化工原理,第1-2章,2005-10-14.doc

绪论（一）化工过程与单元操作化学工程以化学工业的生产过程为研究对象。化学工业的生产过程，简称化工过程，其特点之一：步骤多。化工过程的步骤分为两大类：一类：化学反应过程，通常在反应器中进行。另一类：单元操作。 其特点：1、均为物理性操作，不改变化学性质 2、均为化工生产过程中共有的操作 3、相同的单元操作其基本原理相同，设备往往通用单元操作归并为三类，其基本原理归入动量、热量、质量三种传递理论。1、 以流体力学为基础：流体输送、沉降、过滤、离心分离、搅拌、固体流态化2、 以热量传递理论为基础：加热、冷却、蒸发3、 以质量传递理论为基础：蒸馏、吸收、萃取、干燥、结晶、膜分离。（又称为分离过程）化工主要任务：开发、设计、操作化工原理：学习单元操作的过程（二）单位及单位换算SI国际制单位cgs物理制单位1、单位制度物理制 长度 cm 质量 g 时间 s国际制 长度 m 质量 kg 时间 s 温度 k 物质量 mol工程制 长度 m 力或重量kgf 时间 s2、质量、重量、力 质量物体所含物质的多少 重量物体所受地球吸引力（重力）的大小 质量和力（重力）的关系：f=kma cgs制 【f】【ma】=gcm/s2=dyn SI 制 【f】【ma】=kgm/s2=N3、单位的正确运用化工计算中公式分两类：（1）理论公式（又称物理量方程）：物理量是数目与单位的乘积（2）经验公式：公式中的每一符号都需要用指定单位的数值代入，其结果单位也是指定的。4、单位换算例1、 1atm=1.033kgf/cm2=10330kgf/m2=1.013105N/m2例2、 R=82.06atmcm3/(molk)=848kgfm/(kmolk) (工程)=8.314kJ/(kmolk) (SI) （三）物料衡算目的：1、确定设备尺寸2、确定过程或某一步骤中原料、产物、副产物等量之间关系依据：质量守恒定律公式：输入输出积存若稳定过程：输入输出步骤：1、绘出过程流程图2、划定衡算范围3、规定衡算基准4、列出衡算式并求解 （例3）（四）热量衡算目的：计算出所需提供或移出的热量依据：能量守恒定律公式：输入输出积存稳定过程：输入输出热量衡算项目：1、 进出设备的物料本身的焓2、 从外界加入或向外界送出的热3、 化学反应放出或吸收的热（反应热）SI制 能量和热量单位 J or KJ工程制 能量 kgfm （千克力米）热量 kcal （千卡）1kcal = 427 kgfm = 4.187 kJ步骤：衡算范围、衡算标准、基准温度物料的焓值常以0为基准，可不再指明例4、讲解 1kcal = 4.187 kJ = 427 kgfm第一章 流体流动与流体输送有关的基本原理称为“流体流动”讨论主要内容：1、通过管路系统的压力变化2、输送所需功率3、流量测量4输送机械的选择与操作流体流动作为一个整体运动的同时，也存在着内部质点的相对运动。质点：由大量分子构成的集团，但其大小与管路容器的几何尺寸相比仍微不足道，故称为微团。流体内部无数质点运动的总和构成了流体的流动。第一节 流体静止的基本方程静止流体的规律是指流体在重力作用下内部压力变化的规律1-1 密度流体的密度单位体积流体的质量，SI 单位制：kg/m3=(P,T)不可压缩流体：密度随压力改变很小的流体可压缩流体：密度随压力有显著改变的流体理想流体：标准状态（1atm,0）下每kmol气体的体积为22.4m3，密度：【kg/kmol】 【kg/m3】 22.4 【m3/kmol】=, =, =1atm, =273 K=kg， m3，kmol， KPa， K， 8.314KJ/kmolk混合气体： 混合气体的体积分率 混合气体密度： 理想气体：体积分率摩尔分率混合液体： 质量分率 （取1kg混合物为基准） 比容，单位质量物体的体积，数值上等于密度的倒数。