流体物料输送方法及探讨

流体物料输送方法及探讨

天津科技大学张廉10815005

摘要我们在设计物料输送方案时，要保证能够尽量满足输送的流量要求，而且要尽可能保证输送量波动小。

关键词离心泵流量输送量波动输水系统

通过对化工流体力学的学习我们知道。影响流体流动的因数很多，对于流体本身来说就具有复杂性。一方面是对象的复杂性及流体的品种多，不同的流体其性质会有很大的差别。流体自身的性质会影响流体的流动，比如流体的粘性，表面张力，密度和压缩性。另一方面是过程的复杂性，也就是在流动过程中传热，传质以及变形的过程。在流体流动过程中，流动的空间也会对流体的流动产生较大的影响，比如流体在管路中流动的时候，管路的特性，局部阻力（突然扩大，突然缩小，弯管等），沿程阻力等都会影响流体的流动。

通过对一个具体流体物料输送问题的研究，以及对不同输送方案对流体流动的分析，我们就能得出各种输送方案的优缺点以及经济性。该问题为：提出将流体物料同时输送至5个位置的输送系统方案。输送的流体粘度约为100厘泊，五个位置在垂直方向上的间距为h=1m，每个位置的输送量均为Q=10L/min。要求1、各个输送位置的流量尽可能一致；2、输送量波动较小、3、提出两种输送方案并进行比较。

对于给定的问题，我们从其中的条件可以看出，该流体的粘度为100厘泊，属于低粘度。并且总的流量为50L/min，我们采用离心泵就能满足要求。离心泵在化工生产中应用最为广泛，因为离心泵具有一下几个优点：○1结构简单，操作容易，便于调节和控制；○2流量均匀，效率较高；○3流量和压头的适用范围较广；○4适用于输送腐蚀性或含有悬浮物的液体。由离心泵的叶轮结构可以分为闭式，半开式，开式。由于题目中的流体属于清洁性的液体，因此我们采用闭式结构。另一个原因是：对于半开式和开式，由于没有盖板，液体在叶片间流动时易产生倒流，故这两类泵效率较低。

方案一：

方案一

如上图所示，只用一台离心泵。所需仪器有离心泵一台；形状相同但高度不同的容器五个，并排的放在一起；相同的文丘里流量计五个；相同的阀门五个。所有仪器的连接如图所示。其中五个容器并排排列，当容器1装满物料后就溢流到容器2中，容器2中装满物料后就溢流到容器3中，依次类推。从离心泵输出的流量大于五个位置的流量之和及大于50L/min ，输出的流量能够保证每个容器都能溢流出来 ，也即每个容器中的物料的高度不会变。 最后从容器5中流出的物料流回到离心泵之前的管路中，实现循环。

五个容器的具体高度由以下计算得来：

设出口5为基准面，出口5的高度为Z 5，其他几个高度分别为Z 4，Z 3, Z 2，Z 1，为已知量。容器5的液面高度为H 5，其他几个依次为H 4, H 3, H 2, H 1。

由于这个方案里每条分支的局部阻力和沿程阻力差别不是太大，因此我们忽略管路的能量损失，根据每个容器的上表面和对应出口的位置面，由泊努利方程有：

ρρi

i i Hi

Hi p u gZ p u ++=++22g H 22i

其中容器上表面液体的速度2Hi u =0，容器上边面的压强Hi p =与该容器对应的出口位置的压

强i p =大气压强，各个出口位置的速度i u 相等，由于各个出口的结构是相同的，所以其横

截面积i A 相同，可求

i i A Q u =

通过计算可求得

222i i i gA Q Z H +=

根据每个H 的值设置每个容器的高度即可

方案二：

方案二

如上图所示，分别用五个离心泵输送到五个位置，其中流量通过阀门调节。所需仪器为五个离心泵，五个文丘里流量计，五个阀门。五个位置的流量仅仅通过阀门调节。

两种输送方案的比较：

方案二缺点：五台离心泵，成本较高；设备多因而故障点较多；不能确保各个输送位置的流量一致；输送量的波动较大。

优点：调节便利；若有一台离心泵出问题，其他的不受影响。

方案二缺点：一旦离心泵出问题，会影响整个系统。

优点：只用一台离心泵，成本低；由于各个容器始终保持液面不变，因此输送的波动性较好；由于每个容器与对应的出口位置的高度不变，因此各个输送

位置的流量能够保持一致

通过对方案一和方案二的比较，我们可以得出以下结论：

方案一能够充分满足题目的要求，也即各个位置的流量尽可能一致，输送量波动性较小。其实我们在设计物料输送系统时，要尽量保持输送过程的稳定性。我们在布置管道时，首先要考虑到安装、检修、操作上的方便与人身安全；其次应尽可能减少基建费用；另外还需根据生产的特点、设备的布置、物料的性质以及建筑的结构等方面进行综合考虑。

由以上分析，我们选择方案一。

参考文献：

[1]姜培正，过程流体机械，化学工业出版社，2001

[2]夏清，陈常贵，化工原理，天津大学出版社，2007

[3]张裕平，流体输送与过滤操作实训，化学工业出版社，2006