1、本课件配用教材 无机化工生产操作技术王世荣王世荣 耿佃国耿佃国 张山民张山民 主编主编书号书号 ISBN978-7-122-09758-3ISBN978-7-122-09758-3 定价定价 39.9039.90元元任务一 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。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
2、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。一次盐水制备任务 离子膜烧碱产品生产要经过五个生产工序图图1-1 离子膜烧碱生产工艺流程框图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图1-2 一次盐水生产工艺流程框图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图1-3 一次盐水生产任务的分解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
3、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图1-4 流体输送工艺流程简图流体输送工艺流程简图化工管路的分类 按管路的用途 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 管道的综合分类管道的综合分类 表表1-1 1-1 管道的综合分类管道的综合分类管道材质管道材质工作温度工作温度/第第类类第第类类第第类类第第类类第第类类碳素钢碳素钢370370370370P32P32P10
4、P1010P10P32324P4P10104P4P10101.6P1.6P4 41.6P1.6P4 4P P1.61.6P P1.61.6合金钢及合金钢及不锈钢不锈钢450450P P任意任意-40-40450450P10P104P4P10101.6P1.6P4 4P P1.61.6-注：注：P P 最高工作压力，最高工作压力，MpMpa a化工管子常用的材质图图1-5 常用的化工管材常用的化工管材 管径与壁厚的选择 1.管径的确定管径的确定 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，消耗的动力也大，操作费用
5、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。图图1-6 化工管道的壁厚示意图化工管道的壁厚示意图管件与阀门 1.常用管件常用管件（1）弯头图图1-7 管件管件弯头弯头管件与阀门（2）三通）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
6、度和旁路管径的不同，可分为正三通、斜三通。接头处的管件除三通处还有四通、Y形管等。图图1-8 管件与三通管件与三通 管件与阀门 （3）短管和异径管）短管和异径管图图1-9 管件管件 短管、异径管短管、异径管 管件与阀门 （4）法兰和盲板）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。图图1-10 管件管件 法兰法兰 2.阀门阀门 阀门是化工管路中用来控制管内流体流动的装置，它的用途图图1-11 阀门的用途阀门的用途管件与阀门管件与阀门 （1）闸阀）闸阀 闸阀是利用闸板与阀座的配合来控制启闭的阀门。图图1-12 闸板阀剖面图闸板阀剖面图闸阀管
7、件与阀门 （2）截止阀）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。图图1-13 截止阀与剖面图截止阀与剖面图截止阀管件与阀门（3）旋塞阀）旋塞阀 利用带孔的锥形栓塞来控制启闭的阀门。图图1-14 旋塞阀旋塞阀旋塞阀管件与阀门（4）蝶阀）蝶阀 主要部件：手柄、齿轮、阀杆、阀板等。图图1-15蝶阀蝶阀管件与阀门 （5）止回阀）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。图图1-16 止回阀止回阀止回阀（单向阀、止逆阀）管件与阀门（6）节流阀）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
8、，而节流阀启闭件为锥状或抛物线状。管件与阀门（7）隔膜阀）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。图图1-17 隔膜阀隔膜阀管件与阀门（8）球阀）球阀 球阀主要由阀体、阀盖、密封阀座、球体和阀杆等组成。图图1-18 球阀球阀球阀管件与阀门 （9）阀门的选用原则）阀门的选用原则图图1-19 阀门选用的原则阀门选用的原则 管路的连接 （1 1）焊接连接）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 2）法兰连接）法兰连接 法兰连接是管路中应用最多
9、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 3）螺纹连接）螺纹连接 螺纹连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）
10、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，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)(4)承插式连接承插式连接 承插连接时，在插口
11、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)温差补偿装置温差补偿装置图图1-20 管道的温差补偿方式管道的温差补偿方式 管路的连接补偿器常用结构补偿器常用结构 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
12、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)(6)管路安装和布置的一般原则管路安装和布置的一般原则 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
13、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
14、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。化工管路中常见故障及排除方法 1.1.做好管路维护工作做好管路维护工作 2.2.化工管路常见故障及排除方法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
15、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
16、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
17、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
18、，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表1-2 1-2 阀门常见故障及及排除方法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
19、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
20、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。表表1-2 1-2 阀门常见故障及及排除方法阀门常见故障及及排除方法化工管路拆装实训 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。流体力学的分类图图1-21 流体力学的类型流体力学的类型流体力学的研究对象 （1）单元操作）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）物料衡算 根据质量守恒定律
