模块一流体输送操作.ppt

模块一 流体输送操作 化工单元操作 项目1 观察流体流动 自然界中存在着大量的流动现象，如河水流动，刮风等 等。流体有不同的流动状态。 实训任务:观察液体的流动状态 实训过程 水箱加水调节流量记录流量 计算雷诺准数验证雷诺判据 检查评价 学生自查实训情况，各组比较操作情况 及数据的准确性，选出最佳操作人员。 一、流体流动的基础知识 流体包括气体和液体，液体可认为是不可压缩 性流体，气体为可压缩性流体。 1液体内部不同位置的压力 处在水下不同位置时，所受的压力相同吗 ？ （1）压力的表示方法 化工生产中习惯上将压强称为压力，是指垂直作用于流 体单位面积上的压力，以p表示。 单位: N/m2，Pa；MPa；kPa；atm；at或kgf/cm2；mH2O；mmHg 换算关系： 1 MPa103kPa106Pa 1atm0.10133MPa101.3kPa1.033 kgf/cm2 760mmHg10.33mH2O 表压：表上读出的压力，是设备内实际压力与大气压力之差 。 绝对压力：设备内的实际压力。 真空度：设备内的实际压力小于大气压时，表上测出的压力 （2）静止流体内的压力计算 静力学基本方程 在静止的、连通着的同种液体内，处于同一水平面上各点 的压力相等。压力相等的面称为等压面。 液体内部任意一点或液面上方的压力发生变化时，液体内 部各点的压力也发生同样大小的变化。 （3）利用静力学方程式解决实际问题 通过液柱高度可进行压力及压差测 量 【例1-1】 如图所示，已知管内流体 为水，指示液为汞，压差计上读数为 40mm，求两测压点的压差。 解：已知 1000kg/m3， 13600kg/m3 p1p2R（ ）g 0.04（136001000）9.814944.2Pa 用于了解化工生产中高位槽、储槽、塔器及地下容器内 液位的高度。 计算液封高度 安全液封（水封）装置的作用：当设备内压力超过规定 值时，气体从水封管排出，以确保设备操作的安全，或防 止气柜内气体泄漏。 水封管的插入深度h为： 2流量和流速 （1）流量 体积流量：单位时间内流体流经管路任一截面处 流体的体积，qV ， m3/s 质量流量：单位时间内流体流经管路任一截面处 流体的质量，qm，kg/s （2）流速 单位时间内流体质点在流动方向上所流过的距离， u，m/s 流速、体积流量、质量流量之间的关系： （3）管径、流量和流速之间的关系流量方程 3稳定流动的质量守恒连续性方程 （1）稳定流动和不稳定流动稳定流动 稳定流动：任一截面处的流速、压力等都不随时间而变。 正常连续生产时，均属于稳定流动。 不稳定流动：水的流速、压力等随时间而变。 连续生产的开、停车阶段，属于不稳定流动。 （2）连续性方程 稳定流动系统，流体地从1-1截面流入，从2-2截面流出 ，且充满全部管路。 若流体为不可压缩流体，即为常数，则 对于圆管， 【例1-2】 如图1-10所示的串联变径管路中，已知小管规格 为57mm3mm，大管规格为89mm3.5mm，水在小管内的 平均流速为2.5m/s，水的密度可取为1000kg/m3。试求：（1 ）水在大管中的流速。（2）管路中水的体积流量和质量流 量。 解：（1）小管内径d1572351mm，u12.5m/s 大管内径d28923.582mm m/s （2） m3/s kg/s 4稳定流动的机械能守恒柏努利方程 （1）流体所具有的能量机械能（单位J/kg） 位能。mgZ （计算时规定基准水平面） 动能。 静压能。m 可用测压管中的一段液体柱高度来表示，称为“压头”。 位压头表示1N流体的位能； 动压头表示1N流体的动能； 静压头表示1N流体的静压能。 （2）系统与外界交换的能量 外功或有效功：1kg流体从流体输送机械所获得的能量， We 损失能量：克服系统阻力所损耗的能量， （3）柏努利方程 反映流体流动过程中能量的转化和守恒规律 柏努利方程适用于稳定、连续的不可压 缩系统，在流动过程中两截面间流量不 变，满足连续性方程。 确定两设备间的相对位置高度 解：取高位槽液面为1-1面，喷头入口处为2-2面，以2-2面为基准面 在两截面之间列柏努利方程 列出已知条件 Z1？, Z20 ; u1 0 u22.2 m/s ; 1050 kg/m3 p10 p2 4.05104Pa （均为表压）; We0 hf25 J/kg 代入柏努利方程 解得 Z16.73m。 （3）柏努利方程在工程上的应用 【例1-3】 用高位槽向喷头供应液体，液体密度为1050 kg/m3。喷头入口处维持4.05104Pa的压力（表压） ，液体在管内的速度为2.2 m/s，管路阻力为25J/kg（ 从高位槽的液面算至喷头入口处），设液面维持恒 定，求高位槽内液面至少要在喷头入口以上多少米 ？ 确定输送设备的有效功率 【例1-4】 用泵把水从贮槽送至填料塔顶，槽内 水位维持恒定，各部分相对位置如本题附图所 示。管路的直径均为57mm2.5mm ，送水流量 为15 m3/h。塔内水管出口处的表压为125kPa， 能量损失为5m水柱。求水泵的有效功率。 解：取贮槽液面为截面1-1，塔内出口处为截面2-2，以截面1-1为基准面 在两截面之间列柏努利方程 已知: Z10 , Z2201.518.5m; p10, p2125kPa，1000 kg/m3 u10 , qV 15 m3/h， d5722.552mm0.052m, u21.96 m/s We？ hf59.8149.05J/kg 代入 解得 We357.45J/kg 质量流量 qm151000/36004.17kg/s 有效功率 Peqm We357.454.171489.5 W1.49kW 确定输送液体的压力 求管路中流体的流量 1流动型态的划分 层流（滞流）:管内流体的低速流动、高黏度液体的流动 、毛细管和多孔介质中的流体流动。 湍流（紊流）:工程上管内流体的流动大多为湍流。 过渡流：介于两者之间。 二、管内流体的流动型态 层流时，速度分布曲线呈抛物线形，平均流速u=0.5umax 湍流时，速度分布呈不严格抛物线形，平均流速u=0.82umax 湍流时的速度分布 层流时的速度分布 2流体流动型态的判定 用雷诺准数Re判定流动型态。在圆形直管道中， 雷诺准数Re无量纲。 Re值反映流体的湍动程度， Re越大，流体流动的湍动性越 强。 流体在直管内流动时， Re 2000时为层流；Re 4000为湍 流； 2000 Re 4000时，可能为层流，也可能为湍流，与 流动环境有关。 【作业】 分析并比较下列各组概念的联系与区别。 体积流量 层流 绝对压力 位能 能 量损失 质量流量 湍流 表压 动能 压 头损失 流速 过渡流 真空度 静压能 计算题 项目2 化工管路的安装 化工生产中，经常需要将流体物料从一个设备输送到另一 个设备，实现这一过程要借助管路和流体输送机械。 管路相当于人体的血管，流体输送机械相当于人的心脏。 实训任务：安装与连接化工管路 实训过程 绘制管路图选择管件阀门截取管子 管子割丝管路安装水压试验 检查评价 学生自查实训情况，各组比较操作情况及数据的 准确性，选出最佳操作人员。 化工管路 1化工管路是由哪些构件构成的？ 257mm2.5mm表示的管子的规格是怎样的？ DN和PN分别表示什么意思？ 自学、讨论 化工管路 3根据实物或图片认识管件，说明管件的作用。 自学、讨论 化工管路 4根据图形说明阀门的的结构特点及应用场合。 自学、讨论 化工管路 5管路常用的连接方式有四种，说明其结构特点 及应用场合。 6单一管路、串联管路、分支管路和并联管路各 有什么特点？ 7怎样选择管子材料和管径？ 8管路的布置与安装有什么原则？ 自学、讨论 【例1-5】某厂精馏塔进料量为50000kg/h，料液的性质和水 相近，密度为960kg/m3，试选择进料管的管径并计算管内实 际流速。 解： 根据输送物料的性质，选择无缝钢管。 m3/s 因料液的性质与水相近，故选取u1.8m/s， 根据附录八中的管子规格，选用108mm4mm的无缝钢管， 其内径为d10824100mm。 核算管内实际流速为 m/s 1流体的黏度 流体流动时产生内摩擦力的性质称为流体的黏性。 黏性越大，流动性越差，流动阻力越大。 动力黏度（黏度），Ns/m2（Pas），P（泊），cP（厘 泊） 换算关系：1Pas10P1000cP1000mPas 影响流体黏度的因素主要是温度。 对于液体，温度升高，黏度减小； 对于气体，温度升高，黏度增大。 三、流体阻力 2流体阻力 因为流体有黏性，它在管道里流动会有阻力，即 柏努利方程中的hf或Hf 。 流体在管路中流动时的阻力分为直管阻力和局部 阻力两种。 降低管路总阻力的措施： 合理布局，尽量减少管长，少装不必要的管件 及阀门。 适当加大管径并尽量选用光滑管。 高黏度液体长距离输送时，可用加热方法（蒸 气伴管）