比重：1-2 压力流体垂直作用于单位面积上的力称为流体的压力SI单位制 单位 PaN/m2工程单位 kgf/m21atm = 101300 Pa = 101.3kPa = 0.1013Mpa=10330kgf/m2=1.033kgf/cm2=10.33m H2O=760mmHg1m H2O = 9806.3 Pa绝对压力（绝压）压力的实际数值表压力（表压）压力表上读得的压力值表压绝压大气压真空度大气压绝压真空度是表压的绝对值；工业上亦称真空度为负压；当压力数值用表压或真空度表示时，应分别注明，否则，视为绝对压力；记录真空度或表压，应注明当地的大气压，否则认为大气压等于1标注大气压。1-3 流体的静力平衡定义：静止流体内部任一点的压力称为质点的流体静压力。特点：1、从各方向作用于某一点上的流体静压力相等2、压力的方向垂直于过该点的作用平面3、在重力场中，同一水平面上各点的流体静压力相等，但随位置高低而变作图11：高度为Z的水平面上作用压力为P，流体密度 向上作用于薄层下底的总压力PA 向下作用薄层上底的总压力（P+dP）A 向下作用的重力PA（P+dP）A0 dP+=0积分 常数静止流体内部某一水平面上的压力与位置和流体密度有关。a、位置愈低，压力愈大b、密度愈大，压力愈大（巴斯葛原理）：液面上所受的压力能以同样大小传递到液体内部的任一点。即：压力若有变化压力亦随之增减。积分范围内流体仅有一种且不间断。1-4 液柱压差计（1） U管压差计RZcbaABP1P2液体A指示液液体B所测流体与A不溶 对气体B，可忽略，即：（2） 双液体U管压差计ABCP1P2A、C为两种互不相溶且密度相差不大的指示液。A的高差很大，两个小室内指示液C的液面基本维持等高，则选择两种适当指示液，可将R放大到普通U管的几倍将普通U管压差计倾斜放置以放大读数，即倾斜U管压差计例12 讲解第二节 流体流动的基本方程1-5 概述流体在管内的流动是轴向流动，按一维流动分析流体流动的截面规定与流动方向相垂直一、 流量与流速1、体积流量 （m3/s）2、质量流量 （kg/s）3、流速 (m/s)4、质量流速 （kg/m2s）一般液体流速0.53m/s ， 气体流速1030m/s二、 稳定流动与不稳定流动稳定流动中，流速只与位置有关不稳定流动中，流速除与位置有关外，还与时间有关三、 总衡算总衡算：分析的对象是流体的整体而不是其中的某一局部。注意的是流体参数的宏观变化而不是其微观变化，故这种衡算又称为宏观衡算。步骤：（1）确定衡算范围（又称划定体积）（2）列衡算式：输入输出，输入速率输出速率1-6 物料衡算连续性方程常数 若不可压缩流体，常数，则常数适用条件：流体必须充满全管管内流动，不能有间断处1-7 总能量衡算（1） 内能：贮存于物体内部的能量，与流体温度有关，压力可忽略影响质量为m的流体的内能【】kgJ/kgJ（2） 位能：将流体提升距离Z所需的功质量为m的流体的位能【】kg(m/s2)mNmJ（3） 动能：流体从静止加速到流速所需的功 质量为m的流体的动能【】kgkgm/s2mJ（4） 压力能：压力能在流体流动时才出现，故又称为流动功质量为m的流体的压力能PV【PV】（N/m2）m3NmJmEmVmgZPV 不依随于流体进、出划定体积的能量（1） 热：单位质量流体通过划定体积的过程中所吸的热质量为m的流体所吸热m【m】kgJ/kgJ吸热：为正，放热：为负（2） 功：单位质量流体通过划定体积的过程中所接受外功质量为m的流体所接受的功m【m】kgJ/kgJ接受外功：为正，向外界做功：为负令为流体比容，则 （J/kg）H，则 能量分两类：一类是机械能，即位能、动能、压力能、功 另一类：内能、热若流动系统中包含传热设备，则流体的机械能变化比焓变化小的多，所以对传热设备可忽略机械能而只考虑焓。