离子膜烧碱生产工艺操作完教学课件完整版电子教案

1、任务一 一次盐水的制备能认知化工管路、管件和阀门的形状；能分清化工管路用的管子规格大小和材质；能操作液体输送机械离心泵；能初步选用合适的离心泵输送盐水溶液；会分析运行中离心泵不上量的原因，并提出解决措施；能完成凯膜过滤器开停车与正常运行操作；能完成盐泥压滤机开停车与正常运行操作；能完成一次盐水生产开停车与正常运行操作。能力目标了解化工管路的基本知识；掌握液体输送单元操作知识；掌握原盐的基本性质；掌握膜分离技术知识；理解固液分离的基本技术知识；理解原盐精制的基本原理；掌握离心泵、凯膜过滤器、盐泥压滤机的结构、特点、工作原理极其材质要求。知识目标一次盐水制备任务一次盐水制备任务 离子膜烧碱产品生产

2、要经过五个生产工序图1-1 离子膜烧碱生产工艺流程框图 一次盐水生产的工艺概况。 一次盐水制备任务图1-2 一次盐水生产工艺流程框图一次盐水制备任务根据一次盐水生产任务完成的前后顺序，可将其分解为六项分任务图1-3 一次盐水生产任务的分解完成一次盐水制备任务的基础条件在化工生产中，必须通过管路来输送和控制流体介质。一次盐水的制备也离不开化工管路。认识化工管路化工管路是化工生产中使用的各种管路的总称，由管子、管件和阀门等按一定的排列方式构成，形成一个工作系统，具体地说有直管、阀门和各种管件。其主要作用是用来输送和控制流体介质。流体输送工艺流程简图图1-4 流体输送工艺流程简图化工管路的分类 按管

3、路的用途 工艺管道 辅助管道 按管路的材质 金属管 非金属管 按输送介质的压力 真空管 低压管 中压管 高压管 管道的综合分类 表1-1 管道的综合分类管道材质工作温度/第类第类第类第类第类碳素钢370370P32P1010P324P104P101.6P41.6P4P1.6P1.6合金钢及不锈钢450P任意-40450P104P101.6P4P1.6-注：P 最高工作压力，Mpa化工管子常用的材质图1-5 常用的化工管材 管径与壁厚的选择 1.管径的确定 流体输送管路的直径可根据流量和流速确定。其中,流速是影响管径的关键因素。若流速选得过大，虽可减小管径，但流体流过管道时阻力增大，消耗的动力也

4、大，操作费用随之增加。反之，若流速选择过小，虽可降低操作费用，但管径增大，流体在管道中的适宜流速的大小，与流体的性质及操作条件有关，可根据经验数据选取。 管径与壁厚的选择 2.管子壁厚 管子的计算厚度是满足管子承受介质压力的强度要求所必需的，在确定管壁厚度时，还要考虑介质腐蚀和管子制造偏差可能造成的管壁厚度的减少，故需在计算厚度的基础上加上厚度附加量，并据此按钢管规格标准选取管子的厚度。图1-6 化工管道的壁厚示意图管件与阀门 1.常用管件（1）弯头图1-7 管件弯头管件与阀门 （2）三通 当管路之间需要连通或分流时，其接头处的管件称为三通。根据接入管的角度和旁路管径的不同，可分为正三通、斜三

5、通。接头处的管件除三通处还有四通、 Y形管等。 图1-8 管件与三通 管件与阀门 （3）短管和异径管图1-9 管件 短管、异径管 管件与阀门 （4）法兰和盲板 为了管路安装和检修，管路中需要设管道法兰。通常管路的末端装有法兰盖，便于检修和清理管路。图1-10 管件 法兰 2. 阀门 阀门是化工管路中用来控制管内流体流动的装置，它的用途图1-11 阀门的用途管件与阀门管件与阀门 （1）闸阀 闸阀是利用闸板与阀座的配合来控制启闭的阀门。 图1-12 闸板阀剖面图闸阀管件与阀门 （2）截止阀 截止阀又叫球芯阀或球形阀，是化工生产中应用比较广泛的一种阀门。 图1-13 截止阀与剖面图截止阀管件与阀门（

6、3）旋塞阀 利用带孔的锥形栓塞来控制启闭的阀门。图1-14 旋塞阀旋塞阀管件与阀门（4）蝶阀 主要部件：手柄、齿轮、阀杆、阀板等。 图1-15蝶阀管件与阀门 （5）止回阀 根据阀盘前后介质的压力差而自动启闭的阀门，如将它装在管路中，流体只能向一个方向流动，从而阻止介质的逆流。图1-16 止回阀止回阀（单向阀、止逆阀）管件与阀门（6）节流阀结构与截止阀相似，仅启闭件形状不同。截止阀的启闭件为盘状，而节流阀启闭件为锥状或抛物线状。管件与阀门（7）隔膜阀在阀杆下面固定一个特别橡胶膜片构成隔膜，并通过隔膜来进行启闭工作。 图1-17 隔膜阀管件与阀门 （8）球阀 球阀主要由阀体、阀盖、密封阀座、球体和

7、阀杆等组成。 图1-18 球阀球阀管件与阀门 （9）阀门的选用原则图1-19 阀门选用的原则 管路的连接 管路的连接 （1）焊接连接 焊接连接属于不可拆连接方式。 特点：密封性能好、结构简单、连接强度高，可适用于承受各种压力和温度的管路上。 常用的焊接方法：电焊、气焊、钎焊等。管路的连接 （2）法兰连接 法兰连接是管路中应用最多的可拆连接方式。 特点：法兰连接强度高、拆卸方便、适应范围广。 法兰盘与管子的连接方式：整体式法兰、活套法兰和介于两者之间的平焊法兰等。 法兰密封面的形式：星平面、凹凸面、榫槽面、锥面等形式。 密封垫的材质：金属、非金属及各种组合垫片。管路的连接 （3）螺纹连接 螺纹连