21、，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 3）能量衡算）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 4）平衡关系）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 5）过程速率）过程速率
22、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 6）经济效益）经济效益过程阻力过程推动力过程速率 经济效益=劳动消耗劳动成果（1-3）（1-4）化工流体的流动 1.流体的主要性质流体的主要性质 （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，mV3kg mmkgV3m（1-5）化工流体的流动 相对密度相对密度 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，1000水dd3mkg3mkgt水4化工流体的流动 比体积比体积 单位质量流体所具有的体积称为
23、流体的比体积，用符号表示，习惯称为比容。单位为 。kgm31mV（1-7）化工流体的流动 混合液体的密度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 1NABmABNwwwmABN3kg m3mkgAwBwNw（1-8）化工流体的流动pMRTmpMRT均1 1221nnniiimm am am ama均 气体的密度气体的密度 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：12,na aa气体混合物中个组分的体积分率；12,nm mm气体混合物中个组分的摩尔质量。（1-9）（1-10）化工流体的流动 （2）压
24、力）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 24221735.6109.81 101kgf cmmmHgmH OPa N matmmHgOmHcmkgfmNatm76033.10033.1100133.112225化工流体的流动 压力的表示法压力的表示法 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
25、。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 化工流体的流动图图1-22 绝对压力、表压强和真空度之间的关系绝对压力、表压强和真空度之间的关系化工流体的流动 （3 3）粘度）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，比例系数，称为动力粘度，简称粘度。0 xydydu图图1-23 流体在管内速度分布示意图流体在管内速度分布示意图dydu（1-11）dydu化工流体的
26、流动 粘度的物理意义：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：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：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。化工流体的流动 2.流体静止时的基本规律流体静止时的基本规律 （1）静力
27、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 图图1-24 静止液体内部力的平衡情况静止液体内部力的平衡情况 1p2pApF11ApF22gZZAgVmgF)(21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 120FFF21FFFApgZZAAp2211gZZpp2112ghpp02
28、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，此水平面称为等压等压面面。化工流体的流动 （2）静力学基本方程式的应用）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：Rgppi21（1-18）图图1-
29、25 U形管压差计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 igRppi21(1-19)化工流体的流动 sinRR(1-20)P1aP2RR图图1-26 倾斜压差计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。图图1-27
30、微差压差计微差压差计BARgppp21AB、(1-21)化工流体的流动 （2）液位的测量）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为用液柱压差计测量液面的示意图。图图1-28 液面压力计结构示意图液面压力计结构示意图 BAppghppA0gRppiB0iRh 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）。phg水图图1-29 安全液封装置安全液封装置（1-22）化工流体的流动 实例计算实例计算1-1 1-1 如图1-2
31、7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 BAPp表大ppPAghppB大mgph09.181.9100010660表化工流体的流动 3.流体流动时的基本规律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
32、体质量，单位为kg/s或kg/h。两者的关系 VW（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。VuA（1-24）uAuAAWG（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权衡决定。最适宜的流速是使材料费与操作费之和最小。24Ad44VVduu（1-25）化工流体的流动 （2）稳定流动与非稳定流动）稳定流动与非稳定流动 稳定流动 流体在管
33、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。图图1-30 稳定流动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。图图1-31 非稳定流动非稳定流动化工流体的流动（3 3）流体连续稳态流动时的物料衡算）流体连续稳态流动时的物料衡算 连续性方程11122Wu Au AuA 常数图图1-32 连续性方程分析连续性方程分析（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常数uAAuAuV221121221dduu（1-27）化
34、工流体的流动 （4 4）流体连续稳态流动时的能量衡算）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 212mu212u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/kgmPmPfh化工流体的流动 实际流体的柏努利方程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
35、22截面之间的柏努利方程图图1-33 化工流体流动系统示意图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/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。21111112epEZ guW22222212fpEZ guh12EE22121122121122efppZ guWZ guh（1-28）2211221222fupupZHeZHgggg（1-29）22fuZHgp、与g化工流体的流动 讨论：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、
