任務(wù)一一次鹽水的制備

1、任務(wù)一 一次鹽水的制備1.1生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃一次鹽水制備任務(wù)離子膜燒堿廠領(lǐng)導(dǎo)接到了公司生產(chǎn)調(diào)度處的燒堿生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃書，按照作業(yè)計(jì)劃書的要求在本年度要完成公司與使用離子膜法電解飽和氯化鈉溶液的產(chǎn)品燒堿和液氯的用戶所簽訂的供需合同規(guī)定的產(chǎn)品數(shù)量。根據(jù)工作任務(wù)綜述，結(jié)合離子膜燒堿生產(chǎn)工作任務(wù)完成的工作過程的先后順序，要完成離子膜燒堿產(chǎn)品生產(chǎn)，必須要經(jīng)過一次鹽水的制備二次鹽水的精制精制鹽水的電解氯氫氣的處理液氯的生產(chǎn)五個(gè)生產(chǎn)工序（見圖1-1）。圖1-1 離子膜燒堿生產(chǎn)工藝流程介紹1.1生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃一次鹽水制備任務(wù)因此，首先要完成離子膜法電解飽和氯化鈉溶液的所需要的原料一次鹽水的制備。那么，一次鹽水是怎樣制

2、備的呢？ 首先讓我們一起看一看一次鹽水生產(chǎn)的工藝概況（見圖1-2）。圖1-2 一次鹽水生產(chǎn)工藝流程框圖根據(jù)一次鹽水生產(chǎn)任務(wù)完成的基本過程，可以把該工序的工作任務(wù)按照任務(wù)完成的前后順序，可將該項(xiàng)任務(wù)分解為粗鹽水的制備與Mg2+的去除；Ca2+的去除；鹽水的中和；鹽泥的壓濾和SO42+的脫除六項(xiàng)分任務(wù)（見圖1-3）那么這些工作任務(wù)又是如何完成的呢？圖1-3 一次鹽水生產(chǎn)任務(wù)的分解1.2 完成一次鹽水制備任務(wù) 在化工生產(chǎn)中，必須通過管路來輸送和控制流體介質(zhì)。一次鹽水的制備也離不開化工管路。那么，鹽水是怎樣實(shí)現(xiàn)輸送的呢？1.2 完成一次鹽水制備任務(wù) 1.2.1 認(rèn)識化工管路 化工管路是化工生產(chǎn)中使用的

3、各種管路的總稱，由管子、管件和閥門等按一定的排列方式構(gòu)成，形成一個(gè)工作系統(tǒng)，具體地說有直管和各種管件。其主要作用是用來輸送和控制流體介質(zhì)。 想一想在我們生活中，你能見到那些管道？這些管道使用來干什么用？ 河水在河床里流動時(shí)，你想過河底和河堤組成的通道算不算管道？ 你見過最細(xì)的管道和最粗的管道，其直徑大約有多少mm？1.2.2 化工管子常用的材質(zhì) 管子是管路的主體，由于生產(chǎn)系統(tǒng)中的物料和所處工藝條件各不相同，所以用于連接設(shè)備和輸送物料的管子除需滿足強(qiáng)度和通過能力的要求外，還必須滿足耐溫、耐壓、耐腐蝕以及導(dǎo)熱等性能的要求（見圖1-4）。 圖1-4 常用的化工管材考考你：新建樓房內(nèi)所用的自來水管道，

4、是采用什么材質(zhì)的管道？其下水道管又是采用的什么材質(zhì)的管道？ 你見過馬路的下水道管嗎？哪些管道是什么材質(zhì)？下水管為什么比日常輸送自來水的管道直徑大？1.2.3管徑與壁厚的選擇 1.2.3.1 影響管徑大小的因素 流體輸送管路的直徑可根據(jù)流量和流速確定。1.2.3.2管子壁厚 當(dāng)管道輸送流體介質(zhì)時(shí)通常管內(nèi)介質(zhì)具有一定的壓力，因而要求管子必須具有足夠的厚度，以保證管道系統(tǒng)的安全運(yùn)行。壁厚的計(jì)算與選用與設(shè)備筒體的情況相同（見圖1-5）。圖1-5化工管道的壁厚示意圖大家齊努力： 管子為什么必須才有一定的厚度？是不是越厚越好？ 流體輸送管路的直徑是有什么因素決定的？流量一定時(shí)是不是管道直徑越細(xì)越好？1.2

5、.4 管件與閥門 化工管路中，除了作為主體的直管外，還設(shè)置有短管、彎頭、三通、異徑管、法蘭、盲板等配件，用來改變管路方向，接出支管，改變管徑以及封閉管路等，以滿足生產(chǎn)工藝和安裝檢修的需要。通常把管路中各種配件總稱為管件。 為了控制流體介質(zhì)的壓力、流量?；す苈分羞€使用著多種類型的閥門。1.2.4.1 常用管件 彎頭 彎頭作用是用來改變管路方向（見圖1-6）。彎頭形狀有45、60、90、180等。圖1-6 管件彎頭1.2.5管路的連接管路的連接包括管子與管子的連接、管子與各種管件、閥門的連接，還包括設(shè)備接口處等的連接1.2.6 化工管路中常見故障及排除方法在化工企業(yè)中，管路擔(dān)負(fù)著連接設(shè)備、輸送介