1-8 机械能衡算柏努利方程三个假设：1、流体不可压缩 2、流动系统中无热交换 0 3、流体温度不变 每单位质量流体通过划定体积的过程中损失的能量，单位：J/kg式116、16a于是成为 即令 ，则 单位：mZ：位头（位压头）：速度头（动压头）三项之和为总压头：压力头（静压头） 增加的压头压头损失柏努利（Bernoulli）方程： 理想流体流动，无外加功 机械能衡算式的意义与应用1、 没有外加入也没有能量损耗，则任一截面机械能总量E相等E常数若有外加功并有能耗，则2、 柏努利方程将几种机械能互变若没有外加压头，也无压头损失，则任一截面总压头h相等h常数3、 静止流体，无外功加入 ， 则例18 讲解 不稳定过程输入速率输出速率积累速度某一瞬间，液面高度为Z，经历后，高度改变，在内，对桶内液层划定体积应用，水的输入速率0 水的输出速率0.62 水的积累速率 则00.62解题要点：1、 选定上、下游截面，明确衡算所考虑范围2、 定出基准水平面3、 单位一致，通常用表压第三节 流体流动现象1-9 粘度一、牛顿粘性定律流体层无数极薄的圆筒，一层套一层，每一层上质点流速相等 ， 速度梯度 流体的粘性只有在它运动时才显现出粘性总是与速度梯度相联系 温度升高，液体粘度减小，气体粘度增加牛顿型流体：剪应力与速度梯度的关系符合牛顿粘性定律，包括全部气体与大部分液体非牛顿型流体：稠厚液体或悬浮液二、剪应力与动量传递 式中是单位体积的动量，以单位体积流体计的动量梯度。剪应力即动量通量与单位体积动量的梯度之积负号表示动量传递的方向是速度减小的方向运动粘度 ，单位 m2/s ，cm2/s 1-10 流动型态一、雷诺实验层流或滞流 湍流或紊流二、雷诺数 计算雷诺数时，其中各物理量必须统一的单位制 九个物理量组合成的无因次数群称为无因次群或准数 4000 湍流 ， 20004000 过渡状态雷诺数的意义：反映流体流动中的惯性力与粘性力对比的关系表示单位时间通过单位管截面的动量表示单位时间通过单位管截面的质量流体内部速度梯度与流体内的剪应力或粘性力成比例 惯性力加剧湍动，粘性力抑制湍动三、湍流的脉动现象和时均化速度的脉动：瞬时速度的变化虽不规则，但又都围绕某一平均值而上下波动，这种现象称为速度的脉动。 时均速度： 瞬时速度：时均速度脉动速度 脉动速度时瞬时速度对时均速度的偏离，它时大时小，时正时负，其时均估测等于零。， 适用于层流的牛顿粘性定律，不能用于湍流1-11 管内流动的分析一、 层流的速度分布 ， 二、 湍流的速度分布 ， 代表一点离壁面的距离， 610。Re则， 上述速度分布规律仅在管内流动达平稳（充分发展）时才成立。管口附近，外来影响尚未消失，流动受到干扰，这些地方的速度分布曲线都会发生变形。三、平均速度层流时： 湍流时：1-13 边界层概念普兰得的边界层学说：分析实际流体与固体壁面的相对运动时，应以壁面附近的流体为主要对象。一、流体沿壁面流动，划分为两个区域：一是壁面附近速度变化较大的区域为边界层，流体阻力主要几种在此区域；二是离壁面较远，速度基本上不变的区域，其中阻力可忽略。 随着水的向前移动，剪应力的继续作用使边界层的厚度随距沿的距离而增加 边界层内流体的速度由管壁处的零增到中心区域的均匀值 边界层厚度等于管半径，此种流动为充分发展的流动，达到充分发展所需管长称为“进口段长度”。 层流时此段长度与管层之比约等于0.05Re 湍流时进口段长度大约等于4050d。湍流边界层缓冲层层流底层层流边界层层流边界层与湍流边界层二、边界层分离（产生大量漩涡） 摩擦阻力（表面阻力） 形体阻力（弯曲、扩大或缩小、边界层分离）第四节 管内流动的阻力损失摩擦损失（直管损失）和局部阻力损失1-14 计算直管摩擦损失的通式一、 压力将、阻力损失的直观表现：压力损失 ，静压差代表流体流过水平管因克服摩擦阻力而引起的压力将。 