化工原理CAI教室(流體輸送機械)

第二章

流體輸送設備第一節(jié)

概述如果要將流體從一個地方輸送到另一個地方或者將流體從低位能向高位能處輸送，就必須采用為流體提供能量的輸送設備。泵——用于液體輸送

輸送設備

風機——用于氣體輸送本章主要介紹常用輸送設備的工作原理和特性，以便恰當?shù)剡x擇和使用這些流體輸送設備。第二節(jié)

液體輸送設備—泵（Pumps）離心泵——生產(chǎn)中應用最為廣泛，著重介紹。往復泵泵旋轉(zhuǎn)泵漩渦泵§2.1.1

離心泵

（CentrifugalPumps）一．

離心泵的工作原理及主要部件1．工作原理如左圖所示，離心泵體內(nèi)的葉輪固定在泵軸上，葉輪上有若干彎曲的葉片，泵軸在外力帶動下旋轉(zhuǎn)，葉輪同時旋轉(zhuǎn)，泵殼中央的吸入口與吸入管相連接，側(cè)旁的排出口和排出管路9相連接。啟動前，須灌液，即向殼體內(nèi)灌滿被輸送的液體。啟動電機后，泵軸帶動葉輪一起旋轉(zhuǎn)，充滿葉片之間的液體也隨著旋轉(zhuǎn)，在慣性離心力的作用下液體從葉輪中心被拋向外緣的過程中便獲得了能量，使葉輪外緣的液體靜壓強提高，同時也增大了流速，一般可達15～25m/s。液體離開葉輪進入泵殼后，由于泵殼中流道逐漸加寬，液體的流速逐漸降低，又將一部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，使泵出口處液體的壓強進一步提高。液體以較高的壓強，從泵的排出口進入排出管路，輸送至所需的場所。

當泵內(nèi)液體從葉輪中心被拋向外緣時，在中心處形成了低壓區(qū)，由于貯槽內(nèi)液面上方的壓強大于泵吸入口處的壓強，在此壓差的作用下，液體便經(jīng)吸入管路連續(xù)地被吸入泵內(nèi)，以補充被排出的液體，只要葉輪不停的轉(zhuǎn)動，液體便不斷的被吸入和排出。由此可見，離心泵之所以能輸送液體，主要是依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，液體在離心力的作用下獲得了能量以提高壓強。氣縛現(xiàn)象：不灌液，則泵體內(nèi)存有空氣，由于ρ空氣<<ρ液，

所以產(chǎn)生的離心力很小，因而葉輪中心處所形成的低壓不足以將貯槽內(nèi)的液體吸入泵內(nèi)，達不到輸液目的。通常在吸入管路的進口處裝有一單向底閥，以截留灌入泵體內(nèi)的液體。另外，在單向閥下面裝有濾網(wǎng)，其作用是攔阻液體中的固體物質(zhì)被吸入而堵塞管道和泵殼。啟動與停泵：灌液完畢后，此時應關(guān)閉出口閥后啟動泵，這時所需的泵的軸功率最小，啟動電流較小，以保護電機。啟動后漸漸開啟出口閥。停泵前，要先關(guān)閉出口閥后再停機，這樣可避免排出管內(nèi)的水柱倒沖泵殼內(nèi)葉輪，葉片，以延長泵的使用壽命。2．

主要部件（錄像）1）葉輪：作用是將原動機的機械能傳給液體，使液體的靜壓能和動能均有所提高。葉輪按其結(jié)構(gòu)形狀分有三種：①閉式：葉輪內(nèi)6～12片彎曲的葉片，前后有蓋板，葉輪后蓋板上開有若干個平衡小孔，以平衡一部分軸向推力。②半閉式：葉輪內(nèi)6～12片彎曲的葉片，前有蓋板，葉輪后蓋板上開有若干個平衡小孔,以平衡一部分軸向推力。③敞式（開式）：葉輪內(nèi)6～12片彎曲的葉片，前后無蓋板。閉式效率最高，適用于輸送潔凈的液體，不適于輸送漿料或含懸浮物的液體。半閉式和開式效率較低，常用于輸送漿料或懸浮液。葉輪按吸液方式分有二種：①單吸：液體只有一側(cè)被吸入。②雙吸：液體可同時從兩側(cè)吸入，具有較大的吸液能力。而且基本上可以消除軸向推力。2）泵殼（蝸殼形）：作用是匯集由葉輪拋出的液體，同時將高速液體的部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。原因是泵殼形狀為蝸殼形，流道截面逐漸增大，u↓，p↑。3）軸封裝置：泵軸與泵殼之間的密封稱為軸封。作用是防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿軸的四周面漏出，或者外界空氣以相反方向漏入泵殼內(nèi)。二．

離心泵的主要性能參數(shù)1．

流量Q（V）：單位時間內(nèi)泵輸送的液體體積,m3/s（或m3/h，l/s等）。Q取決于泵的結(jié)構(gòu)、尺寸（葉輪直徑與葉片的寬度）和轉(zhuǎn)速。Q的大小可通過安裝在排出管上的流量計測得。2．

