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第二章化工原理习题讲课讲稿

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化工原理第二章第二节讲稿

化工原理第二章第二节讲稿

（1）调节转速；（2）旁路调节；（3）改变气缸余隙体积
余隙体积增大，余隙内残存气体膨胀后所占容积将增大，吸
入气体量必然减少，供气量随之下降。反之，供气量上升。
这种调节方法在大型压缩机中采用较多。
2013-10-16
四、真空泵
从设备中或系统中抽出气体，使其处于绝对压强低于外 界大气压的状态，所用的输送机械称为真空泵。实质上真空 泵也是气体压缩机械，只是它入口压强低，出口为常压。化 工厂中较常用的型式有：
到所需要的终压。 往复式压缩机的排气是脉
2 2 3 2
动的，可在出口处安装贮
气罐，既可使气体平稳输 出，又可使压缩机气缸带 出的油沫和水分离。
1 1
3 3
1
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讨论：
（1）采用多级压缩的原因：
①若所需要的压缩比很大，容积系数就很小，实际送气量就
会很小；
②压缩终了气体温度过高，会引起气缸内润滑油碳化或油雾
在40kPa附近效率较高。
(3)流量调节一般用支路调节，出口阀不能完全关闭，且 操作温度≯80-85oC
2013-10-16
2、液环压缩机
液环压缩机也称纳氏泵，由略呈椭圆性的外壳和旋转叶轮所 组成，叶轮在存有适量液体的壳体内旋转，由叶片带动，液 体在离心力作用下抛向壳体周边形成椭圆形液环。椭圆形长 轴处则形成两个月牙形空隙，供气体吸入和排出。当叶轮旋 转一周时，在液环和叶片间所形成的密闭空间逐渐变大和变 小各两次，气体从两个吸气口进入机内，从两个排气口排出 。 液环压缩机使气体只与叶轮接触而不与壳体接触，可用
3）离心通风机的选用
选择离心通风机的主要步骤为： （1）根据气体的种类（清洁空气、易燃气体、腐蚀性气体 、含尘气体、高温气体等）与风压范围，确定风机的类型, 按其用途分为排尘通风(C)、防腐蚀(F)、工业炉吹风(L)、耐高 温(W)、防爆炸(B)、冷却塔通风(LF)，一般通风换气(T)等。 （2）计算输送系统所需风量Q和风压HT风量根据生产任务规 定值换算为进口状态计的气体流量；所需实际风压HT′按柏努 利方程进行计算，然后换为实验条件下的HT；

化工原理第二章第一节讲稿gaofenziPPT课件

化工原理第二章第一节讲稿gaofenziPPT课件

耐腐蚀泵 接触液体的部件（叶轮、泵体）用耐腐蚀材料制 成。要求：结构简单、零件容易更换、维修方便 、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有：铸铁、高 硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。（F型）
油泵 输送石油产品的泵 ，要求密封完善。（Y 型）
杂质泵
2020/10/30
输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液等的泵 ，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要求不易 堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、 叶片数目少。
起到密封作用。
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3、离心泵的分类 1）按照轴上叶轮数目的多少
单级泵 轴上只有一个叶轮的离心泵，适用于出口压力 不太大的情况；
多级泵 轴上不止一个叶轮的离心泵 ，可以达到较高的 压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数，我国 生产的多级离心泵一般为2~9级。
如何确定转速一定时， 泵的压头与流量之间 的关系呢？
实验测定
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H的计算可根据b、c两截面间的柏努利方程：
P b gu 2b g 2HZP g c u 2cg 2(hf)bc
HZP c gP buc22 gub2(hf)bc
H Z(P cP b)/g
离心泵的压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举高 度△Z，升举高度只是扬程的一部分。
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5
气缚
离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远 小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心 处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样， 离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。
为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆 阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于开 停车和调节流量。