8、接是通过内外管螺纹拧紧而实现的，螺纹连接的管子两端都加工有外螺纹，通过加工有内螺纹的连接件、管件或阀门相连接。常用的螺纹连接有三种形式。 1）内牙管连接 安装时，先将内牙管旋合在一段管子端部的外螺纹上，然后把另一段管子端部旋入内牙管中，使两段管子通过内牙管连接在一起。内牙管连接结构简单，但拆装时，必须逐件进行，颇为为便。 2）长外牙管连接 长外牙管连接由长外牙管、补连接、内牙管、锁紧螺母组成。长外牙管连接不需转动两端连接管即可装拆。管路的连接 3）活管接连接 活管接连接由一个套合节和两个主节及一个软垫圈成。活管接连接时，可不转动两连接管而将两者分开。 为了保证螺纹连接处的密封性能，在螺纹连接前

9、，常在外螺纹上加上填料。常用填料有加铅油的油麻丝或石棉绳等，也可用聚四氟乙烯带缠绕。 螺纹连接的特点：方法简单、易于操作，但密封性较差，主要用于介质压力不高、直径不大的自来水管和煤气管道，也常用于一些化工机器的润滑油管路中。（通常DN不超过65，PN不超过10MPa）管路的连接 (4)承插式连接 承插连接时，在插口和承口拉接头处应留有一定的轴间隙，以便于补偿管路受热后的伸长。为了增加承插连接的密封性，在承口和插口之间的环形间隙中，应填充油麻绳或石棉水泥等填料，在填料外面的接口处应涂一层沥青防腐层，以增加抗蚀性。承插连接密封可靠性差，且拆卸比较困难，只适于压力不大，密封性要求不高的场合。常用作铸

10、铁水管的连接方式，也可用作陶瓷管、塑料管、玻璃管等非金属管路的连接。管路的连接 (5)温差补偿装置图1-20 管道的温差补偿方式 管路的连接补偿器常用结构 回折管式补偿器 回折管式补偿器是将直管弯成一定几何开头的曲管，利用刚性较小的曲管所产生的弹性变形来吸收连接在其两端直管的伸缩变形。 特点：补偿能力大，作用在固定点上的轴向力小，两端直管不必成一直线，且制造简单，维护方便。 波形补偿器 波形补偿器是利用金属薄壳挠性件的弹性变形来吸收其两端连接直管的伸缩变形。 结构形式：波形、鼓形、盘形等. 特点：结构紧凑，流体阻力小。但补偿能力不大，且结构较复杂，成本较高。管路的连接 (6)管路安装和布置的一

11、般原则 管路应对车间所有管路全盘规划，各安其位。 管路应成列平行铺设，尽量走直线，少拐弯，少交叉，力求整齐美观。 房内的管路应尽量沿墙或柱子铺设，以便设置支架；各管路之间与建筑物间的距离应能符合检修要求；管路通过人行道时，最低点离地面应在以上。 为了节约基建费用，便于安装和检修及操作安全，管路铺设应尽可能采用明线（除下水道、上水总管和煤气总管外）。 管路的连接 并列管道上的管件与阀件应错开安装，阀门的位置应便于操作，温度计、压力表的位置应便于观察，同时不易撞坏。 输送有毒或腐蚀性介质的管路，不得在人行道上设置阀件、伸缩器、法兰等，以免管路发生泄露时伤及行人。输送易燃易爆介质时，一般应设有防火安

12、全装置和防爆安全装置。 长管路要有支撑，以免弯曲存液及受震，并保持一定的坡度。 一般上下水管即废水管适宜埋地铺设，埋地管路的安装深度，在冬季结冰地区，应在当地冰冻线以下。管路的连接 平行管路的排列要遵守一定的原则：如垂直排列时，热介质管路在上，冷介质管路在下；高压管路在上，低压管路在下；无腐蚀性介质的管在上，有腐蚀性介质的管在下。水平排列时，低压管路在外，高压管路靠近墙柱；检修频繁的在外，不常检修的靠近墙柱；重量大的要靠近管件支柱或墙。 输送要求保持温度稳定的热流体或冷流体时，必须将管路保温或保冷；管路安装完毕后，应按照规定进行强度及气密性实验；管路在开工前须用压缩空气或惰性气体进行吹扫。化工

13、管路中常见故障及排除方法 1.做好管路维护工作 2.化工管路常见故障及排除方法 （1）连接处泄漏 法兰密封面泄漏 首先应检查垫片是否失效。对失效的垫片应及时更换；其次是检查法兰密封面是否完好，对遭受腐蚀破坏或已有沟槽的密封面应进行修复或更换法兰；对于两个法兰面不对中或不平行的法兰，应进行调整或重新安装。化工管路中常见故障及排除方法 螺纹接头处泄漏 局部拆下检查腐蚀损坏情况,对已损坏的螺纹接头，应更换一段管子，重新配螺纹接头。 阀门、管件等连接处填料密封失效而泄漏 对称拧紧填料压盖螺栓，或更换新填料。 若承插口处有渗漏现象， 大多为环向密封填料失效，此时应进行填料的更换。 化工管路中常见故障及排

14、除方法 管道填塞 管道填塞故障常发生在介质压力不高且含有固体颗粒或杂质较多的管路。采取的排除方法有：手工或机械清理填塞物；用压缩空气或高压水蒸气吹除；采用接旁通的办法解决。 管道弯曲 产生管道弯曲主要是温差应力过大或管道支撑件不符合要求引起。如因温差应力过大所导致，则应在管路中设置温差补偿装置或更换已失效的温差补偿装置；如支撑不符合要求引起，则应撤换不良支撑件或增设有效支撑件。 化工管路中常见故障及排除方法 3.阀门的使用与维护 （1）阀门的使用与维护 a 新安装的阀门应有产品合格证，外观无砂眼、气孔或裂纹，填料压盖应压平整，开关要灵活；使用阀门的压力、温度等级应与管道工作压力相一致，不可将低