6、質(zhì)的重任，為了保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，對管路精心維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，排除故障，顯得十分重要。1.2.6.1做好管路維護(hù)工作按照管路的運(yùn)行環(huán)境有針對性的做好管路的使用、保養(yǎng)和維護(hù)工作。1.2.6.2 化工管路常見故障及排除方法 生產(chǎn)現(xiàn)場的管路 連接處泄漏 管道填塞 管道彎曲1.2.6.3閥門的使用與維護(hù) 閥門的使用與維護(hù)為了使閥門使用長久、開關(guān)靈活，保證這全生產(chǎn)，應(yīng)正確使用和合理維護(hù)。 閥上常見故障及排除閥門由于受介質(zhì)特性、使用環(huán)境、操作頻繁程度、產(chǎn)品質(zhì)量及使用維護(hù)不當(dāng)?shù)仍虻挠绊懀l(fā)生各種故障，若不及時(shí)排除，不僅影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，有時(shí)還會帶來災(zāi)害，因此應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)及時(shí)排除故障。更上一層樓：造成

7、連接處泄漏的原因有哪些？出現(xiàn)泄漏后應(yīng)怎樣處理？新安裝的閥門帶有產(chǎn)品合格證，是否一定就不會出現(xiàn)問題？閥門在安裝時(shí)是否有方向性？1.2.7化工管路拆裝實(shí)訓(xùn)管路拆裝裝置是由管子、 管件、閥門、水箱、水泵及測量儀表等組成。在化工管路拆裝實(shí)訓(xùn)室內(nèi)講解化工管路的組成，根據(jù)化工管路中管徑的變化過程，講解化工管路上的管件變徑管的用途；結(jié)合管路方向的改變講解管件彎頭的作用；結(jié)合化工流體的輸送流量的控制，講解閥門的種類、大小和作用；講解連接閥門所用的管件法蘭或絲扣，讓學(xué)生明白管路的組成，通過現(xiàn)場動手拆裝，實(shí)現(xiàn)能認(rèn)識管路及其管件名稱。大家齊思考有了完整的化工管路是否就能把粗鹽水從一個(gè)罐送到另一個(gè)罐內(nèi)呢？同樣沒有心臟

8、的人是否能存活？是否能把血液輸送到人體的每一個(gè)部位呢？顯然，這是不可能的，那么在化工生產(chǎn)過程中是什么裝置能完成像心臟一樣功能，實(shí)現(xiàn)化工流體輸送的。1.3 完成一次鹽水制備必須的工作條件化工液體輸送為了我們能深入地了解流體輸送的基本過程，從流體力學(xué)的認(rèn)識開始1.3.1流體力學(xué)的研究對象流體力學(xué)中研究得最多的流體是水和空氣。流體力學(xué)的分類（見圖1-20）。圖1-20 流體力學(xué)的類型單元操作物料衡算設(shè)投入的原料量為m原，產(chǎn)品量為m產(chǎn)，損失物料量為m損，可得：m原=m產(chǎn) + m損 （1-1）物料衡算時(shí)注意事項(xiàng)：確定衡算系統(tǒng)，并將其圈出。 選定計(jì)算基準(zhǔn)，一般選沒有變化的量作為衡算的基準(zhǔn)。 列出衡算式，求

9、解未知量確定衡算對象的物料量和單位，衡算中單位應(yīng)統(tǒng)一。能量衡算對于連續(xù)操作的系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)中無熱量積累時(shí)，設(shè)輸入的熱量為Q入，輸出的熱量為Q出，損失的熱量為Q損，則：Q入 = Q出 +Q損（1-2）平衡關(guān)系物理和化學(xué)變化過程，都有一定的方向和極限。在一定條件下，過程的變化到了極限，即達(dá)到了平衡狀態(tài)。任何一種平衡狀態(tài)的建立都是有條件的。過程速率單位時(shí)間內(nèi)過程的變化稱為過程速率。平衡關(guān)系只表明過程變化的極限，而過程變化的快慢由過程速率來確定。（1-3） 經(jīng)濟(jì)效益1.3.2化工流體的流動流體是氣體與液體的總稱。本任務(wù)完成過程中，我們要輸送的液體主要是鹽水，這里主要介紹液體的輸送。1.3.2.1流體的主

10、要性質(zhì)密度單位體積流體的質(zhì)量稱為密度， （1-5） 壓力垂直作用于流體單位面積上的力稱為流體的靜壓力（也稱為靜壓強(qiáng)），簡稱壓力或壓強(qiáng)，用符號表示。以絕對零壓為起點(diǎn)的壓力稱為絕對壓力，簡稱絕壓，又稱真實(shí)壓力。 壓強(qiáng)表上的讀數(shù)，表示被測流體的絕對壓強(qiáng)比大氣壓高出的數(shù)值，稱為表壓強(qiáng)。 真空表上的讀數(shù)，表示被測流體的絕對壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng)的數(shù)值，稱為真空度。三者關(guān)系，絕對壓=表壓+大氣壓絕對壓=大氣壓-真空度 粘度實(shí)際流體流動時(shí)流體分子之間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的特性稱為粘性。粘性越大的流體，其流動性越差，流動阻力越大。1.3.2.2流體靜止時(shí)的基本規(guī)律流體靜力學(xué)就是研究流體在外力作用下達(dá)到平衡的規(guī)律。 靜力學(xué)基

11、本方程式如圖1-21所示，容器內(nèi)盛有靜止的液體，從中任取一段垂直液柱，此液柱底面積為S，密度為圖1-21 靜止液體內(nèi)部力的平衡情況（1-6）（1-7）以上為流體靜力學(xué)基本方程，它表明了靜止流體內(nèi)部壓力變化的基本規(guī)律 靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用液柱壓力計(jì)（U形管壓差計(jì)）U形管壓差計(jì)是在一根U形管內(nèi)裝指示劑，要求指示液必須與被測液體不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)且不互溶，指示液的密度i必須大于流體的密度。測量原理：當(dāng)作用于U形管兩端的壓力為p1、p2，且p1p2，則指示劑就在U形管兩端出現(xiàn)高度差R，利用R的數(shù)值，再根據(jù)靜力學(xué)基本方程，就可以算出流體兩點(diǎn)之間的壓力差。 （1-8）圖1-22 U形管壓差計(jì)圖1-23 傾斜

