，形成一个截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道。将液体的大部分动能转变成静压能。泵壳作用：汇集液体；能量转化作用。（3）泵轴：位于叶轮中心且与叶轮所在平面垂直的轴。轴封：旋转泵轴与固定泵体之间的密封装置。72．离心泵的工作原理（1）液体能量转化：泵轴带动叶轮叶片间流体做功，流体获得高速进入泵壳。蜗壳形通道逐渐扩大，流体在壳内减速，动能转化为静压能。（2）液体吸上原理：叶轮高速旋转使叶轮中心形成低压（真空），低位槽液体依靠压力差被不断地吸入泵内。气缚现象：离心泵在启动前壳内充满大量气体，叶轮中心处形成的负压小，形不成吸上液体所需的压力差，致槽内液体吸不上来的现象。8二离心泵的性能参数与特性曲线1．主要性能参数转速n：1000~3000rpm；2900rpm最常见。流量Q：泵的输液能力，与叶轮结构、尺寸和转速有关。流量计直接测其输出管路。压头（扬程）H：泵向单位重量流体提供的机械能。与流量、叶轮结构、尺寸和转速有关。扬程－能量概念；非升举高度升举高度－泵将流体从低位升至高位时，两液面间的高度差。9b、c所在截面列柏努利方程2202cbcbfbcppuuHhhgg两截面间管长很短，阻力损失可忽略，动能变化小(cbcbppppHgg真空）扬程的测量1011效率η：泵对外加能量的利用程度。η=Ne/N有效功率Ne：单位时间离心泵对流体做的功。Ne=gQH；轴功率N：单位时间内由电机输入离心泵的功。2．离心泵的性能曲线①H-Q曲线：随着流量的增加，泵的压头下降，此规律对流量很小的情况可能不适用。②N-Q曲线：轴功率随流量的增加而增大，离心泵应在关闭出口阀的情况下启动，使泵启动功率最小，减小电机的启动电流。③η-Q曲线：泵的效率先随着流量的增加而上升，达一最大值后下降。生产中选泵，应使泵在最高效率点附近操作，相应的流量范围内效率较高。功率：12粘度：粘度增加，泵的流量、压头、效率都下降，但轴功率上升。故当被流体的粘度有较大变化时，需对特性曲线校正。粘度＜2×10-5m2·s-1,影响小可忽略。3．离心泵特性曲线的影响因素（1）流体的性质：密度：离心泵的压头和流量均与液体的密度无关，H~Q曲线不变。有效功率和轴功率与密度成正比，使用水的N~Q曲线需对密度校正：效率与密度无关。NN实水13（2）转速离心泵转速变化时，流量、压头和轴功率都要变化：（3）叶轮直径当切割量小于20%时：——切割定律——比例定律1212nnQQ21212)(nnHH31212)(nnNN1212DDQQ21212)(DDHH31212)(DDNN14流体通过管路所需外加压头：式中的压头损失：fehgugpzh22222582eeflllluhQdggd三离心泵的工作点和流量调节1．管路的特性方程)ephzfQg（——管路的特性方程15阻力平方区——管路的特性方程pAzg则上式变为：令258ellBgd2ehABQQH2ehABQ高阻管路特性曲线较陡；低阻管路特性曲线较平缓。λ大162．离心泵的工作点液体流过管路所需压头与泵对液体提供的压头相等时的流量说明：①泵的工作点由泵特性和管路特性共同决定，可联立两特性方程得到；②泵的工作点对应的泵压头既是泵提供的，也是管路需要的；③工作点对应的各性能参数反映一台泵的实际工作状态。173．离心泵的流量调节（1）改变管路特性——改变出口阀的开度18（2）改变泵的特性—改变叶轮转速nA＜nB，转速增加,流量和压头均增加。