化工流体课程设计报告

化工流体流动作业设计流体输送系统2010 年 10 月 27 日设计任务书某工厂用泵将液态混合烷烃从一密闭油罐输送到两个高位槽。已知当地环境温度为 20，大气压101.3 Pa，重力加速度 g 为 9.81 。操作条件下烷310 2sm烃密度 为 820 ，饱和蒸汽压 为 120kPa，黏度3mkg*P为 0.8mPa s。两分支管路液体流量 V 均为 10 ，油 h3罐液面上方压强 为液体饱和蒸汽压，高位槽 B 的表压aP为 176kPa，高位槽 C 的表压 为 150kPa。罐槽相对位置bPcP如图所示。根据条件设计一套分支管路液体输送系统。目录一、设计过程（一）管道设计1、主管道规格确定2、分支管道规格确定3、孔板流量计设计4、管道特性方程估算（1）管件阀门数据（2）6 项因素导致的压头损失（3）管路非动压头值的确定（4）管路特性方程（二）泵的设计1、项目基础数据及相关信息2、泵型号确定及其基础特性参数3、泵工作点确定及其性能参数的校正4、泵的安装高度估算（三）设计结果一览图表二、条件变化对输送系统的影响分析三、设计评述符号说明参考文献一、设计过程（一）管道设计1、主管道规格确定假定液体在主管道内的流速 =1.6 ，已知主管流量0usm，由流量计算式 得主hmVa /20/1233 udV2管道内径为： = =66.50uVda m6.14.36022查流体输送用不锈钢无缝钢管规格表 （后相关信息用m )(表相同，不再说明表名）选取管道规格 。则5.273主管内径 ，实际流速为：mda 6825.73sVuaa /53.14.60)2( 2主管雷诺数 10648.0Re3aud查某些工业管道的当量绝对粗糙度表 得无缝钢管当量绝对)(粗糙度 e=0.2mm，故可得相对粗糙度 029.68ade由此查管流摩擦系数 与 Re 及 e/d 的关系图 （后相关信息)1(用表相同，不再说明表名）得主管摩擦系数为 =0.027，可知液体处于湍流区。2、分支管道规格确定对于分支管路，单位质量流体在各支管流动终了时总机械能与能量损失之和相等，以 O 点为重力势能零点即有：。fcccfbbb hPugzhPugz 22将 OB 即 b 支路直管长度近似为 15m，将 OC 即 c 支管长度近似为 9m，由此式代值并变形可得： = + = +7.5332bufbhfcchu28201)765(1.943fcchu2而 ， =10 ，由初)(2dLef dAuV)(m/3步设计图及后面列表可得 =6.4+1=7.4（未考虑 b 管管径b突变） ， =0.75+6.4+1=8.15。c为减小因管径突变而导致的能量损失而选择 c 支管与主管相同的规格 ，则 ，m5.273mdac68m/s， =53320.5， =0.262 )/8(14.30)(ccdVu ccduRede0029 ，由此查图得 =0.028。c联立以上各式可得方程组：+ =11.295，试差：321059.3bud2bu)4.715(bd2bu bdbu（Re ， ）de53 1.26 0.021 （68449.5，0.0038 0.0295）55 1.17 0.03 （65958.75,0.0036) 0.0293取 =55mm，查表得 B 管道规格为 57mm 1mmbd =1.17m/s（Re， ）=（65958.75，0.0036）ude =0.0294b3、孔板流量计设计在主管道和 c 支管道上分别安装流量计。其中主管为竖直管，故安装符合条件的转子流量计，这里不做分析计算；c 支管为水平管，安装带 U 形管水银压差计的孔板流量计，采用试差迭代法估算孔径大小。孔流系数 在 0.60.7 之间为宜 ，可取 =0.62，由0c)1(0c得孔面积/)(20HgcRAV= /（ ）= 解得孔的直820/)136(25.08962.03 20)(d径 =25.55mm，Re= =53320.5， = =0.141 由此查0dcudcA20d图可得 =0.609 0c再同样方法将此值迭代第二次计算得 =25.77， =0.61 与00c前一结果相比误差很小，故可取孔板流量计直径=25.77mm，其对液体的永久能量损失及对应压头为0d= ） = ）0fh1.P（ 后前 cA0 1.