1、化工单元操作化工单元操作流体流动练习题采用气提法除去污水中易挥发杂质，使其达到环保排放要求，工艺流程如图所示。有两台型号相同的泵，开一备一，泵的主要性能参数如下表所示。H m qv m3/h P kw%NPSHr m134.5101.8750.61.3230.8202.6642.8324303.0763.54.3试求：1.设阀门半开，泵排出侧管路总长（包括局部阻力）200米，试求泵的工作点?2.泵吸入段的阻力及（l+le)?3.真空表P3的读数？h3h20022P31P1h1已知：池内水温20，压力表P1=2.698105Pa（g），塔顶操作压力1.96104Pa（g），进料预热器的压降1.9
2、6102 Pa（g），水在管路中的流动均属于阻力平方区，且摩擦系数为0.023，吸入侧和排出侧的管径均为852.5，图中所示的相对高度分别为h1=2 m，h2=22 m，h3=1m。忽略泵的阻力损失。4阀门全开时，泵排出侧（l+le)=100米，试求泵的工作点?压力表的读数？因调解流量损失在阀门上的扬程HV?（预热器损失扬程按He=31.25u2/2g）5安装高度适宜否？6阀门关闭时，压力表的读数？7因扩大生产能力，污水排放量增加30%，该泵能否满足要求？如不能满足要求,可采取什么措施？阀门如何动作？压力表如何变化？（以原工作点为准）8 塔操作压力波动，对泵操作有和影响？试用图解说明，应采取什
3、么措 施稳定生产？h200122P3P1h1h3h200122P3P1h1h3解：(1)首先确定流量 在1-1及2-2面列方程：fEhgPgugPZgugPZ2222222111guZZgPgPPhEf2)(211221gumguhf255.322010)81.9998196.0196.0698.2(21215gudllhef2)(21.设阀门半开，泵排出侧管路总长（包括局部阻力）200米，试求泵的工作点?gugudlle255.32)(212108.0023.020055.308.081.92)(55.322dllgduehmudqV/9.1936001.1)08.0(785.04322sm
4、u/1.1(2)确定扬程HemqVm3/hNkw%NPSHr134.5101.8750.61.3230.8202.6642.8324303.0763.54.3构成泵的特性曲线方程为：He=k-BqV2数据拟合：H=35.9-0.013qV2当 qV=19.9 m3/h，He=30.75m00122P3P1h1h3解:(1)泵吸入段阻力：hf0-1在1-1及0-0面列方程(以0-0面为基准面)：1021112fehgugPZHgudllhef2)(2110mgugPZHhef12.181.921.181.99981081.975.2275.302242111102.泵吸入段的阻力及（l+le)?
5、含局部阻力）(17.631.1023.012.181.908.022)(2210muhdgllfe(2)（l+le)h200122P3P1h1h33.真空表P3的读数？解：在0-0及3-3面列方程(以0-0面为基准面)：忽略泵的阻力30233320fhgugPZ1030ffhhkPaP36.213mmHgP23.160真真空度：4 阀门全开时，泵排出侧（l+le)=100米，试求泵的工作点?压力表的读数？因调节流量损失在阀门上的扬程HV?（预热器损失扬程按He=31.25u2/2g）解:(1)系统最大流量（阀门全开时）在0-0及2-2面列方程：022202222uHhgugPZLEfh2001
6、22P3P1h1h32298.3242)08.010017.63023.025.31(222uLguL度不变。因此吸入段阻力当量长特性有关，因为当量长度只与管路2013.09.35:VeqH泵特性曲线2012.024:VqL管路特性曲线24dquV解方程组得：qVmax=21.82 m3/h He=29.71 m(2)压力表读数 在1-1及0-0面列方程(以0-0面为基准面)：1021112fehgugPZHh200122P3P1h1h3gudlZHgPe2)1(2111)2(102111fehguZHgP074.02)36004(222max21gdqguVmgP29.26074.0)108