化工原理_第二章_习题课解读

化工原理_第二章_习题课解读

空气时，流量为6000m3/h,
全风压2.354kPa，若用来输送ρ‘＝1.2kg/m3 空气时，
流量仍为6000m3/h，全风压为2.746kPa。
9）如图泵输送水时，压力
表读数为P，流量为qv， 若保持qv不变，液体的密 度增大，μ不变，则以下
参数的变化：P 增大，
He 不变，Pa 增大。
10）两敞口容器间用离心泵输水，已知转速为n1时，
u2 2
L1 d
u2 2
吸入口不负压，即p入＝（0 表），p最小。
反 应
L1
器
L2 泵
p 1 L1 u2 gz 900(1 0.03 20) 22 9.81 900 2 20.1KPa
d2
0.03 2
四、如图，两塔均敞口，已知d均为40mm，λ＝0.02，吸入口L1＝10m，压出口 L2＝70m（均包括局部阻力）， 泵He＝22－7.2×105qV2。式中He：m，qV：m3/s。试求：
（1）若qv’< qv时，P2<P1; （2）若qv’＝ qv时，P2＝P1。
（1）管路特性方程
H
z
p2 p1
g
Kqv2
与泵特性方程无关
现qv' qv时，则 p2 p1 应增大
g
增大，分母增大，要使p2 p1 也增大 g
必需
p2 p1
g
为负，即p2
p1。
（2）流量不变，则ΔP不变，即P2＝P1。
第二章 流体输送机械
——习题课
一、填充题： 1）属正位移泵形式，除往复泵外，还有隔膜泵，齿轮泵。 2）产生离心泵气缚的原因是泵内存在空气（密度小，真空度
太小），避免气缚的方法有灌泵、装底阀、密封良好。 3）造成离心泵汽蚀的原因是叶轮进口处真空度太大，增加离

化工原理第02章课件

化工原理第02章课件

②管路特性曲线下移，
p
因 g ↓，图解思维
qV↑，H↓，η不定
例2 图示管路输送液体, 泵转速n=2900r/min时， 泵特性曲线为
He=40-0.1qV2 (He单位为m,qV单位为m3/h) 流量为10m3/h, 现欲采用 降低转速的办法使流量
减少30% (流动处于阻力 平方区) 。 求：转速n’应降至多少？
解：应当满足①安装高度②扬程
①
[Hg ]
p0
g
pV
g
H
f
01
[( NPSH
)r
0.5]
=10.33-0.24-1-3.5=5.59m>Hg=3m ②两槽液面之间列管路方程
H=ΔZ+ΣHf=20+1+6=27m<32.6m 该泵可以用，在使用中用阀门调去多余的能量。
2.2.5 离心泵的类型与选用 2.2.5.1 类型 (1)清水泵——单级、多级、双吸 (2)耐腐蚀泵——用耐腐蚀材料 (3)油泵——密封良好 (4)液下泵——转轴特别长 (5)屏蔽泵——无密封、无泄漏 2.2.5.2 选用 (1)根据泵的工作条件，如腐蚀性、潜水等
应用过程分解法，将整个问题分解为泵特性 和管路特性，分别加以研究，然后通过供需平衡 的原则加以解决。
2.1.3 流体输送机械分类 按作用原理分：
动力式(叶轮式)：离心式，轴流式； 容积式(正位移式)：往复式，旋转式； 其它类型：喷射式，流体作用式等。 按流体可压缩性分： 液体输送机械：统称为泵； 气体输送机械：通风机
Pe=ρgqVHe Pa基本上随流量qV单调上升 泵启动时关出口阀 （3）泵的效率 Pe
Pa
容积损失： 根据需要可选用不同类型的叶轮

化工原理第二章讲稿

化工原理第二章讲稿

3）按离心泵的不同用途 输送清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很 水泵 少的液体的泵, （B型） 耐腐蚀泵 接触液体的部件（叶轮、泵体）用耐腐蚀材料制 成。要求：结构简单、零件容易更换、维修方便 、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有：铸铁、高
硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。（F型）
油泵 输送石油产品的泵 ，要求密封完善。（Y 型） 输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液等的泵 ，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要求不易 堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、
㈢、离心泵性能的改变
1、液体性质的影响
1）液体密度的影响
离心泵的流量与液体密度无关。 离心泵的压头与液体的密度无关 H～qV曲线不因输送的液体的密度不同而变 。 泵的效率η不随输送液体的密度而变。
Pa qV H g /
离心泵的轴功率与输送液体密度有关 。
2）粘度的影响 当输送的液体粘度大于常温清水的粘度时， •泵的压头减小 •泵的流量减小 •泵的效率下降 •泵的轴功率增大 •泵的特性曲线发生改变，选泵时应根据原特性曲线进行修正 当液体的运动粘度小于20cst（厘池）时，如汽油、柴油、煤 油等粘度的影响可不进行修正。
1、气蚀现象
气蚀产生的条件 叶片入口附近K
处的压强PK等于
或小于输送温度
下液体的饱和蒸
气压
气蚀产生的后果：
• 气蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击的反 复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐脱落 • 液体流量明显下降，同时压头、效率也大幅度降低，严 重时会输不出液体。
2、离心泵的允许吸上高度
离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保
护电机。
3）η～qV曲线：表示泵的效率与流量的关系，随着流量的 增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增 大，效率便下降。