12、、微差壓差計(jì) 液位的測量為維持正常生產(chǎn)、保證安全，化工廠經(jīng)常要了解容器內(nèi)液體的貯存量，或要控制設(shè)備里的液面，故要進(jìn)行液位的測量。測定液位的儀表叫液位計(jì)（見圖1-24）。圖1-24 液面壓力計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖 液封高度的計(jì)算為控制設(shè)備內(nèi)氣體的壓力P不超過規(guī)定的數(shù)值，化工生產(chǎn)中常遇到設(shè)備的液封問題（見圖1-25）。當(dāng)某種不正常的原因，使設(shè)備內(nèi)的壓力突然升高時(shí)，氣體可以從液封管排出。 （1-9）圖1-25 安全液封裝置實(shí)例計(jì)算1-1如圖1-15所示，為了控制乙炔發(fā)生爐內(nèi)壓強(qiáng)不超過10.67kpa（表壓）,在爐外裝有安全液封裝置,其作用是當(dāng)爐內(nèi)壓強(qiáng)超過規(guī)定值時(shí),氣體就從水封管排出。試求水封槽的水面高出水封管

13、口的高度。（水的密度等于1000kg/m3)解：以爐內(nèi)允許最大表壓力10.67Kpa為極限值。氣體剛好充滿液封管。并取液封管管口為等壓面，則pA=PB 故 （1-10）為了安全起見，實(shí)際液封插入水下的深度應(yīng)略小于1.09m。1.3.2.3流體流動時(shí)的基本規(guī)律 （一）化工流體流動過程中概念解讀 流量 流量有兩種計(jì)量方法： 體積流量, 用符號Q表示，單位為m3/h質(zhì)量流量：用符號G表示，單位為kg/s或kg/h。流速 平均流速：流體在管道整個(gè)截面的平均流速，又稱為平均流速，簡稱流速。用u表示，單位為m/s。 質(zhì)量流速：單位時(shí)間內(nèi)流過單位有效面積的流體質(zhì)量稱為質(zhì)量流速，用W表示，單位為kg/（m2s

14、）。 相互關(guān)系如下： （1-11） 其中，A為垂直于流動方向的管道截面積， 圓形管路直徑的初步確定 一般化工管路為圓形，則 所以（1-12）（二）穩(wěn)定流動與非穩(wěn)定流動的區(qū)別 穩(wěn)定流動（見圖1-26）。 圖1-26 穩(wěn)定流動各截面上流體的流速，壓強(qiáng)，密度等有關(guān)物理量僅隨位置而改變，不隨時(shí)間而改變的流動稱為穩(wěn)定流動。 非穩(wěn)定流動各截面上流體的流速，壓強(qiáng)，密度等有關(guān)物理量不僅隨位置而改變，而且隨時(shí)間而變的流動就稱為非穩(wěn)定流動（見圖1-27）。（三）流體連續(xù)穩(wěn)態(tài)流動時(shí)的物料衡算圖1-28 連續(xù)性方程分析 （1-13） 上式稱為穩(wěn)定流動連續(xù)性方程。 s在連續(xù)穩(wěn)定的不可壓縮流體的流動中，流體流速與管道的截

15、面積成反比，截面積越大流速越小，反之亦然。 （四）流體連續(xù)穩(wěn)態(tài)流動時(shí)的能量衡算（1）流體流動時(shí)具有的機(jī)械能位能； 動能； 靜壓能。 （2）系統(tǒng)與外界交換的能量 外加能量； 損失能量。（3）柏努利方程 衡算范圍如圖1-29：11至22截面之間。 基準(zhǔn)水平面：00地面 圖1-29 化工流體流動系統(tǒng)示意圖 輸入11截面的總能量? J輸入22截面的總能量 J根據(jù)能量守恒定律及轉(zhuǎn)化定律，輸入系統(tǒng)的機(jī)械能必須等于從系統(tǒng)輸出的機(jī)械能，即 （1-14） 所以 （1-15） 柏努利方程式的應(yīng)用 應(yīng)用注意事項(xiàng)（見圖1-30）。圖1-30 柏努利方程式的五個(gè)應(yīng)用注意事項(xiàng)實(shí)例計(jì)算 如圖1-31所示，要求出水管內(nèi)的流速

16、為2.5，管路損失壓頭為5.68m，試求高位槽穩(wěn)定水面距出水管口的垂直距離為多少米？ 解：取高位槽水面為1-1截面，出水管口為2-2截面，以2-2截面管中心線為基準(zhǔn)水平面，則 在1-2截面之間，柏努利方程簡化為 所以 圖1-31附圖（五）流體阻力的計(jì)算 流動形態(tài)與雷諾準(zhǔn)數(shù) 流體流動類型（見圖1-32）。 圖1-32雷諾實(shí)驗(yàn)裝置層流（或滯流）：流體質(zhì)點(diǎn)僅沿著與管軸平行的方向作直線運(yùn)動，質(zhì)點(diǎn)無徑向脈動，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合；湍流（或紊流）：流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管軸方向向前流動外，還有徑向脈動，各質(zhì)點(diǎn)的速度在大小和方向上都隨時(shí)變化，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞和混合。 雷諾準(zhǔn)數(shù) （1-16） 雷諾準(zhǔn)數(shù)的大小表明流體質(zhì)點(diǎn)混亂的

