模块1 流体输送操作.中职课件电子教案

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：

1MPa＝103kPa＝106Pa1atm＝0.10133MPa＝101.3kPa＝1.033kgf/cm2

＝760mmHg＝10.33mH2O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①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/m3p1－p2＝R（－）g＝0.04×（13600－1000）×9.81＝4944.2Pa②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。③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（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。3．稳定流动的质量守恒——连续性方程（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ρ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φ57mm×3mm，大管规格为φ89mm×3.5mm，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d1＝57－2×3＝51mm，u1＝2.5m/s

大管内径d2＝89－2×3.5＝82mm

m/s

（2）m3/skg/s4．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）

①位能。mgZ

（计算时规定基准水平面）②动能。③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。

①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＝？,Z2＝0;u1＝0u2＝2.2m/s;ρ＝1050kg/m3p1＝0p2

＝4.05×104Pa（均为表压）;We＝0Σhf＝25J/kg

代入柏努利方程解得Z1＝6.73m。（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1050kg/m3。喷头入口处维持4.05×104Pa的压力（表压），液体在管内的速度为2.2m/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？②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φ57mm×2.5mm，送水流量为15m3/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:Z1＝0,Z2＝20－1.5＝18.5m;p1＝0,p2＝125kPa，ρ＝1000kg/m3u1≈0,qV

＝15m3/h，d＝57－2×2.5＝52mm＝0.052m,u2＝1.96m/s

We＝？Σhf＝5×9.81＝49.05J/kg代入解得We＝357.45J/kg质量流量qm＝＝15×1000/3600＝4.17kg/s有效功率Pe＝qm

We＝357.45×4.17＝1489.5W≈1.49kW

③确定输送液体的压力

④求管路中流体的流量1．流动型态的划分二、管内流体的流动型态层流（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。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？2．φ57mm×2.5mm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u＝1.8m/s，根据附录八中的管子规格，选用φ108mm×4mm的无缝钢管，其内径为d＝108－2×4＝100mm。核算管内实际流速为

m/s1．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）μ，N·s/m2（Pa·s），P（泊），cP（厘泊）换算关系：1Pa·s＝10P＝1000cP＝1000mPa·s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Σhf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：①合理布局，尽量减少管长，少装不必要的管件及阀门。②适当加大管径并尽量选用光滑管。③高黏度液体长距离输送时，可用加热方法（蒸气伴管）或强磁场处理，以降低黏度。④在工艺允许的情况下，可在被输送液体中加入减阻剂。【作业】复习题项目3拆装离心泵离心泵具有结构简单，性能稳定，检修方便，操作容易和适应性强等特点，是化工生产中应用最广泛的流体输送设备。实训任务：拆装离心泵实训过程拆卸泵壳、叶轮——拆卸密封系统——分析结构——安装泵体——试车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、离心泵的结构与工作原理1．离心泵的结构（1）根据实物图片说明，离心泵的结构是怎样的？各部件起什么作用？

自学、讨论（2）叶轮有开式、半闭式和闭式三种，其特点和使用场合有什么不同？自学、讨论（3）泵壳为什么又称蜗壳？它是怎样完成能量转换的？（4）轴封装置有填料密封和机械密封两种，它们的密封原理有什么不同？自学、讨论2．离心泵的工作原理工作过程：灌泵——液体随叶轮高速转动，被抛向外缘获得能量，进入蜗壳——蜗壳中，流道渐大而减速，动能转变为静压能，液体以较高压力流入排出管——叶轮中心形成真空，液体被连续压入叶轮——叶轮不断转动，液体不断被吸入和排出二、离心泵的特性1．离心泵的主要性能参数性能参数 单位 定义 流量m3/h，m3/s单位时间内所输送的液体体积。扬程（压头）Hm 单体重量流体经泵所获得的能量。效率η离心泵的有效功率与轴功率之比。轴功率P W，kW泵轴所需的功率。 2．离心泵的特性曲线设计点：曲线上的效率最高点。铭牌上标出的性能参数即为最高效率点上的工况参数。【例1-6】采用附图所示的装置，用清水测定一台离心泵的主要性能参数。测得流量为10m/h，泵出口处压力表的读数为0.17MPa（表压），入口处真空表的读数为－0.021MPa，轴功率为1.07kW，电动机的转速为2900r/min，真空表测压点与压力表测压点的垂直距离为0.5m。试求该泵在此实验点下的扬程、有效功率和效率。解：（1）泵的扬程分别取真空表和压力表所处位置的截面为截面1-1’和2-2’，列柏努利方程其中Z2－Z1＝0.5m，p1＝－2.1×104Pa（表压），p2＝1.7×105Pa（表压），