（3）改变泵的特性—切削叶轮直径：调节范围不大，只能变小，适合长期性调整，操作中调整不可行P63例2－319③n台完全相同的泵并联，组合泵的特性方程为：1．双泵并联①理论上，H不变，Q加倍；22nQBAH四离心泵的组合操作②实际工作流量并未加倍（QB＜2QA），压头有所增加；2．双泵串联①理论上，Q不变，H加倍；②实际工作压头未加倍（HB＜2HA），流量却有所增加；③n个完全相同的泵串联，组合泵的特性方程：)(2BQAnH20gpzH高阻管路：2－2’——串联比并联时Q增值大，选串联。低阻管路：1－1’——并联比串联时Q增量大，选并联。3．组合方式的选择压头不够：流量不够：采用串联高阻管路低阻管路双串双并21安装高度：被吸入液体贮槽的液面到离心泵入口处的垂直距离.1．汽蚀现象在s-s和K-K间列柏努利方程：2()2KssfsKppuzhgggsz五离心泵的安装高度22①叶轮中心处汽化产生大量汽泡；②含汽泡液体进入周边高压区，压力剧增使汽泡凝聚，产生局部真空，周围液体以很高的流速冲向真空区域；③当汽泡的冷凝发生在叶片表面附近时，大量液体以高频冲击力冲击叶片，使叶轮损伤，这种现象称为“汽蚀”。问题：如何确定Zs的上限？泵的实际安装高度低于允许安装高度，操作时不会发生汽蚀。23防止汽蚀，应pK＞pV（液体饱和蒸汽压），且pe＞pK，2()2esesfseppuzhggg或2()2esesfseppuzhggg（）－气蚀余量（NPSH）22eevpuphggg2．汽蚀余量与允许安装高度全压头饱和蒸汽压最小气蚀余量minhmin2min2eevpuphgggmin0.3hh允许=允许气蚀余量h允许24泵的允许安装高度：()svsfseppzhhgg，允许允许（1）汽蚀现象的产生的原因：①离心泵的安装高度太高；②被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；③吸入管路的阻力损失太大。（2）计算的允许安装高度有时为负值，说明泵应该安装在液体贮槽液面以下。（3）允许安装高度的大小与泵的流量有关。（4）安装泵时，为保险计，实际安装高度比允许安装高度还要小0.5至1米。251、离心泵的类型：（1）清水泵：适用于输送清水或物性与水相近、无腐蚀性且杂质较少的液体。结构简单，操作容易。（2）耐腐蚀泵：用于输送具有腐蚀性的液体，接触液体的部件用耐腐蚀的材料制成，要求密封可靠。（3）油泵：输送石油产品的泵，要求有良好的密封性。（4）杂质泵：输送含固体颗粒的液体、稠厚的浆液，叶轮流道宽，叶片数少。单吸泵,双吸泵——流量大小；单级泵,多级泵——扬程大小；卧式泵，立式泵——安装条件。六离心泵的选用、安装与操作262离心泵的选用（1）根据被输送液体的性质确定泵的类型（2）确定输送系统的流量和所需压头。流量由生产任务来定，所需压头由管路的特性方程来定。（3）根据所需流量和压头确定泵的型号①查泵的型谱或相关附表，要求流量和压头与管路所需相适应，防止形成大马拉小车（浪费）或小马拉大车（超载）。②若生产中流量有变动，以最大流量为准来查找，无最大流量时，按1.1~1.15倍正常流量计算；H应以最大流量对应压头的1.05~1.1倍计。③若H和Q与所需要不符，则应在邻近型号中找H和Q都稍大一点的。④若几个型号都满足，应选一个在操作条件下效率最好的。⑤为保险，所选泵可以稍大；但若太大，工作点离最高效率点太远，则能量利用程度低。⑥若被输送液体的性质与标准流体相差较大，则应对所选泵的特性曲线和参数进行校正，确定是否能满足要求。273离心泵的安装与操作（1）安装：①安装高度不能太高，应小于允许安装高度。