第四章-物料输送设备

发酵机械与设备徐明芳博士教授暨南大学生科院2015-10-16目录绪论第一篇生物质原料处理设备第二篇生物反应设备第三篇产物分离设备第四篇其他设备第一篇生物质原料处理设备第一章生物质原料预处理设备第二章生物细胞培养基制备设备第三章生物培养基灭菌设备第四章原料（物料）输送设备底物生物反应器检测控制仪表培养基（培养基灭菌）经加工原料酶细胞生物催化剂（游离或固定化）机械能除菌空气产品提取纯化副产品产品废物热能原材料营养物典型工业生物技术过程核心技术？培养基制备工艺过程：原料→筛选→粉碎→糊化（蒸煮、酶）→→糖化（酶法）→灭菌→冷却---输送（气体、固体物料、液体物料）啤酒发酵设备啤酒酿造工艺培养基制备工艺过程：原料→筛选→粉碎→糊化（蒸煮、酶）→→糖化（酶法）→灭菌→冷却---输送（气体、固体物料、液体物料）本章内容第一节液体物料输送设备第二节气体输送设备第三节固体物料输送设备思考题1、离心泵装置、结构与工作原理2、离心泵包括哪些主要性能参数？如何计算有效功率与轴功率3、为什么离心泵的效率达不到100%？根据以下图示，在那种条件下达到最佳工况参数？4、根据离心泵的选择条件，按照物料的特性请选着离心泵（下次交）5、往复泵是一种典型的容积式输送机械，往复泵装置、结构与工作原理6、隔膜泵装置、结构特点与工作原理及适应范围7、齿轮泵、螺杆泵、旋涡泵结构特点与适应范围8、离心通风机的性能参数及选择离心通风机的方法9、螺杆空压机基本构造与工作原理204060801001201401014182226304B离心泵n=2900r.p.mH,m4812图12-34B-20型离心泵的特性曲线Q，m/h3N思考题1、离心泵装置、结构与工作原理2、离心泵包括哪些主要性能参数？如何计算有效功率与轴功率3、为什么离心泵的效率达不到100%？根据以下图示，在那种条件下达到最佳工况参数？物料的输送包括哪几类？液体、固体物料的机械输送设备主要有？能用于垂直输送的设备是？固体物料气力输送的原理？垂直管道中实现气力输送的必要条件？压送式、吸送式气力输送装置流程图？主要部件的功能？压送式、吸送式气力输送装置中闭风器的安装位置及作用？概述-----输送分类1.原材料状态固体、气体和液体输送2.输送方式气力和机械输送第一节液体物料输送设备1.概述2.离心泵3.往复泵4.其它类型泵液体输送是生产过程常见的单元操作之一。为了将液体从一处送到另一处，不论是提高其位置高度或增加其压强，还是克服管路的沿程阻力，都需要向液体施加外部机械能。液体体输送机械就是向流体作功以提高其机械能的装置。为液体提供能量的输送机械称为泵，如离心泵、往复泵、旋涡泵等。一、液体输送机械概述一、液体输送机械概述液体输送机械的要求(1)满足工艺上对流率和能量的要求。(2)结构简单，重量轻，投资费用低。(3)运行可靠，操作效率高，日程操作费用低。(4)能适应被输送流体的特性，其中包括粘性、腐蚀性、毒性、可燃性、爆炸性、含固体杂质等。古典液体输送设备：水车按其工作原理，泵分为：(1)动力式：利用高速旋转的叶轮使流体的机械能增加，典型的是离心式、轴流式输送机械：离心泵(2)容积式：利用活塞或转子运动改变工作室容积而对流体作功。典型的是往复式、旋转式输送机械：往复泵、旋转泵(3)其它类型：如利用另外一种流体作用的喷射式等。离心泵由于其适用范围广、操作方便，便于实现自动调节和控制而在化工生产中应用最为普遍。二.离心泵2.1离心泵装置及其结构离心泵主要泵、吸入系统和派出系统组成。（1）泵由叶轮、泵壳等组成，由若干弯曲叶片组成的叶轮紧固在泵轴上，安装在蜗壳形的泵壳内；（2）吸入系统泵壳中央的吸入口与吸入管路相连，（3）派出系统侧旁的排出口与排出管路连接。离心泵图12-1离心泵装置54351221681-叶轮；2-泵壳；3-吸入管；4-底阀；5-滤网；6-逆止阀；7-调节阀；8-排出管2.2离心泵工作原理：离心泵启动前应在泵壳内灌满所输送的液体，当电机带动泵轴旋转时，叶轮亦随之高速旋转。