()(gRH20cd=32.185J/kg, = /g=3.28m0fHfh说明：孔板流量计的安装条件 为其上下游管道直管长度至)1(少分别为 68cm（10 ）和 34cm（5 ） 。cdcd4、管道特性方程估算（1）管件阀门数据由初步设计图分析及查管件和阀件的局部阻力系数 值表 可得本项目所需阀门管件基础数据如下表所示：)2(名称 个数 备注标准弯头902 0.75 安泵处算一个弯头标准三通 1 1.5 直入旁出闸阀 2 0.17 作为泵的切断阀，全开标准截止阀 2 6.4 作节流阀，按球心阀全开处理旋启式回止阀1 2（2）6 项因素导致的压头损失前面计算可知 =1.53m/s=2 ， =1.17m/s，故aucub1）由管件阀门引起的压头损失 =1fHgudLe2)(=（ 0.172+2+0.75+1.5） +6.4+(6.4+0.75) 2au2bu2c/g=0.0296 /g2aQ（其中 =2 =2 ， = u）bc2)(d2）进出口处引起的压头损失 =0.5 +1 +12fH2au2b/g=0.0039 /gcu2aQ3）直管摩擦阻力引起的压头损失= =11/0.068 0.027 +15/0.055 0.0294 +93fHgudL2gua2gub2/0.068 0.028 =0.0292 /gc2aQ4)b 支路三通后截面突然缩小引起的压头损失=0.5（1- ） /g=0.000296 /g4fH前后A2bu2a5)流量计引起的压头损失将转子流量计引起的压头损失忽略不计（因其阻力很小） 。孔板流量计 = =3.28m5fH0f6）另外，油罐内压为 ，可预知泵放置必为 “倒灌” ，因*P此引起管道在初图基础上略有变化，可估计管长增加 4m，直角弯头增加 1 个，再加上泵吸入排出口处可能有截面突变，因这些引起的压头损失 = =6fHgudLa2)(6=6.979)75.068.42(gua22410aQ（3）管路非动压头确定支管位压头与静压头之和的比较：对于 AC 过程：K= =12+（150-120+101.3） 1000/(9.81 820)gPzm=28.322m同理对于 AB 过程： K=8+（176-120+101.3） 1000/（9.81 820）m=27.55m28.322m显然为保证顺利输送应以前者为总管路位压头与静压头之和。（4）管路特性方程综上可得总管路的特性方程为：=K+ =31.602+7.12He61ifi 3102aQ（ 单位 ， 单位 m）aQhm3He（二）泵的选择和设计1、基础数据及相关信息1）介质物性：输送对象为液态混合烷烃，=820 , =0.8mPa s =120kPa，基本无固体颗粒、3mkg*P气体等杂质。2）操作条件：液体温度与环境温度相等，为 20，绝压 ，表压 ，表压PaP310.环 境 kPa120罐 kPab176=150kPa，连续输送液体。c2、泵型号确定及其基础性能参数由管路计算分析得需对管路提供的压头=31.602+7.12 m=34.45m，考虑到安全系数H 32101.05 到 1.10 ，把泵的扬程定为 H=1.08 =37.206m 泵的)2( H流量至少为 =20Qhm3由上述信息查 65Y60 型泵性能表和性能曲线图 ，)3(选择 65Y60B 型油泵并获得泵的基础数据：所选泵为单吸离心卧式油泵（Y） ，吸入口直径65mm，单吸扬程 60m，叶轮级数为 1，比基本型号 65Y60 离心油泵直径小二级（B） ，原始性能参数（即出厂用20清水测值）如下表所示。流量Q扬程H转速 n 轴功率 N电机功率 效率汽蚀余量 h泵壳允许应力20 hm338m2950r/min4.22kW5.5kW 49 2.7m 1570/