15、压阀门装在高压管道上。 b 阀门开完应回半圈，以防误开为关；阀门关闭费力时应用特制扳手，尽量避免用管钳，不可用力过猛或用工具将阀门关得过死。化工管路中常见故障及排除方法 c 阀门的填料、大盖、法兰、螺纹等连接和密封部位不得有泄漏，若发现问题应及时紧固或更换，更换时不可带压操作，特别是高温、易腐蚀介质，以防伤人。 d 室外阀门，特别是明杆闸门阀，阀杆上应加保护套，以防雨雪侵蚀和尘土锈污；对用于水、蒸汽、重油管道上的阀门，冬天应做好防冻保暖工作、防止阀门冻凝、阀体冻裂。 e 对减压阀、调节阀、疏水阀等自动阀门在启用时，应先将管道冲洗干净，未装旁路和冲洗管的疏水阀，应将疏水阀拆下，吹净管道后再装上使

16、用。 化工管路中常见故障及排除方法 f 对蒸汽阀在开启前应先预热并排除凝结水，然后慢慢开启阀门以免气、水冲击，当阀全开后，应将手轮再倒转半圈，使螺纹之间严密；对长期停的水阀、气阀应注意排除积水。 g 应经常保持阀门的清洁，不能依靠阀门支持其他重物，更不能在阀门上站人；阀门的阀体与手轮应按工艺设备的管理要求，做好刷漆防腐，系统管道上的阀门应按工艺要求编号，启闭阀门时应对号持牌，以防误操作。 化工管路中常见故障及排除方法表1-2 阀门常见故障及及排除方法名称结构特点用途闸阀主要部件为一闸板，通过闸板的升降以启闭管路。这种阀门全开时流体阻力小，全闭时较严密多用于大直径管路上作启闭阀，在小直径管路中也

17、有用作调节阀的。不宜用于含有固体颗粒或物料易于沉积的流体，以免引起密封面的磨损和影响闸板的闭合。截止阀主要部件为阀盘与阀座，流体自下而上通过阀座，其构造比较复杂，流体阻力较大，但密闭性与调节性能较好不宜用于粘度大且含有易沉淀颗粒的介质。止回阀止回阀是一种根据阀前、后的压力差自动启闭的阀门，其作用是使介质只作一定方向的流动，它分为升降式和旋启式两种。升降式止回阀密封性较好，但流动阻力大，旋启式止回阀用摇板来启闭。安装时应注意介质的流向与安装方向止回阀一般适用于清洁介质，化工管路中常见故障及排除方法名称结构特点用途球阀阀芯呈球状，中间为一与管内径相近的连通孔，结构比闸阀和截止阀简单，启闭迅速，操作

18、方便，体积小，重量轻，零部件少，流体阻力也小适用于低温高压及粘度大的介质，但不宜用于调节流量。旋塞阀其主要部分为一可转动的圆锥形旋塞，中间有孔，当旋塞旋转至90时，流动通道即全部封闭。需要较大的转动力矩。温度变化大时容易卡死，不能用于高压。安全阀是为了管道设备的安全保险而设置的截断装置，它能根据工作压力而自动启闭，从而将管道设备的压力控制在某一数值以下，从而保证其安全。主要用在蒸汽锅炉及高压设备上。表1-2 阀门常见故障及及排除方法化工管路拆装实训 完成一次盐水制备必须的工作条件化工液体输送 流体力学的研究对象 流体力学的研究对象：流体，即气体和液体。流体力学的分类图1-21 流体力学的类型流

19、体力学的研究对象 （1）单元操作 单元操作是化工生产过程中普遍采用的，遵循共同的物理学定律，所用设备相似，具有相同作用的基本操作。 （2）物料衡算 根据质量守恒定律，在任何一个化工过程中，向该过程输入的物料量等于从该过程中输出的物料量与累计于该过程的物料量之和， G入=G出+G积 （1-1） 对于连续稳定操作的系统，系统中无物料积累，G积=0。 流体力学的研究对象 （3）能量衡算 对于连续操作的系统，当系统中无热量积累时，设输入的热量为Q入，输出的热量为Q出，损失的热量为Q损，则： Q入=Q出+ Q损 （1-2） （4）平衡关系 物系平衡关系表示了各种自发过程可能进行的极限程度。对于化工生产过

20、程，可以从物系平衡关系来判断其能否自发进行以及进行到何种程度。平衡关系也为设备的尺寸设计提供理论依据。流体力学的研究对象（5）过程速率单位时间内过程的变化称为过程速率。平衡关系只表明过程变化的极限，而过程变化的快慢由过程速率来确定。 （6）经济效益经济效益=（1-3）（1-4）化工流体的流动 1.流体的主要性质 （1）密度 单位体积流体的质量称为密度， 其中， 流体的密度， 流体的质量， 流体的体积，（1-5）化工流体的流动 相对密度 相对密度是指液体的密度与的纯水的密度的比值，用 表示， (1-6) 其中， 液体在 时的密度， 水在 时的密度， 化工流体的流动 比体积 单位质量流体所具有的体

21、积称为流体的比体积，用符号表示，习惯称为比容。单位为 。（1-7） 化工流体的流动 混合液体的密度其中， 混合液体的平均密度 、 液体混合物中，A、B、N各组分的密度， 、 液体混合物中，A、B、N各组分的质量分率 （1-8） 化工流体的流动 气体的密度 理想气体 气体混合物的密度 混合气体的平均摩尔质量式中：（1-9） （1-10） 化工流体的流动 （2）压力 定义：流体垂直作用于单位面积上的力称为流体的静压力（也称为静压强），简称压力或压强，用符号p 表示。 单位：在SI制中，压力的单位为N/m2，又称帕斯卡（帕），以pa表示。常用的压强单位还有：物理大气压（atm）、程大气压（at）、液

22、体柱高（如mmHg柱、mH2O柱等）等。化工流体的流动 各单位间的换算关系 化工流体的流动 压力的表示法 绝对压力：是指流体的真实压力，它是以绝对零压为起点测得的压力，简称绝压。 表压强：是指用测压仪表以当时当地大气压强为基准测得的压强。 绝对压强=大气压强+表压强真空度：当被测流体的绝对压强小于大气压强时，用真空表以当时当地大气压为基准测的得压强。 绝对压强=大气压强-真空度 化工流体的流动图1-22 绝对压力、表压强和真空度之间的关系化工流体的流动 （3）粘度 流体流动时产生内摩擦力的特性称为粘性。 牛顿粘性定律 如图流体在管内流动时的速度分布则：式中： 剪应力，Pa； 速度梯度， 比例系