7、.017.63023.0(271.291得:p1=252766.59Pa=2.49 kg/cm2 (g)下降,也可定性分析 (3)调节流量损失在阀门上的扬程QDHeQHeAHeDQACDBAEE半开全开当半开时：qV=19.9 m3/h时 He=30.75 m HV=HD-HB=30.75-28.75=2.0 m在 qV=19.9 m3/h，根据管路特性曲线：2012.024:VqL曲线阀门全开时的管路特性L=28.75 m 5 安装高度适宜否？为了安全起见，以最大流量考查安装高度。qVmax=21.82 m3/hH=29.71 m查表知：当qV=20m3/h NPSHr=2.8 m qV=3
8、0m3/h NPSHr=4.3m插值得：qVmax=21.82m3/h NPSHr=3.1mmggudlhf12.121.108.017.63023.022210当 t=20，Ps=2.34103 Pa HemqVm3/hNkw%NPSHr134.5101.8750.61.3230.8202.6642.8324303.0763.54.3取 S=1.0 mh200122P3P1h1h3则泵的允许安装高度：实际安装高度z=1mqVmax=21.82 m3/h 因此不能满足要求（2）措施：采用并联操作时，单并HH单并,2VVqq24并并VqBkH2单单VBqkH当Q并=25.87 m3/h时，He并
9、=33.72 m全开时，管路所需扬程：L=24+0.012 25.87 2=32.03 m所需扬程：LHe并;故合用He并HeABdbCQ1Q并231025.39.35并并：故泵的并联特性曲线为VqH 并联操作的最大流量：He并=35.9-3.2510-3 qV2 L=24+0.012 qV2 解得：qV并max=27.93 m3/h 所需流量：qVqV并max;故合用最大流量与生产流量的比值：扩产前单泵：qV max/qV=21.82/19.9=1.1扩产后并联：qV max/qV=27.93/25.87=1.08当qV=25.87 m3/h时;He串=54.40 m所需扬程LHe串;故合用
10、（2）措施：采用串联操作He串HeABdbQ串ccV(z+p/g）0He时，单串,VVqq单串HH22,2串串VBqkH2,单单如果VBqkH2,026.08.71串串程为：则泵的串联特性曲线方VqH串联操作的最大流量：He串=71.8-0.026 qV串2 L=24+0.012 qV2解得：qVmax=35.47 m3/h所需流量 qVqV串max;故合用He串HeQ串VHeABCDE最大流量与生产流量的比值：扩产前单泵：qV max/qV=21.82/19.9=1.1扩产后并联：qV max/qV=25.47/25.87=1.37串联、并联选择（交点）H串=71.8-0.026 qV2 H
11、并=35.9-3.2510-3 qV2 Q=35.03 m3/h;H=39.9 m（3）阀门如何动作 当半开时，管路特性：2221067.1242)08.020017.63023.025.31(222VqLguL231025.39.35并并泵的并联特性曲线为：VqH由上式解得：qV=24.42 m3/h因此，当开度1/2时，流量达不到25.87 m3/h，故阀门开度应大于1/2。从半开逐渐增大开度：压力表读数下降，H ;AB 从全开逐渐减小开度：压力表读数增加，H ;CBQDHeQQmaxBAC半开全开Q并联单泵A阀门如何动作的说明:v 阀门开度的变化，只有确定某一状态流量的情况下，与 qV比
12、较，才可推断阀门的动作方向。QDHeQQmaxBAC半开全开Q并联单泵Av 如果该点流量大于qV时，阀门关小；如果该点流量小于qV时，阀门开大v 当组合工作点为A时，单泵工作点为A。qV并2 qV单气提塔压力波动的影响:压力波动必将导致流量的波动。塔压增高，流量下降，此时应开大阀门，系统阻力下降。AB塔压下降，流量增高，此时应关小阀门，系统阻力增加。ACHeQBAC塔压增高塔压降低用泵将水槽中水打到高位槽B、C。真空表读数10925Pa，各段管长（包括局部阻力的当量长度）及管尺寸如下：泵的入口段：1.5m，（1084mm）泵出口至分支点：100m，（1084mm）分支点至B槽：40m，（452