揚程H（壓頭）：泵對單位重量的液體所提供的有效能量，m液柱。若在泵的吸入口和排出口分別裝上真空表和壓力表并取1-1'，2-2’截面作計算，則3．

軸功率及效率

軸功率Na——原動機（電動機或蒸汽透平等）傳送給泵軸的功率，kW。

效率——泵軸通過葉輪傳給液體能量的過程中的能量損失。

4．

轉(zhuǎn)速n泵的葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，即“r.p.m.”：ringsperminute其它性能參數(shù)以后再介紹。例2-2三．

離心泵的基本方程式為簡化液體在葉輪內(nèi)的復雜運動，作兩點假設：①

葉輪內(nèi)葉片的數(shù)目為無窮多，即葉片的厚度為無限薄，從而可以認為液體質(zhì)點完全沿著葉片的形狀而運動，亦即液體質(zhì)點的運動軌跡與葉片的外形相重合。②

輸送的是理想液體，由此在葉輪內(nèi)的流動阻力可忽略。1．

液體質(zhì)點在葉輪內(nèi)的運動情況分析離心泵工作時，液體隨葉輪一起作旋轉(zhuǎn)運動，同時又從葉輪的流道里向外流動，因此液體在葉輪里的流動是一種復雜的運動。液體質(zhì)點在葉輪內(nèi)的速度有三個：*圓周運動速度u：葉輪帶動液體質(zhì)點作圓周運動的速度方向與液體質(zhì)點所在處的圓周切線方向一致。*相對運動速度ω：它是以與液體一起作等角速度的旋轉(zhuǎn)坐標為參照系，液體質(zhì)點沿葉片從葉輪中心流到外緣的運動速度，即相對于旋轉(zhuǎn)葉輪的相對運動速度ω。*絕對運動速度c：它是以固定于地面的靜止坐標作為參照系的液質(zhì)點的運動，稱為絕對運動，絕對運動速度用c表示。三者關(guān)系：

速度三角形如圖所示：三個速度構(gòu)成了速度Δ，α表示c與u之間的夾角，β表示ω與u反方向延長線之間的夾角，α，β稱為流動角，其大小與葉輪的結(jié)構(gòu)有關(guān)。根據(jù)余弦定理，則：

若將c分解為徑向分量Cr和圓周分量Cu，則分別為

于是2．

離心泵基本方程式的推導離心泵基本方程式可由離心力作功推導，但更普遍的是根據(jù)動量理論推導得。首先介紹力學中動量矩定理：單位時間內(nèi)流體對某一中心的動量矩的增量等于作用于流體的力矩的增量ΔM，即:

現(xiàn)分析液體從葉片進口“1”處流到出口“2”的過程中單位時間內(nèi)動量矩的增量：單位時間內(nèi)液體的動量矩(WVR)=質(zhì)量流量×絕對速度×絕對速度對旋轉(zhuǎn)中心的垂直距離所以，葉片進口“1”處液體在單位時間內(nèi)動量矩(WVR)1為

