化工单元操作基础知识讲座之一流体输送课件.ppt
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1、化学工业出版社化学工业出版社 阿拉善职业技术学院 2014-6-20 2014-6-20 化工单元操作化工单元操作 基础知识基础知识讲座讲座之之 流体流动与输送流体流动与输送1化学工业出版社化学工业出版社 说明:一个化工产品的生产需经过若干个物理过程与若干个化学反应过程,一般把不同化工产品生产过程中,发生同样的物理变化、遵循共同的规律、使用相似的设备、具有相同作用的基本物理操作,称为化工单元操作,我们要学习的单元操作包括:第一部分:流体流动与输送 1第二部分:非均相物系的分离2第三部分:传热 3第四部分:液体蒸馏4 第五部分:气体吸收 5第六部分:固体干燥6 第七部分:蒸发 7第八部分:萃取8
2、2化学工业出版社化学工业出版社 第一部分 流体流动与输送流体流动流体流动规律规律是化工单元操作的是化工单元操作的重要基础重要基础,主要原因是:主要原因是:2 2.流体的流动对传热、传质以及反应过程有着重流体的流动对传热、传质以及反应过程有着重要的影响。过程进行的好坏,动力的消耗及设备要的影响。过程进行的好坏,动力的消耗及设备的投资都与流体的流动状况密切相关。的投资都与流体的流动状况密切相关。1.1.各种流体输送问题,管路的设计,输送机械的各种流体输送问题,管路的设计,输送机械的选择以及所需功率的计算选择以及所需功率的计算,需要研究流体的流动需要研究流体的流动规律。规律。强化强化削弱削弱化工过程
3、化工过程3化学工业出版社化学工业出版社 第一部分 流体流动与输送知识要点:1.1.流体、流体流动类型、流体输送方式等基本流体、流体流动类型、流体输送方式等基本概念。概念。2.2.流体静力学基本方程式,连续性方程式和柏流体静力学基本方程式,连续性方程式和柏努利方程及其应用。努利方程及其应用。3.3.流体流动阻力流体流动阻力及其及其计算计算原则。原则。4.4.流体输送管路与机械流体输送管路与机械。4化学工业出版社化学工业出版社 流体输送的应用 日常生活中日常生活中流动现象:流动现象:第一部分 流体流动与输送5化学工业出版社化学工业出版社 煤煤 气气 洗洗 涤涤 塔塔工业生产过程中工业生产过程中煤气
4、煤气水孔板流量计泵水封填料塔水池 第一部分 流体流动与输送6化学工业出版社化学工业出版社 一、流体的定义、特征与流动类型一、流体的定义、特征与流动类型1 1、定义:、定义:液态或气态下可以流动的物料称为流体液态或气态下可以流动的物料称为流体 2 2、流体的共同特征(气体与液体的共同点):流体的共同特征(气体与液体的共同点):易易流动流动,抗剪抗剪和和抗张抗张的能力很小;无的能力很小;无固定形固定形状状,随容器的,随容器的形状而变化形状而变化;在;在外力外力的作用下其的作用下其内部发内部发生相对运动生相对运动。把流体视为由无数个流体微把流体视为由无数个流体微团(或流体质点)所组成,这些团(或流体
5、质点)所组成,这些流体微团紧密接触,彼此没有间流体微团紧密接触,彼此没有间隙。这就是连续介质模型隙。这就是连续介质模型。第一部分 流体流动与输送7化学工业出版社化学工业出版社 3、气体与液体的区别:气体与液体的区别:1 1)密度:气体变化;液体变化不明显。密度:气体变化;液体变化不明显。2 2)压缩性:气体可压缩,压缩性:气体可压缩,20%AA2 2u1u21 11 12 22 2连续性方程连续性方程连续性方程连续性方程E=Const.E=Const.一部分静压能转变为动能一部分静压能转变为动能(火车通过时(火车通过时)第一部分 流体流动与输送5 5)静止流体规律)静止流体规律)静止流体规律)