叶轮的旋转迫使叶片间的液体在随叶轮作等角速旋转的同时，使受离心力的作用的液体向叶轮外缘作径向运动。在被甩出的过程中，流体通过叶轮获得了能量，并以15～25m/s的速度进入泵壳。在蜗壳中由于流道的逐渐扩大，又将大部分动能转变为静压强，使压强进一步提高，最终以较高的压强沿切向进入排出管道，实现输送的目的。当液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心处形成真空。在液面压强与泵内压强差的作用下，液体经吸入管路进入泵的叶轮内，以填补被排除液体的位置。只要叶轮旋转不停，液体就被源源不断地吸入和排出，这就是离心泵的工作原理。真空表压力表流量计图12-2测定离心泵性能参数的装置2.3离心泵的主要性能参数反映离心泵工作特性的参数称为性能参数，主要有转速、流量、压头、轴功率和效率、气蚀余量等。离心泵转速一般是固定的，其性能参数通常在离心泵的铭牌或样本说明书中标明。1.压头压头指离心泵对单位重量的液体所提供的有效能量，又称为扬程，用H表示，单位为m。泵的压头与泵的结构尺寸、转速、流量等有关。对于一定的泵和转速，压头与流量间有一定的关系。压头的值由实验测定2.流量流量是指离心泵在单位时间内排出的液体体积，亦称为送液能力，用Q表示，单位为m3／h。离心泵的流量与其结构、尺寸(叶轮直径和宽度)、转速、管路情况有关。QT-理论流量，m3/hQ-实际流量，m3/h∑q-单位时间内泵的泄漏量，m3/hqQQT3.效率、轴功率和有效功率效率：指泵轴对液体提供的有效功率与泵轴转动时所需功率之比，称为泵的总效率，用η表示，无因次，其值恒小于100%。它的大小反映泵在工作时能量损失的大小，泵的效率与泵的大小、类型、制造精密程度、工作条件等有关，由实验测定。。TeNN3.效率、轴功率和有效功率离心泵的能量损失主要包括：(1)容积损失：由于泵的泄漏、液体的倒流等所造成，使得部分获得能量的高压液体返回去被重新作功而使排出量减少浪费的能量。容积损失用容积效率ηV表示。％理论流量实际流量100QQ%100TeV(2)机械损失ηm：由于泵轴与轴承间、泵轴与填料间、叶轮盖板外表面与液体间的摩擦等机械原因引起的能量损失。机械损失用机械效率ηm表示。(3)水力损失ηh：由于液体具有粘性，在泵壳内流动时与叶轮、泵壳产生碰撞、导致旋涡等引起的局部能量损失。水力损失用水力效率ηh表示。有效功率根据泵的压头H和流量Q算出的功率是泵所输出的有效功率，以Ne表示轴功率离心泵的轴功率可直接利用效率计算总效率：η=ηv×ηm×ηh一般：小泵：η=50～70％大泵：η90％gHQNe/gHQN4.离心泵特性曲线离心泵的主要性能参数——压头H，轴功率N和效率η与流量Q之间是有一定联系并有内部规律的。通常把表示泵的主要性能参数间的内部规律的曲线称为离心泵的特征曲线，由泵的生产部门提出，以便于设计、使用部门选择和操作时参考。在一定转速下，离心泵的压头、功率、效率随流量的变化关系称为特性曲线。它反映泵的基本性能的变化规律，可做为选泵和用泵的依据。4B-20型离心泵的特性曲线204060801001201401014182226304B离心泵n=2900r.p.mH,m4812图12-34B-20型离心泵的特性曲线Q，m/h3Nη各种型号离心泵的特性曲线不同，但都有共同的变化趋势：(1)压头一般随流量增大而下降(流量极小时可例外)；(2)轴功率随流量增大而增大，流量为零时轴功率最小。因而启动离心泵时应关闭出口阀，使启动电流减小，保护电机。(3)效率随流量增大而上升，达到一最大值后随流量增加而下降。离心泵在与最高效率点相对应的Q和H下工作最为经济，效率最高点对应的参数Q、H、N称为最佳工况参数(泵铭牌所标出即指此)。在选用离心泵时应使其在该点附近工作，一般规定一个工作范围，称为高效区，为最高效率的92%左右。