葉片進口“2”處液體的單位時間內(nèi)動量矩(WVR)2為

下標T表示理想液體，∞表示葉片數(shù)目無窮多。所以力矩增量為：

其中

①又由流體力學知，單位時間內(nèi)葉輪對液體所作的功（即有效功率Ne）等于同一時間內(nèi)液體力矩增量與葉輪旋轉(zhuǎn)角速度ω的乘積，即：某輸水管路系統(tǒng)中，離心泵在轉(zhuǎn)速為n＝2900r/min時的特性曲線方程為H＝25－5qv2，管路特性為H＝10＋kqv2，qv的單位為m3/min。試求：（1）k=2.5時工作點流量qvA與揚程HA;（2）閥門關(guān)小到k?＝5.0時的工作點流量qvB;（3）對于流量qvB，因閥門開度由k＝2.5關(guān)小到k?＝5.0,管路阻力損失增加了多少？（4）若不用改變閥門開度而用改變轉(zhuǎn)速，使流量從qvA調(diào)到qvB，試求轉(zhuǎn)速應調(diào)到多少？解：1）已知n＝2900r/min時，離心泵的特性方程為H＝25－5qv2k=2.5時，管路特性方程為H＝10＋kqv2＝10＋2.5qv2兩式聯(lián)立求解得工作點A的流量為qvA=1.41m3/min揚程HA＝15m2）k?=5.0時，管路特性方程為H＝10＋k?qv2＝10＋5qv2此式與H＝25－5qv2聯(lián)立求解得qvB=1.22m3/min揚程HB＝17.5m3）當qvC＝qvB=1.22m3/min揚程HC＝10+2.5qvC2=13.75m增加的阻力損失為HB－HC=17.5－13.75＝3.75m4）改變泵的轉(zhuǎn)速，由比例定律知qvc/qvD=nc/nD，Hc/HD=(nc/nD)2聯(lián)立兩式得HC/qvC2=HD/qvD2=K=常數(shù)離心泵在不同轉(zhuǎn)速下的等效率方程為H＝Kqv2K=HC/qvC2=13.75/1.5=9.2過C點的等效率方程為H＝9.2qv2此式與H＝25－5qv2聯(lián)立得qvD=1.33m3/min揚程HD＝16.2mnc=nDqvc/qvD=2900×1.22/1.33=2660r/min(2900-2660)/2900×100%=8.3%<20%在比例定律適用范圍內(nèi)。如圖所示，需安裝一臺泵，將流量45m3/h、溫度20℃的河水輸送到高位槽，高位槽水面高出河面10m，管路總長度為15m。試選一臺離心泵，并確定安裝高度。解：流量qv＝45m3/h，20℃水的ρ＝998.2kg/m3，μ＝1.005×10－3Pa.s選管內(nèi)流速u=2.5m/s，估算管內(nèi)徑d＝(qv/0.785u)0.5=[45/(3600×0.785×2.5)]0.5=0.08m選?88.5×4mm水煤氣管，內(nèi)徑d=80.5mm管內(nèi)流速u=qv/0.785d2=[45/(3600×0.785×0.08052)]=2.46m/sRe=duρ/μ=0.0805×2.46×998.2/(1.005×10-3)=1.97×105取ε＝0.35mm，ε/d=0.35/80.5=0.0043，查得λ＝0.028，截止閥（全開）le/d=300，兩個90?彎頭le/d=35×2＝70，底閥（全開）le/d=420，管入口突然縮小ζ＝0.5，管出口突然擴大ζ＝1。管路的壓頭損失∑Hf=[λ×（l＋le）/d+ζ]×u2/2g=[0.028×(15/0.0805+300+70+420)+1＋0.5]×2.462/（2×9.81）＝8.89m以河面1-1為基準面，在1-1與2-2兩截面間列柏努力方程H＝?Z＋∑Hf＝10+8.89＝18.89m（水柱）根據(jù)qv=45m3/h，揚程H＝18.89m，可從離心泵規(guī)格表中選用型號為IS80-65-125的泵。其?h=3.0。20℃水的飽和蒸汽壓Pv=2.335kPa，大氣壓力P0＝101.3kPa，吸入管長l=5m，吸入管路壓頭損失∑Hf=[λ×（l＋le）/d+ζ]×u2/2g＝［0.028×

(5/0.0805+420+35)+0.5]×2.462/(2×9.81)=4.62m泵的最大允許安裝高度Hg允＝(P0－Pv)/ρg－?h－∑Hf=(101.3-2.335)×103/(998.2×9.81)－3.0－4.62＝2.48m泵的實際安裝高度應小于2.48m，取2.0m。

一、填空1、離心泵為了避免（）現(xiàn)象，啟動前需（）被輸送的液體，因而離心泵不具有（）能力。為了避免發(fā)生（）現(xiàn)象，需限制（）高度。2、離心泵的主要構(gòu)件（）、（）。3、離心泵的比例定律（）、（）、（）。4、離心泵的設計點是指（）。而離心泵的工作點則是指（）。5、往復泵的正位移特性是指（）。6、離心泵的特性曲線是在（）測定的。啟動離心泵時必須關(guān)閉（），目的是使離心泵的（）最小，以免燒壞電機。二、選擇1、某同學進行離心泵特性曲線測定實驗，啟動泵后，出水管不出水，泵進口處真空計指示真空度很高，他對故障原因作出了正確判斷，排除了故障，你認為以下可能的原因中，哪一個是真正的原因（）。A）水溫太高B）真空計壞了C）吸入管路堵塞D）排出管路堵塞2、離心泵漏入大量空氣后將發(fā)生（）。A）汽化現(xiàn)象B）氣縛現(xiàn)象C）汽蝕現(xiàn)象D）氣浮現(xiàn)象3、以下物理量不屬于離心泵的主要性能參數(shù)（）。A）揚程B）效率C）軸功率D）有效功率4、離心泵的調(diào)節(jié)閥開大時，則（）A）吸入管路的阻力損失不變B）泵出口的壓力減小C）泵入口處真空度減小D）泵工作點的揚程升高5、離心泵銘牌上標明的是泵在（）時的主要性能參數(shù)。A）流量最大B）壓頭最大C）效率最高D）軸功率最小6、離心泵產(chǎn)生汽蝕的原因可能是（）。A）啟動前沒有充液B）安裝高度過高C）底閥堵塞D）葉輪直徑太小7、由閥門全開的條件算出在要求流量為Q時所需揚程為He，在離心泵的性能曲線上查得與Q對應的揚程為H，H>He，在流量為Q時泵的效率為η，則泵的軸功率為（）。A）QHeρg/1000ηkwB）QHρg/1000ηkwC）QHeρ/102ηkwD）QHρg/102ηkw三、簡述簡述離心泵的氣縛和汽蝕現(xiàn)象，往復泵有無氣縛和汽蝕現(xiàn)象，為什么？四、計算題用泵將貯槽中密度為1200kg/m3的溶液送到蒸發(fā)器內(nèi)，貯槽內(nèi)液面維持恒定，其上方壓強101.33×103Pa。蒸發(fā)器上部的蒸發(fā)室內(nèi)操作壓強為200mmHg（真空度）。蒸發(fā)器進料口高于貯槽內(nèi)的液面15m，輸送管道的直徑為?68×4mm，送料量為20m3/h，溶液流經(jīng)全部管道的能量損失為120J/kg，求泵的有效功率。若效率為65%，則軸功率為多少？解：在貯槽液面1-1與管路出口內(nèi)側(cè)2-2兩截面間列柏努力方程gz1+u12/2+P1/ρ＋W=gz2+u22/2+P2/ρ+∑hf式中Z1=0,Z2=15m,P1=0(表壓),P2=-(200/760)×101.33×103=-26670Pa(表壓)，u1=0,u2=20/(3600×0.785×0.062)=1.97m/s∑hf=120J/kgW=g?z+u22/2+(P2-P1)/ρ+∑hf=9.81×15+1.972/2-26670/1200+120=246.9J/kgPe=qvHeρg=qvρW=(20/3600)×1200×246.9=1647w一、填空1、當顆粒與流體作相對運動時，層流的范圍是（