6、静止流体规律静力学方程式静力学方程式如果系统里的流体是静止的,则如果系统里的流体是静止的,则u=0,没有运动,自没有运动,自然就没有阻力,即然就没有阻力,即hf=0;由于流体保持静止状态,;由于流体保持静止状态,也就不会有外功加入,即也就不会有外功加入,即We=0,则柏努力方程变为:则柏努力方程变为:这就是静止流体遵循的规律这就是静止流体遵循的规律33化学工业出版社化学工业出版社 第一部分 流体流动与输送6 6)工程应用)工程应用)工程应用)工程应用a、利用静力学方程,测量或确定管道的压强或不同截、利用静力学方程,测量或确定管道的压强或不同截面上的压强差。面上的压强差。b、利用静力学方程测量或
7、确定贮罐的液位。、利用静力学方程测量或确定贮罐的液位。c、利用静力学方程确定液封的高度。、利用静力学方程确定液封的高度。d、利用柏努利方程确定管道中流体的流量。、利用柏努利方程确定管道中流体的流量。e、利用柏努利方程确定容器间的相对位置。、利用柏努利方程确定容器间的相对位置。f、利用柏努利方程确定输送设备的有效功率。、利用柏努利方程确定输送设备的有效功率。g、利用柏努利方程确定管路中流体的压强。、利用柏努利方程确定管路中流体的压强。应用时注意:应用时注意:单位统一;单位统一;基准统一;基准统一;选择界面,条件充分,垂直流动方向;选择界面,条件充分,垂直流动方向;原则上沿流动方向上任意两截面原则
8、上沿流动方向上任意两截面,只要满足连续性方程均可。只要满足连续性方程均可。34化学工业出版社化学工业出版社 第一部分 流体流动与输送案例分析案例分析:如图所示,已知:如图所示,已知:qv=15m3/h,d=53mm,hf=40J/kg,=0.6求:求:We、Pe、P解:取截面如图,并以解:取截面如图,并以1 1截面为基准水平面。在截面为基准水平面。在1-21-2间列间列BEBE式中:式中:Z1=0Z1=0,Z2=20mZ2=20m,p1=0p1=0(表),(表),p2=50010p2=500103 3PaPa,u1=0u1=0,u2=1.89m/su2=1.89m/s,hfhf=40J/kg=
9、40J/kg,上式简化为,上式简化为外加功为:外加功为:泵的有效功率:泵的有效功率:泵的轴功率为:泵的轴功率为:联系其它参数,由此可以对泵进行联系其它参数,由此可以对泵进行选型选型20mp2=500kPa(表)(表)35化学工业出版社化学工业出版社 第一部分 流体流动与输送四、化工管路与管路阻力四、化工管路与管路阻力 管路是化工、石油、环保等许多行业生产中所涉及的路是化工、石油、环保等许多行业生产中所涉及的各种管路形式的总称各种管路形式的总称.这是生产装置不可缺少的部分,只有管路通畅,阀这是生产装置不可缺少的部分,只有管路通畅,阀门调节得当,才能保证各车间及整个工厂生产的正常门调节得当,才能保
10、证各车间及整个工厂生产的正常进行。因此了解管路的构成与作用、合理布置管路,进行。因此了解管路的构成与作用、合理布置管路,是非常重要的。是非常重要的。1、管路的分类:、管路的分类:简单管路按是否分出支管来分按是否分出支管来分 树状网 复杂管路 环状网36化学工业出版社化学工业出版社 第一部分 流体流动与输送2 2、管路的基本构成管路的基本构成管路是由管路是由管子管子、管件管件和和阀门阀门等按一定的排列方式构成。等按一定的排列方式构成。管子按管材不同可分为管子按管材不同可分为金属管金属管、非金属管非金属管和和复合管复合管,管子的规格通常是,管子的规格通常是用用“外径外径壁厚壁厚”来表示,如来表示,