36、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。0fh0eW 22121122121122ppZ guZ gu0fh121212ppZ gZ g（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eeNeWWH WgeNN（1-32）（1-33）化工流体的流动 柏努利方程式的应用柏努利方程式的应用 图图1-34 柏努利方程式的五个应用注意事项柏努利方程式的五个应用注意事项 化工流体的流动 确定高位槽的高度确定高位槽的高度 实例计算实例计算1-2 1-2 如图1-35示，要求出水管内
37、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 图图1-35 例题例题1-2附图附图fHgpguZHegpguZ2222121122化工流体的流动 已知 ，m/s,，则所以 hZ 101u大ppp2122.5u 02Z0HemHf68.5fHguZ2221mh668.581.925.22化工流体的流动 确定流体的流速和流量确定流体的流速和流量 确定送料的压缩气体的压强确定送料的压缩气体的压强 实例计算实例计算1-31-3某车间用压缩
38、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。图图1-36 空气来压送空气来压送98%浓硫酸流程示意图浓硫酸流程示意图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 ，fhpugZWepugZ2222211211212101ZmZ15201u2220.310 600.6220.785 0.0324Qmusd20()p 表
39、0WekgJhf66.7查附录得硫酸密度为=1831J/m3 化工流体的流动则 J/kgfhugZp2221121表2110.62215 9.817.661552p表akPp8.28318311551表化工流体的流动 确定流体输送机械的功率确定流体输送机械的功率 实例计算实例计算1-41-4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
40、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 图图1-37 例例1-4题附图题附图化工流体的流动fhpugZWepugZ222221121121213074.965124.930.6eNNW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 2522225 101.8920 9.8140210002737.99/fpuWegZhJ kg15737.9910003074.963600eeNWVW化工流体的流动 （5 5）流体阻力的计算）流体阻力的计
41、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。图图1-38 雷诺实验装置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。Redu（1-34）化工流体的流动物理意义物理意义 Re
42、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。图图1-39 流体流动流体流动化工流体的流动 管路阻力计管路阻力计 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。2.2fl uhd/J kg（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
43、时，摩擦系数雷诺数和管壁的粗糙程度有关。管壁粗糙度64Re（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。Re图图1-40 摩擦系数与雷诺数、相对粗糙度的函数图摩擦系数与雷诺数、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 ded4eAd ab422eababdabab（1-37）（1-38）化工流体的流动 环形管图图1-41 环形管环形管 2244eDddDdD
44、d外内外内外内（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。el22efluhd el（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:22fuh（1-41）图图1-42 阻力分析图阻力分析图化工流体的流动 总阻力的计算总阻力的计算 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22efll uhd（1-42）（1-43）/fffhhh2()2flu
45、hd 总阻力的计算-的确定方法el图图1-43 管件与阀门的当量长度共线图管件与阀门的当量长度共线图总阻力的计算-的确定方法el表表1-3 各种管件、阀门、流量计的当量长度各种管件、阀门、流量计的当量长度总阻力的计算-的确定方法表表1-4 各种管件和阀门的阻力系数各种管件和阀门的阻力系数总阻力的计算 实例计算实例计算1-5 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，高位槽的液面2-2为截面，并以1-1截面为基准水
46、平面，列柏努利方程 图图1-44 例例1-5附图附图211221122211221222fupupgZWegZh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）1212120,10,0()0ZZm ppuu表，530 106 1 1100Re1.166 101 10du 0.02400189.01062.0d20dledle2022 40eld dle8027dledle7总阻力的计算 管口流入储槽 能量损失为 40dledle402080740147elddddd22eflluhd20 147 0.1060.0240.50.1064.028J kg总阻力
47、的计算29.81 104.028102.13fWegZhJ kg220.1061 11009.70244WVd ukg s 102.13 9.702990.87eNWeWW990.871651.450.6eNNW化工流体的流动 流体流动阻力测定仿真实训图图1-45 流体阻力系数测定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装置图图1-46 计算
48、机数据采集型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。液体输送工作过程图图1-47 流量计的认识和校核流量计的认识和校核化工流体的流动（7 7）简单管路的计算）简单管路的计算 简单管路：管径相等简单管路：管径相等或由不同管径的管段串联组成或由不同管径的管段串联组成的管路；的管路；简单管路的特点：简单管路的特点：是在稳定流动的情况下，通过各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段的质量
49、流量不变，整个管路的阻力损失为各段损失之和。和。复杂管路复杂管路：指并联管路，分支与汇合管路等。：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。Redelldfhfh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，
50、求管径。液体输送工作过程 一、流体输送机械一、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（一）离心泵 1、结构和工作原理 （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图1-48 离心泵工作原理示意图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图1-49 单级单吸离心泵单级单吸离心泵液体输送工作过程 主要部件：主要部件：叶轮叶轮 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：图图1-50 叶轮的类型叶轮的类型液体输送工作过程图图1-51