23、数，称为动力粘度，简称粘度。 0 xydydu图1-23 流体在管内速度分布示意图（1-11） 化工流体的流动 粘度的物理意义： 当速度梯度为1单位时，单位面积上流体的内摩擦力的大小就是的数值。 粘度的单位： 国际单位制：Ns/m2或 Pas表示。 物理单位制dyns/cm2 ，专用名称为泊，“P”。 1P=100cP 1Pas=10P=1000 cP=1000mPas或者1cP=1mPas 化工流体的流动 温度和压力对粘度的影响： 液体的粘度，随温度的升高而降低，压力对其影响可忽略不计。 气体的粘度，随温度的升高而增大，一般情况下也可忽略压力的影响，但在极高或极低的压力条件下需考虑其影响。

24、化工流体的流动 2.流体静止时的基本规律 （1）静力学基本方程式 如图：容器内盛有静止的液体，从中任取一段垂直液柱，此液柱底面积为A，密度为，设作用于液柱上底面的静压力为 ，方向向下；作用于下底面的流体静压力 ，方向向上，则： 作用于液柱上面的力 作用于液柱下面的力 液柱自身重力 图1-24 静止液体内部力的平衡情况 化工流体的流动 液柱处于平衡状态 或 (1-16) 若将液柱上表面取在液面上，液面上方压力为p0，液柱高度为h，则： (1-17)式(1-16)和(1-17)为流体静力学基本方程式 化工流体的流动 讨论： 在静止的液体中，液体内部任一点的压力与液体的密度和其深度有关，液体的密度越

25、大，深度越大，则该点的压力越大。 当液面上方压力有变化时，必将引起液体内部各点发生同样大小的变化。 在静止的同一种连续液体内部，处于同一水平面上各点的压力，因深度相同，其压力也相同，此水平面称为等压面。 化工流体的流动 （2）静力学基本方程式的应用 压强差和压强的测定 普通U形管压差计 U形管压差计是在一根U形管内装指示剂，要求指示液必须与被测液体不发生化学反应且不互溶，指示液的密度 必须大于流体的密度。 测量原理： 如图：由静力学基本方程式得： （1-18）图1-25 U形管压差计化工流体的流动 测量气体时，由于气体的密度远远小于指示剂的密度 ，则： 若U形管一端与设备或管道某一截面连接，另

26、一端与大气相通，这时读数R所反映的是管道某一截面处流体的表压强或真空度。 倾斜压差计：当被测量的流体压力或压差不大时，读数R必然很小，为了提高读数的精度，可以将液柱压差计倾斜放置，如图1-25，此时R与R的关系为 (1-19) 化工流体的流动 (1-20) 图1-26 倾斜压差计化工流体的流动 若斜管压差计所示的读数仍然很小，则可采用微差压差计，如图式中 分别表示重、轻两种指示液的密度，kg/m3。图1-27 微差压差计(1-21) 化工流体的流动 （2）液位的测量 为维持正常生产、保证安全，化工厂经常要了解容器内液体的贮存量，或要控制设备里的液面，故要进行液位的测量。如图1-26为用液柱压差

27、计测量液面的示意图。 图1-28 液面压力计结构示意图 由图可知化工流体的流动 （3）液封高度的确定 为控制设备内气体的压力P不超过规定的数值，化工生产中常遇到设备的液封问题（见图1-25）。 图1-29 安全液封装置 （1-22）化工流体的流动 实例计算1-1 如图1-27所示，为了控制乙炔发生炉内压强不超过10.67kpa(表压),在炉外装有安全液封装置,其作用是当炉内压强超过规定值时,气体就从水封管排出。试求水封槽的水面高出水封管口的高度。（水的密度等于1000kg/m3） 解：以炉内允许最大表压力10.67Kpa为极限值。气体刚好充满液封管。并取液封管管口为等压面，则 而 故 化工流体

28、的流动 3.流体流动时的基本规律 （1）流量与流速 流量 体积流量Q 单位时间内通过管路任意截面积的流体体积，单位为m3/s或m3/h 。 质量流量G 单位时间内通过管路任意截面积的流体质量，单位为kg/s或kg/h。 两者的关系 （1-22）化工流体的流动 流速 平均流速：流体在管道整个截面上个点流速的平均值，用u表示，单位为m/s。 质量流速：单位时间内流体流过管道单位界面的质量，用G表示，单位为kg/（m2s）。 式中，A为垂直于流动方向的管道截面积，m2 。（1-24）（1-23）化工流体的流动 管道直径的估算 一般化工管路为圆形，则所以 流量一般为生产任务所决定，合理的流速应根据经济

29、权衡决定。最适宜的流速是使材料费与操作费之和最小。（1-25）化工流体的流动 （2）稳定流动与非稳定流动 稳定流动 流体在管道中流动时，各截面上流体的流速，压强，密度等有关物理量仅随位置而改变，不随时间而改变的流动称为稳定流动。 图1-30 稳定流动化工流体的流动 非稳定流动 各截面上流体的流速，压强，密度等有关物理量不仅随位置而改变，而且随时间而变的流动就称为非稳定流动。 图1-31 非稳定流动化工流体的流动（3）流体连续稳态流动时的物料衡算 连续性方程图1-32 连续性方程分析（1-26）化工流体的流动 对于不可压缩流体，= 常数，则 对于截面为圆形的管道（1-27）化工流体的流动 （4）

30、流体连续稳态流动时的能量衡算 流体流动时具有的机械能 位能 mkg流体的位能=mgZ J 单位质量流体的位能=gZ J/kg 动能 mkg流体的动能= J 单位质量流体的动能= J/kg 化工流体的流动 静压能 mkg流体的静压能= J 单位质量流体的动能= J/kg 系统与外界交换的能量 外加能量 单位质量流体所获得的能量为We J/kg 损失能量 单位质量流体为克服阻力而损失的机械能为 J/kg化工流体的流动 实际流体的柏努利方程 如图1-33以地面为基准水平面，以1kg流体为衡算基准，列11与22截面之间的柏努利方程图1-33 化工流体流动系统示意图化工流体的流动输入11截面的总能量 J