），此時的沉降速度ut=（）。2、若降塵室的高度增加，則沉降時間（），氣流速度（），生產(chǎn)能力（）。3、離心沉降時，旋轉(zhuǎn)半徑R＝0.4m，切向速度ut=20m/s，則離心分離因數(shù)Kc=（）。4、降塵室的生產(chǎn)能力只與降塵室的（）有關(guān)，而與（）無關(guān)。5、顆粒的球形度ψ＝（），比表面積a＝（）。6、除去液體中混雜的固體顆粒，在化工生產(chǎn)中可以采用（）、（）、（）。7、旋風分離器性能的好壞，主要以（）來衡量。（）愈小，說明其分離性能愈好。二、選擇題1、沉降室的生產(chǎn)能力取決于（）。A、沉降室的高度B、沉降室的底面積C、含塵氣體速度D、能100％除去的最小顆粒的沉降速度2、在長為Lm，高為Hm的降塵室中，顆粒的沉降速度為utm/s，氣體通過降塵室的水平流速為um/s，則顆粒能在降塵室內(nèi)分離的條件是：（）A、L/u<H/utB、L/ut<H/uC、L/ut≥H/uD、L/u≥H/ut3、設降塵室的長、寬、高分別為L、b、H（單位均為m），顆粒的沉降速度為utm/s，氣體的體積流量為qv，則顆粒能在降塵室分離的條件是：A、H/ut≥LbH/qvB、H/ut≤LbH/qvC、L/ut≤HbH/qvD、L/ut≥HbH/qv

