四川大学：《化工原理 Principles of Chemical Engineering》课程教学资源（PPT课件讲稿）第三章 流体输送与流体输送机械

第三章 流体输送与流体输送机械

第三章 流体输送与流体输送机械

概 化学工业是流程工业,从原料输入到成品输出的每一道工 序都在一定的流动状态下进行,整个工厂的生产设备是由 流体输送管道构成体系。 装置中的传热、传质和化学反应情况与流体流动状态密切 相关,流动参数的任何改变将迅速波及整个系统,直接影 响所有设备的操作状态。因此,往往选择流体的流量、压 强和温度等参数作为化工生产系统的主要控制参数。 流体流动与输送有其共同的规律。各种流体输送机械也有 共通的原理,所以有通用机械之称。 >化工生产系统中流体输送的主要任务是满足对工艺流体的 流量和压强的要求。流体输送系统包括:流体输送管路 流体输送机械、流动参数测控装置。 流体输送计算以描述流体流动基本规律的传递理论为基础

Ø 化学工业是流程工业，从原料输入到成品输出的每一道工 序都在一定的流动状态下进行，整个工厂的生产设备是由 流体输送管道构成体系。 Ø 装置中的传热、传质和化学反应情况与流体流动状态密切 相关，流动参数的任何改变将迅速波及整个系统，直接影 响所有设备的操作状态。因此，往往选择流体的流量、压 强和温度等参数作为化工生产系统的主要控制参数。 Ø 流体流动与输送有其共同的规律。各种流体输送机械也有 共通的原理，所以有通用机械之称。 Ø 化工生产系统中流体输送的主要任务是满足对工艺流体的 流量和压强的要求。流体输送系统包括：流体输送管路、 流体输送机械、流动参数测控装置。 Ø 流体输送计算以描述流体流动基本规律的传递理论为基础

沆钟输滋爹路计算的基方程 根据流体流动的质量守恒、动量守恒与能量守恒原理,不可 压缩流体在管路中稳定流动时应服从 连续性方程m=常数 柏努利方程 +—+g=1+h 2P2+8=2+ 2 ∑ V 4y 国体积平均流速m A丌d 由于流体输送系统的流速一般不会很低(湍流),因此动能 校正系数a往往接近于1.0。 对于流速较低的层流流动,a值与1.0相差较大,但由于动能 项在总能量中所占比例很小,也可不加校正

根据流体流动的质量守恒、动量守恒与能量守恒原理，不可 压缩流体在管路中稳定流动时应服从 uA  常数 g z h u p g z h u p    e    2  f 2 2 2 2 1 1 1 2 1 2 2     d V A V u 2 4       e      f gz h u p gz h u p 2 2 2 2 1 1 2 1 2  2  连续性方程 柏努利方程 体积平均流速 由于流体输送系统的流速一般不会很低（湍流），因此动能 校正系数  往往接近于1.0。 对于流速较低的层流流动， 值与1.0 相差较大，但由于动能 项在总能量中所占比例很小，也可不加校正

沆钟输滋爹路计算的基方程 ∑包括所选截面间全部管路阻力损关注意单位! 输送单位质量流体所需加入的外功,是决定流体输 送机械的重要数据。 若管路输送的流体的质量流量为ν(kgs),则输送流体所需 供给的功率(即流体输送机械的有效功率)为 Ne=h 单位为J/s(或W) 如果流体输送机械的效率为η,则实际消 v 耗的功率即流体输送机械的轴功率为 N 对可压缩流体,若在所取系统两截面之间流体的绝对压强变 化小于10%,仍可按不可压缩流体计算,而流体密度以两截 面之间的流体的平均密度pn代替

输送单位质量流体所需加入的外功，是决定流体输 送机械的重要数据。 单位为 J/s（或W） 对可压缩流体，若在所取系统两截面之间流体的绝对压强变 化小于10％，仍可按不可压缩流体计算，而流体密度以两截 面之间的流体的平均密度 m代替。 Ne  he w   N h w N e e     f h 包括所选截面间全部管路阻力损失 he 若管路输送的流体的质量流量为 w（kg/s），则输送流体所需 供给的功率（即流体输送机械的有效功率）为： 如果流体输送机械的效率为，则实际消 耗的功率即流体输送机械的轴功率为： 注意单位！

爹路计算型 设计型: 给定流体输送任务(质量流量W或 体积流量V、输送距离l、输送目 标点的静压强P2和垂直高差2)和 流体的初始状态(静压强P1、垂直 高差=1) 2 依据连续性方程和柏努利方程对流体输送系统进行设计或者 笔优化操作计算,结合管路的实际条件,合理地确定流速和 管径d。 如果计算结果需要外加输送功h,则应结合工程造价与操作 维修费用两方面的因素加以考虑

给定流体输送任务（质量流量 w 或 体积流量 V、输送距离 l、输送目 标点的静压强 p2 和垂直高差 z2）和 流体的初始状态（静压强 p1、垂直 高差 z 1） 设计型： 吸 收 塔 1 1 2 2 z2 z1 1 p 2 p 依据连续性方程和柏努利方程对流体输送系统进行设计或者 优化操作计算，结合管路的实际条件，合理地确定流速 u 和 管径 d。 如果计算结果需要外加输送功 he，则应结合工程造价与操作 维修费用两方面的因素加以考虑