压力损失是单位体积流体的机械能（静压能）损耗，除以流体密度是单位流体的机械能损耗，除以即为压头损失（单位质量流体的损耗）。二、范宁公式与摩擦因素范宁公式推导：P2P1FWP1P2-FW0而 P1P2（P1P2）（） FW 带入上式，则 令，则 （Pa） （J/kg） （m） ：无因次量，摩擦因素 范宁公式适用于不可压缩流体的稳定流动，对层流和湍流均适用1-15 层流时的摩擦损失哈根（Hagen）泊谩叶（Poiseuille）公式计算层流时摩擦损失推导： ，将，代入，则 即与范宁公式对比，则层流时摩擦因素：，1-16 因次分析方法因次分析法：将有关变量组合成无因次数群，这些数群代替方程式中的单个变量，数群的数目总是比变量的数目少，这样实验与关联工作都简化。因次分析的基础：因次一致性原则 凡是根据基本的物理规律导出的物理方程，其中各项的因次必然相同例：用因次分析法找出摩擦损失中的数群。列出影响的有关物理量：写成下列幂函数形式：各物理量的因次：代入得 即根据因次一致性原理 设以b、e表示a、c、d，则相同指数合并，则因与管长成正比，故则 或者 是与直管尺寸有关的比值，反映几何特性表征惯性力与粘性力之比，反映流体湍动程度表征压力与惯性力之比，称欧拉（Euler）数群白金汉定理：用因次分析得到的独立的因次数群个数等于变量数与基本因次数之差瑞烈法（待定指数因次分析方法）：其实质是抽出各物理量的因次单独作代数处理，以找出各物理量之间的组合关系补充两点：各物理量不要多找，不要遗漏最终所得数群形式与求解联立方程组方法有关1-17 湍流时的摩擦损失一、 摩擦因数 层流时：湍流时：相对粗糙度：管壁粗糙度与管径比值L用于反映管壁的几何特征（一）、光滑管（1） 柏拉修斯式：，（2） 顾琉珍公式：，（3） 尼卡公式：（二）、粗糙管（1） 顾琉珍公式：（2） 柯尔布鲁克公式：（3） 其它计算公式：二、摩擦因素图 莫狄（Mody）摩擦因素图e/dRe以新商品管道实测得出三、粗糙度的影响层流时，管壁粗糙度对摩擦因数没有影响湍流时，阻力损失与流速的平方成正比，即e/d愈大或Re愈大，则伸入部分愈多，愈大，为阻力平方区。1-18 非圆形管内的摩擦损失1、 当量直径： 2、 矩形长a，宽b： 3、 内径，外径的圆环：1-19 局部阻力损失局部阻力的机械能损耗表示成动能的一个倍数阻力系数 直径阻力系数P2A2P1A11231（一）、突然扩大(二)、突然缩小（三）、管出口与管入口由管出口流进容器，相当于突然扩大时（四）、管件与阀门称为管件或阀门的当量长度把换成，便可算出局部阻力损失总阻力损失为直管的摩擦损失与管件的局部阻力之和计算式： 例114，115，116讲解第五节 管路计算1-20 简单管路简单管路、复杂管路（包括管网）1、 通过各管段的质量流量不变，对不可压缩流体其体积流量也不变2、 整个管路阻力损失为各段损失之和常见实际问题：1、 已知管径、管长和流量，求输送所需总压头或输送机械功率2、 已知输送系统可提供的总压头，求已定管路的输送量或输送一定流量的管径。对于长的管路，局部阻力所占比例小对于短的管路，局部阻力常比直管的大例17、18、19讲解1-21 复杂管路1、 有分支管路 2、汇合管路 3、并联管路IABABCOII特点：1、总管流量等于各支管流量之和 2、对任一支管而言，分支前及汇合后总压头相等 对分支管路 并联管路 当流体流过三通时，若因机械能转移而使总压头增大，则其阻力系数会出现负值复杂管路常见问题：1、 已知管路不知和输送任务，求输送所需总压头或功率；2、 已知管路不知和提供的压头，求流量的分配，或已知流量分配求管径大小。1-22 可压缩流体的管路计算一、 简化计算法1、 管路两端压力降（）可认为与压力损失相等2、 对等径简单管路，密度取两端的算术平均值，平均流速从连续性方程计算。 