習題用一離心泵將敞口貯槽中20℃的水送往一個密閉容器中，容器內(nèi)保持10kPa（表壓）壓強，貯槽液面與容器入口之間的垂直距離40m，管路為φ83×4mm鋼管，總長45m（包括所有局部阻力的當量長度），摩擦系數(shù)λ＝0.028。管路上裝有孔徑d0=30mm孔板流量計，測得連接孔板的指示液為汞的U形壓力計讀數(shù)R＝0.32m、孔流系數(shù)C0＝0.61。求：1）此管路中水的流速，流量;2）泵的壓頭;3）有效功率;4）若泵效率為65％，求泵的軸功率。解：1）qv=αA0[2gR（ρi-ρ）/ρ]1/2=0.61×0.785×0.032×[2×9.81×0.32×（13600－1000）/1000]=3.83×10－3m3/su=qv/（0.785d2）＝3.83×10－3/（0.785×0.0752）=0.86m/s2）在貯槽液面與容器入口兩截面間列柏努利方程He＝(z2-z1)+(P2-P1)/ρg+(u22-u12)/2g+∑Hf式中P1=0（表壓），P2=10kPa，Z2－Z1＝40m，u1=u2=0∑Hf=λ×（l＋le）/d×u2/2g=0.028×45/0.075×0.862/（2×9.81）＝0.63mHe＝10×103/（103×9.81）+40+0.63=41.65m3）Pe=qvHeρg=3.83×10－3×41.65×103×9.81=1565w4）Pa=Pe/η=1565/65%=2408w第三章非均相物系的分離第一節(jié)概述一、非均相物系：物系內(nèi)部存在相界面，且界面?zhèn)鹊奈锢硇再|(zhì)完全不同。氣態(tài)非均相物系：含塵氣體、含霧氣體液態(tài)非均相物系：懸浮液、乳濁液、泡沫液二、分散物質(zhì)（分散相）：非均相物系中，處于分散狀態(tài)的物質(zhì)。如懸浮液中的固體顆粒。分散介質(zhì)（連續(xù)相）：包圍分散物質(zhì)的處于連續(xù)狀態(tài)的流體。如懸浮液中的液體。三、非均相物系的分離依據(jù)：分散物質(zhì)與分散介質(zhì)之間物性的差異，如密度、顆粒粒徑等。四、分離方法－機械法使分散物質(zhì)與分散介質(zhì)之間發(fā)生相對運動實現(xiàn)分離。沉降分離法是使氣體或液體中的固體顆粒受重力、離心力或慣性力作用而沉降的方法。過濾分離法是利用氣體或液體能通過過濾介質(zhì)而固體顆粒不能穿過過濾介質(zhì)的性質(zhì)進行分離的，如袋濾法。對于含塵氣體還有液體洗滌除塵法和電除塵法。液體洗滌除塵法是使含塵氣體與水或其他液體接觸，洗去固體顆粒的方法。但污水處理困難。電除塵法是使含塵氣體中顆粒在高壓電場內(nèi)受電場力的作用而沉降分離的方法。但設備費、操作費高。本章討論通過機械方法分離非均相物系的單元操作。五、非均相物系分離的目的1、回收分散物質(zhì)：如從氣固催化反應器的空氣中收集催化劑顆粒。2、凈制分散介質(zhì)：如原料氣中顆粒雜質(zhì)的去除以凈化反應原料氣。3、勞動保護和環(huán)境衛(wèi)生如煙道氣中煤灰粉粒的去除。第四節(jié)過濾過濾是使含固體顆粒的非均相物系通過布、網(wǎng)等多孔性材料，分離出固體顆粒的操作。一、懸浮液的過濾懸浮液通常又稱為濾漿或料漿。過濾用的多孔性材料稱為過濾介質(zhì)。留在過濾介質(zhì)上的固體顆粒稱為濾餅或濾渣。通過濾餅和過濾介質(zhì)的清液稱為濾液。（一）兩種過濾方式（1）深層過濾當懸浮液中所含顆粒很小，而且含量很少（液體中顆粒的體積<0.1%）時，可用較厚的粒狀床層做成的過濾介質(zhì)（例如，自來水凈化用的砂層）進行過濾。由于懸浮液中的顆粒尺寸比過濾介質(zhì)孔道直徑小，當顆粒隨液體進入床層內(nèi)細長而彎曲的孔道時，靠靜電及分子力的作用而附著在孔道壁上。過濾介質(zhì)床層上面沒有濾餅形成。這種過濾稱深層過濾。由于它用于從稀懸浮液中得到澄清液體，又稱澄清過濾。例如自來水的凈化及污水處理等。（2）濾餅過濾懸浮液過濾時，液體通過過濾介質(zhì)而顆粒沉積在過濾介質(zhì)的表面形成濾餅。當然顆粒尺寸比過濾介質(zhì)的孔徑大時，會形成濾餅。不過，當顆料尺寸比過濾介質(zhì)孔徑小時，過濾開始會有部分顆粒進入過濾介質(zhì)孔道里，迅速發(fā)生“架橋現(xiàn)象”。但也會有少量顆粒穿過過濾介質(zhì)而與濾液一起流走。隨著濾渣的逐漸堆積，過濾介質(zhì)上面會形成濾餅層。此后，濾餅層就成為有效的過濾介質(zhì)而得到澄清的濾液。這種過濾稱為濾餅過濾（cakefiltration），它適用于顆粒含量較多（液體中顆粒的體積>1%）的懸浮液?；どa(chǎn)中所處理的懸浮液顆粒含量一般較多，故本節(jié)只考慮濾餅過濾。（二）過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)的作用是使液體通過而使固體顆粒截留住。因此，要求過濾介質(zhì)的孔道比顆粒小，或者過濾介質(zhì)孔道雖比顆粒大，但顆粒能在孔道上架橋，只使液體通過。工業(yè)上常用的過濾介質(zhì)有以下幾種。1、織物介質(zhì)這種過濾介質(zhì)使用的最多。有由棉、麻、絲、毛及各種合成纖維織成的濾布，還有銅、不銹鋼等金屬絲編織的濾網(wǎng)。2、堆積的粒狀介質(zhì)由砂、木炭等堆積成較厚的床層，用于深層過濾。3、多孔性介質(zhì)是由陶瓷、塑料、金屬等粉末燒結(jié)成型而制得的多孔性板狀或管狀介質(zhì)。過濾介質(zhì)的選擇，要根據(jù)懸浮液中液體性質(zhì)（例如，酸、堿性）、固體顆粒含量與粒度、操作壓力與溫度及過濾介質(zhì)的機械強度與價格等因素考慮。（三）助濾劑當懸浮液中的顆粒很細時，過濾時很容易堵死過濾介質(zhì)的孔隙，或所形成的濾餅在過濾的壓力差作用下孔隙很小，阻力很大，使過濾困難。為了防止這種現(xiàn)象發(fā)生，可使用助濾劑（filteraid）。常用的助濾劑有以下幾種。1、硅藻土它是由硅藻土經(jīng)干燥或煅燒、粉碎、篩分而得到的粒度均勻的顆粒，其中主要成分為含80%-95%SiO2的硅酸;2、珍珠巖它是珍珠巖粉末在1000℃下迅速加熱膨脹后，經(jīng)粉碎、篩分得到粒度均勻的顆粒，其主要成分為含70%SiO2的硅酸鋁;3、石棉為石棉粉與少量硅藻土混合而成;4、炭粉、紙漿粉等。助濾劑有兩種使用方法。其一是預敷，其二是摻濾。助濾劑的添加量一般在固體顆粒質(zhì)量的0.5％以下。（四）懸浮液量、固體量、濾液量及濾渣量之間的關(guān)系（1）濕濾渣密度ρc的計算C為濕濾渣與其中所含干渣的質(zhì)量比。則有：C/ρc=1/ρp+(C-1)/ρ（2）干渣質(zhì)量與濾液體積的比值w設懸浮液中固體顆粒的質(zhì)量分數(shù)為X則w=X/[(1-CX)/ρ]=ρX/(1-CX)（3）濕濾渣質(zhì)量與濾液體積的比值為wC（4）濕濾渣體積與濾液體積的比值為ν=wC/ρc例4已知1kg懸浮液中含0.04kg固體顆粒，濕濾渣、干渣及濾液的密度分別為ρc=1400kg/m3，ρp=2600kg/m3，ρ=1000kg/m3。試求：（1）濕濾渣與其中所含干渣的質(zhì)量比C；（2）干渣質(zhì)量與濾液體積的比值w；（3）濕濾渣體積與濾液體積的比值ν。解：（1）由C/1400=1/2600+（C-1）/1000得C=2.15kg濕濾渣/kg干渣（2）w=ρX/(1-CX)=0.04×1000/(1-2.15×0.04)=43.8kg干渣/m3濾液（3）ν=wC/ρc=43.8×2.15/1400=0.0673m3濕濾渣/m3濾液二、過濾速率基本方程式單位時間內(nèi)濾過的濾液體積稱為過濾速率，單位為m3/s。單位過濾面積的過濾速率稱為過濾速度，單位為m/s。設過濾面積為A，過濾時間為dt，濾液體積為dv，則過濾速率為dv/dt，而過濾速度為dv/Adt。過濾速率基本方程式是描述濾液量與過濾時間的變化關(guān)系的。它用來計算為獲得一定量的濾液（或濾餅）所需要的過濾時間。過濾操作的特點是隨著過濾操作的進行，濾餅厚度逐漸增大，過濾的阻力就逐漸增大。若ΔP一定，過濾速率必減小。想保持一定的過濾速率，必增大ΔP。故過濾分恒壓過濾和恒速過濾，一般間歇操作的過濾機先恒速，壓力升到一定值后再恒壓。過濾速度=過濾推動力/過濾阻力過濾推動力即ΔP=ΔPc+ΔPm，過濾阻力包括濾餅阻力和過濾介質(zhì)阻力。假定濾液流過孔道時流動類型屬于層流，則u=d2ΔPc/32μl=ΔPc/(32μl/d2)而l=αVc/A又u=βdV/AdtdV/Adt=u/β=ΔPc/(32αβ/d2.μVc/A)令r=32αβ/d2則dV/Adt=ΔPc/(rμVc/A)濾餅阻力為Rc=rμVc/A