化工原理第二章第一节讲稿

化工原理第二章第一节讲稿

3）在高温或低温下操作的设备，要求保温，以减少它们和
外界传热。
4）对于废热也需合理的利用与回收。
2、化工生产中传热过程的两种情况
1）强化传热：各种换热设备中的传热。
2）削弱传热：如对设备和管道的保温，以减少热损失
2018/10/17
动量传递 三传热量传递 质量传递
传热过程在化工生产中的应用 例如：蒸发、蒸馏、干燥、结晶等 传热过程的基本要求：1.强化传热；2.避免传热 热量传递方向：高温传向低温 传热过程的推动力：温差
2、蓄热式换热 (间歇操作）
蓄热式换热器是由热容量较大的蓄热室构成。室中充 填耐火砖作为填料，当冷、热流体交替的通过同一室 时，就可以通过蓄热室的填料将热流体的热量传递给 冷流体，达到两流体换热的目的。
2018/10/17
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3、间壁式换热
间壁式换热的特点是冷、热流体被一固体隔开，分别在壁
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三、工业上的换热方法
1、直接接触式传热 直接接触式传热的特点是冷、热两流体在传热器中以直接 混合的方式进行热量交换，也称混合式换热。前提是冷、 热两种流体可直接混合，不发生化学反应或其他不良影响。 化工厂常用的 凉水塔、喷洒式冷却塔、混合冷凝器等。
2018/10/17
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程技术领域中极普遍的一种传递过程 。
1、化工与传热
1）绝大多数化学反应过程都要求在一定的温度下进行，为 了使物料达到并保持指定的温度，就要预先对物料进行加
热或冷却，并在过程中及时取出放出的热量或补充需要吸
收的热量。
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2）一些单元操作过程，例如蒸发、蒸馏、干燥等，需要按

教学讲稿2(第二章)

教学讲稿2(第二章)

3.Hgmax大小与 有关： 大小与Q有关 有关： 当 Q↑，则Hgmax↓； ↑ 保险，用可能的最大Q计算 计算H 为保险，用可能的最大 计算 gmax ； 4.安装泵时为保险： 安装泵时为保险： 安装泵时为保险 还要小0.5至 米 用Hg比Hgmax还要小 至1米； 正常运转的泵： 正常运转的泵：
当p0一定时 ，Hg↑ → p1↓； 气蚀现象： 当泵的p 气蚀现象： 指当泵的 最低< pv，叶轮中心液体汽化 →汽泡被抛向外围 泵的压力升高 气泡凝结 汽泡被抛向外围→泵的压力升高 气泡凝结→ 汽泡被抛向外围 泵的压力升高→气泡凝结 局部真空→周围液体高速冲向汽泡中心 局部真空 周围液体高速冲向汽泡中心→ 撞击泵 周围液体高速冲向汽泡中心 的叶片（水锤）和泵壳→造成泵的损坏 造成泵的损坏； 的叶片（水锤）和泵壳 造成泵的损坏； 伴随现象: 伴随现象: ①泵体振动并发出噪音； 泵体振动并发出噪音； ↓↓→Q↓↓, 严重时不送液； ↓↓, ②H ↓↓ ↓↓ 严重时不送液；
2 p u1 pv NPSH = 1 + − ρg 2g ρg
②临界汽蚀余量（NPSH）c 即 ∆h c ： 临界汽蚀余量（ ） 指防止发生汽蚀时的汽蚀余量； 发生汽蚀时的汽蚀余量 指防止发生汽蚀时的汽蚀余量；
2 p ，in u1 pv NPSH c = 1 m + pm （ ） （ 1，in ≈ p最低 ） − 2g ρg ρg
H
f
= B Q e2
其中， 管路特性系数； 其中，B 为管路特性系数；
高阻管路、 ③ B ↑ →高阻管路、曲线较陡； 高阻管路 曲线较陡； B↓→低阻管路曲线较平缓 ； 低阻管路曲线较平缓
（二）离心泵的工作点 泵的H~ Q与管路的 e~ Qe曲线的交点 ； 与管路的H 曲线的交点M； 指泵的 与管路的

化工原理讲义(2-2)

化工原理讲义(2-2)