17、劇烈程度，是一個(gè)無因次數(shù)群 判斷流型 Re2000時(shí)，流動為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；Re4000時(shí)，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；2000 Re 4000 時(shí)，流動可能是層流，也可能是湍流，該區(qū)稱為不穩(wěn)定的過渡區(qū)。 物理意義 Re反映了流體流動中慣性力與粘性力的對比關(guān)系，標(biāo)志著流體流動（見圖1-33）的湍動程度。 圖1-33流體流動（2）管路阻力計(jì)算 直管阻力 直管阻力：流體流經(jīng)一定管徑的直管時(shí)，由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力 局部阻力：流體流經(jīng)管路中的管件（如彎頭、三通等）、閥門及截面的突然擴(kuò)大或縮小等局部障礙所引起的阻力。 由實(shí)驗(yàn)可知，流體的流動形態(tài)不同，其產(chǎn)生阻力的大小也不同，直管阻力與管長

18、、動能成正比，與管徑成反比，直管阻力可用下式計(jì)算： （1-17） 其中，摩擦系數(shù)，無單位 摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)有關(guān)，也與管路內(nèi)壁的粗糙程度有關(guān)，這兩種關(guān)系隨流動類型的不同而不同。 a 圓形管 （）層流時(shí)的摩擦系數(shù) 流體在作層流流動時(shí)，摩擦系數(shù)只與雷諾數(shù)有關(guān)，而與管路內(nèi)壁的粗糙程度無關(guān)。 （1-18） （） 粗糙度對的影響 （） 湍流時(shí)的摩擦系數(shù) 流體在湍流時(shí)的情況比層流復(fù)雜得多，摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)和管壁粗糙度都有關(guān)。湍流流動時(shí)：圖1-34摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)、管壁粗糙度的關(guān)聯(lián)程度經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)，將與的函數(shù)關(guān)系繪在雙對數(shù)坐標(biāo)系中（見圖1-35）。 圖1-35摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)、相對粗糙度的函數(shù)圖b 非圓形管

19、當(dāng)流體在非圓形管內(nèi)湍流流動時(shí)，計(jì)算圓管流體阻力公式中的管徑以非圓形管的當(dāng)量直徑代替。 當(dāng)量直徑（1-19） A 管道截面積 浸潤周邊長度 對于邊長為和的矩形管，有 （1-20） c 環(huán)形管（見圖1-36）。 （1-21） 圖1-36 環(huán)形管 局部阻力 流體在管路的進(jìn)口、出口、彎頭、閥門、擴(kuò)大、縮小等局部位置流過時(shí)，其流速大小和方向都發(fā)生了變化，且流體受到干擾或沖擊，使渦流現(xiàn)象加劇而消耗能量。 a 當(dāng)量長度法 流體流經(jīng)管件、閥門等局部障礙所引起的局部阻力，折合成相當(dāng)于流體流過長度為的同直徑的管路時(shí)所產(chǎn)生的阻力，稱為該局部阻力的當(dāng)量長度，由實(shí)驗(yàn)測定，即： （1-22）表 1-1各種管件、閥門、流量

20、計(jì)的當(dāng)量長度名稱le/d名稱le/d450標(biāo)準(zhǔn)彎頭 15截止閥（全開） 300標(biāo)準(zhǔn)彎頭 3040角閥（全開） 145900方形彎頭 60閘閥（全開） 71800回彎頭5070（3/4開）40三通 40（1/2開）200（1/4開）80060單向閥（搖板式） 135底閥（帶濾水器） 420吸入閥或盤形閥 7090盤式流量計(jì) 400文氏流量計(jì) 12轉(zhuǎn)子流量計(jì) 200300由容器入管口 20由管口入容器40b阻力系數(shù)法 克服局部阻力所引起的能量損失，也可以表示成動能的倍數(shù)，即:（1-23）圖1-37阻力分析圖 總阻力的計(jì)算 對于流體流經(jīng)直徑不變的管路時(shí)，如果采用當(dāng)量長度法計(jì)算，管路的總阻力為 （1-

21、24） 如果局部阻力都用阻力系數(shù)法計(jì)算，則 （1-25）流體流動阻力測定仿真實(shí)訓(xùn) 圖1-38 流體阻力系數(shù)測定 通過仿真實(shí)訓(xùn)的操作，測定光滑管、粗糙管和孔板的阻力大小變化，使學(xué)生在模擬的環(huán)境下，理解管道和管件的阻力大小變化的規(guī)律。 掌握阻力系數(shù)的測定方法和操作過程，能達(dá)到獨(dú)立操作，采集數(shù)據(jù)并能進(jìn)行分析 ，寫出實(shí)訓(xùn)報(bào)告。流體流動阻力測定實(shí)訓(xùn)裝置圖1-39 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集型 能全面了解流體在流動過程中所涉及的流體阻力實(shí)驗(yàn)方法、流量計(jì)、倒U型壓差計(jì)及電容式差壓變送器的操作使用方法。 管阻力（光滑管、粗糙管）、局部阻力測定實(shí)驗(yàn)，湍流區(qū)與雷諾數(shù)Re的關(guān)系。 （3）流量測定 （4）簡單管路的計(jì)算 簡單管路