质量流量 ， 取，则 第六节 流量测量1-23 变压头的流量计一、 测速管（反托管）反托管构造：由两根同心圆管组成，外管前端封闭，侧壁距前端一定距离处开几个小孔，流体流过小孔旁，内管前端敞开，迎面朝着流体安装：在管道中与流动方向平行安置内管传递的压力相当于流体在A点处的动压头与静压头之和，称为冲压头，通过侧壁小孔从外管传递处的压力与该处流体的静压头相等：U管压差计两压头之差 故 当U管压差计内充密度为的指示液，读数为R，则 ，则 测速管所测的是管道截面上某一点的轴向速度，故可用于探测截面上的速度分布皮托管 优点：阻力小，适于测量大直径气体管道内的流速 缺点：不能直接测出平均速度且压差读数小，常要放大才读的准确二、 孔板构造：中央开有圆孔的板，板上的孔口经精制加工，其侧边与管轴成角，称为锐孔。缩脉：流股截面最小处，即速度最大处，称为缩脉。 孔板前后动能的变化必引起静压能的变化 产生永久压力降取压口的接法：（1） 角接法：取压口在安置孔板的前后两片法兰上，其位置尽量靠近孔板。（2） 径接法：上游取压口在距孔板1倍管直径处，下游取压口在距孔板1/2倍管直径处。在1、2两截面列衡算式，暂略去损耗项：校正系数，又称排出系数 J/kg则 m/s m2/s kg/s 孔板的流量系数，简称孔流系数，由实验确定 在孔板的设计和使用中，希望Re大于界限值； 孔板安装位置的上下游要各有一段等径直管作稳定段，其长度上游至少应为10，下游为5； 优点：构造简单，制造与安装方便 缺点：阻力损失大，产生永久压力降 经验估计： 愈小，愈大，则愈大 管路上装有孔板，由于阻力增大，流体的最大通过能力往往下降较多例123讲解三、 文丘里管渐缩渐扩的锥管叫文丘里管 文丘里管的上游取压口在直管与渐缩段的交界处稍前，下游取压口在渐缩段稍后，即直径最小的部位； 测压环 优点：文丘里管阻力损失小，流量比孔板大（相同压差），亦适合测量含固体颗粒的液体； 缺点: 加工较难，精度高，选价高，安装需占去一定管长位置四、 可压缩流体流量的测量 kg/s：气体在上游压力、温度之下的密度 kg/m3：膨胀因素，由三者定出1-24 变截面流量计转子流量计：流体通过的压力降是固定的，而收缩口的面积随流量变化转子计结构：垂直安装的锥形玻动管，截面由下而上稍微扩大，内装有一浮子，浮子顶部边沿刻有斜槽，操作时可发生旋转，又称转子。由于管截面往上渐增，故环隙面积变大，浮子达到一个新位置后，流体通过时造成的压力差恢复原值，与浮子所受重力重新达到平衡，由浮子位置高低，可测出流量的大小。向下作用于浮子净重力向上作用于浮子总压力两力相等 ， 则 简化 体积流量：优点：压力损失小，可测流量范围宽，流量计前后无须保留稳定段缺点：流体仅能垂直地向上运动，耐压不高，宜用于0.5Mpa以内例124讲解第七节 非牛顿流体的流动1-25 非牛顿型流体的流动一、 非牛顿型流体的特性牛顿型流体：剪切速率，以表示 非牛顿型流体：，有一表观粘度值（1） 假塑性流体表观粘度值随剪切速率随加大而减小，即对的关系曲线为一向下弯的曲线，其斜率随的增加而减小。假塑性流体：，表观粘度：稠度指数，SI单位 ： Nsn/m2：流性指数，无因次（2） 涨塑性流体 （3） 宾汉塑性流体其倾斜固定，但不通过原点。其剪应力超过一定值，宾汉塑性流体才开始流动，此流体静止时有三维结构（纸浆、牙膏、肥皂、污泥浆）三种非流动流体表观粘度都反应随剪切速率而变，并不随剪切力作用时间而变abcd触变性流体 粘弹性流体 二、 乘方规律流体在管内流动的摩擦损失（1） 层流牛顿型流体：非牛顿型流体：，Re（2） 湍流例125，126第二章 流体输送机械 流体输送是向流体做功以提高其机械能的装置 流体从输送机获得机械能后，直接表观维静压头的增大，新增的静压头在输送过程中再转变为其它压头或消耗于克服流动阻力泵：输送液体的机械风机、压缩机：输送气体的机械讨论各流体输送机械的操作原理，基本构造与性能目的：合理选择类型，决定规格，计算功耗，安排管路（1） 流体输送机械 离心泵、正位移泵离心泵：用高速旋转的叶轮向液体传送机械能正位移泵：用活塞或转子挤压液体使其升压并向前推进，如往复泵、齿轮泵。