②尽量减少吸入管路的阻力，主要考虑：吸入管路短、直、粗、管件少。（2）操作：①启动前应灌泵；②应在关闭出口阀的情况下启动泵；③停泵前先关闭出口阀；28第二节其它类型泵一、往复泵：往复工作的容积式泵，依靠活塞的往复运动周期性改变泵腔容积将液体吸入和压出。1．往复泵的结构吸入阀和排出阀均为单向阀。活塞与阀间的空间称为工作室。往复泵装置简图1—泵缸;2—活塞;3—活塞杆;4—吸入阀;5—排出阀单动泵：一侧装有吸入阀和排出阀.29①活塞与电机相连，在泵缸内作往复运动；②活塞自左向右移动时，排出阀关闭，吸入阀打开，液体进入泵缸，直至活塞移至最右端。③活塞由右向左移动，吸入阀关闭而排出阀开启，将液体以高压排出。④活塞移至左端，排液完毕，完成一个工作循环，周而复始实现送液。说明：①冲程：活塞在两端点间的移动距离。②单动泵：活塞往复运动一次，吸液和排液各一次，交替进行，输送液体不连续。由于活塞的往复运动是不等速的，瞬间流量不均匀，形成的流量曲线：Qθ2.工作原理：30③双动泵：活塞左右两侧都有阀门，吸液和排液同时进行。④活塞自左向右移动时，工作室左侧吸入液体，右侧排出液体，活塞自右向左移动时，工作室右侧吸入液体，左侧排出液体，活塞的每一次行程都在吸液和排液，每一个工作循环吸液和排液各两次，因而供液流量连续，但仍有起伏。Qθ采用三台双动泵并联工作，其送液量较均匀。Qθ为提高流量的均匀性，左右两排出阀上方增设空气室，利用空气的压缩和膨胀来存放和排出部分液体，对液流波动起缓冲作用——稳压装置313.往复泵特点：(1)流量只与泵缸尺寸、冲程、活塞往复次数有关，与泵的压头、管路等无关。(2)理论上单动泵的流量：QT＝ASnr双动泵的流量：QT＝(2A-a)Snr式中：QT——往复泵理论流量，m3/sA——活塞截面积，m2a——活塞杆截面积，m2S——活塞的冲程(在泵缸内移动的距离)，mnr——活塞往复频率，1/s。32(3)往复泵提供的压头只与管路的情况有关，与泵的几何尺寸、流量无关;(4)往复泵具有自吸能力;(5)启动和停车时须开出口阀门（与离心泵相反）。流量调节不能用排出管路上的阀门;(6)往复泵的理论流量是由单位时间内活塞扫过的体积决定的，排液能力只与活塞位移有关，与管路无关，这种泵称为正位移泵。实际流量小于理论流量，仍为常数，压头高时会稍变小。瞬时流量不均匀而一段时间内流量的固定性。334、往复泵的工作点与流量调节流量调节方法：①支路调节：在排出管上安装支路。支路作用：使排出液体部分流回吸入管路，即使主管中的流量发生变化，泵送流量不变。支路还设安全阀，当泵出口压力超过规定值，安全阀被顶开，使出口减压。②改变曲柄转速：通过改变曲柄转速，来改变活塞往复运动的频率，达到调节流量的目的。工作点：泵特性与管特性的交点。34按压缩比分为四类：①通风机：终压（表压）不大于15kPa,压缩比1至1.15②鼓风机：终压15~300kPa，压缩比小于4。③压缩机：终压在300kPa以上，压缩比大于4。④真空泵：终压为大气压，压缩比由真空度决定。按工作原理分为:离心式、旋转式、往复式及喷射式。第三节气体输送机械35一概述1．气体输送机械在工业生产中的应用①气体输送：气体输送往往输送量很大，动力消耗相当大,气体输送用通风机和鼓风机。②产生高压气体：有些化学反应过程或分离过程需要在高压下进行，如合成氨反应，气体的液化与分离，得到高压气体用压缩机。③产生真空:真空泵从设备中抽出气体以产生真空。36①动力消耗大：气体输送流速比液体大得多，流速1