31、/kg 输出22截面的总能量 J /kg 根据能量所以 若以单位重量流体为衡算基准，则 分别称为位压头、动压头和损失压头 。（1-28）（1-29）化工流体的流动 讨论： a、理想流体， 若 ，则 上式说明理想流体在流动系统的各截面上所具有的总机械能相等，但三者之间可以相互转化。 b、若无外加功，且流体静止， 则 静力学方程式的另一种表达形式。 （1-30）（1-31）化工流体的流动 c、We是选择流体输送机械的重要依据。单位时间内输送机械所作的有效功称为有效功率Ne。 若泵的效率为 ，则泵的轴功率为（1-32）（1-33）化工流体的流动 柏努利方程式的应用 图1-34 柏努利方程式的五个应用

32、注意事项 化工流体的流动 确定高位槽的高度 实例计算1-2 如图1-35示，要求出水管内的流速为2.5m/s，管路损失压头为5.68m，试求高位槽稳定水面距出水管口的垂直距离为多少米？ 解：取高位槽水面为1-1截面，出水管口为2-2截面，以过2-2截面的管中心线为基准水平面，列出两截面间的柏努利方程 图1-35 例题1-2附图化工流体的流动 已知 ， ， ， m/s, , ，则所以 化工流体的流动 确定流体的流速和流量 确定送料的压缩气体的压强 实例计算1-3某车间用压缩空气来压送98%浓硫酸，每批压送量为0.3 m3，要求10min内压送完毕。硫酸的温度为293k。管子为383mm钢管，管子

33、出口距硫酸贮罐液面的垂直距离为15m，设损失能量为7.66J/kg。试求开始压送时压缩空气的表压强 如图1-36。 图1-36 空气来压送98%浓硫酸流程示意图2211化工流体的流动 解：取硫酸储罐液面为1-1截面，管道出口处为2-2截面，并以1-1为基准水平面，列两截面间的柏努利方程： 已知 ， ， ，查附录得硫酸密度为=1831J/m3 化工流体的流动则 J/kg化工流体的流动 确定流体输送机械的功率 实例计算1-4如图1-37所示，用泵将水从水池输送到高处的密闭容器，输水量为15m3/h。输水管的内径为53mm，其出口位于水池液面以上20m，伸入压强为500kPa（表压）的容器中。水在管

34、路内机械能损耗为40J/kg。试计算输送所需的有效功率。设泵的效率为0.6，求泵的轴功率。 解：以水池液面为1-1截面，密闭容器中管出口处为2-2截面，以1-1截面为基准水平面，列两截面间的柏努利方程 图1-37 例1-4题附图化工流体的流动已知 Z1=0, Z2=20m, p1=0(表)，p2=500KPa(表), u1=0，u2=4V/d2=(415)/(36003.140.0532)=1.89m/shf=40J/kg 化工流体的流动 （5）流体阻力的计算 流动形态与雷诺准数 层流（或滞流）：流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合。 湍流（或紊流）：流体

35、质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。图1-38 雷诺实验装置化工流体的流动 雷诺准数 雷诺准数的大小表明流体质点混乱的剧烈程度，是一个无因次数群 流型判断 Re2000时，流动为层流，此区称为层流区； Re4000时，流动为湍流，此区称为湍流区； 2000 Re 4000 时，流动可能是层流，也可能是湍流，该区称为不稳定的过渡区。（1-34）化工流体的流动物理意义 Re反映了流体流动中惯性力与粘性力的对比关系，标志着流体流动的湍动程度。图1-39 流体流动化工流体的流动 管路阻力计 阻力的分类： 直管阻力：流体流经一定管径的直管

36、时，由于流体的内摩擦而产生的阻力。 局部阻力：流体流经管路中的管件、阀门及截面的突然扩大或缩小等局部障碍所引起的阻力。 直管阻力的计算 由实验可知，直管阻力与管长、动能成正比，与管径成反比，直管阻力可用下式计算：其中，摩擦系数，无单位。（1-35）化工流体的流动 a、层流时的摩擦系数 流体在作层流流动时，摩擦系数只与雷诺数有关，而与管路内壁的粗糙程度无关。 b、湍流时的摩擦系数 流体在作湍流流动时，摩擦系数雷诺数和管壁的粗糙程度有关。 管壁粗糙度（1-36）绝对粗糙度相对粗糙度/d化工流体的流动 经大量实验，将 与 及/d的函数关系绘在双对数坐标系中，如图1-40。图1-40 摩擦系数与雷诺数

37、、相对粗糙度的函数图化工流体的流动 c、非圆形管 当流体在非圆形管内湍流流动时，计算圆管流体阻力公式中的管径 以非圆形管的当量直径 代替。 当量直径 A 管道截面积 浸润周边长度 对于边长为 和 的矩形管，有 （1-37）（1-38）化工流体的流动 环形管图1-41 环形管 （1-39）化工流体的流动 局部阻力 a 当量长度法 流体流经管件、阀门等局部障碍所引起的局部阻力，折合成相当于流体流过长度为 的同直径的直管时所产生的阻力，称为该局部阻力的当量长度。（1-40）化工流体的流动 b、阻力系数法 克服局部阻力所引起的能量损失，也可以表示成动能的倍数，即:（1-41）图1-42 阻力分析图化工

38、流体的流动 总阻力的计算 对于流体流经直径不变的管路时，如果采用当量长度法计算，管路的总阻力为 如果局部阻力都用阻力系数法计算，则（1-42）（1-43） 总阻力的计算- 的确定方法图1-43 管件与阀门的当量长度共线图总阻力的计算- 的确定方法表1-3 各种管件、阀门、流量计的当量长度总阻力的计算- 的确定方法表1-4 各种管件和阀门的阻力系数总阻力的计算 实例计算1-5 如图1-44 密度为的水溶液由储槽送到高位槽，储槽与高位槽的液面差为，管路为的直钢管和一个全开的闸阀、2个90标准弯头所组成。溶液在管内的流速为1m/s，粘度为1mPas， 试求管路的总阻力。 解：取储槽液面为1-1截面，