(2)改变泵的转速
H H C a A
实质是改变泵的特性曲线。 注：改变转速时，不得 超过泵的额定转速，以 免叶轮强度和电动机负 荷超过允许值。
n' Q
n
Q
这种变速调节流量的方法，没有节流引起的附加能量 损失，流量从A 变到C ，比较经济。但需要变速装置或价 格昂贵能变速的电动机（如调速电动机、变频器等）。
四 离心泵的安装与使用 1. 汽蚀现象和汽蚀余量 汽蚀现象 离心泵的吸入管路如图 以贮液槽的液面为基准， 在贮液面s-s与泵进口1-1 截面间列柏努力方程，得
p1 ps u12 Zs H f g g 2g
P1为泵入口处压力 Ps为大气压力
离心泵能把液体吸入泵内，主要是靠真空度作 用，即泵的入口为负压。
为了避免出现汽蚀现象，安装高度必须小于某一值， 确保叶轮内各处压力均高于液体饱和蒸汽压。
而测定吸入口压力处与叶轮还有一定距离，即吸入口 到叶轮之间还有阻力损失，那么吸入口处压力应高于液体 工作温度下的饱和蒸汽压一定值，这一部分叫汽蚀余量， 用公式表示为：
p1 u pV Δ ha g 2 g g
2. 串联操作
串联后输送流量Q与扬程H由合成特性曲线与管路 特性曲线的交点A决定，串联后总效率与每台泵的效 率相同。由此可见，由于管路阻力的增加，两台泵串 联的总输送量Q串与原单泵流量相近，但扬程H大提高 但不成倍增加，即H并<2H。
3. 组合方式的选择
当单泵不能满足管路的H时，选用串联。 对于低阻力输送管路a，管路特性曲线较平坦，有Q并>Q串； 对于高阻力输送管路b，管路特性曲线较陡峭，有Q并<Q串。 对于压头也有类似的情况 结论 对于低阻力输送管路，并联优于串联； 对于高阻力输送管路，串联优于并联。

化工原理 第2章

化工原理 第2章
工作时，Q H N ?
一.管路特性曲线与离心泵工作点 离心泵工作点
—— 管路特性曲线（Q~H）与泵特性 曲线（Q~H）的交点。
1、管路特性方程 —— 管路流量~所需外加压头
外加压头：
p u 2 H e z H f， 2 1 g 2g
H ~Q
Q ，Hf ，H
假设：
~叶片数——液体无环流 ~理想流体——无能量损失
u 2 c 2 cos 2 1 Q 2 H r ctg A BQ g g 2b 2 g
——离心泵基本方程
r—叶轮半径；—叶轮旋转角速度；Q—泵的体积流量； b—叶片宽度； —叶片装置角。
液体从截面1到截面2，静压头 的变化来自两方面：
介质： 液体 —— 泵 气体 —— 风机、压缩机 工作原理： 离心式 正位移式：往复式、旋转式 其它（如喷射式）
2-1-1
离心泵
离 心 泵 的 外 观
一 主要部件
（1）叶轮 —— 叶片（含盖板）
4 ~ 8个叶片（前弯、后弯，径向） 液体通道。 前盖板、后盖板，无盖板 闭式叶轮
半开式 开式
（2）泵壳： 泵体的外壳，包围叶轮
2 1
2g
2 2
即
因此： H T，
2 2 2 u 2 u1 1 2 C2 C1 2 2 2 2g 2g 2g
Cr2
u2-Cr2ctgβ2
根据余弦定律及圆周速度u、相对速度ω 和绝对速度C之 间的关系：
c u 2c1u1 cos1
2 1 2 2 2 1 2 2 2 1 2 2
H~Q曲线： N~Q曲线： ~Q曲线：
Q
Q Q
H
N

H [ m]

化工原理II 习题课 共30页PPT资料

化工原理II 习题课 共30页PPT资料

3、在一填料层高度为6m的吸收塔中，用清 水逆流吸收混合气中的丙酮。已知进塔气体流
率90kmol/h，丙酮体积分数5%，丙酮回收 率可达90%，平衡关系y*=2.0x，操作液气 比是最小液气比的1.5倍，塔径800mm。试 求：(1)NOG；(2) Kya； (3)其他条件不变， 填料层高度增加3m,丙酮回收率变为多少
包括所有局部阻力的当量长度)。，摩擦系数取0.025。试求：
（1）管路特性方程；（2）离心泵工作扬程和流量；（3）
离心泵入口真空表读数。
2
2’
8m
2m
1
1’
如图示一输水系统，管路直径为Φ80×2mm, 当流量为
36m3/h时，吸入管路的总压头损失为0.6m，排出管路的
总压头损失为0.8m，吸入管轴线到U型管左侧汞面的垂直
用离心泵把密度为1000kg/m3的水从开口贮槽送至表压为
19.62 kPa密闭容器，贮槽和容器的水位差保持8m恒定，泵
安装高度2m，如图所示。离心泵特性曲线方 H251800qV20
程 q V m3 / s
，（ ， ），管道均为Φ108×4mm
的钢管，阀门全开，吸入管路长20m，排出管路长80m (均
有一套管式换热器，管径为Φ89×3.5 mm，流量为 2000 Kg/h的苯在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在 环隙从15℃升到35℃。苯的对流传热系数α1为230 W/(m2·K)，平均比热容Cp1为1.86 kJ/(kg·℃)；水的 对流传热系数α2为290 W/(m2·K)，平均比热容Cp2为 4.178 kJ/(kg·℃)。忽略污垢阻力，碳钢热导率λ＝45 W/(m2·K)。试求：(1)冷却水消耗量qm2；(2) 总传热 系数K；(3)逆流操作时所需要的管长。

