化工原理第二章.ppt

1、第二章 流体输送机械,1. 本章学习的目的 通过学习，了解制药化工中常用的流体输送机 械的基本结构、工作原理及操作特性，以便根据生产工艺要求，合理地选择和正确使用输送机械，并使之在高效率下可靠运行。 2. 本章重点掌握的内容 离心泵的基本结构、工作原理、操作特性、安装及选型。,概 述,低压 高压,低处 高处,近处 远处,流体物性不同,操作条件各异,对于这些情况，都必须通过向流体提供机械能的方法来实现。向流体提供机械能的设备称为流体输送机械。,生产过程中的流体输送一般有以下几种情况：,一般管路系统对流体输送机械的要求：,应满足工艺对流量及能量（压头、风压或压缩比）的要求； 结构简单，质量轻，设备

2、费低； 操作效率高，日常操作费用低； 能适应物料特性（如黏度、腐蚀性、易燃易爆、含固体等）要求。,流体输送设备分类：,输送液体泵(pumps),输送气体通风机、鼓风机、压缩机 及真空泵,按流体类型,按工作原理,离心式 往复式 旋转式 流体动力作用式,第一节 离心泵 一、基本结构及工作原理,离心泵(centrifugal pump),1.基本结构,固定的泵壳（Volute）,旋转的叶轮(impeller),2、离心泵的工作原理,3.离心泵的工作过程,叶轮中部低压,液体吸入,灌泵,叶轮高 速旋转,离心作用,静压能和动能,叶轮 外缘,流道扩大,动能,静压能,液体排出,排液过程,吸液过程,泵壳,4.气

3、缚现象,若泵内存留空气离心作用小无自吸能力不能启动 气缚现象 启动时泵内需灌满液体 装设底阀 （单向阀）（止逆阀）,1.叶轮,作用,结构 前弯叶片、后弯叶片、径向叶片,类型,开式（送悬浮液、浆液）、半闭式（送颗粒较少、黏度较小的液体）和闭式（送清洁液体）,单吸式和双吸式,吸入方式, 传递能量,二、主要部件,返回,双吸式：,吸液量大,无轴向推力,双吸,单吸,2、泵壳 汇集液体，转能装置,4、轴封：,作用防止漏液,类型软填料或机械密封,3、导轮：,未装导轮,装导轮,三、离心泵的主要性能参数,2B31型离心泵铭牌上标注的参数,(1)流量(qv):单位时间内泵所输送的液体体积。m3/s 常用单位为L/

4、s或m3/h,qv与泵的结构、尺寸、转速等有关 ，实际流量还与管路特性有关。,(2)扬程或压头(H):是指单位重量（1N）液体流经泵所获得的能量，单位：m 。H与泵的结构、转速和流量有关。,泵的H与流量qv之间的关系可用实验方法测定。,扬程与升扬高度的区别：,升扬高度,(4)轴功率(P):泵轴所需的功率，离心泵一般用电动机驱动，轴功率就是电动机传给泵轴的功率。W,(3)有效功率(Pe):单位时间内液体从泵中叶轮获得的有效能量，We,P,能量损失：,容积损失 漏液；,机械损失 机械摩擦；,水力损失 液体摩擦及局部阻力；,(5)效率():,小型泵的效率一般为50-70，大型泵的效率可达90左右,泵

5、性能实验装置示意图,四、离心泵的特性曲线,流量qv, 流量计,扬程H,(1)Hqv线: qv,H,讨论：,(3)qv线: qv,先后,(2)Pqv线: qv, P,qv=0P=Pmin,qv=0H定值,最高点 设计点,例：吸入管内径100mm,排出管内径80mm,两测压口间垂直距离为0.5m。转速2900r/min,以20oC清水为介质测得流量为15L/s;泵出口 表压为2.55105Pa,入口真空度 为2.67104Pa;电动机输入功率 6.2kW,泵由电动机直接带动, 电动机效率93%。求泵的压头, 轴功率和效率。,解：,(1)求H,Z2-Z1=0.5m,d1=0.1m，d2=0.08m，

6、,p2=2.55105Pa(表),p1=-2.67104Pa(表)，,(2)求P,P= P输入电机传,(3)求,=6.20.93=5.77kW,物 性,密度,粘度,泵,转速 20%,叶轮直径 20%,1.管路特性曲线,五、离心泵的工作点与流量调节,(管路特性方程),令,表示管路中液体流量qv与要求泵提供的压头H之间的关系。,Heqv,与管路布局有关, 与泵性能无关,Hqv,泵的特性曲线,说明:,管路的特性曲线,管路布置不同， Heqv曲线不同,工作点,2.泵的工作点,H-泵所提供的压头,He-泵所在管路所要求压头,qv相等, H=He,工作点：,说明供求一致,工作点 需要与可能的结合,3.离心

7、泵的流量调节：,离心泵流量的调节就是改变泵的工作点。方法有二： 改变管路特性曲线：即改变离心泵出口管路上调节阀门开度改变管路特性曲线，灵活方便，耗能大； 改变泵的特性曲线：改变泵转速或叶轮直径实质上是改变泵特性曲线，节能，投资大。,(1)调节阀门改变管路特性曲线,可连续调节流量；,阀门关小,流阻增大， 操作费高。,当改变管路特性曲线时， 工作点沿泵的特性曲线移动。,qv, 改变叶轮直径,(2)调节泵的特性曲线, 改变转速,当改变泵的特性曲线时， 工作点沿管路特性曲线移动。,相同的管路特性曲线,单台泵的特性曲线相同,合成特性曲线,合成特性曲线,并联后的实际工作点a点,a,管路曲线越陡，流量 增加