第一节 离心泵2-1 离心泵的操作原理、构造与类型一、操作原理：原理：开动前泵内灌满输送液体。开动后，叶轮旋转产生离心力。液体因而从叶轮中心抛向叶轮外周，压力增高，以很高的速度流入泵壳，在壳内减速，使大部分动能转换为压力能，从排出口排出。 叶轮内的液体被抛出，叶轮中心处形成真空； 离心泵输送液体主要依靠通过旋转的叶轮所产生的离心力，故名离心泵； 因泵壳内存在气体而导致吸不上液体的现象叫“气蚀”； 吸入管道底部装有止逆阀； 离心泵出口管道上也装有阀门，用于调节泵的流量。二、基本部件与构造基本部件：叶轮、泵壳 心脏：叶轮叶轮：闭式、开式、半开式平衡孔使一部分高压液体泄漏到低压，减轻叶轮两侧压力差，起平衡轴向推力作用，但会降低泵效率。 按叶轮旋转方向说叶轮是向后弯曲 泵壳既作为外壳汇集液体，又是个能量转换装置 固定的常叶片的环称导轮 密封圈又称填料匝 离心泵的级数就是它的叶轮数三、 化工生产中常用的几种离心泵1、 水泵：输送清水或物性与水相近，无腐蚀性液体的泵2、 耐腐蚀泵3、 油泵4、 杂质泵、污水泵、砂泵、泥浆泵2-2 离心泵的理论压头与实际压头一、压头的意义 泵的压头扬程压头、流量是选用流体输送机械的主要技术指标PsDPDZDZsS22ZZ：升举高度 ZZD+ZS：液体静压头增高：动压头的增大，一般可忽略二、理论压头理想情况：1、叶轮为叶片数目无限多，液体完全沿叶片弯曲表面流动，无任何倒流现象 2、液体为粘度为零的理想液体，即没有阻力损失W2W1r2r1u1c1c2c2ru2(1)(2)图28叶轮进口与出口间列柏努利方程 （22） 即 ：叶轮对液体所加的压头，m：液体在1，2两点处的绝对速度，m/s：液体的密度，kg/m3：重力加速度，9.81m/s2 余弦定理，简化 取 ，则 离心泵基本方程 离心泵理论压头，流量，转速H 叶轮构造及尺寸（）之间关系，后弯，径向，前弯前弯叶片，动能占比例颇大，在转化为静压能的实际过程中，有大量机械能损失，使泵效率降低，因而，一般采用后弯叶片（）三、实际压头压头损失原因（1） 叶片间的环流（2） 阻力损失（3） 冲击损失2-3 离心泵的主要性能参数转速m，流量，压头（扬程）H，输入功率N，效率，允许吸上真空度，气蚀余量一、 压头和流量简化 二、 有效功率、轴功率和效率机械能损耗1、 容积损耗2、 水力损耗3、 机械损耗，泵的轴功率 ，W泵的压头，m泵的流量，m3/s液体密度，kg/m3效率2-4 离心泵的特性曲线及其应用一、 离心泵特性曲线1、 压头随流量增大而降低2、 压头与叶轮形状有关3、 压头与液体密度无关n=2900rpmHH（m）由下列曲线组成N1、曲线(m3/h)2、曲线3、曲线二、 液体性质对离心泵特性的影响（1） 密度的影响输送不同液体，泵的流量不随密度改变，但离心力及其所作的功与密度成正比，曲线上读出的功率值应乘以液体密度与水密度比值（2） 粘度的影响三、 转速与叶轮尺寸对离心泵特性的影响1、 转速的影响，2、 叶轮尺寸的影响，2-5 离心泵的工作点与流量调节装在特定管路中的泵，其实际输送量由泵的特性与管路特性共同决定。管路特性：通过某特定管路的流量与所需压头之间关系称为管路特性令则 时，则HBOH离心泵特性曲线 关小阀门调节流量，实质是增大管路阻力适应离心泵特性以减小流量，其结果比实际需要多耗动力，且可能使泵在低效率区工作。优点：迅速、方便可在某一最大流量与零之间随意变动。 