化工原理第二章第四节讲稿-31页文档资料

化工原理第二章第四节讲稿-31页文档资料

变温差传热：传热温度差随位置而改变的传热。一侧或两侧的
流体，温度随着流动方向而发生变化。
1）.恒温传热温度差：
设横坐标为换热器壁面，纵坐标为温度，因为冷热两种流 体的温度均不发生变化，所以，传热的温度差也就始终不
th tc
会发生变化，则 Δtm=th -tc
2019/9/22
2）变温传热平均温度差 ： （1）流动型式：
2) 通过管壁的传导传热
2AmTWtW或 TWtW A 2m
3) 管壁与流动中的冷流体的对流给热
32A 2tWt或 tWt 2A 32
2019/9/22
此过程为稳态传热，所以Ф1 = Ф2= Ф3 = Ф，把以上三式相加
则： 11A 1TT W 或 TT W 1A 11 2AmTWtW或 TWtW A 2m 32A 2tWt或 tWt 2A 32
d(Tt)qm,1 1cp,1qm,2 1cp,2d
d(Tt) d
11 qm ,1cp,1 qm ,2cp,2 K(Tt)dA d(Tt)
11 qm,1cp,1 qm,2cp,2
2019/9/22
f
即： ( 1 1 )Kd A d(Tt)
2r1 1 L 12 T rm L t2r2 1 L 2 1 1r1 2 L rm (T t )A 2 m r2
其中
rmlr2n r2r1,当 rr1 2 2； rmr1 2r2,当 rr1 2 2
r1
在圆筒中，有一个特殊情况，就是化工生产中最常见的薄壁管，此时
依据：总传热速率方程和热量衡算。
2019/9/22
一、总传热速率方程：
1.总传热过程分析：
固
T
热流体
体 壁 冷流体

化工原理第二章第二节讲稿

化工原理第二章第二节讲稿

液体中的扩散系数较气体中的扩散系数小。
2013-8-13
四、涡流扩散与对流传质
1、涡流扩散

涡流扩散是指在湍流主体中通过大量流体质点的脉动
与返混实现物质传递的作用；

湍流流体中在进行涡流扩散的同时，也存在着分子扩
散。涡流扩散传质速率比分子扩散大得多；

对流扩散即是湍流主体与两相界面间的涡流扩散与分
2013-8-13
b）以△x为推动力的吸收速率方程
N A K x ( x x)
*
K x —以△x为推动力的液相总吸收系数，kmol/(m2.s)
5、各种吸收系数之间的关系
1）总系数与分系数的关系
1 1 1 K G k g Hk l
1 1 1 , , K G k g Hk l 分别为总阻力、气膜阻力和液膜阻力
1 1 KG k g
2013-8-13
即K G k g
——气膜控制
2）溶解度很小时的难溶气体
1 H 1 K L k g kl
当H很小时，
H 1 kg kl
1 1 K L kl
——液膜控制
3）对于溶解度适中的气体吸收过程
气膜阻力和液膜阻力均不可忽略，要提高过程速率，必
——液膜吸收速率方程
kl —以 c 为推动力的液膜吸收系数，m/s；
2013-8-13
当液相的组成以摩尔分率表示时
N A k x ( xi x)
—以 x 为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。 kx 当液相组成以摩尔比浓度表示时
NA kX (Xi X )
k X —以 X 为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。
2013-8-13