22、的特點(diǎn)是在穩(wěn)定流動的情況下，通過各段的質(zhì)量流量不變，整個(gè)管路的阻力損失為各段損失之和。1.3.3液體輸送工作過程一次鹽水生產(chǎn)過程中，需要把化鹽用水、粗鹽水、中間過程的液體物料從一個(gè)設(shè)備內(nèi)送到另一個(gè)設(shè)備內(nèi)，需要對這些輸送的物料進(jìn)行做功，以克服管道上的阻力和提高液體的升舉高度，這必然要涉及到液體輸送的問題。1.3 完成一次鹽水制備必須的工作條件化工液體輸送1.3.3.1流體輸送機(jī)械目前常用的輸送機(jī)械按工作原理可以分為四大類：離心式、往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式和流體作用式。通常輸送液體的機(jī)械稱為泵，輸送氣體的機(jī)械稱為風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)等（見圖1-40）。（一）液體輸送機(jī)械工業(yè)應(yīng)用案例離心泵輸送自來水（1）離心泵的結(jié)構(gòu)

23、和工作過程結(jié)構(gòu)a葉輪 圖1-41心泵葉輪 葉輪的分類（見圖1-42）。圖1-42葉輪的類型b泵殼c 軸封裝置圖1-44軸封裝置軸封的分類（見圖1-45）。 圖1-45軸封的類型 離心泵實(shí)現(xiàn)液體輸送原理 充滿在泵中的液體隨葉輪回轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力，向四周甩出；在葉輪中心形成低壓，液體便在液面壓力作用下被吸進(jìn)葉輪；從葉輪流出的液體，壓力和速度增大；蝸殼-匯聚并導(dǎo)流。擴(kuò)壓管A增大，流速降低，大部分動能變?yōu)閴毫δ?，然后排出?葉輪不停回轉(zhuǎn)，吸排就連續(xù)地進(jìn)行；液體通過泵時(shí)所增加的能量，是原動機(jī)通過葉輪對液體作功的結(jié)果。（2）離心泵的性能和特性曲線描述 離心泵的性能參數(shù)a流量Q泵在單位時(shí)間內(nèi)向管路系統(tǒng)輸送的流

24、體量，表示泵的輸液能力，常用體積流量表示。以Q表示。單位為或。 b 揚(yáng)程H通常將輸送機(jī)械向單位重量流體提供的能量稱為該機(jī)械的揚(yáng)程或壓頭。揚(yáng)程的測定實(shí)驗(yàn)裝置如圖1-46所示。圖1-46 離心泵揚(yáng)程的測定實(shí)驗(yàn)裝置圖如果以和分別代表壓力表（表壓）和真空表以米液柱為單位的讀數(shù)，則 （1-26） c 軸功率Ne泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)從電動機(jī)所獲得的功率。以Ne表示。隨設(shè)備的尺寸、液體的粘度等的增大而增大。 d 效率泵的有效功率與軸功率之比，稱為泵的效率。即 （1-27） 離心泵的特性曲線描述泵的銘牌上所標(biāo)注的揚(yáng)程與流量并不是泵唯一的工作狀態(tài)，而是保持最高效率時(shí)的工作狀態(tài)。a H-Q曲線表示泵在輸送不同流量的液體時(shí)，加

25、給流體的揚(yáng)程。b Ne-Q曲線表示軸功率與流量的關(guān)系。離心泵的軸功率隨流量的增大而增大，流量為零時(shí)軸功率最小。離心泵啟動時(shí)應(yīng)關(guān)閉泵的出口閥門，使電機(jī)的啟動電流減少，以保護(hù)電機(jī)。 c 曲線說明泵在一定轉(zhuǎn)速下有以最高效率點(diǎn)，稱為泵的設(shè)計(jì)點(diǎn) 圖1-47IS100-80-125型 離心水泵的特性曲線離心泵特性曲線測定實(shí)訓(xùn)裝置（計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集型） 圖1-48 離心泵特性曲線測定 圖1-49 流量計(jì)的認(rèn)識和校核（1）能全面了解流體流動過程中涉及的流量計(jì)、離心泵性能及管路性能概念和實(shí)驗(yàn)方法。 （2）學(xué)生能充分了解離心泵的結(jié)構(gòu)與特性、學(xué)會離心泵操作，測定恒定轉(zhuǎn)速條件下泵有效揚(yáng)程（H）、軸功率（N）、及電動調(diào)解

26、閥自動調(diào)節(jié)。 （3）能使學(xué)生提高對離心泵的認(rèn)識和完成開停泵的操作。 （4）能分析離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不上料的原因，并提出解決的辦法。（3）汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生與離心泵的安裝高度汽蝕現(xiàn)象 圖1-50汽蝕現(xiàn)象現(xiàn)象：噪聲大、泵體振動，流量、壓頭、效率都明顯下降。嚴(yán)重時(shí)，泵不能正常工作。 防止措施：把離心泵安裝在恰當(dāng)?shù)母叨任恢蒙?，確保泵內(nèi)壓強(qiáng)最低點(diǎn)處的靜壓超過工作溫度下被輸送液體的飽和蒸汽壓。 離心泵的安裝高度 a 汽蝕余量 （1-28）正常操作時(shí)，泵的實(shí)際汽蝕余量必須大于允許氣蝕余量，一般大以上。 b 離心泵的允許安裝高度離心泵的允許安裝高度是指能夠避免氣蝕現(xiàn)象發(fā)生，儲槽液面與泵吸入口之間的最大垂直距離，也稱允