指單位過濾面積上所形成的濾餅阻力r指單位過濾面積上的濾餅為1m3時的阻力，稱為濾餅的比阻，單位為m-2。而VC=νV濾餅阻力為Rc=rμνV/A

把過濾介質(zhì)阻力看作獲得當量濾液量Ve時所形成的濾餅層的阻力，表示為過濾介質(zhì)阻力為Rm=rμνVe/A

dV/Adt=ΔPc/RC=ΔPm/Rm=

(ΔPc+ΔPm)/(RC+Rm)=ΔP/[rμν(V+Ve)/A

]或dV/dt=A.ΔP/[rμν(V+Ve)/A

]要增大過濾速率dV/dt，可增大ΔP

，增大操作溫度（μ減?。?，或選用阻力低的過濾介質(zhì)。間歇操作的過濾機可在恒壓、恒速或先恒速后恒壓下操作，而連續(xù)操作的過濾機都在恒壓下操作。三、恒壓過濾（一）濾液體積與過濾時間的關(guān)系對上述微分式進行積分，可以得到V與t的關(guān)系。恒壓過濾時，ΔP為常數(shù)。對于一定的懸浮液和過濾介質(zhì)，μ、r、ν及Ve也均為常數(shù)?！襳0(V+Ve)dV=(A2ΔP/rμν)∫t0dt得V2/2+VVe=(A2ΔP/rμν)t令K＝2ΔP/rμν則有V2＋2VVe=KA2t令q=V/A，qe=Ve/A可得q2+2qqe=Kt（二）過濾常數(shù)的測定各種懸浮液的性質(zhì)及濃度不同，其過濾常數(shù)會有很大差別。只有在工業(yè)生產(chǎn)條件與實驗條件完全相同時才可直接使用實驗測定的過濾常數(shù)K與qe。將恒壓過濾方程改成為

