资源简介

(共64张PPT)
模块一 流体输送技术
01
任务一 认识流体输送管路
02
任务二 计算管路中流体的参数
03
任务三 认识管路中的阻力
04
任务四 选择流体输送方式与相关计算
05
任务五 选用液体输送机械
06
07
任务六 选用气体输送机械
任务七 测定流体输送过程中的参数
09
综合案例
08
总结与归纳
02任务二计算管路中流体的参数流体自身以及混合物的性质包括密度、压强，流体在输送的过程中的参数包括流速、体积流量、质量流量等，了解与认识这些参数，对今后的学习与工作具有重要的意义与作用。 02
任务二计算管路中流体的参数
子任务一 计算流体的体积和质量
在生产工艺过程设计过程中，通常计算储罐、反应器的体积以及进料计量的体积及质量。要计算体积，必须根据流体的基本性质密度或混合流体密度，来计算体积或质量，从而确定储罐或反应器的体积。
4
02
任务二计算管路中流体的参数
一 储罐体积的计算
计算体积必须要知道密度(Density)，单位体积流体的质量，称为流体的密度。
ρ——流体的密度，kg/m3；
m——流体的质量，kg；
V——流体的体积，m3。
对一定的流体，其密度是压力和温度的函数，即：
02
任务二计算管路中流体的参数
液体密度:
气体密度:
理想气体:
密度的定义:
02
任务二计算管路中流体的参数
（1）纯物质液体流体
通常液体可视为不可压缩流体，认为其密度仅随温度变化（极高压力除外），其变化关系可由手册中查得，一般常用液体的密度。
查得的密度，根据公式，就可以计算出一定质量纯物质液体流体。
02
任务二计算管路中流体的参数
（2）纯物质气体流体
对于气体，当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算：
p——气体的绝对压力，Pa；
M——气体的摩尔质量，kg/mol；
T——绝对温度，K；
R——气体常数，其值为8.314 J/（mol·K）。
一般在手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度下的，若条件不同，则密度需进行换算。
02
任务二计算管路中流体的参数
（3）液体流体混合物
化工生产中遇到的流体，大多为几种组分构成的混合物，而通常手册中查得的是纯组分的密度，混合物的平均密度ρm可以通过纯组分的密度进行计算。
对于液体混合物，其组成通常用质量分率表示。假设各组分在混合前后体积不变，则有：
式中
——液体混合物中各组分的质量分率；
——各纯组分的密度，kg/m3。
02
任务二计算管路中流体的参数
（4）气体流体混合物
对于气体混合物，其组成通常用体积分率表示。各组分在混合前后质量不变，则有：
——气体混合物中各组分的体积分率
02
任务二计算管路中流体的参数
气体混合物的平均密度
也可利用下式计算，即：
——各纯组分的摩尔质量，kg/mol；
——气体混合物中各组分的摩尔分率。
02
任务二计算管路中流体的参数
（5）密度其他表述形式
比容(Specific volume) 单位质量流体具有的体积，是密度的倒数，单位为m3/kg。
02
任务二计算管路中流体的参数
计算一个体积为60立方米的槽罐，在室温的条件下（293K），能装多少质量的水、98%（质量分数）的硫酸、甲醇-水（质量分数为90%：10%）。
02
任务二计算管路中流体的参数
解：293K，ρ水=998Kg/m3。
M（水）=ρ水V=998×60=59880（Kg）
293K，ρ硫酸=1836Kg/m3。
M（硫酸）=ρ硫酸V=1836×60=110160（Kg）
对于甲醇-水（质量分数为90%：10%），不能单独使用其中的一个物质的浓度，要计算它们的混合密度。
a1=0.9，a2=0.1； 293K，ρ水=998Kg/m3，ρ甲醇=792Kg/m3
ρm=811（Kg/m3）
M（甲醇-水）=ρmV=811×60=48660（Kg）
注意：要计算已知体积某种物质的质量，一定要考虑密度。密度是温度的函数，温度不同密度不同。
02
任务二计算管路中流体的参数
子任务2 计算连续管路中流体流速
流体在进入反应设备时，需要计量， 如何计算单位时间内流体的质量、体积、流速以及体积流量与质量流量直接的关系。
02
任务二计算管路中流体的参数
一、连续管路中的稳定流动与非稳定流动
（1）定态流动与非定态流动
流体流动系统中，若各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位置变化，而不随时间变化，这种流动称之为定态流动（稳定流动,Steady flow）；若流体在各截面上的有关物理量既随位置变化，又随时间变化，则称为非定态流动（非稳定流动,Non-steady flow）。
02
任务二计算管路中流体的参数
①流量(Quantity of flow)