化工原理讲稿(上册)-应化第2章流体输送机械讲稿3-精品文档

化工原理讲稿(上册)-应化第2章流体输送机械讲稿3-精品文档

九、离心泵的类型、选用与操作 3.离心泵的操作
(1)盘轴 (2)灌泵 启动前，必须使泵内充满被输送的液体，以保证泵体和吸入
管内没有气体存在，以防止"气缚"。
(3)关阀 (4)启动 。 (5)关阀 (6)停泵
2.2.3 往复泵
一、往复泵的结构
泵缸 活塞 活塞杆 吸入和排出单向阀 二、工作原理
吸入口 泵缸
八、离心泵的并联和串联 1.并联操作
目的：满足流量增加的需求。源自八、离心泵的并联和串联两台泵并联操作时，总输液量大于每台泵单独操作时的输液量Q，但小 于Q的两倍；
特性曲线较陡(即阻力损失较大)的管路，离心泵并联操作时的流量增加
率较小。 并联操作多用于特性曲线较平坦的管路，其流量增加率较大。
并联操作效率不能太低，否则并联操作就很不经济。
九、离心泵的类型、选用与操作 D 系列多级离心泵
TSWA 型卧式多级泵
TSWA型卧式多级泵 T —— 透平式 S —— 单吸泵
DL 型立式多级泵
W —— 介质温度低于80℃
A —— 第一次更新
九、离心泵的类型、选用与操作 若需要的流量很大，则可选用 Sh 双吸式离心泵
1－泵体；2－泵盖；3－叶轮；4－泵轴；5－密封环；6－轴套；7－轴承；8－连轴器
八、离心泵的并联和串联 2.串联操作
目的：增大压头
八、离心泵的并联和串联
两台泵串联操作时，压头较单泵操作时的压头高，但不是增加一倍；
总输出量较单泵操作时的流量大些。 特性曲线较陡的管路，采用串联操作时压头的增加率较大
九、离心泵的类型、选用与操作 1.离心泵类型 清水泵 按所输送的液体性质 耐腐蚀泵 油泵
Ne N
2.2.3 往复泵

新版化工原理习题答案(02)第二章 流体输送机械备课讲稿

新版化工原理习题答案(02)第二章 流体输送机械备课讲稿

第二章 流体输送机械1．用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。

管路情况如本题附图所示。

启动泵之前A 、C 两压力表的读数相等。

启动离心泵并将出口阀调至某开度时，输油量为39 m 3/h ，此时泵的压头为38 m 。

已知输油管内径为100 mm ，摩擦系数为0.02；油品密度为810 kg/m 3。

试求（1）管路特性方程；（2）输油管线的总长度（包括所有局部阻力当量长度）。

解：（1）管路特性方程甲、乙两地油罐液面分别取作1-1’与2-2’截面，以水平管轴线为基准面，在两截面之间列柏努利方程，得到2e e H K Bq =+由于启动离心泵之前p A =p C ,于是g p Z K ρ∆+∆==0则 2e e H Bq = 又 e 38H H ==m])39/(38[2=B h 2/m 5=2.5×10–2 h 2/m 5则 22e e 2.510H q -=⨯（q e 的单位为m 3/h ）（2）输油管线总长度2e 2l l u H d gλ+= 39π0.0136004u ⎡⎤⎛⎫⎛⎫=⨯ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦m/s=1.38 m/s于是 e 22229.810.1380.02 1.38gdH l l u λ⨯⨯⨯+==⨯m=1960 m 2．用离心泵（转速为2900 r/min ）进行性能参数测定实验。

在某流量下泵入口真空表和出口压力表的读数分别为60 kPa 和220 kPa ，两测压口之间垂直距离为0.5 m ，泵的轴功率为6.7 kW 。

泵吸入管和排出管内径均为80 mm ，吸入管中流动阻力可表达为2f,0113.0h u -=∑（u 1为吸入管内水的流速，m/s ）。

离心泵的安装高度为2.5 m ，实验是在20 ℃，98.1 kPa习题1 附图的条件下进行。

试计算泵的流量、压头和效率。

解：（1）泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面），得到∑-+++=10,211120f h u p gZ ρ将有关数据代入上式并整理，得48.3581.95.2100010605.3321=⨯-⨯=u184.31=u m/s则 2π(0.08 3.1843600)4q =⨯⨯⨯m 3/h=57.61 m 3/h(2) 泵的扬程29.04m m 5.081.9100010)22060(3021=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯⨯+=++=h H H H(3) 泵的效率s 29.0457.6110009.81100%100036001000 6.7Hq g P ρη⨯⨯⨯==⨯⨯⨯=68%在指定转速下，泵的性能参数为：q =57.61 m 3/h H =29.04 m P =6.7 kW η=68% 3．对于习题2的实验装置，若分别改变如下参数，试求新操作条件下泵的流量、压头和轴功率（假如泵的效率保持不变）。

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第二章化工原理习题1. 如图2-1用离心泵将20℃的水由敞口水池送到一压力为2.5atm的塔内，管径为φ108×4mm管路全长100m(包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内)。