2.4离心泵的类型实际生产过程中，输送的液体是多种多样的，工艺流程中所需提供的压头和流量也是千差万别的，为了适应实际需要，离心泵的种类很多。分类方式：按被输送液体性质分水泵耐腐蚀泵油泵杂质泵单吸泵双吸泵按吸入方式分单级泵多级泵按叶轮数目分分2.5离心泵的选择根据输送液体性质以及操作条件来选定泵类型。•液体性质：密度、粘度、腐蚀性等•操作条件：压强－影响压头（1）算管路系统所需He、Qe（2）根据He、Qe查泵样本表或产品目录中性能曲线或性能表，确定规格。（3）校核轴功率。当输送液体的密度大于水的密度时重新计算轴功率三、往复泵往复泵是一种典型的容积式输送机械。主要部件：泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀和排出阀(均为单向阀)。活塞杆与传动机械相连，带动活塞在泵缸内作往复运动。活塞与阀门间的空间称为工作室。分为单动泵和双动泵。图12-6往复泵装置1-泵体2-活塞3-活塞杆4-吸阀5-排出阀5432工作原理：单动泵吸液过程活塞一侧装有吸入阀和排出阀，活塞自左向右移动时，排出阀关闭，吸入阀打开，液体进入泵缸，直至活塞移至最右端。排液过程活塞由右向左移动，吸入阀关闭而排出阀开启，将液体以高压排出。活塞移至左端，则排液完毕，完成了一个工作循环，周而复始实现了送液目的。因此往复泵是依靠其工作容积改变对液体进行做功。在一次工作循环中，吸液和排液各交替进行一次，其液体的输送是不连续的。活塞往复非等速，故流量有起伏。流量时间图12-7单动泵的流量曲线流量时间图12-9双动往复泵的流量曲线流量时间图12-7单动泵的流量曲线流量时间图12-9双动往复泵的流量曲线工作原理：双动泵活塞两侧的泵缸内均装有吸入阀和排出阀的往复泵。活塞自左向右移动时，工作室左侧吸入液体，右侧排除液体。活塞自右向左移动时，工作室右侧吸入液体，左侧排除液体。即活塞无论向那一方向移动，都能同时进行吸液和排液，流量连续，但仍有起伏。为此采用三台双动泵并联工作，其送液量较均匀。每个泵连接曲柄角度相差120°。四、隔膜泵其结构特点是借弹性薄膜将被输送液体与活柱隔开，从而使得活柱和泵缸得以保护。隔膜左侧与液体接触的部分均由耐腐蚀材料制造或涂一层耐腐蚀物质；隔膜右侧充满水或油。当柱塞作往复运动时，迫使隔膜交替地向两侧弯曲，将被输送液体吸入或排出。弹性薄膜采用耐腐蚀橡胶或金属薄片制成。适于：定量输送剧毒、易燃、易爆、腐蚀性液体和悬浮液。隔膜泵隔膜泵结构简图电动隔膜泵工作原理:电机（4）通过减速箱（3）带动左右两端柱塞上面的隔膜（2）一前一后往复运动。在左右两个泵腔内，装有上下四个单向球阀(1)隔膜的运动，造成工作腔内的容积的改变，迫使四个单向球阀交替地开启和关闭，从而将液体不断地吸入和排出。五、齿轮泵齿轮泵也是正位移泵的一种，如图。泵壳内的两个齿相互啮合，按图中所示方向转动。在泵的吸入口，两个齿轮的齿向两侧拨开，形成低压将液体吸入。齿轮旋转时，液体封闭于齿穴和泵壳体之间，被强行压至排出端。在排出端两齿轮的齿相互合拢，形成高压将液体排出。齿轮泵产生较高的压头但流量小，用于输送粘稠液体及膏状物，但不能输送含固体颗粒的悬浮液。吸入腔压出腔泵壳5、齿轮泵齿轮泵也是正位移泵的一种，如图。泵壳内的两个齿相互啮合，按图中所示方向转动。在泵的吸入口，两个齿轮的齿向两侧拨开，形成低压将液体吸入。齿轮旋转时，液体封闭于齿穴和泵壳体之间，被强行压至排出端。在排出端两齿轮的齿相互合拢，形成高压将液体排出。齿轮泵产生较高的压头但流量小，用于输送粘稠液体及膏状物，但不能输送含固体颗粒的悬浮液。吸入腔压出腔泵壳六、螺杆泵由泵壳和一根或几根螺杆构成。一根螺杆：螺杆和泵壳形成的空隙排送液体。两根螺杆：与齿轮泵类似，利用互相啮合的螺杆排送液体。特点是压头高，效率效率高，噪音小。适于在高压下输送粘稠性液体。流量调节时用旁路(回流装置)调节。螺杆泵螺杆泵七、旋涡泵旋涡泵是一种特殊类型的离心泵。旋涡泵主要由叶轮和泵体