39、高位槽的液面2-2为截面，并以1-1截面为基准水平面，列柏努利方程 图1-44 例1-5附图21122112总阻力的计算 已知 查图1-38得 由储槽流入管口 2个90标准弯头 1个闸阀(全开） 总阻力的计算 管口流入储槽 能量损失为 总阻力的计算化工流体的流动 流体流动阻力测定仿真实训图1-45 流体阻力系数测定化工流体的流动化工流体的流动（1）通过仿真实训的操作，测定光滑管、粗糙管和孔板的阻力大小变化，使学生在模拟的环境下，理解管道和管件的阻力大小变化的规律。 （2）掌握阻力系数的测定方法和操作过程，能达到独立操作，采集数据并能进行分析 ，写出实训报告。化工流体的流动 流体流动阻力测定实训

40、装置图1-46 计算机数据采集型化工流体的流动（1）能全面了解流体在流动过程中所涉及的流体阻力实验方法、流量计、倒U型压差计及电容式差压变送器的操作使用方法。（2）管阻力（光滑管、粗糙管）、局部阻力测定实验，湍流区与雷诺数Re的关系。化工流体的流动 （6）流量测定液体输送工作过程液体输送工作过程图1-47 流量计的认识和校核化工流体的流动（7）简单管路的计算 简单管路：管径相等或由不同管径的管段串联组成的管路； 简单管路的特点：是在稳定流动的情况下，通过各段的质量流量不变，整个管路的阻力损失为各段损失之和。 复杂管路：指并联管路，分支与汇合管路等。简单管路计算的思路 已知管径，管长，管件和阀门

41、的设置及流体输送量，求流体通过此管路系统的能量损失，以便于进一步确定设备内压力、设备间的相对位置或输送设备所加入的外功。 a 由流量和管径求出流速 b 算出 和 ，查出 ，由已知的 ，求出 将 代入柏努利方程，求得We。简单管路计算的思路 已知管材，管径，管长，及局部阻力系数，供液体的地点，需求液体的位置和压力及供液地点处的压力情况，求流体的流速或流量。 已知管长、管件和阀门的设置、允许的能量损失及流量，求管径。液体输送工作过程 一、流体输送机械 分类：按工作原理可以分为离心式、往复式、旋转式和流体作用式。 通常输送液体的机械称为泵，输送气体的机械称为风机或压缩机等。 （一）离心泵 1、结构和

42、工作原理 （1）结构及主要部件 结构：见图1-48，图1-49液体输送工作过程图1-48 离心泵工作原理示意图液体输送工作过程液体输送工作过程图1-49 单级单吸离心泵液体输送工作过程 主要部件： 叶轮 作用：将电机的机械能直接传送给液体，增加液体的静压能及动能。 分类： 图1-50 叶轮的类型液体输送工作过程图1-51 离心泵叶轮 按吸液方式：单吸式和双吸式。 液体输送工作过程 泵壳 作用：泵壳是汇集由叶轮抛出的液体并使其发生机械能转换的部件。 图1-52 泵壳液体输送工作过程 轴封装置 作用：防止泵内高压液体的泄漏及空气从外面漏入泵内负压空间。 图1-53 轴封的类型液体输送工作过程图1-

43、54 轴封装置液体输送工作过程 轴封的分类图1-55 轴封的类型液体输送工作过程 （2）工作原理 离心泵启动前，先将离心泵灌满，启动离心泵后，泵轴带动叶轮一起作高速旋转运动，在惯性离心力的作用下，液体自叶轮中心向外周作径向运动。液体在流经叶轮的运动过程获得了能量，静压能增高，流速增大。当液体离开叶轮进入泵壳后，由于壳内流道逐渐扩大而减速，部分动能转化为静压能，最后沿切向流入排出管路。当液体自叶轮中心甩向外周的同时，叶轮中心形成低压区，在贮槽液面与叶轮中心总势能差的作用下，致使液体被吸进叶轮中心。依靠叶轮的不断运转，液体便连续地被吸入和排出。 液体输送工作过程图1-56 离心泵工作原理液体输送工

44、作过程液体输送工作过程 2离心泵的性能参数和特性曲线 （1） 离心泵的性能参数 流量Q 泵在单位时间内向管路系统输送的流体量，m3/h或m3/s。 扬程H 泵向单位重量流体提供的有效能量，米液柱。 图1-57 离心泵扬程的测定实验装置图 （1-44）液体输送工作过程 升扬高度：用泵将液体从低处送到高处的高度。 轴功率N 泵运转时从电动机所获得的功率。 效率 泵的有效功率与轴功率之比。 一般离心泵的效率为0.60.85,大型泵可达0.9。 （1-46）（1-45）液体输送工作过程 （2）离心泵的特性曲线 Q-H曲线 QH。 N-Q曲线 QN,Q=0时N最小，故离心泵启动时，应关闭泵的出口阀门，使

45、流量为零，使电机的启动功率最小，避免因启动功率国大而烧坏电机。 图1-58 S100-80-125型离心水泵的特性曲线 液体输送工作过程离心泵特性曲线测定实训装置（计算机数据采集型）图1-59 离心泵特性曲线测定液体输送工作过程 曲线 开始时Q，达到某一最高值后又随Q的增加而减小。 离心泵的设计点：一定转速下的效率最高点。 (3)影响离心泵性能的因素 密度的影响 被输送的液体的密度，对离心泵的扬程、流量和效率均无影响，但泵的轴功率随密度的增大而增大。故当泵所输送液体的密度与常温清水的密度不同时，轴功率应重新核算。液体输送工作过程 粘度的影响 Q,H,N。泵的特性曲线发生改变。 转速的影响 比例