13、.5mm）分支点至C槽：60m，（573.5mm）设系统为稳定湍流，且各段摩擦系数0.023。00201m1110mB2233CR2R1E求：（1）输送流体所需功？（2）若在调节阀上接一压差计，侧得压差为R1=50mmHg,求调节阀的阻力系数？（3）如果阀门关小，使系统流量减为原来的0.9倍，则孔板流量计的压差计的读数为原来的多少倍？（设系统为稳定的湍流，摩擦系数不变）。10211120002121RuPgZuPgZ102111210RuPgZ基准一致，压力基准，位头基准。通大气的面，压力为大气压。P(g)=0大截面的流速可忽略不计。u=0选取适当截面，与流向垂直，条件充分。0001m1110
14、mB2233CR2R1E（1）输送流体所需功？分支管路与并联管路?在0、1截面列方程211021udlR2121101725.0211.05.1023.0uuR21211021111725.02110001092581.90210uuRuPgZsmu/288.110001m1110mB2233CR2R1E（1）输送流体所需功？分支管路23332222322121EEEEEEEEudludlRR32095.1EEuu3322EEEEsususu405.0404.041.0288.123222EEuusmuE/03.33smuE/32.3220222220002121RuPgZwuPgZe2110
15、20EERRRR222111210101020212121110EEBEBEBBBBudludludlRBkgJRuuuRE/96.145)2104.040211.0100211.05.1(023.0202222200001m1110mB2233CR2R1E（1）输送流体所需功？在0、2截面列方程202RgZwekgJwe/83.25496.1451181.9（2）若在调节阀上接一压差计，侧得压差为R1=50mmHg,求调节阀的阻力系数？在调节阀上、下截面列方程hgpPffpuPgZuPgZ2555244422)(0gRpfhgPPpf54gRpghp4左05ghgRhgpp右右左ppgRhg
16、pgRp0540001m1110mB2233CR2R1E54)(054gRhgpp2)(20uggRpfkgJ/18.6（3）如果阀门关小，使系统流量减为原来的0.9倍，则孔板流量计的压差计的读数为原来的多少倍？（设系统为稳定的湍流，摩擦系数不变）。0001m1110mB2233CR2R1E54由前面分析可知：压差计的压差只与阻力有关。)(0gRpfgpRf)(0:ffppRR)2(:)2(:2 2udludlppff2 2:uuppff2 2:uuppRRff81.0:2 2uuRR虹虹 吸吸 例例 题题例：一虹吸管将水池中的水导出，阻力可忽略不计。5 改变C点对流动的影响试求：1 管排出水
17、的速度2 C点的压力3 D段管长对流速的影响4 B端伸长对流速的影响11u22pAABh2=5mBh1=2mDC33虹虹 吸吸 例例 题题v 1）B点出口流速u2=?在1-1与2-2面列方程 222221112121uPgZuPgZghgZgZu2212221u2=9.9m/s2)C点压力 P3=?在1-1与3-3面列方程233321112121uPgZuPgZ)21(2333ugZPPaP68670)29.981.92(100023C点真空度：68670Pa，即514.8mmHgghu22211u22pAABh2=5mBh1=2mDC33虹虹 吸吸 例例 题题5 改变C点：当B点不变时：P3min是否可为零？当Pcmin=Ps（操作温度下）产生汽化，虹吸现象停止。minmax1cAPPhh1h1maxh1,P311u22pAABh2=5mBh1=2mDC33虹虹 吸吸 例例 题题3）伸长D端 u2=?u2与D无关5 4）改变C点 u2=?当B点不变时：h2不变,u2不变?)21(2333ugZPh1,P3P3min是否可为零？11u22pAABh2=5mBh1=2mDC33ghu222虹虹 吸吸 例例 题题6）当B点升高时：h2,u2;p3 h2 0，则u2 0 11u22pAABh2=5mBh1=2mDC33ghu2225）伸长B端：h2,u2;h2 u2？
