化工流体课程设计

1、化工流体流动作业设计流体输送系统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。操作条件下烷烃密度为820，饱和蒸汽压为120kPa，黏度为0.8mPas。两分支管路液体流量V均为16，油罐液面上方压强为液体饱和蒸汽压，高位槽B的表压为176kPa，高位槽C的表压为150kPa。罐槽相对位置如图所示。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

2、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，由流量计算式得主管道内径为：=75.8 查流体输送用不锈钢无缝钢管规格表（后相关信息用表相同，不再说明表名）选取管道规格。则主管内径，实际流速为：主管雷诺数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，故可得相对粗糙度由此查管流摩擦系数与Re及e/

3、d的关系图（后相关信息用表相同，不再说明表名）得主管摩擦系数为=0.026，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：。由此式代值并变形可得：=+=+7.533而，=10，由初步设计图及后面列表可得=6.4+1=7.4（未考虑b管管径突变），=0.75+6.4+1=8.15。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， m/s，=62041.4，=0.0026 ，由此查图得=0.028。联立以上各式可得方程组： +=11.716，试差： （Re，）60 1.278 0.024（

4、78720,0.0033）0.02663 1.159 0.038 (74842,0.0032)0.036取=63mm，查表得B管道规格为73mm4.5mm =1.159m/s（Re，）=（74842，0.0032）=0.0363、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，采用试差法估算孔径大小。孔流系数在0.60.7之间为宜，可取=0.62，由得孔面积=/（）= = 解得孔的直径=29.13mm，Re=62008.4，=0.147由此查图可得=0.612 再同样方法将此值

5、第二次计算得=29.13，=0.612与前一结果相比误差很小，故可取孔板流量计直径=29.39mm，其对液体的永久能量损失及对应压头为=）=）=31.93J/kg,=/g=3.26m说明：孔板流量计的安装条件为其上下游管道直管长度至少分别为76cm（10）和38cm（5）。4、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：名称个数备注标准弯头20.75安泵处算一个弯头标准三通11.5直入旁出闸阀20.17作为泵(泵前泵后各一个)的切断阀，全开标准截止阀26.4作节流阀，按球心阀全开处理（2）6项因素导致的压头损失（3

6、）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/(9.81820)m=28.322m同理对于AB过程：K=8+（176-120+101.3）1000/（9.81820）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+6）（单位，单位m）（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,=0.8mPas，=120kPa，基本无固体颗粒、气体等杂质。2）操作条件：液体温度与环境温度相等，

7、为20，绝压，表压，表压=150kPa，连续输送液体。2、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+13×m=40.39m，考虑到安全系数1.05到1.10，把泵的扬程定为H=1.08=43.621m，泵的流量至少为=26由上述信息查65Y60型泵性能表和性能曲线图，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泵壳允许应力2660m2

8、950r/min7.5kW11kW552.6m1570/2550结构形式单级悬臂3、泵性能参数的校正及工作点的确定（1）工作点确定 由项目要求知主管道流量=26，等于泵原始性能参数中的流量值，故泵工作点为：=26；相应=38m。由附图查得最高效率=51%，泵应在不低于92%内工作，即高效区下界=92%=46.9%=49%，因此泵在高效区工作。（2）校正 本项目输送液体为混合烷烃，非出厂时测定泵性能参数所用的清水，因此需要对泵的参数进行校正。1）液体密度影响：离心泵流量、压头均与液体密度无关，效率也不随液体密度改变，但轴功率理论表达式为N=H/(102),可知其较正式N=kW=5.03kW。（轴

9、功率与液体密度成正比）2)液体黏度影响：当液体运动黏度20×时泵的性能参数需要进行修正。本项目中液体的运动黏度为=0.975cSt20×，而计算可得20下水的运动粘度为=1.007 cSt,与混合烷烃值近似，故可认为该液体黏度对泵参数基本无影响。3）另外，这里不考虑液体变化对离心油泵汽蚀余量的影响。总结以上分析，浆泵的实际工作参数列于下表：流量Q扬程H转速n轴功率N电机功率效率汽蚀余量泵壳允许应力2660m2950r/min7.5kW11kW552.6m1570/2550结构形式单级悬臂4、泵的安装高度估算泵的安装高度Hg=,其中=120kPa=120 kPa, =820,

10、=2.7m,罐泵间的动压头损失=()=0.23m将各已知数带入得安装高度Hg=2.83m，结果表示泵应安装在低于油罐液面2.83m处。二、条件变化对输送系统的影响分析1、物性变化 查一些直链烷烃的物理常数表可估计20呈液态的混合烷烃熔点大致在-30左右。该地一年环境温度变化中液体不可能出现凝固现象。另外液体的等物性随温度变化波动很小，对整个系统正常运作的影响可以忽略不计。若输送液体的运动黏度高于20cSt，则就要对泵的性能参数进行查图计算校正。（参考大/小流量离心泵的黏度校正系数图）2、操作条件变化（1）流量变化：理论上流量变化基本不会改变管道特性方程He=K+G中的两个参数。由65Y60B泵

11、的性能表可知，输送液体流量稍有增加或减小在一定范围左右变动时，所选泵均能维持系统正常运行。可以调节输送管路上的阀门改变管路特性来使系统处于不同的工作点。但要求流量若在该范围之外，则要考虑换其他型号的泵。（2）压力变化：若油罐A，高位槽B、C内的压力有较大变动，要满足输送要求，则需要重新设计管路以及选择泵型。因为从设计过程来看压力确定是一个大的前提，其变化会导致管路特性方程中K值的变化，进而影响随后的设计，另外由泵安装高度计算式Hg=得P变化也会对泵位置的确定有影响。三、设计评述1、对设计的整体概括 本次设计根据项目所给条件先确定主管道规格，然后设定c支管道的规格与主管道相同（依据是减小截面突变

12、而引起压头损失），再根据分支管路内单位质量流体在流动终了时机械能与能量损失之和相等的特点列式并用试差法得出b支管路的规格，最后计算出管路的特性方程并选出满足要求的泵。本设计对孔板流量计进行了设计，对六项因素导致管路压头的损失进行了分析估算，对泵的性能参数进行了校正，还分析了液体物性和操作条件变化对系统的影响。2、设计的不足之处分析 本设计只是初步设计，其中有很多忽略或不严密之处：（1） 因设计任务书未给出详细的罐槽平立面相对位置，对管道长度做了近似处理。（2） 管道上管件阀门个数、类型以及局部阻力系数也是大致的情况并按照阀门全开处理，实际施工完成后可能与之有一定差别。设计未能给出所用阀门管件的具体规格、相关参数及在管路中的相对位置。（3） 管道特性方程计算Re对值的影响。（4） 未对转子流量计进行相关计算。（5） 因泵安装引起的管道压头损失估算过程不很严密，且未将单向底阀、旁路流量调节的辅助管路、放净阀及其所在支路等对管道特性方程的影响考虑在内。（6） 泵的确定所用图表来自1976年的参考资料，可能会与现在有所不同，但我将其与流体流动课本后泵规格表对比了一下发现差别几乎可以忽略不计。（7） 未考虑安装安全阀的问题，为对系统的安全性进行分析。（8） 限于时间及技术问题，作业设计当然以上几点只是不足之处的部分情况，是我个人能够察觉到的