爹路计算型 设计型 总费用 田 操作费 设备费 某些流体在管道中常用流速范围 l最佳 u 流体种类及状况常用流速范围流体种类及状况「常用流速范围 m Us m/s 水及一般液体 1~3 压力较高的气体 15~25 粘度较大的液体 0.5~1饱和水蒸气: 低压气体 8~15 8大气压以下 40~60 易燃、易爆的低压 3大气压以下 20~40 气体(如乙炔等) 过热水蒸气 30~50

某些流体在管道中常用流速范围 设计型： 费 用 u 设备费 总费用 操作费 u最佳 流体种类及状况 常用流速范围 m/s 流体种类及状况 常用流速范围 m/s 水及一般液体 1~3 压力较高的气体 15~25 粘度较大的液体 0.5~1 饱和水蒸气： 低压气体 8~15 8大气压以下 40~60 易燃、易爆的低压 气体（如乙炔等） <8 3大气压以下 过热水蒸气 20~40 30~50

爹计算的换型 操作型 流体输送管路系统一定,需计算其输 送能力、输送压力和动力消耗等,则 收交 用连续性方程和柏努利方程可求解系 统中指定截面处流体的流速u和压强 P以及指定管段的流动阻力损失∑h切8 等,提供操作与控制必需的信息。 由于柏努利方程中的流动阻力损失∑h与流速的关系为非线 性,故管路的操作型计算一般需要进行试差。 A=0(R,E/d)非线性函数 若已知阻力损失服从平方或一次方定律时,可将关系式直接 代入柏努利方程计算流速,不需进行试差

操作型： 流体输送管路系统一定，需计算其输 送能力、输送压力和动力消耗等，则 用连续性方程和柏努利方程可求解系 统中指定截面处流体的流速 u 和压强 p 以及指定管段的流动阻力损失hf 等，提供操作与控制必需的信息。 由于柏努利方程中的流动阻力损失 hf 与流速的关系为非线 性，故管路的操作型计算一般需要进行试差。 若已知阻力损失服从平方或一次方定律时，可将关系式直接 代入柏努利方程计算流速，不需进行试差。 R d  e   , / 非线性函数 吸 收 塔 1 1 2 2 z2 z1 1 p 2 p

管路计算的一般原則 应用柏努利方程时,首先应根据具体问题在流体流动系统中 确定衡算范围,也就是确定列岀柏努利方程的两截面位置。 截面位置的确定: 所选的计算截面既要与流体流动方向垂直(更严格地说应与 流线垂直),截面上各点的总势能也应相等。因此截面应选 在均匀管段且与管轴线垂直。 国所选的两个截面应尽可能是已知条件最多的截面,而待求的 参数应在两截面上或在两截面之问。 计算重力位能的基准水平面可任取,基准面处流体的重力位 能为零。所以若使两计算截面之一为基准面可使方程简化。 求解方程时应注意各项单位的一致性(J/kg或Pa) 柏努利方程是对稳定流动而言,在非稳定流动情况下则是针 对某一瞬时而言

应用柏努利方程时，首先应根据具体问题在流体流动系统中 确定衡算范围，也就是确定列出柏努利方程的两截面位置。 所选的计算截面既要与流体流动方向垂直（ 更严格地说应与 流线垂直），截面上各点的总势能也应相等。因此截面应选 在均匀管段且与管轴线垂直。 所选的两个截面应尽可能是已知条件最多的截面，而待求的 参数应在两截面上或在两截面之间。 计算重力位能的基准水平面可任取，基准面处流体的重力位 能为零。所以若使两计算截面之一为基准面可使方程简化。 求解方程时应注意各项单位的一致性（J/kg 或 Pa）。 柏努利方程是对稳定流动而言，在非稳定流动情况下则是针 对某一瞬时而言。 截面位置的确定：

【例3-1 容器B内保持一定真空度,溶液从 P 敞口容器A经内径为30mm导管自 真空 动流入容器B中。容器A的液面距 导管出口的高度为1.5m,管路阻力 损失可按∑h=5.52计算(不包括 pa B 导管出口的局部阻力),溶液密度 为1100kg/m3o 雷试计算:送液量每小时为3m时, 容器B内应保持的真空度。 事解:取容器A的液面1-1截面为基准面,导液管出口为22截面 在该两截面间列柏努利方程,有 u +21g+ +2g+-+2

【例3-1】 容器 B 内保持一定真空度，溶液从 敞口容器 A 经内径 为30mm导管自 动流入容器 B 中。容器 A 的液面距 导管出口的高度为 1.5m，管路阻力 损失可按 hf = 5.5u2计算（不包括 导管出口的局部阻力），溶液密度 为 1100kg/m3 。 试计算：送液量每小时为 3m3时， 容器 B 内应保持的真空度。 解：取容器A的液面1-1截面为基准面，导液管出口为2-2截面， 在该两截面间列柏努利方程，有 hf u z g u p z g p        2 2 2 2 2 2 2 1 1 1   B A 1 1 2 2 1.5m 抽真空 a p p真

【例3 1 P1= 0 P 真空 P2=Pa=P真 z,=1.5m pa B 4 3/3600 n20.785×0032~1.18m/s ∑hr=5.52=5.52 P真==2g+2+5.52 5×981+60×1.182)×1100=254×10Pa

【例3-1】   a u u p z g 1.5 9.81 6.0 1.18 1100 2.54 10 P 5.5 2 2 4 2 2 2 2 2              真     p2  pa  p真 z2 1.5m 0 0 p1  pa z1  u1  2 2 2 h 5.5u 5.5u  f   1.18m s 0.785 0.03 4 3 3600 2 2 2     d V u  B A 1 1 2 2 1.5m 抽真空 a p p真