体积流量(the flux of volume) 单位时间内流经管道任意截面的流体体积，称为体积流量，以qv表示，单位为m3/s或m3/h。
质量流量(the flux of mass) 单位时间内流经管道任意截面的流体质量，称为质量流量，以qm表示，单位为kg/s或kg/h。
（2）稳定流动中，流量与流速的变化
在生产过程中，流体输送过程中是采用每一批处理多少流体或者是单位时间内处理多少流体来表示的。
02
任务二计算管路中流体的参数
体积流量与质量流量的关系为：
02
任务二计算管路中流体的参数
②流速
平均流速（bulk velocity） 流速是指单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。实验发现，流体质点在管道截面上各点的流速并不一致，而是形成某种分布。在工程计算中，为简便起见，常常希望用平均流速表征流体在该截面的流速。定义平均流速为流体的体积流量与管道截面积之比。
单位为m/s
02
任务二计算管路中流体的参数
质量流速（mass flux） 单位时间内流经管道单位截面积的流体质量，称为质量流速或质量通量，以G表示，单位为kg/（m2·s）。
质量流速与流速的关系为：
流量与流速的关系为：
02
任务二计算管路中流体的参数
（3）定态流动系统的质量守恒——连续性方程
定态流动系统，流体连续地从1-1′截面进入，2-2′截面流出，且充满全部管道。
根据物料衡算，单位时间进入截面1-1′的流体质量与单位时间流出截面2-2′的流体质量必然相等，即：
或
02
任务二计算管路中流体的参数
对于在任意截面上流体质量守恒：
上式均称为连续性方程，表明在定态流动系统中，流体流经各截面时的质量流量恒定。
对不可压缩流体， ＝常数，连续性方程可写为：
表明不可压缩性流体流经各截面时的体积流量也不变，流速u与管截面积成反比，截面积越小，流速越大；反之，截面积越大，流速越小。
对于圆形管道，可变形为：
不可压缩流体在圆形管道中，任意截面的流速与管内径的平方成反比。
02
任务二计算管路中流体的参数
不可压缩流体
圆形管道
管内定态流动的连续性方程
注意：以上各式的适用条件
总 结
02
任务二计算管路中流体的参数
串联变径管路中，已知小管规格为φ52×3mm，大管规格为φ80×4mm，均为无缝钢管，水在小管内的平均流速为2m/s，水的密度可取为1000kg/m3。判断大管、小管的速度那个大；体积流量与质量流量的变化？试求：①水在大管中的流速；②管路中水的体积流量和质量流量。
02
任务二计算管路中流体的参数
①小管直径d1 = 52 －2×3 = 46mm，u1 = 2m/s
大管直径d2 = 80－2×4 = 72mm
m/s
粗管的速度小于细管的速度；对于两个管路中流动的流体为同一物质，因此在两管中任意截面质量流量与体积流量相同。
②
m3/s
qm =qvρ= 0.0033×1000 = 3.3kg/s
02
任务二计算管路中流体的参数
子任务3 计算管径
对于管路来说，都要完成一定的输送任务来满足生产工艺的要求，管路的输送任务与管径密切相关，如何确定管径？
02
任务二计算管路中流体的参数
（1）管径选取的基本步骤：
①根据流体的类型和性质，选取的适宜流速 u计；
②初步计算管子内径d计；
③根据管子尺寸标准，选定管子内径d；
④用选定的管子尺寸计算流速，校核实际流速u。
一般化工管道为圆形，若以d表示管道的内径，则可写成：
02
任务二计算管路中流体的参数
（2）流速的选择
适宜流速的选择应根据经济核算确定，通常可选用经验数据。通常水及低粘度液体的流速为1～3m/s，一般常压气体流速为10m/s，饱和蒸汽流速为20～40m/s等。一般，密度大或粘度大的流体，流速取小一些；对于含有固体杂质的流体，流速宜取得大一些，以避免固体杂质沉积在管道中。
02
任务二计算管路中流体的参数
选择平均流速
流速选择过高，管径虽可以减小，但流体流经管道的阻力增大，动力消耗大，操作费用随之增加；
流速选择过低，操作费用减小，但管径增大，管路的投资费用随之增加。
适宜的流速需根据经济权衡决定。
02
任务二计算管路中流体的参数
02
任务二计算管路中流体的参数
02
任务二计算管路中流体的参数
适宜流速
指使管路系统的操作费用和设备折旧费用之和为最小时的流速。
工程上的最适宜流速通常是根据经济核算后决定的。
各种流体在不同情况下的常用流速范围详见表。
02
任务二计算管路中流体的参数
02
任务二计算管路中流体的参数
管道直径的确定步骤
（1）根据流体的种类、性质、压力等在适宜流速范围内，选取一个流速u。
（2）将所选取的流速代入公式计算管道内径di；
（3）由计算出的管道内径di，根据管子规格，将管子圆整成标准管径。
（4）根据圆整后的管子内径，校核管内的实际流速u’,应保证实际流速u’仍在适宜流速范围内，否则需重新选流速重新计算。
