第1章 流体输送1

jgb168第一篇化工单元操作基础第1章流体输送广州石油化工总厂jgb1681.1概述流体是气体与液体的总称。流体输送是指按照一定的目的，把流体从一处送到另一处。流体流动是最普遍的化工单元操作之一，研究流体流动问题也是研究其它化工单元操作的重要基础。jgb168流体主要特征具有流动性；无固定形状，随容器形状而变化；受外力作用时内部产生相对运动。jgb168流体种类如果流体的体积不随压力变化而变化，该流体称为不可压缩性流体；若随压力发生变化，则称为可压缩性流体。jgb168液体液体所受压力增大,其体积几乎不变,故称之为不可压缩流体液体压力增大jgb168液体液体温度升高时，其体积略有增加,液体具有热膨胀性温度升高jgb168气体气体所受压力增大,其体积变小,故气体是可压缩流体。气体压力增大但如果压力的变化率不大时，该气体也可当作不可压缩性流体处理。jgb168气体气体温度升高时，其体积明显增加,液体具有明显热膨胀性。气体温度升高jgb1681.1.1流体输送在化工生产中的应用化工生产过程所处理的物料大多为流体（气体和液体），这些流体物料需要从一个设备送到另一个设备（设备间移动），或从一个工序送往另一个工序（工序间转移），逐步完成各物理过程和化学过程，从而得到所需要的化工产品。因此，化工过程的实现必然会涉及到流体输送、流量测量、压力测量、输送设备所需功率的计算及其选型等问题。要解决这些问题必须先掌握流体力学中流体流动的有关基本原理、基本规律和相关的实验知识和应用技能。其他单元操作大多与流体流动有密切关系，如非均相物系的分离、传热、传质过程、蒸馏、吸收、干燥等，都是在流体流动的条件下进行的，要研究或学习这些操作过程也必须先掌握流体力学的知识，因此，流体流动是单元操作的一个重要基础内容，流体力学的知识是本门课的重要基础。jgb1681.1.2常见流体输送方式流体输送按操作方式分可分为：自发输送和强制输送，自发输送是指流体靠液位差或压力差产生的自然流动来输送流体，而强制输送是利用流体输送设备来输送流体。强制输送按输送设备的工作原理又可分离心式、往复式、旋转式、流体作用式等。jgb168常见流体输送方式流体输送也可以从生产实际出发，采取不同的输送方式，比如高位槽送料、真空抽料、压缩空气送料和流体输送机械送料等。1.1.2.1高位槽送料利用容器、设备之间的位差，将处在高位设备内的液体输送到低位设备的操作称为高位槽送料。另外，在要求特别稳定的场合，也常设置高位槽，以避免输送机械带来的波动。如图1-1所示(P8)，脱甲醇塔的回流就是靠高位的塔顶冷凝器来维持的。高位槽送料时，高位槽的高度必须能够保证输送任务所要求的流量。jgb1681.1.2.2真空抽料定义：通过真空系统造成的负压来实现流体从一个设备到另一个设备的操作称为真空抽料。优点：结构简单、操作方便、没有动件；缺点：流量调节不方便、需要真空系统、不适于输送易挥发的液体。jgb1681.1.2.3压缩空气送料(P8)定义：通过压缩空气实现物料输送的操作称为压缩空气送料。优点：结构简单、没有动件、可间歇输送腐蚀性大及易燃易爆的流体；缺点：流量小且不易调节、只能间歇输送流体。jgb1681.1.2.4流体输送机械送料(P8)借助流体输送机械对流体做功，实现流体输送的操作是工业生产中最常见的流体输送方式。jgb1681.2流体的物理性质在学习流体流动之前，首先需要得到流体的物理性质及参数的数据，下面介绍流体的密度相对密度压强（压力）粘度系数等的基本概念、获取方法。jgb1681.2.1密度与相对密度流体的密度及相对密度是流体最基本的物理性质之一。也是化工单元过程计算中常用的数据。jgb1681、密度单位体积流体所具有的质量称为密度，用“ρ”表示。平均密度：ρ=m/vm—质量，㎏;V—流体体积，m3;密度单位:kg/m3各种流体其密度各不相同，但任何一种流体都是随压力和强度而变化的。ρ=ƒ（p，T）jgb168①液体P对液体的ρ影响较小，常忽略不计，ρ=ƒ（T），称为不可压缩流体。化工生产中，处理的流体多半是几种组合的混合物。对于混合液体，其平均密度为：1/ρ=w1/ρ1+w2/ρ2+……+wn/ρnρ1，ρ2，……ρn----是液体混合物中各组合的密度，kg/m3w1，w2，……wn-------是液体混合物中各组合的质量分数。