46、定律 叶轮直径的影响 切割定律 （1-48）（1-47）液体输送工作过程 3、离心泵的气蚀现象与安装高度 (1)气蚀现象 当泵的安装位置达到一定的高度，使泵吸入口的压力等于或低于输送液体的饱和蒸汽压时，液体就会发生汽化现象。气泡随液体从低压区进入高压区的过程中，因压力升高气泡迅速凝结，气泡的消失形成真空，周围液体以极高的速度向气泡中心冲去，产生非常大的冲击压力，对叶轮和壳体造成撞击和振动，同时液体中的微溶氧对金属有一定的化学腐蚀，日久致使叶轮变成海绵状或大块脱落，泵不能正常运转，甚至吸不上液体。这种现象称为泵的汽蚀现象。 液体输送工作过程液体输送工作过程 表现：噪声大、泵体振动，流量、压头、效

47、率都明显下降。严重时，泵不能正常工作。 防止措施：把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵内压强最低点处的静压超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压。图1-60 汽蚀现象液体输送工作过程 （2）吸上高度（安装高度）：离心泵的吸入口与吸入储槽液面之间的距离。若泵在液面之上，吸上高度为“+”，在液面之下，吸上高度为 “-”。 允许气蚀余量 为防止汽蚀现象的发生，规定离心泵入口处液体的静压头p1/(g)与动压头u12/(2g)之和与操作温度下液体的饱和蒸汽压头ps/（g）的最小差值，为离心泵的允许气蚀余量 ，即：（1-49）液体输送工作过程 允许吸上真空高度 允许吸上真空高度（m液柱）； 大气压强（Pa

48、）； 泵入口处允许的最低绝对压强（Pa）。 由实验测定，实验条件：10mH2O,20的清水。若输送条件发生变化，需要校正。 输送与实验条件不同的清水 （1-50）（1-51）液体输送工作过程 若输送与实验条件不同的其它液体 离心泵的允许安装高度 如图，在吸入贮槽和吸入口之间列柏努利方程得;将式（1-49）代入上式得：图1-61 离心泵允许安装高度示意图（1-52）（1-53）（1-54）液体输送工作过程 若贮槽是敞口的，将式（1-50）代入（1-53）得： 式（1-54）及式（1-55）即为离心泵最大安装高度的计算公式。 注意： 为安全起见，实际安装高度应比允许安装高度低05-1m。 （1-5

49、5）液体输送工作过程 4、离心泵流量的调节 （1） 管路特性曲线 管路特性曲线表示流体通过某一特定管路所需的压头与流量的关系。 管路特性方程 如图，列1-1与2-2截面的柏努利方程得:图1-62 液体输送系统示意图 （1-56）液体输送工作过程其中： 对于特定的管路，为固 定值，与管路中的流体流量无关，若管径不变，则 令则（1-57）管路特性方程液体输送工作过程 管路特性曲线图1-63 管路特性曲线液体输送工作过程 (2)离心泵的工作点 离心泵在工作时，其工作状态应为描绘在同一坐标纸上的泵特性曲线与管路特性曲线的交点，该点称为泵的工作点。 p图1-64 离心泵的工作点 (3）流量的调节方法 改

50、变管路特性 改变离心泵出口管路上阀门的开度。 思考： 阀门开大或关小时管路特性曲线怎样变化？ 特点： 快速方便，可以连续调节，应用广泛。但关小阀门时，流动阻力增加，要多消耗一部分能量。液体输送工作过程图1-65 改变阀门开度时流量变化示意图 改变泵的特性 改变叶轮的转速 思考：叶轮转速增加或减小时泵的特性曲线怎样变化？ 特点： 流量随转速下降而减小，动力消耗也相应降低，从动力消耗来说是合理的。但需要变速装置或价格昂贵的变速原动机，且难以做到流量的连续调节。液体输送工作过程 图1-66 改变叶轮转速时流量变化示意图 改变叶轮的直径 特点： 当流量定期变动时是可行的、经济的。但可调节的范围小，且直

51、径减小不当会降低泵的效率。液体输送工作过程 图1-67 改变叶轮直径时流量变化示意图液体输送工作过程 5、离心泵的选择 （1） 离心泵的类型图1-68 离心泵的类型液体输送工作过程 清水泵 IS型单级单吸式 IS100-80-125其中 IS国际标准单级单吸清水离心泵 100吸入管内径，mm; 80排出管内径，mm; 125叶轮直径，mm。 S（Sh）型单级双吸式 100S90A其中100吸入管内径，mm; 90设计点扬程，m; A叶轮直径经过第一次切割。 液体输送工作过程 D型多级泵 D160-1208其中 D节段式多级离心泵; 160泵设计点流量, m3/h; 120泵设计点单级扬程,m;

52、 8泵的级数 。 F型耐腐蚀泵 150F-35其中 150吸入管内径，mm; F单级单吸悬臂式耐腐蚀泵; 35泵设计点单级扬程,m。 液体输送工作过程 油泵 80Y1002其中 80吸入管内径，mm; Y单吸式油泵; 100泵设计点单级扬程,m; 2泵的级数。 杂质泵 污水泵、渣浆泵、泥浆泵等。 屏蔽泵 输送易燃易爆、剧毒或贵重等严禁泄露的流体。 液体输送工作过程 （2）离心泵的选用原则 根据输送介质和操作条件，确定泵的类型。 选择泵的型号 根据工作条件和输送系统管路的情况，计算流量和扬程，从泵样本或产品目录中选出合适的型号。 校核泵的轴功率 当输送的液体密度大于清水时，需要对泵的轴功率进行校

53、核。液体输送工作过程离心泵的启动图1-69 离心泵的启动液体输送工作过程（1）能全面了解流体流动过程中涉及的流量计、离心泵性能及管路性能概念和实验方法。 （2）学生能充分了解离心泵的结构与特性、学会离心泵操作，测定恒定转速条件下泵有效扬程（H）、轴功率（N）、及电动调解阀自动调节。 （3）能使学生提高对离心泵的认识和完成开停泵的操作。 （4）能分析离心泵在运转时不上料的原因，并提出解决的办法。液体输送工作过程 离心泵仿真操作图1-70 离心泵现场图 液体输送工作过程图1-71 离心泵DCS图 液体输送工作过程（1）理解离心泵的工作原理，工艺流程。 （2）掌握该系统的工艺参数调节方法及控制。 （