改变离心泵转速改变泵的特性曲线，也可调节流量，此法经济上比较合理，但用电动机直接带动时转速不便调节，目前使用不多，常用于大型水泵站。2-6 离心泵的安装高度当降至被输送液体饱和蒸汽压时，发生沸腾，所生成的蒸汽泡在随液体从入口向外周流动，又因压力过度加大而急剧冷凝，使液体以很大速度从周围冲向气泡中心产生频率很高，瞬时压力很大的冲击，这种现象为“汽蚀”。发生汽蚀时，还会发生噪音，进而使泵体震动，同时由于蒸汽的生成使液体表观密度减小，于是液体实际流量、出口压力和效率都下降，严重时可至完全不能输送液体。1、 汽蚀余量PsSKe在s、e间列柏努利方程或令 称汽蚀余量2、 允许吸上真空度泵的最大吸上真空度 允许吸上真空度 允许吸上真空度和汽蚀余量之间的关系： 离心泵性能表中所列的和值，除规定液面压力外，还限定用于20水（）。若离心泵输送的是密度与水不同的液体，则需对所规定的校正。 校正后的允许吸上真空度数值，m 被输送液体及水的密度，kg/m3 为尽量减小吸入管内的压头损失，泵的吸入管直径可比排出管直径适当增大，泵的位置应靠近液源以缩短吸入管长度，吸入管应少拐弯，省去不必要的管件，调节阀应装在排出管路上。 在输送温度高或沸点低的液体时，由于其饱和蒸汽压高，允许的安装高度往往很小，有时还会出现负值。对比此种情况，将泵安装在液面以下，使液体自灌入泵，若安装高度为负值，则必须采用此法。2-7 离心泵的选用、安装与操作一、 离心泵的选用根据输送液体及操作条件确定泵的类型根据要求的流量和压头确定泵的型号生产中若流量有变动，则一般应以最大流量为准，压头H应以输送系统在此最大流量下的压头为准；若没有型号H和刚好相符，则在邻近型号中选用H、稍大的一个二、 离心泵的安装和旋转 泵的安装高度必须低于允许值，以免出现汽蚀现象或吸不上液体； 吸入管路应短而直，其直径不应小于泵入口直径； 不能因泵入口处变径引起气体积存而形成气囊，否则大量气体一旦吸入泵内，便导致吸不上液体气缚； 保证泵内吸入管内无空气积存； 离心泵应在出口阀关闭即流量为零条件下启动，对大型泵尤其重要； 停泵前应先关闭调节阀，以免压出管路内的液体倒流入泵内使叶轮受冲击而损坏第二节 其它类型泵2-8 往复泵一、 往复泵往复泵靠活塞在泵缸左右两端点间作往复运动而吸入和压出液体。活塞在两端点间移动的距离称冲程。 单动泵、双动泵双动泵不用活塞而用活柱。活塞为扁的圆盘而活柱为长的圆柱，后者可承受更大的轴向力，故适用于较高的操作压力；双动泵的活柱每一个工作循环中，吸液和排液各两次，且在各循环中都有液体吸入和排出，输送是连续的。 左右两排出阀的上方有两个空气室，对液流的波动起缓冲作用，可提高输送液体的均匀性； 往复泵和离心泵一样，借助贮池液面上的大气压力吸入液体，所以安装高度也有一定限制； 往复泵内的低压是靠工作室的扩张造成，有自吸作用，不需灌泵； 往复泵的流量取决于活塞面积、冲程和冲数，可以固定不变，理论压头可达任意高度；往复泵在冲程、冲数一定时，流量为定植，压头则随管路特性而变，流量与压头无联系，不存在特性曲线； 往复泵可输送粘度较大的液体，但不宜直接输送腐蚀性液体和有固体颗粒的悬浮液，因泵内阀门、活塞受腐蚀和颗粒磨损、卡住，导致严重泄漏。二、 计量泵（比例泵）计量泵是往复泵的一种，多数是小流量 流量由偏心轮调整，泵体由转速稳定的电动机通过偏心轮带动，在单位时间内活柱往复次数不变的情况下，流量与冲程成正比，所以通过冲程的变化使流量成比例地变化三、 隔膜泵 专用：输送腐蚀性液体或含悬浮物的液体 特点：用弹性薄膜将泵隔成不联通的两部分，活柱的往复运动通过介质传递到隔膜上，隔膜于是作往复运动，使另一侧被输送液体经球形活门吸入或排出。2-9 旋转泵旋转泵靠泵内一个或多个转子旋转吸入和排出液体，又称转子泵。