27、許吸上高度，以表示（見圖1-51）。 （1-29） 圖1-51離心泵吸液示意圖 實(shí)際安裝時(shí)，為安全起見，實(shí)際安裝高度應(yīng)比允許安裝高度低。 當(dāng)安裝高度為負(fù)值時(shí)，離心泵的吸入口應(yīng)低于儲槽液面。（4）離心泵輸送流量變化的調(diào)節(jié)方法 管路的特性曲線 管路特性曲線表示流體通過某一特定管路所需的壓頭與流量的關(guān)系（見圖1-52）。 圖1-52液體輸送系統(tǒng)示意圖 管路特性曲線（見圖1-53）。 泵的工作點(diǎn)泵特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)。圖1-53管路特性曲線 流量的調(diào)節(jié)方法 如果工作點(diǎn)的流量大于或小于所需的輸送量，應(yīng)改變工作點(diǎn)的位置，即進(jìn)行流量的調(diào)節(jié)。 a 改變管路特性曲線最簡單的方法是在離心泵出口處的管路上安

28、裝調(diào)節(jié)閥（見圖1-54）。 圖1-54 離心泵的工作點(diǎn)與工作特性曲線 b 改變泵的特性曲線，如改變轉(zhuǎn)速等。 c 回路調(diào)節(jié)。 （5）離心泵的選擇 離心泵的類型（見圖1-55）。離心泵的啟動（見圖1-56）。 圖1-56 離心泵的啟動 離心泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)a經(jīng)常檢查出口壓力，電流有無波動，應(yīng)及時(shí)調(diào)節(jié)，使其保持正常指標(biāo)，嚴(yán)禁機(jī)泵長時(shí)間抽空，用出口閥控制流量，不準(zhǔn)用入口閥控制流量； b 經(jīng)常檢查泵及電機(jī)的軸承溫度是否正常； c 檢查端面密封泄漏情況； d 嚴(yán)格執(zhí)行潤滑三級過濾和潤滑制度，經(jīng)常檢查潤滑油的質(zhì)量； e 經(jīng)常檢查機(jī)泵的運(yùn)行情況，做到勤摸、勤聽、勤看、勤檢查電機(jī)和泵體運(yùn)轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)，有無雜音；

29、f 備用泵在備用期間及停用泵每班盤車一次（180）；g 做好運(yùn)行記錄，保持泵、電機(jī)、泵房的清潔衛(wèi)生；h緊急情況下，可先停運(yùn)行泵，后啟動備用泵離心泵仿真操作圖1-57 離心泵現(xiàn)場圖 圖1-58 離心泵DCS圖（1） 理解離心泵的工作原理，工藝流程。 （2）掌握該系統(tǒng)的工藝參數(shù)調(diào)節(jié)方法及控制。 （3）能熟練操作冷態(tài)開車及正常停車，會對正常工況進(jìn)行維護(hù)，對操作過程中出現(xiàn)的典型事故會正確分析并排除（二)液體輸送機(jī)械能力拓展往復(fù)泵 （1） 往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)和工作 結(jié)構(gòu) 往復(fù)泵也是化工生產(chǎn)中較常用的一種泵，是典型的容積式泵，主要由泵缸、活塞和單向閥所構(gòu)成（見圖1-59）。它依靠作往復(fù)運(yùn)動的活塞依次開啟吸入閥和

30、排出閥從而吸入和排出液體。 圖1-59往復(fù)泵裝置簡圖 往復(fù)泵工作原理解讀 圖1-60往復(fù)泵工作示意圖（2）往復(fù)泵的類型，如表1-2所示。 表1-2 往復(fù)泵的類型分類標(biāo)準(zhǔn)分類結(jié)果按往復(fù)泵的動力來源電動往復(fù)泵汽動往復(fù)泵按作用方式單動泵雙動泵（3）往復(fù)泵輸送流量變化調(diào)節(jié)方法往復(fù)泵屬于正位移泵，它的流量與管路特性無關(guān)（見圖1-61）。 圖1-61 往復(fù)泵的工作特性曲線與工作點(diǎn) 流量調(diào)節(jié)方法：旁路流程調(diào)節(jié)（見圖1-62）。 圖1-62旁路調(diào)節(jié)流量示意圖變頻調(diào)速法。 生產(chǎn)現(xiàn)場學(xué)習(xí) 在生產(chǎn)現(xiàn)場學(xué)習(xí)企業(yè)內(nèi)的兼職教師在現(xiàn)場授課專業(yè)教師在生產(chǎn)現(xiàn)場學(xué)習(xí)1.3.4邊學(xué)邊做技能訓(xùn)練題(1)簡述流體流動產(chǎn)生阻力的主要原因

31、。 (2)一定量的流體在圓形直管內(nèi)作層流流動。若管長及流體物性不變，而管徑減至原來的 1/2 。試通過簡單計(jì)算說明因流動阻力而損失的能量變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦丁?(3)什么是穩(wěn)定流動和不穩(wěn)定流動？ (4)畫出離心泵的特性曲線示意圖，并標(biāo)出各線名稱。 (5)離心泵的揚(yáng)程和升揚(yáng)高度有什么不同？ (6)簡述離心泵的工作原理。 (7)為什么離心泵在啟動和停車時(shí)要先關(guān)閉出口閥？ (8)簡述離心泵流量調(diào)節(jié)的方法。(9)簡述離心泵的主要部件及其作用。1.4 一次鹽水的生產(chǎn)過程1.4.1 生產(chǎn)原料原鹽工業(yè)生產(chǎn)中使用的原料食鹽稱之為原鹽。工業(yè)原鹽溶為鹽水后，其中所含的雜質(zhì)Ca2+、Mg2+、SO42-和機(jī)械不溶雜質(zhì)對