8、得越小,4.离心泵的并联操作：,合成特性曲线,合成特性曲线,串联后的实际工作点a点,管路曲线越平缓，扬程 增加得越小,a,5.离心泵的串联操作：,低阻管路,宜用并联 增加流量,高阻管路,宜用串联 增加扬程,A,B,A,B,6.离心泵的串并联：,操作温度下,液 体的饱和蒸汽压,气化,气泡,叶轮中部 (低压区),叶轮外缘 (高压区),气泡 破裂,冲击叶轮,泵损害,1.离心泵的汽蚀现象,六、离心泵的汽蚀现象与安装高度,在0-0和k-k列柏努利方程：,当Hg ，Pk,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。,安装高度 ，汽蚀,问题：如何

9、确定Hg的上限,允许安装高度,（1）三个基本概念：,2汽蚀余量与允许安装高度,(有效)汽蚀余量ha:,泵入口处：动压头+静压头-饱和蒸汽压(液柱),ha的物理意义：,ha，p1 汽蚀,必须汽蚀余量hr:,发生汽蚀时的(有效)汽蚀余量,用实验测定,允许汽蚀余量h,比最小汽蚀余量大0.3米,开始发生汽蚀,正常运转的泵,（2）由h计算允许安装高度Hgmax,（3）允许汽蚀余量的校正,h20度清水，条件不同时要校正，校正曲线说明书,3讨论,（1）汽蚀现象产生的原因：,安装高度太高；,被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；,吸入管路阻力或压头损失太高。,（2）计算出的Hg允许0, 低于贮槽液面安装,（3

10、）安装泵时为保险， Hg比Hg允许还要小0.5至1米。,例：用离心油泵从贮罐向反应器输送液态异丁烷。贮罐内液面恒定,其上方绝压为6.65kgf/cm2。泵在贮罐液面下1.5m处,吸入管路的压头损失为l.6m。异丁烷在输送条件下密度为530kg/m3,饱和蒸气压为6.5kgf/cm2。已知输送流量下泵的允许气蚀余量为3.5m。试确定该泵能否正常操作。,解：,离心泵,输液性质,水泵,耐腐蚀泵,油泵,杂质泵,吸液方式,单吸泵,双吸泵,叶轮数目,单级泵,多级泵,压头高低,低压泵,中压泵,高压泵,(H20m水柱),(H50m水柱),(H=2050m水柱),1.离心泵的类型,七、离心泵的类型与选用,（1）

11、水泵性质与水相似的液体,B型(IS型)单级单吸悬臂式,H：5-125m， qv：6.3-400,单级单吸离心泵,D型多级泵,压头较高,H：14-351m， Q：10.8-850,多级离心泵,流量较大,S型双吸泵,H：9-140m， Q：120-12500,(2)耐腐蚀泵(F型)酸、碱液等,与被输送流体接触的材料全是耐腐蚀材料 密封要求高，一般采用机械密封。,H灰口铸铁浓硫酸,B铬镍合金钢弱腐蚀性液体,M铬镍钼钛合金钢浓硝酸,吸入口直径,mm,悬臂式耐腐蚀泵,材料代号,单端面轴封,40FM1-26,扬程,m,耐腐蚀泵(F型),(3)油泵(Y型)石油产品,轴封严格、冷却良好,100Y-1202,吸

12、入口直径,mm,单吸油泵,单级扬程,级数,(4)杂质泵(P型)悬浮液和稠浆液,叶片少、流道宽(开式或半闭式),2.离心泵的选用,(1)液体性质,泵的类型；,(2)确定流量和压头,(4)核算轴功率。,(3)确定泵的型号，列出主要性能参数,B 型 泵 系 列 特 性 曲 线,H,Q,6B33-1450-30,6B33A-1450-22,6B33B-1450-17,B 型 泵 系 列 特 性 曲 线,140,m3/h,24,点表示泵效率最高时性能,安装高度Hg ,启动前灌液,启动前关闭出口阀,停泵前关闭出口阀,冬天停泵应排尽液体,泵的安装和操作,防气蚀；,防气缚；,P=Pmin；,防倒冲；,防冻裂。

13、,(1)单动泵：,结构：,原理,吸液,排液,缺点：排液量不连续不均匀,泵缸；活塞；活塞杆；吸入阀、排出阀,往复泵 （Reciprocating pump）,第二节 其他类型化工用泵,(3)三联泵,排液较均匀,(2)双动泵：,往复泵,单动泵,流 量,活塞截面积,活塞往复频率,活塞行程 m,( ),位移,(4)特点：,排液能力,活塞杆的截面积,双动泵,活塞杆的直径,压头：,取决于,密封性能,有自吸能力(无需灌液),装置机械强度,原动机功率,流量调节：,改变往复速率或冲程；,回(旁)路调节,能损大。,不可关闭出口阀启动；,适用于小流量、高压头、输送高粘度流体比离 心泵效率高,不适于腐蚀性流体、悬浮液,齿轮泵(Gear pump),适用于高压头、高粘度输送,正位移泵流量调节同往复泵,齿轮泵,设备特点,气体压力变化程度常用压缩比表示。,压缩比为气体排出与吸入压力（绝对压力）的比值,可压缩性 + 低密度,分类：,0.02MPa,压缩比,第三节 气体输送机械,离心式通风机：,2.结构：,1.出口风压,低压：1kPa,中压：13kPa,高压：315kPa,流道,中低压:矩形,高压:圆形,叶片,低压:平直,中高压:前弯或后弯(常见),3.性能参数：,风量(qv),以进口状态计,m3/s,风压,全风压：单位体积气体流经通