11、如382.5mm。金属管主要有铸铁管、钢管(含合金钢管)和有色金属管等。金属管主要有铸铁管、钢管(含合金钢管)和有色金属管等。非金属管非金属管:陶瓷管、水泥管、玻璃管、塑料管、橡胶管等。陶瓷管、水泥管、玻璃管、塑料管、橡胶管等。管件是用来连接管子、改变管路方向或直径、接出支路和封闭管路的管管件是用来连接管子、改变管路方向或直径、接出支路和封闭管路的管路附件的总称。路附件的总称。阀件是用来开启、关闭和调节流量及控制安全的机械装置,也称阀门、阀件是用来开启、关闭和调节流量及控制安全的机械装置,也称阀门、截门或节门。化工生产中,通过阀门可以调节流量、系统压力、流截门或节门。化工生产中,通过阀门可以调
12、节流量、系统压力、流动方向,从而确保工艺条件的实现与安全生产。动方向,从而确保工艺条件的实现与安全生产。37化学工业出版社化学工业出版社 第一部分 流体流动与输送38化学工业出版社化学工业出版社 第一部分 流体流动与输送3、管路阻力、管路阻力 流体在管路中流动时均有阻力,阻力产生的原流体在管路中流动时均有阻力,阻力产生的原流体在管路中流动时均有阻力,阻力产生的原流体在管路中流动时均有阻力,阻力产生的原因是由于内摩擦(粘性),内摩擦力是由于流体的因是由于内摩擦(粘性),内摩擦力是由于流体的因是由于内摩擦(粘性),内摩擦力是由于流体的因是由于内摩擦(粘性),内摩擦力是由于流体的粘性而产生的,这种内
13、摩擦力总是起着阻止流体间粘性而产生的,这种内摩擦力总是起着阻止流体间粘性而产生的,这种内摩擦力总是起着阻止流体间粘性而产生的,这种内摩擦力总是起着阻止流体间发生相对运动的作用。粘度是表征粘性大小的物理发生相对运动的作用。粘度是表征粘性大小的物理发生相对运动的作用。粘度是表征粘性大小的物理发生相对运动的作用。粘度是表征粘性大小的物理量,其值越大,说明在同样流动条件下,流体阻力量,其值越大,说明在同样流动条件下,流体阻力量,其值越大,说明在同样流动条件下,流体阻力量,其值越大,说明在同样流动条件下,流体阻力就会越大。就会越大。就会越大。就会越大。直管阻力直管阻力粘性阻力粘性阻力hfhf 流动阻力流
14、动阻力局部阻力局部阻力粘性阻力粘性阻力hfhf形体阻力形体阻力hfhf39化学工业出版社化学工业出版社 第一部分 流体流动与输送直管阻力: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损失,用产生的阻力损失,用hf表示。表示。范宁公式范宁公式,适用于一切流动型式(层适用于一切流动型式(层流与湍流)流与湍流)局部阻力:局部阻力:在管路系统中,流体经在管路系统中,流体经进口进口、出口出口、弯头弯头、阀门阀门等管件部分时,由于流道截面大小和方向发生急剧变化,使等管件部分时,由于流道截面大小和方向发生急剧变化,使得流体湍动程度加强、边界层分
15、离,造成大量旋涡等导致机得流体湍动程度加强、边界层分离,造成大量旋涡等导致机械能损失。工程上一般采用两种方法计算。械能损失。工程上一般采用两种方法计算。直管阻力与局部阻力的总和,构成了柏努利方程中的总管路直管阻力与局部阻力的总和,构成了柏努利方程中的总管路能量损失,即能量损失,即hf=hf+h f 40化学工业出版社化学工业出版社 第一部分 流体流动与输送A、阻力系数法:、阻力系数法:近似认为局部阻力服从速度平方近似认为局部阻力服从速度平方定律,即表示为:定律,即表示为:式中式中:阻力系数,与管件形状有关,当流道突然阻力系数,与管件形状有关,当流道突然扩大扩大/缩小缩小,不同的变径对阻力产生的
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