t/q=q/K+2qe/K可見t/q與q之間具有線性關(guān)系。直線的斜率為1/K，截距為2qe/K。

例5含有CaCO3質(zhì)量分數(shù)為13.9％的水懸浮液，用板框壓濾機在20℃下進行過濾實驗。過濾面積為0.1m2。實驗數(shù)據(jù)列于附表中，試求過濾常數(shù)K與qe。附表中的表壓實際上就是壓差。又已知1kg濕濾渣的含水量在P1=3.43×104Pa時為0.37kg，在P2=10.3×104Pa時為0.32kg，固體顆粒密度為2700kg/m3。求兩種壓差下的比阻。表壓/Pa濾液量/dm3過濾時間/s表壓/Pa濾液量/dm3過濾時間/s3.43×1042.927.8014688810.3×1042.459.8050660解：（1）表壓3.43×104Pa時q1=2.92×10-3/0.1=2.92×10-2m3/m2t1/q1=146/2.92×10-2=5.0×103m2s/m3同理q2＝7.8×10-2m3/m2t2/q2＝1.14×104m2s/m3可得5.0×103＝2.92×10-2/K+2qe/K1.14×104＝7.8×10-2/K+2qe/K聯(lián)立兩式解得K1＝7.62×10-6m2/s，qe1=4.46×10-3m3/m2先求濕濾渣與其中所含干渣的質(zhì)量比C1＝1/(1-0.37)=1.59kg濕濾渣/kg干渣C1/ρc1=1/ρp+(C1-1)/ρ即1.59/ρc1=1/2700+(1.59-1)/1000解得ρc1=1656kg/m3ν1＝w1C1/ρc1=ρX/(1-C1X)×C1/ρc1=

0.139×1000/(1-1.59×0.139)×1.59/1656=0.171m3濕濾渣/m3濾液r1=2ΔP1/K1μν1=2×3.43×104/(7.62×10-6×1×10-3×0.171)=5.26×1013m-2（2）表壓10.3×104Pa時，同理可求得K2＝1.57×10-5m2/s，qe2=3.74×10-3m3/m2C2=1.47kg濕濾渣/kg干渣

ν2＝0.147m3濕濾渣/m3濾液r2=8.92×1013m-2可見，當ΔP2＝3ΔP1，

K2

＝2K1，r2

＝1.7r1（三）過濾計算設計型計算：已知V、t、K、qe，求A。操作型計算：已知V、A、K、qe，求t。

或已知A、t、K、qe，求V。操作型計算均涉及到過濾機生產(chǎn)任務即生產(chǎn)能力的問題。Q＝V/∑t。例6想用一臺工業(yè)用板框壓濾機過濾上例含CaCO3粉末的懸浮液。在表壓10.3×104Pa、20℃條件下過濾3小時得到6m3濾液。所用過濾介質(zhì)與上例相同。試求所需要的過濾面積與濕濾渣體積。解：表壓10.3×104Pa時，K2＝1.57×10-5m2/s，qe2=3.74×10-3m3/m2因A未知，Ve就未知，所以用q2+2qqe=Ktq2+2qqe＋qe2=Kt+qe2q=(Kt+qe2)1/2-qe=[(3.74×10-3)2+1.57×10-5×3×3600]1/2-3.74×10-3=0.408m3/m2A=V/q=6/0.408=14.7m2濾餅體積VC為VC＝νV＝0.147×6＝0.882m3四、過濾設備介紹最典型的板框壓濾機（間歇操作）、轉(zhuǎn)筒真空過濾機（連續(xù)操作）。（一）板框壓濾機已知A、ΔP，計算Q，這是典型的操作型問題。板框壓濾機是典型的間歇式過濾機。其特點是過濾、洗滌、卸餅、清洗濾布、組裝等操作是依次分階段進行的。在過濾階段全部過濾面積都是有濾液通過（換句話說全部A都在進行過濾）。過濾階段以外的時間雖然沒有濾液得到，但仍然要計入生產(chǎn)時間之內(nèi)。即計算Q必須以一個操作周期所需的總時間為基準。一個操作周期的總時間：∑t=t+tw+tD生產(chǎn)能力：Q＝V/(t+tw+tD)在一個操作周期內(nèi)，tD是固定的，與產(chǎn)量V無關(guān)。而t、tw與V有關(guān)，V增大，t、tw增大。V由生產(chǎn)任務所定。若t增大，V增大，但濾餅厚度L增大，過濾速率下降，tw增大，tD一定，V增大的幅度小于總時間增大的幅度，Q下降。若t下降，L下降，過濾速率增大，tw下降，V下降，而tD一定，且在一個周期內(nèi)所占比例增大，總時間下降的幅度小于V下降的幅度，Q下降。從上面的分析可知，對恒定過濾每一操作周期中必存在一最佳的過濾時間topt，使Q最大。因此存在一個最佳操作周期。若μw=μ，ΔPW＝ΔP，則KW＝K再假定qe=0，則t+tw=tD時，Q最大。如tw=0，則t=tD時，Q最大。即q=(Kt)1/2=(KtD)1/2時，Q最大。濾餅不洗滌時實際上能否達到Qmax必須核算。如q>qmax則達不到。qmax為濾渣滿框時的值。此時Q'max=qmaxA/(t+tD)=qmaxA/2tD（二）轉(zhuǎn)筒真空過濾（連續(xù)式過濾機）的生產(chǎn)能力轉(zhuǎn)筒真空過濾機的特點是連續(xù)過濾，即過濾、洗滌、去濕、卸餅、濾布再生等操作是在過濾機內(nèi)分區(qū)域同時進行的，其生產(chǎn)能力Q的計算也要以一個操作周期即轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)一周所經(jīng)歷的時間為基準，但全部轉(zhuǎn)鼓面積中只有浸入懸浮液中屬于過濾區(qū)的那部分面積即φA有濾液通過，屬于過濾面積。浸入度φ＝過濾面積/全部轉(zhuǎn)鼓面積=β/2π=t/tc而tc=1/nt=φtc=φ/n這樣就把轉(zhuǎn)筒真空過濾機部分轉(zhuǎn)鼓表面的連續(xù)過濾轉(zhuǎn)換為全部轉(zhuǎn)鼓表面的間歇過濾。使恒壓過濾方程依然適用。q2+2qqe=Ktq2+2qqe＋qe2=Kt+qe2q=(Kt+qe2)1/2-qeQ=V/tc=qAn=nA[(Kt+qe2)1/2-qe]若qe=0，則Q＝nA(Kt)1/2=nA(Kφ/n)1/2=A(Kφn)1/2Q∝n1/2，

