流体物料输送方法及探讨

流体物料输送方法及探讨天津科技大学 张廉10815005摘要 我们在设计物料输送方案时，要保证能够尽量满足输送的流量要求，而且要尽可能保证输送量波动小。关键词离心泵流量输送量波动输水系统通过对化工流体力学的学习我们知道。影响流体流动的因数很多，对于流体本身来说就具有复杂性。一方面是对象的复杂性及流体的品种多，不同的流体其性质会有很大的差别。流体自身的性质会影响流体的流动，比如流体的粘性，表面张力，密度和压缩性。另一方面是过程的复杂性，也就是在流动过程中传热，传质以及变形的过程。在流体流动过程中，流动的空间也会对流体的流动产生较大的影响，比如流体在管路中流动的时候，管路的特性，局部阻力（突然扩大，突然缩小，弯管等），沿程阻力等都会影响流体的流动。通过对一个具体流体物料输送问题的研究，以及对不同输送方案对流体流动的分析，我们就能得出各种输送方案的优缺点以及经济性。该问题为：提出将流体物料同时输送至5个位置的输送系统方案。输送的流体粘度约为100厘泊，五个位置在垂直方向上的间距为h=1m，每个位置的输送量均为Q=10L/min。要求1、各个输送位置的流量尽可能一致；2、输送量波动较小、3、提出两种输送方案并进行比较。对于给定的问题，我们从其中的条件可以看出，该流体的粘度为100厘泊，属于低粘度。并且总的流量为50L/min，我们采用离心泵就能满足要求。离心泵在化工生产中应用最为广泛，因为离心泵具有一下几个优点：Q结构简单，操作容易，便于调节和控制；Q流量均匀，效率较高；Q流量和压头的适用范围较广；Q适用于输送腐蚀性或含有悬浮物的液体。由离心泵的叶轮结构可以分为闭式，半开式，开式。由于题目中的流体属于清洁性的液体，因此我们采用闭式结构。另一个原因是：对于半开式和开式，由于没有盖板，液体在叶片间流动时易产生倒流，故这两类泵效率较低。方案一：方案描述：如上图所示，只用一台离心泵。所需仪器有离心泵一台；形状相同但高度不同的容器五个，并排的放在一起；相同的文丘里流量计五个;相同的阀门五个。所有仪器的连接如图所示。其中五个容器并排排列，当容器1装满物料后就溢流到容器2中，容器2中装满物料后就溢流到容器3中，依次类推。从离心泵输出的流量大于五个位置的流量之和及大于50L/min，输出的流量能够保证每个容器都能溢流出来，也即每个容器中的物料的高度不会变。最后从容器5中流出的物料流回到离心泵之前的管路中，实现循环。五个容器的具体高度由以下计算得来：设出口5为基准面，出口5的高度为Z5，其他几个高度分别为Z4,Z3,Z2,Z「为已知量。容器5的液面高度为H5，其他几个依次为H4,H3H2,H］。由于这个方案里每条分支的局部阻力和沿程阻力差别不是太大，因此我们忽略管路的能量损失，根据每个容器的上表面和对应出口的位置面，由泊努利方程有：gH+匕旗+・=gZ+匚+兰i2p ，' 2p其中容器上表面液体的速度匕.=0，容器上边面的压强〃H广与该容器对应的出口位置的压强p=大气压强，各个出口位置的速度u相等，由于各个出口的结构是相同的，所以其横截面积A相同，可求Qu= iAi通过计算可求得Q22gA2I根据每个H的值设置每个容器的高度即可方案一:方案描述：如上图所示，分别用五个离心泵输送到五个位置，其中流量通过阀门调节。所需仪器为五个离心泵，五个文丘里流量计，五个阀门。五个位置的流量仅仅通过阀门调节。两种输送方案的比较：方案二缺点：五台离心泵，成本较高；设备多因而故障点较多；不能确保各个输送位置的流量一致；输送量的波动较大。优点：调节便利；若有一台离心泵出问题，其他的不受影响。方案二缺点：一旦离心泵出问题，会影响整个系统。优点：只用一台离心泵，成本低；由于各个容器始终保持液面不变，因此输送的波动性较好；由于每个容器与对应的出口位置的高度不变，因此各个输送位置的流量能够保持一致通过对方案一和方案二的比较，我们可以得出以下结论：方案一能够充分满足题目的要求，也即各个位置的流量尽可能一致，输送量波动性较小。其实我们在设计物料输送系统时，要尽量保持输送过程的稳定性。我们在布置管道时，首先要考虑到安装、检修、操作上的方便与人身安全；其次应尽可能减少基建费用；另外还需根据生产的特点、设备的布置、物料的性质以及建筑的结构等方面进行综合考