P10[例1-2]jgb168它具有压缩性和膨胀性，ρ=ƒ（p，T）----称为可压缩性流体。对于理想气体（压力不太高，温度不太低）pV=nRTρ=pM/RTρ——气体在温度T、压力p条件下的密度，kg/m3；V——气体的体积，m3；T——气体的热力学温度，k；m——气体的质量，kg；M——气体的摩尔质量kg/kmol；R——通用气体常数，8.314kJ/(kmol·K)。②气体jgb168对于混合气体a）平均摩尔质量Mm=M1￠1+M2￠2+……Mn￠nM1，M2，…Mn----混合物中各部分的摩尔质量￠1，￠2…￠n----混合物中各部分的摩尔分数（或体积分数）。b）平均密度ρ=ρ1￠1+ρ2￠2+…ρn￠nρ1，ρ2，…ρn----各部分的密度kg/m3；￠1，￠2…￠n------各部分的摩尔分数（或体积分数）P11[例1-3]jgb168或者由pV/T=p0V0/T0两边同除以m，可得ρ=ρ0pT0/p0T下标“0”表示标准状况，即273K，101.325kpa。∵1Kmol理想气体标准状况下的体积是22.4m3,∴理想气体标准状况下的密度ρ0=M/22.4jgb1683重度在工程单位制中的一个专用的且极其重要的物理量，是指单位体积的重量。r=G/V工程单位制中，重量用“kgf”千克力表示，9.81牛顿为1千克力。国际单位制中的密度ρkg/m3和工程单位制中的重度rkgf/m3在数值上是相等的。4比容单位质量流体的体积——称为流体的比容υ=V/m=1/ρ它是密度的倒数单位m3/kg，这个物理量在气体中应用较多。2相对密度相对密度是在共同的特定条件下，一种物质的密度与另一种物质的密度之比。“d”表示。如:比重就是一种相对密度。jgb1681.2.2压力(压强)压强是流体的重要参数之一。压强化工单元过程计算的一个参数，也是实际化工生产中测量、控制的一个数据。1压强的定义与表示：流体垂直作用于单位面积上的压力——称为压强（压力）p=F/Ap—流体的静压强，PaF—垂直作用在流体表面上的总压力，NA—作用面的面积，㎡单位：SI中“N/m2”也称为帕斯卡，符号“Pa”。jgb168SI制：N/m2(pa)其它单位：atm、bar（巴）、Kgf/cm2、液柱高度等。过去流体压强单位有很多种，这些单位目前仍继续使用，所以有必要将它们之间的换算关系搞清楚。1标准大气压（atm）=10132N/m2（Pa）=101.325kPa=1.0133bar=760mmHg≈10.33mH2O=1.033kgf/cm2工程上为了方便，将1kgf/cm2近似作为1大气压，称为工程大气压，1工程大气压（at）=1kgf/cm2=98.1kPa=10mH2O=735.6mmHg=9.807×104pa2压强的单位及换算jgb1683压强的测量方法压力表和真空表是常见的压力测量仪表。压力表测量的是测压处与环境的压力之差，通常称为表压。真空表测量的是环境与测压处的压力之差，通常称为真空度。jgb1684、绝对压强、表压强、真空度被测体系被测体系hh我们把用绝对零压作为起点计算的压强称为绝对压强。工业设备上所用的压力表测得的压强值称为表压（GP），所谓表压就是流体的绝对压强与大气压之差。（1）当被测流体的绝对压强外界大气压时，压力表上测得值为表压。表压强=绝对压强-大气压强或绝对压强=大气压强+表压强（2）当被测流体的绝对压强外界大气压时，压力表上测得值称为真空度。真空度=大气压强-绝对压强或绝对压强=大气压强-真空度。jgb168注意事项：①压力表上刻度为0点时，绝对压强就相当于大气压。②大气压数值是个可变量，它是由气温、湿度和所在地区的海拔高度决定的，测量计算时，应以当地的大气压为准。③记录时，必须注明“真空度”和“表压”字样。为了避免绝对压强、表压、真空度三者的混淆，对于表压和真空度必须标注，如450mmHg（真空度），2800Pa（表压），记录真空度时，还应注明当时当地大气压。④真空度越高，绝对压强越低。jgb1681.2.3黏度流体的粘度系数是流体常用的物理性质之一。流体的粘性是流体流动时表现出的特性之一，它也影响流体的流动行为。数字粘度计jgb168作业P53第2题第3题