已知：水的流量为56.5m3·h-1，水的粘度为10-3 Pa·S，密度为1000kg·m-3，管路摩擦系数可取为0.024，计算并回答：(1)水在管内流动时的流动形态；(2) 管路所需要的压头和功率；解：已知：d = 108-2×4 = 100mm = 0.1mA=(π/4)d2 = 3.14×(1/4)×0.12 = 0.785×10-2 ml+Σl e =100m q v = 56.5m3/h∴u = q/A = 56.5/(3600×0.785×10-2) = 2m/sμ = 1cp = 10-3 Pa·S ρ=1000 kg.m-3, λ = 0.024⑴∵ Re = duρ/μ=0.1×2×1000/10-3 = 2×105 > 4000∴水在管内流动呈湍流⑵以1-1面为水平基准面,在1-1与2-2面间列柏努利方程：Z1 +(u12/2g)+(p1/ρg)+H=Z2+(u22/2g)+(p2/ρg)+ΣHf∵Z1=0, u1=0, p = 0 (表压), Z2=18m, u2=0p2/ρg=2.5×9.81×104/(1000×9.81)=25mΣHf =λ[(l+Σle )/d](u2/2g)=0.024×(100/0.1)×[22/(2×9.81)] = 4.9m∴H = 18+25+4.9 = 47.9mNe = Hq vρg = 47.9×1000×9.81×56.5/3600 = 7.4kw2. 采用IS80-65-125水泵从一敞口水槽输送60℃热水。

最后槽内液面将降到泵人口以下2.4m。

已知该泵在额定流量60m3/h下的(NPSH)r为3.98m，60℃水的饱和蒸汽压Pv为19.92kp a、ρ为983.2kg/m3，泵吸入管路的阻力损失为3.0m，问该泵能否正常工作。

解：∴该泵不能正常工作。

精品资料说明安装高度偏高。

3.用泵将苯和甲苯的混合物送到精馏塔，精馏塔操作压强为0.5at，原料槽压强为0.1at。

管路总长为20ｍ（包括全部局部阻力的当量长度），管路直径为50mm，摩擦系数为0.02。

密度为800kg／ｍ3。

离心泵的特性曲线可表示为Ｈe＝20－1.12×105V 2，式中V以ｍ3/s 表示。

试求原料输送量及泵的理论或有效功率为多少？答：管路特性曲线:He=8+(0.5-0.1)×9.81×104/(800×9.81) +8×0.02×20×V 2/(π2×9.81×0.055) =13+1.06×105V 2=20-1.12×105V 2V=5.67×10-3m3/sHe=20-1.12×105(5.67×10-3)2=16.4mNe=H e Vρg=16.4×5.67×10-3×800×9.81=729.8 w4以某离心泵自敞口水槽输水至塔内。

升扬高度10m，泵的特性:H e=40-7.2×04V2(H e--m , V--m3/s)。

塔内的p为1at (表).流量为11 L/s..若用此泵改输ρ=860kg/m3的油品,阀开启度、管路、液位差及P值不变,问:油品流量及离心[]mmHNPSHgpgpHfrvg4246.10.398.381.92.9831092.1981.92.98310013.1351.〈=--⨯⨯-⨯⨯=---∑-ρρ＝，允许泵的有效功率为多少?答：(1)输水:V = 11L/s时,H e = 40-7.2×104×(11/1000)2 = 31.3 m 管路特性:H e′= (z2-z1)+(p2-p1)/(ρg)+KV 2,又H e′= H e即 31.3=10+10+K(11/1000)2K = 9.34×104 m/(m3/s)2(2)输油品:泵的特性:H e = 40-7.2×104V 2管路特性:H e′= 10+10/0.86+9.34×104V 2由H e = H e′ 解得V = 0.0105 m3/s则H e = 40-7.2×104×0.01052 = 32.1m∴N e = H e Vρ′g = 32.1×0.0105×860×9.81 = 2.84×103W5.用离心泵输水在n = 2900 r/min时的特性为H e = 30－0.01V 2，阀全开时管路特性为H e′= 10＋0.04V 2 (二式中H e、H e′--m , V--m3/h)。

试求：(1)泵的最大输水量。

(2)要求输水量为最大输水量的75%，且采用调速方法，泵的转速为多少？答：(1) 泵：H e = 30－0.01V 2管路：H e′=10+0.04V 2∵H e = H e′，解得V= 20m3/h(2) V′ =0.75V=15 m3/h离心泵的比例定律为：V ′/ V=n/2900，H e′/H e=(n/2900)2令调速后转速为n r/minH e ’=(n2900)2H e V’=nV2900∴泵: (29002/n2) H e’=30-0.01⨯(29002/n2)V’2又因为管路曲线不变，又知流量可以求出压头：H e′= 10 + 0.04V 2 = 10 + 0.04×152=19 m∵H e = H e′变速后的泵的特性方程中压头、流量已知，只有n为未知数。