ρ＝1000kg/m3

因u1＝u2，且两测压点的管路很短，其间流动阻力可忽略不计，即Hf＝0，故＝＝20m（2）泵的有效功率＝10m3/h＝0.00278m3/s

Pe＝Hρg＝0.00278×20×1000×9.81＝545W（3）泵的效率＝＝51%3．影响离心泵性能的主要因素（1）输送液体的黏度

输送液体的黏度增大，泵体内的能量损失增大，泵的流量、扬程减小，效率下降，轴功率增大。（2）输送液体的密度

离心泵的体积流量及扬程与液体密度无关，功率则随密度增大而增大。（3）离心泵的转速比例定律：（3）叶轮直径切割定律：三、离心泵的类型1．离心泵怎样进行分类？2．根据实物或泵图片，说明各种离心泵的特点及应用场合。自学、讨论清水泵（IS型、SH型、D型）、耐腐蚀泵、油泵、液下泵

3．根据实物或泵图片，说明各种泵的特点及应用场合，并对作出综合评价。自学、讨论往复泵、柱塞式计量泵、隔膜式计量泵、3．根据实物或泵图片，说明各种泵的特点及应用场合，并对作出综合评价。自学、讨论齿轮泵、螺杆泵3．根据实物或泵图片，说明各种泵的特点及应用场合，并对作出综合评价。自学、讨论旋涡泵（及叶轮）、屏蔽泵、水喷射泵、蒸气喷射泵【作业】复习题习题项目4离心泵操作在化工生产中，离心泵的操作是非常常见的。实训任务：离心泵操作

实训过程检查准备——灌泵——启动——正常运转——测定数据——停泵——绘制曲线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、离心泵的安装高度安装高度（吸上高度）：是指泵入口中心处与吸入液面间的垂直距离。1．离心泵的汽蚀现象当吸入液面上的压力一定时，吸上高度越高，则泵入口压力越小。当吸入口处压力小于操作条件下被输送液体的饱和蒸气压时，在泵进口处，液体就会沸腾，大量汽化，产生的大量气泡随液体进入高压区时，又被周围的液体压碎，而重新凝结为液体。在气泡凝结时，气泡处形成真空，周围的液体以极大的速度冲向气泡中心。这种极大的冲击力可使叶轮和泵壳表面的金属脱落，形成斑点和小裂缝，称为汽蚀。汽蚀现象发生时，泵体因受冲击而发生振动，并发出噪音；因产生大量气泡，使流量、扬程下降，严重时不能工作。2．泵的允许吸上高度，Hg3．允许汽蚀余量——离心泵的抗汽蚀性能4．泵的最大安装高度的计算从安全角度考虑，实际安装高度值一般比计算值低0.5～1m。【例1-7】用油泵从密闭容器里送出30℃的丁烷。容器内丁烷液面上的绝对压力为3.45×105Pa。液面降到最低时，在泵入口中心线以下2.8m。丁烷30℃时密度为580kg/m3，饱和蒸气压为3.05×105Pa。泵吸入管路的压头损失为1.5m。所选用的泵汽蚀余量为3m。试问这个泵能否正常工作？解：已知p0＝3.45×105Pa，ps＝3.05×105Pa，Δh＝3m，ρ＝580kg/m3，Hf，0－1＝1.5m，则＝＝2.53m题中指出，容器内液面降到最低时，实际安装高度为2.8m，而泵的允许安装高度为2.53m，说明泵安装位置太高，不能保证整个输送过程中不发生汽蚀现象。为了保证泵正常操作，应使泵入口中心线不高于最低液面2.53m，即从原来的安装位置降低0.27m。二、离心泵的选用、安装与操作1．离心泵的选用步骤。2．离心泵的安装和运转要求。3．离心泵的常见操作故障及处理方法自学、讨论1．管路特性曲线——压头与流量的关系曲线三、离心泵的操作2．离心泵的工作点当泵安装在一定管路系统中时，泵的特性曲线与管路特性曲线的交点即为泵的工作点。离心泵只有在工作点工作，管中流量才能稳定。泵的工作点以在泵的效率最高区域内为宜。3．离心泵的流量调节改变泵工作点的位置，即可调节泵的流量。（1）通过阀门调节。（2）改变泵的转速，流量和扬程均能提高。（3）改变叶轮外径也可改变泵的特性曲线，从而调节流量。【作业】复习题习题项目5离心式通风机操作实训任务：离心通风机操作实训过程检查准备——启动——运行——停车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。气体输送机械1．按终压或压缩比（出口压力与进口压力之比），气体输送机械分是怎样分类的？自学、讨论一、离心式通风机

1．结构与工作原理与离心泵相似，在蜗壳中有一高速旋转的叶轮，借叶轮旋转所产生的离心力将气体压力增大而排出。2．主要性能参数性能参数单位 定义 风量 m3/h气体通过进风口的体积流量 风压HTN/m单位体积的气体经过风机时所获得的能量轴功率P量纲为1全压效率η kW

3．选用计算风压——确定风机类型——根据实际风量与风压HT，从风机样本或产品目录中选择合适的机号——核算轴功率离心鼓风机二、离心式压缩机（透平压缩机）1．构造及工作原理与离心式通风机相似。通常多级（10级以上），叶轮转速高（5000r/min以上），可以产生很高的出口压力。常分几段，每段包括若干级，叶轮直径逐段缩小，叶轮宽度也逐级有所缩小。段与段间设有中间冷却器将气体冷却