32、電解是十分有害的。因此，原鹽溶化后的食鹽水必須經(jīng)過精制后才能進(jìn)入電解槽。圖1-63 原鹽倉庫選擇原鹽的主要標(biāo)準(zhǔn): 氯化鈉含量要高，一般要求大于95%； 化學(xué)雜質(zhì)要少，Ca2+、Mg2+總量要小于1%，SO42+要小于0.5%； 不溶水的雜質(zhì)要少； 鹽的顆粒要粗，否則容易結(jié)成塊狀，給運(yùn)輸和使用帶來困難。此外，鹽的顆粒太細(xì)時(shí)，鹽粒容易從化鹽池內(nèi)泛出，使化鹽和澄清操作難以進(jìn)行。因?yàn)樵}質(zhì)量的復(fù)雜性，因此，鹽水生產(chǎn)過程可分為原鹽的溶化；粗鹽水的精制；鹽泥的洗滌；鹽泥的處理。1.4.2 粗制鹽水的制備與Mg2+去除的工藝流程1.4.2.1 粗制鹽水制備與Mg2+去除的生產(chǎn)工藝流程圖圖1-64 一次鹽水生

33、產(chǎn)除Mg2+的生產(chǎn)仿真操作工藝流程示意圖1.4.2.2 粗制鹽水制備與Mg2+的去除的生產(chǎn)工藝流程敘述原鹽溶化是指原鹽從立式鹽倉經(jīng)皮帶輸送機(jī)連續(xù)加入化鹽池。為確保鹽水濃度，化鹽池內(nèi)鹽層高度應(yīng)保持在2.5m以上?；}用水來自洗鹽泥桶的洗水和電解送來的脫氯、脫硫酸根后的淡鹽水（見圖1-65）。圖1-65 原鹽溶化經(jīng)過混合后加熱到552作為化鹽用水，從化鹽池底部經(jīng)設(shè)有均勻分布的菌狀折流帽流出，與鹽層呈逆向流動狀態(tài)溶解原鹽并成為飽和粗鹽水。原鹽中夾帶的草屑等雜質(zhì)由化鹽池上方的鐵柵除去；沉積于池底的泥沙則定期從化鹽池底部的清除。飽和粗鹽水被輸送進(jìn)粗鹽水貯罐內(nèi)（見圖1-66）。圖1-66一次鹽水罐從化鹽池

34、內(nèi)流出的粗鹽水，流進(jìn)粗鹽水的集中槽內(nèi)，加入NaOH溶液與粗鹽水中的Mg2+反應(yīng)后，再用泵送入溶氣混合罐，內(nèi)溶解部分空氣后，流進(jìn)文丘里混合器內(nèi)定量加入FeCl3溶液（見圖1-67）。圖1-67空氣鹽水混合器經(jīng)充分混合后流進(jìn)浮上澄清桶（見圖1-68）。 圖1-68 浮上澄清桶內(nèi)的斜板的間隙內(nèi)進(jìn)行固液分離，其中從澄清桶的底部沉降下來的是部分鹽泥和水不溶沉淀物，從澄清桶上面漂浮而出的是氫氧化物絮狀沉淀，這兩部分沉淀物定期排入鹽泥回收池內(nèi)，送鹽泥壓濾崗位（見圖1-69）進(jìn)行處理。圖1-69 鹽泥壓濾機(jī)1.4.2.3 Mg2+去除的方法鎂離子和鐵離子一般以氯化物存在于原鹽中，精制時(shí)加入燒堿溶液，即可生成難

35、溶于水的氫氧化鎂和氫氧化鐵。其化學(xué)反應(yīng)式為：MgCl22NaOHMg（OH）22NaClFeCl33NaOHFe（OH）33NaCl生成的氫氧化鎂是一種絮狀沉淀物，燒堿的加入量需要適當(dāng)過量，以保證Mg2+、Fe3+在較短的時(shí)間內(nèi)反應(yīng)完全。在生產(chǎn)中一般將NaOH的過量控制在0.070.3g/l。1.4.3 Ca2+去除的工藝流程1.4.3.1 Ca2+去除的生產(chǎn)工藝流程圖（見圖1-70）。圖1-70 Ca2+去除的生產(chǎn)工藝流程圖1.4.3.2 Ca2+去除的生產(chǎn)工藝流程敘述從澄清桶的中部流出的上清液匯聚在一起流進(jìn)曲頸反應(yīng)槽內(nèi)，加入Na2CO3溶液和少量的Na2SO3溶液與上清液進(jìn)行充分的混合流入

36、反應(yīng)罐內(nèi)。鹽水中的Ca2+與Na2CO3進(jìn)行充分的反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間應(yīng)不少于30min為宜，將反應(yīng)后的鹽水用泵送入凱膜（膨體聚四氟乙烯膜）（見圖1-71）。圖1-71 除鈣反應(yīng)罐攪拌鹽水過濾器（見圖1-72）。圖1-72 鹽水過濾器內(nèi)進(jìn)行固液分離，以除去反應(yīng)生成的CaCO3沉淀，從凱膜過濾器溢流而出的鹽水進(jìn)入曲頸反應(yīng)槽內(nèi)，加入鹽酸進(jìn)行調(diào)節(jié)PH值，使之達(dá)到810。而凱膜過濾器內(nèi)的鹽泥經(jīng)PLC或DCS控制，定時(shí)進(jìn)行反沖洗，經(jīng)鹽泥也送進(jìn)鹽泥回收池內(nèi)。圖 1-73 粗鹽水的制備與Mg2+去除的工藝流程示意圖圖1-74 Ca2+去除與鹽水中和工藝流程示意圖1.4.3.3 Ca2+去除的方法 Ca2+一般以氯