54、3）能熟练操作冷态开车及正常停车，会对正常工况进行维护，对操作过程中出现的典型事故会正确分析并排除。（二）液体输送机械能力拓展往复泵 1、往复泵的结构和工作原理 （1）结构 往复泵是典型的容积式泵，靠泵内工作容积的变化产生吸排液，主要由泵缸、活塞、吸入阀和排出阀所构成。 图1-72 往复泵装置简图（2）工作原理往复泵是借助往复运动的活塞将机械能以静压能的形式直接传给液体。 当活塞向右运动时，泵缸内工作容积增大而形成低压，排出阀受压而自动关闭，吸入阀开启，液体进入泵缸内，当活塞移至右端点，吸液过程结束；当活塞向左运动时，工作容积减小，活塞的挤压使液体压力升高，吸入阀受压关闭，液体不断冲开排出阀向

55、外排液。活塞不断地往复运动，液体交替地吸入和排出。液体输送机械往复泵 液体输送机械往复泵 （3）分类 单动泵 活塞往复一次，吸排液体一次；仅活塞的一端腔室工作，吸排阀各一个。 双动泵 活塞往复一次，吸排液体两次；活塞的两端腔室均工作，吸排阀各两个。 三联泵 活塞往复一次，吸排液体三次；活塞的两端腔室均工作，吸排阀各两个。液体输送机械往复泵 液体输送机械往复泵液体输送机械往复泵 图1-73 往复泵工作示意图 2、往复泵流量的调节方法 往复泵属于正位移泵，它的流量与管路特性无关。图1-74 往复泵的工作特性曲线与工作点液体输送机械往复泵 液体输送机械往复泵 流量调节方法： 旁路流程调节图1-75

56、旁路调节流量示意图液体输送机械往复泵 （2）改变活塞行程或改变驱动机构的转速 带有变速装置的电动往复泵采用改变原动机转速来调节流量是一种较经济且常用的方法。液体输送机械往复泵 3、往复泵使用生产现场学习走进生产现场，观察化工实际生产管路、设备、仪表等运行的状况，实现知识的迁移和消化吸收。能从根本上了解化工生产和自己所学的知识与技能之间的关系，提高学习效果。一次盐水的生产过程 生产原料原盐 工业生产中使用的原料食盐称之为原盐。 工业原盐溶为盐水后，其中所含的杂质Ca2+、Mg2+、SO42-和机械不溶杂质对电解是十分有害的。因此，原盐溶化后的食盐水必须经过精制后才能进入电解槽。 图1-76 原盐

57、仓库 (1) 不溶性的机械杂质会堵塞电解槽上的微孔，降低离子交换膜的渗透性，恶化电解槽的运行。 (2)在电解过程中Ca2+、Mg2+将在阴极侧与电解产物发生反应，生成难溶的氢氧化钙和氢氧化镁沉淀，不仅消耗了NaOH，而且也会堵塞电解槽碱性一侧离子膜的孔隙，降低离子膜的渗透性，造成电解液浓度升高，电流效率下降和槽电压升高等现象，从而破坏了电解槽的正常运行，缩短离子膜的使用寿命。 (3)盐水中SO42-过高时，会促使OH-在阴极放电而产生氧气，降低电流效率，加剧电极的腐蚀，缩短电极的使用寿命。 1、各种杂质存在对电解的影响一次盐水的生产过程 (4)盐水中含有Fe3+时，除在电解过程中可以与OH-形

58、成Fe(OH)3沉淀，沉积于二次盐水精制过程中的鳌合树脂塔，堵塞树脂床层与树脂上的微孔外，还能堵塞电解槽内的离子交换膜，增加膜电压降，降低电解电流效率，同时还能使阳极室内的氯中含氢增加，形成不安全因素。 (5)在原盐中或化盐用水中，如果含有铵离子或有机氮化合物，在电解槽内会被氯转化为极易爆炸的NCl3伴随氯气再液化过程中的集聚而可能发生爆炸。 (6)盐水中存在重金属离子，将会对阳极涂层的电化学活性相当大的影响，如盐水中锰的沉积在阳极表面，会形成不导电的氧化物，使阳极涂层的活性降低，增加电解的槽电压，使电耗升高。 一次盐水的生产过程 2、选择原盐的主要标准: （1）氯化钠含量要高，一般要求大于9

59、5%； （2） 化学杂质要少，Ca2+、Mg2+总量要小于1%， SO42-要小于0.5%； （3） 不溶水的杂质要少； （4）盐的颗粒要粗，否则容易结成块状，给运输和使用带来困难。 盐水生产过程可分为： 原盐的溶化 粗盐水的精制 盐泥的洗涤 盐泥的处理一次盐水的生产过程 3、粗制盐水的制备与Mg2+去除的工艺流程 （1）工艺流程 原盐从立式盐仓经皮带输送机连续加入化盐池。化盐用水来自洗盐泥桶的洗水和电解送来的脱氯、脱硫酸根后的淡盐水，经过混合加热作为化盐用水，从化盐池底部流出，与盐层呈逆向流动状态溶解原盐并成为饱和粗盐水。饱 和粗盐水被输送进粗盐水贮罐内。 图1-77 淡盐水循环罐 图1-7

60、8 一次盐水罐 一次盐水的生产过程 从化盐池内流出的粗盐水，流进集中槽内，加入NaOH溶液，再用泵送入溶气混合罐，内溶解部分空气后，流进文丘里混合器内定量加入FeCl3溶液，经充分混合后流进浮上澄清桶斜板的间隙内进行固液分离，其中从澄清桶的底部沉降下来的是部分盐泥和水不溶沉淀物，上面漂浮而出的是氢氧化物絮状沉淀，这两部分沉淀物定期排入盐泥回收池内，送盐泥压滤岗位进行处理。 图1-79 空气盐水混合器 图1-80 浮上澄清桶图1-81盐泥压滤机一次盐水的生产过程 粗制盐水的制备与 Mg2+去除的工艺流程 图1-82 粗盐水的制备与Mg2+去除的工艺流程简图 （2）Mg2+去除的方法 镁离子和铁离