02
任务二计算管路中流体的参数
要求安装一根输苯胺量为30m3/h的管道，试选择一合适的管子。
02
任务二计算管路中流体的参数
解：苯胺的粘度与水相差不大，取水在管内的流速为1.8m/s。
根据低压流体输送用焊接钢管规格，选用公称直径Dg80（英制3″）的管子，或表示为φ88.5×4mm，该管子外径为88.5mm，壁厚为4mm，则内径为：
计算苯胺在管中的实际流速为：
在适宜流速范围内，所以该管子合适。
02
任务二计算管路中流体的参数
管子和管件的生产都需要按照国家制定的标准进行生产。设计和使用单位只需按照标准去选用。
管子和管件的标准主要有两个指标：
（1）公称压力
指管路内工作介质的温度在0～120℃范围内的最高允许工作压力，用符号PN表示，其后附加压力数值，单位是Pa。
管路的最大工作压力应小于等于公称压力。
02
任务二计算管路中流体的参数
公称压力 MPa 试验压力（用低于 100℃的水） MPa 介 质 工 作 温 度 ℃ 至200 250 300 350 400 425 450
最大工作压力，MPa P20 P25 P30 P35 P40 P42 P45
0.10 0.25 0.40 0.60 1.00 1.60 2.50 4.00 6.40 10.00 16.00 20.00 25.00 32.00 40.00 500 0.20 0.40 0.60 0.90 1.50 2.40 3.80 6.00 9.60 15.00 24.00 30.00 35.00 43.00 52.00 62.50 0.10 0.25 0.40 0.60 1.00 1.60 2.50 4.00 6.40 10.00 16.00 20.00 25.00 32.00 40.00 50.00 0.10 0.23. 0.37. 0.55 0.92 1.50 2.30 3.70 5.90 — 14.70 18.40 23.00 29.40 36.80 46.00 0.10 0.20 0.33 0.50 0.82 1.30 2.00 3.30 5.20 8.20 13.10 16.40 20.50 26.20 32.80 41.00 0.07 0.18 0.29 0.44 0.73 1.20 1.80 3.00 4.70 7.20 11.70 14.60 18.20 23.40 29.20 36.50 0.06 0.16 0.26 0.38 0.64 1.00 1.60 2.80 4.10 6.40 10.20 12.80 16.00 20.50 25.60 32.00 0.06 0.14 0.23 0.35 0.58 0.90 1.40 2.30 3.70 5.80 9.30 11.60 14.50 18.50 23.20 29.00 0.05
0.11
0.18
0.27
0.45
0.70
1.10
1.80
2.90
4.50
7.20
9.00
11.20
14.40
18.00
22.50
　碳钢管子、管件的公称压力和不同温度下的最大工作压力
02
任务二计算管路中流体的参数
（2）公称直径
公称直径用字母DN表示，其后附加公称直径的尺寸，
单位：mm或in(英寸）。
1 in=25.4mm，1英尺=12 in
管子的公称直径既不是管子的外径，也不是管子的内径，其数值只是接近于管子的内径或外径的整数。
02
任务二计算管路中流体的参数
公称直径Dg，mm 1 2 3 4 5 6 8 10 16 20 25 32 40 50 65 80 100 125 150 175 200 225 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800
3000
3200
3400
3600
3800
4000
管子、管件的公称直径表
02
任务二计算管路中流体的参数
管子规格的表示方法
管子规格既可以以管子的外径为标准，也可以以管子的内径为标准。以外径为标准的管子规格，外径一定，管子的内径随管壁的厚度不同而略有差异。
例如：φ57×3.5mm，外径为57mm的壁厚为3.5mm的管子和φ57×5mm，外径为57mm厚为5mm的无缝钢管，都称它为公称直径为50mm的钢管，但它们的内径分别为50mmm和47mm。
02
任务二计算管路中流体的参数
①水、煤气钢管（有缝钢管）的管子规格，一般用公称直径表示；
②无缝钢管、铜管和黄铜管的管子规格是以外径为标准，通常是以φ外径×壁厚的形式表示；
③铅管、铸铁管和水泥管的管子规格则是以内径为标准，以φ内径×壁厚的形式表示；
④管路的各种附件和阀门的公称直径，一般都等于它们的实际内径。
02
任务二计算管路中流体的参数
在住宅楼上水管路中如思考题图，管道的粗细是如何分布？
02
任务二计算管路中流体的参数
子任务4 计算压强与排气液封高度