37、化鈣或硫酸鈣的形式存在于原鹽中，精制時(shí)向粗鹽水中加入Na2CO3溶液，使Ca2+生成不溶性的CaCO3沉淀。其化學(xué)反應(yīng)式為： Na2CO3CaCl2CaCO32NaClNa2CO3CaSO4CaCO3Na2SO4凱膜過濾器究竟是如何完成過濾固體碳酸鈣顆粒的呢？讓我們還是從膜過濾技術(shù)開始學(xué)習(xí)這個(gè)問題吧。 1.4.3.4膜分離技術(shù) 膜分離的基礎(chǔ) 借助于膜而實(shí)現(xiàn)各種分離的過程稱之為膜分離。如果在一個(gè)流體相內(nèi)或兩個(gè)流體相之間有一薄層凝聚相物質(zhì)把流體分隔開來成為兩部分，則這一薄層物質(zhì)就是膜。 膜的種類，如表1-3所示。 表1-3 膜的類型 分類標(biāo)準(zhǔn)分類結(jié)果根據(jù)膜的材質(zhì)固體膜和液體膜從材料來源天然膜和合成

38、膜（無機(jī)材料膜和有機(jī)高分子膜）根據(jù)膜的結(jié)構(gòu)多孔膜和致密膜按膜斷面的物理形態(tài)對稱膜、不對稱膜和復(fù)合膜根據(jù)膜的功能離子交換膜、滲透膜、微孔過濾膜、超過濾膜、反滲透膜、滲透汽化膜、閘膜、氣體滲透膜根據(jù)固體膜的形狀平板膜、管式膜、中空纖維膜核孔膜常見的膜分離設(shè)備主要有如下幾種膜組件。 板框式膜組件 板框式膜組件使用平板式膜，故又稱為平板式膜組件。這類膜器件的結(jié)構(gòu)與常用的板框壓濾機(jī)類似，由導(dǎo)流板、膜、支承板交替重疊組成（見圖1-75）。 圖1-75導(dǎo)流板、膜、支承板交替重疊 圖1-76是另一種型式的板框式膜器件，它將導(dǎo)流板與支撐板的作用合在一塊板上。 圖1-76導(dǎo)流板與支承板的作用合在一塊板上 卷式膜組

39、件 卷式膜組件也是用平板膜制成的，其結(jié)構(gòu)與螺旋板式換熱器類似（見圖1-77）。 圖1-77 卷式膜組件 管式膜組件 管式膜組件由管式膜制成，它的結(jié)構(gòu)原理與管式換熱器類似，管內(nèi)與管外分別走料液與透過液（見圖1-78），管式膜的排列形式有列管、排管或盤管等。 圖1-78管式膜組件 中空纖維膜組件 中空纖維膜組件的結(jié)構(gòu)與管式膜類似，即將管式膜由中空纖維代替（見圖1-79）。圖1-79中空纖維膜組件 膜分離技術(shù)的類型 反滲透 用于實(shí)施反滲透操作的膜為反滲透膜。反滲透膜大部分為不對稱膜，孔徑小于0.5nm，可截留溶質(zhì)分子。 a反滲透工作過程（見圖1-80）。 圖1-80 反滲透膜組件工作應(yīng)用裝置 b 反

40、滲透過程的操作反滲透過程設(shè)計(jì)的目標(biāo)在于提高分離效率，降低能耗。除膜本身質(zhì)量以外，過程的濃差極化、操作條件對其影響甚大。弄差極化現(xiàn)象的存在將會給反滲透帶來不利影響。（） 操作條件 在反滲透過程中，除濃差極化影響外，料液中含有的固體微粒、膠體、可溶性高分子物、微生物等對膜亦有堵塞、沉積等影響，因此為提高分離效率、降低能耗、常采用以下措施，以達(dá)到最佳效果。 料液的預(yù)處理溫度反滲透過程一般在常溫或略高于常溫下操作。 壓力一般來說，反滲透的操作壓差在23MPa之間，對用于低壓反滲透膜來說，操作壓力可遠(yuǎn)低于2MPa。 （）膜的清洗（） 工藝流程 根據(jù)料液的情況和對分離過程的要求，反滲透過程可以采用以下幾種

41、工藝流程。 一級一段連續(xù)流程如圖1-81所示，料液通過膜組件一次即排出，由于單個(gè)組件料液流程不可能很長，因此料液的濃縮率低，這種流程工業(yè)上較少采用。 圖1-81一級一段連續(xù)流程 一級一段循環(huán)式流程 如圖1-82所示，采用部分濃縮液循環(huán)的操作流程，這種流程濃縮倍數(shù)較高，但料液濃度必然也高，將導(dǎo)致膜通量的下降或滲透壓的增高。圖1-82一級一段循環(huán)流程 一級多段連續(xù)式流程 如圖1-83所示，實(shí)質(zhì)是多個(gè)組件串聯(lián)的操作方式，直至達(dá)到設(shè)定的濃度倍數(shù)。采用這種流程，各段膜組件大小要根據(jù)膜的滲透通量和分離要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖1-83一級多段連續(xù)流程 一級多段循環(huán)式流程 如圖1-84所示，這種流程主要適宜以料液為目的的分離過程。圖1-84一級多段循環(huán)流程） 反滲透的應(yīng)用苦咸水與海水淡化圖1-85苦咸水與海水淡化裝置 純水生產(chǎn) 超濾和微濾 （）過程原理 超過濾（簡稱超濾）和微孔過濾（簡稱微濾）也是以壓力差為推動力的膜分離過程，一般用于液相分離，也可用于氣相分離，比如空氣細(xì)菌與微粒的去除。 超濾與微濾原理（見圖1-86）。 圖1-86超濾與微濾原理示意圖超濾、