一、 齿轮泵泵壳内有两个齿轮，吸入腔内两轮的齿互相拨开，形成低压而吸入液体，被吸入液体被齿嵌住，随齿轮转动而达到排出腔，排出腔内两轮的齿互相合拢，于是形成高压而排出液体，出口压力可略高与1Mpa(10kgf/cm2)。齿轮泵压头较高而流量较小，可输送粘稠液体及膏状物料，但不能输送含固体颗粒的悬浮液。二、 螺杆泵泵内有一个或一个以上的螺杆。螺杆在有内螺旋的壳内转动，使液体沿轴向推进，挤压到排出口。螺杆泵效率高、噪音小，适于在高压下输送粘稠液体。三、 正位移泵的流量调节往复泵和旋转泵都属正位移泵（或定排量泵） 正位移泵的流量调节不象离心泵一样采用启闭出口阀的方法进行，必须在排出管上安装支路，用支路阀配合进行。2-10 旋涡泵旋涡泵是一种特殊类型的离心泵，泵壳成正圆形。吸入口不再泵盖的正中而在泵壳顶部与排出口相对。 吸入管接头和排出管街头之间为间壁，间壁与叶轮只有很小的缝隙，用以分隔吸入腔与排出腔； 旋涡泵在开动前要灌液 特性：流量减小时压头升高很快，功率也增大（这与离心泵不同） 旋涡泵属压头大流量小的泵，虽效率较低，但体积小，结构简单。2-11 各类泵在化工生产中的应用离心泵（化工生产应用最广泛的泵）优点：流量均匀易于调节，能输送有腐蚀性含悬浮物的液体。缺点：压头较低，一般没有自吸能力，效率仅在一定流量范围内才较高，一般比往复泵低。往复泵优点：压头高、送液量固定，有自吸作用，效率较高。缺点：结构较复杂，且还需要一套变转动为往复运动的传动机构。旋转泵：一般用于小流量，高压头时的液体输送特点：适用于高粘度液体效率介于往复泵与离心泵之间，输出压力很高时效率有所下降。（2） 气体输送与压缩机械1、 气体输送：通风机、鼓风机2、 产生高压气体：压缩机3、 产生真空：真空泵气体压、送机械按其终压或压缩比分四类：（1） 通风机：终压不大于15kPa（约1500mmH2O）(表压)（2） 鼓风机：终压15300 kPa，压缩比小于4（3） 压缩机：终压300 kPa以上，压缩比大于4（4） 真空泵类型：离心式、旋转式、往复式、喷射式 气体压、送机械的运转速度常较高 压气机各部件间缝隙要留得很小 气体压缩机一般都设置冷却器第三节 通风机、鼓风机、压缩机和真空泵2-12 离心式风机离心式风机、鼓风机、压缩机操作原理和离心泵相类似通风机通常为单级，可作为未被压缩处理；鼓风机有单级亦有多级；压缩机都是多级的。一、 离心通风机的结构离心通风机按出口压力分为低压（1KPa以下）、中压（13KPa）与高压（315KPa）三种。离心式通风机也有叶轮和蜗壳组成，蜗壳未矩形，叶轮上叶片数目较多，且叶片较短。叶片有平直的，有后弯的，亦有前弯的。主要要求：通气量大，不追求高效率，用前弯叶片以利于减小叶轮及风机的直径二、 离心通风机的性能参数与特性曲线（1） 风量风量是气体通过进风口的体积流率，m3/nSI m3/s，气体体积按进口状况计（2） 风压 静压头 动压头（全压头）静压头动压头风机提供的机械能一般都对单位体积气体为准，即J/m3或N/m2Pa，与压力单位相同。全风压：，风机提供静压； 动压，风压与被输送气体密度成正比，风机性能图表上列出风压，是按标准状态空气测定的。20 （3） 功率和效率通风机轴功率计算式： 轴功率，KW 实际风量（m3/s）和全压（Pa） 全压效率（4） 特性曲线表明风机在某一转速之下全压，轴功率，全压效率三者之间与风量的关系，包括三条曲线。目前风机性能图表中风压多用mm水柱表示三、 离心通风机的选用（1） 根据输送气体的性质种类与分压范围，确定风机类型；（2） 根据所要求分量与全压，从产品样本或规格目录中的特性曲线或性能表格中选得适宜的类型及机号国产离心追风机常用型号：473（472）型、919型、926型例27讲解四、 离心鼓风机和压缩机离心泵中不一定有固定的导轮（扩散图），但鼓风机中却必有导轮。压缩机特点：转速高（5000rmp以上），能产生高达1MPa的出口压力，段与段之间没有中间