压强在化工生产过程中有着十分重要的作用，如何来计算与表示压强，下面对压强进行阐述以及利用压强的性质来进行容器的密封及其安全控制。
02
任务二计算管路中流体的参数
一、压强
流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，简称压强，习惯上又称为压力。在静止流体中，作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。
02
任务二计算管路中流体的参数
（1）压力的单位
在SI单位中，压力的单位是N/m2，称为帕斯卡，以Pa表示。此外，压力的大小也间接地以流体柱高度表示，如用米水柱或毫米汞柱等。若流体的密度 ρ ，则液柱高度 h（为垂直高度）与压力P的关系：
02
任务二计算管路中流体的参数
标准大气压有如下换算关系：
工程大气压有如下换算关系：
1atm =1.013×105Pa =760mmHg =10.33m H2O=1.033kg/cm2=1.013bar
1at=9.807×104Pa=735.6mmHg=10mH2O=1kg/cm2=0.9807bar
02
任务二计算管路中流体的参数
（2）压力的表示方法
压力的大小常以两种不同的基准来表示：一是绝对真空；另一是大气压力。基准不同，表示方法也不同。
以绝对真空为基准测得的压力称为绝对压力，是流体的真实压力；以大气压为基准测得的压力称为表压或真空度。
绝对压强：以绝对零压为起点计数的压强；
表压：压力表指示的压力；
真空度：真空表指示的数值。
02
任务二计算管路中流体的参数
表 压 = 绝对压力 - 大气压力
真空度 = 大气压力 - 绝对压力
注意：在计算绝对压力时，通常对表压、真空度等加以标注，如3000Pa（表压），40mmHg（真空度）等，还应标明当地大气压力。
02
任务二计算管路中流体的参数
表压力 = 绝对压力－大气压力
真空度 = 大气压力－绝对压力
真空度 = -表压力
总 结
02
任务二计算管路中流体的参数
某输送丙酮泵进口管处真空表的读数为8.67×104Pa，出口管处压强表的读数为2.45×105 Pa。求该水泵前后水的绝压差。
02
任务二计算管路中流体的参数
某输送丙酮泵进口管处真空表的读数为8.67×104Pa，出口管处压强表的读数为2.45×105 Pa。求该水泵前后水的绝压差。
分析：首先应搞清楚表压、绝压、真空度以及大气压之间的关系。
泵进口管处p进＝8.67×104Pa（真空度）
　　　　出口管处p出＝2.45×105 Pa（表压强）
绝对压差 p＝p出－p进＝（p大+p表）-（p大-p真）
= p表+ p真＝8.67×104+2.45×105＝3.32×105Pa。
02
任务二计算管路中流体的参数
二、静力学基本方程
02
任务二计算管路中流体的参数
02
任务二计算管路中流体的参数
静力学基本方程适用于在重力场中静止、连续的同种不可压缩流体（流体是静止的、连续的、相同的），如液体 。而对于气体来说，密度随压力变化，但若气体的压力变化不大，密度近似地取其平均值而视为常数。
02
任务二计算管路中流体的参数
讨 论
02
任务二计算管路中流体的参数
压力与压力测定
（1）U管压差计
根据流体静力学基本方程式可得
于是
02
任务二计算管路中流体的参数
若被测流体为气体，由于气体的密度比指示液的密度小得多，气体的密度可以忽略，于是
若U管的一端与被测流体连接，另一端与大气相通，此时读数反映的是被测流体的表压力。
上式化简，得
02
任务二计算管路中流体的参数
(2)双液U管微压差计
如果双液压差计小室内液面差可忽略，则
02
任务二计算管路中流体的参数
三、液封高度计算
气柜中充有一定体积的气体，为了防止气柜中气体的泄漏或防止气柜内气体的压强超过了设计的压力范围，应采用什么方法来解决这样的问题？
02
任务二计算管路中流体的参数
在化工生产过程中，为了控制设备内气体压力不超过设计（或规定）的数值，常常使用安全液封（或称水封）装置，如图所示。
液封的作用：
a.保持设备内不超过某一压力；
b.防止容器内气体逸出；
c.真空操作时不使外界空气漏入。
02
任务二计算管路中流体的参数
液封高度
可根据静力学基本方程计算。若要求设备内的压力不超过p（表压），则水封管的插入深度h为：
02
任务二计算管路中流体的参数
某厂为了控制乙炔发生炉1内的压强不超过10.7×103Pa（表压）需在炉外装有安全液封（又称水封）装置，其作用是当炉内压强超过规定值时，气体就从液封管2中排出。试求炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h.
02
任务二计算管路中流体的参数
分析：当炉内压强超过规定值时，气体将由液封管排出，故先按炉内允许的最高的压强计算液封管插入槽内水面下的深度。

展开更多......

收起↑