即可求得：调速后的转速为2441 r/min。

6.有两台型号相同的离心泵，单泵性能：H e=42－8.7×105V2 (H e--m，V--m3/s)。

当此二泵串联操作，可将5.53L/s的水由低位槽输至高位槽。

两槽皆敞口，两槽水位高度差12.5m。

输水管终端浸没于水槽水中。

问：若此二泵改为并联，水流量为多少？答：(1) 二泵串联：泵：H e = 2(42-8.7×105V 2) = 84-17.4×105×0.005532= 30.79m管路：H e′= H0+K V 2 = 12.5+K×0.005532= 30.79m∴K = 5.98×105 m/(m3/s)2(2)二泵并联：泵：H e = 42-8.7×105(V/2)2管路：H e′= 12.5+5.98×105V2∵H e = H e′ 解得V= 6.01×10-3 m3/s = 6.01L/s7.用离心泵向水洗塔送水,在泵出口阀全开时,管路特性曲线方程为:H =20+1.1×105V 2式中:V ----管路中的流量,m3/s在V =0.013m 3/s 流量下,泵提供的扬程为45m 。

为适应泵的特性,将泵出口阀关小以增加管路阻力。

试求:因增加阻力而多消耗的功率,并写出关小阀门后管路的特性曲线方程。

答： H =20+1.1×105V 2=20+1.1×105×0.0132=38.59m ΔH =H e -H =45-38.59=6.41m 增加局部阻力多消耗的功率为:ΔN e =V ρg ΔH =0.013×1000×9.81×6.41=817.5w关小阀门后管路特性曲线方程为: 5分 H ′=20+k ′V 245=20+k ′×(0.013)2解 k ′=1.479×105∴ H ′ =20+1.479×105V 2 V -m 3/s8、用20℃清水测定某台离心泵性能时，在转速为2900r/min 下，得到的试验数据为：流量12.5L/s ，泵出口处压强表读数为255Kpa ，泵入口处真空表读数为26.66Kpa ，两测压点的垂直距离为0.5m ，功率表测得电机所耗功率为6.2Kw ，泵由电机直接带动，传动效率可视为1，电机效率为0.93，泵的吸入管路与排出管路的管径相同。

求：(1)该泵的效率；（2）列出泵在该效率下的性能。

答案与评分标准（1）求η 解：①求泵的压头H 。

以真空表和压强表所在的截面为1-1’和2-2’，列出以1N 为衡算基准的柏努力方程式： （2分）212222121122-+++=+++f H gpg u z H g p g u z ρρ （2分）确定各量：z 2－z 1＝0.5m ，u 1=u 2，p 1=-26.66Kpa （表压），p 2=255Kpa （表压），因两测压口距离短，故H f1-2≈0。

（1分）各量代入后可求出：H ＝0.5+81.91000102666.01055.255⨯⨯+⨯+0＝29.21m （2分）②求泵的轴功率N ：已知N 电机＝6.2Kw ，η电机＝0.93，η传＝1 N 轴＝Kw Kw 77.5766.5193.02.6≈=⨯⨯ （1分） ③求泵的效率：η＝％＝＝轴1.62621.077.5100081.9100021.29105.1210003⨯⨯⨯⨯⨯=-N g QH ρ（2分）（2）列出该泵的主要性能：n ＝2900r/min ，Q ＝12.5L/s ，H ＝29.21m ，N ＝5.77Kw ，η＝62.1％。

（1分）9、某离心泵性能实验中，当泵入口处真空表读数为56KPa 时，恰好出现气蚀现象，求在操作条件下的气蚀余量NPSH 和允许吸上真空度Hs ’。

当地大气压为100KPa ，20℃时水的饱和蒸气压为2.238KPa 。

动压头可忽略。

答案与评分标准解：（1）求气蚀余量NPSH 可根据定义式：g u g p p NPSH v 2211+-=ρ（2分） 其中，p 1＝真空度p p a -＝100－56＝44KPa （2分）题给：KPa p r 238.2=，动压头可略，则0221≈gu（1分）则：m NPSH 26.481.9100010)238.244(3=⨯⨯-=（1分）（2）求允许吸上真空度Hs ’。

m g p p H a s 71.581.910001056'31=⨯⨯=-=ρ （2分） 10、某车间用3B33型离心泵将敞口贮槽中的水送至它处，槽内水位恒定，输送量为45～55m 3/h ，在最大流量下吸入管路的压头损失为1m ，液体在吸入管路中的动压头可略。