q2=Kt，t=φ/n，q=(Kφ/n)1/2q∝(1/n)1/2，L∝q∝(1/n)1/2可見：1、n增大，Q增大，但t=φ/n減小，L減小，濾餅太薄，不易從轉(zhuǎn)鼓表面刮下（一般L＝3~5mm才易刮下），而且也使轉(zhuǎn)動功率消耗增大。一般n=0.1~3r/min。2、φ增大，Q增大，但轉(zhuǎn)筒表面洗滌、去濕、卸餅、濾布再生等區(qū)域所占的區(qū)域便相應減小，過甚時也會導致操作上的困難。一般φ＝30％~40％。例7懸浮液中固體顆粒濃度（質(zhì)量分數(shù)）為0.025kg固體/kg懸浮液，濾液密度為1120kg/m3，濕濾渣與其中固體的質(zhì)量比為2.5kg濕濾渣/kg干渣。現(xiàn)用板框過濾機過濾，共有20個濾框，每個濾框的兩側(cè)有效過濾面積為0.85m2，濾框厚度為60mm，試求濾框內(nèi)全部充滿濾渣所需要的時間。已知K＝4.97×10-5m2/s，qe=1.64×10-2m3/m2，固體顆粒密度為2900kg/m3。解：先計算濕濾渣的密度ρC由C/ρc=1/ρp+(C-1)/ρ得2.5/ρc=1/2900+(2.5-1)/1120解得ρc=1480kg/m320個濾框所容納的濾渣體積VC為(0.85/2)×0.06×20=0.51m3濾渣質(zhì)量為0.51×1480=755kg濾渣中固體質(zhì)量為755/2.5=302kg濾渣中液體質(zhì)量為755-302=453kg懸浮液中液體質(zhì)量為302/0.025-302=11778kg濾液量為11778-453=11325kgV=11325/1120=10.1m3總過濾面積A=0.85×20=17m2q=V/A=10.1/17=0.594m3/m2q2+2qqe=Ktt=(0.5942+2×0.594×1.64×10-2)/4.97×10-5=7491s=2.08h

第4節(jié)過濾設備

板框過濾機結(jié)構(gòu)：由交替排列的濾板、濾框與夾于板框之間的濾布疊合組裝壓緊而成。板框數(shù)視工藝要求在機座長度范圍內(nèi)可靈活調(diào)節(jié)。組裝后，在板框的四角位置形成連通的流道，由機頭上的閥門控制懸浮液、濾液及洗液的進出。框板框板洗滌板非洗滌板懸浮液濾液板非洗滌板過濾操作：過濾階段懸浮液從通道進入濾框，濾液在壓力下穿過濾框兩邊的濾布、沿濾布與濾板凹凸表面之間形成的溝道流下，既可單獨由每塊濾板上設置的出液旋塞排出，稱為明流式；也可匯總后排出，稱為暗流式。第4節(jié)過濾設備

第4節(jié)過濾設備

一、填空1、過濾的兩種方式是：（）和（），自來水處理采用的是：（）。2、實現(xiàn)過濾操作的推動力可以是（）、（）或（）。二、選擇題1、過濾推動力一般是指（）。A、過濾介質(zhì)兩邊的壓差B、過濾介質(zhì)與濾餅構(gòu)成的過濾層兩邊的壓差C、濾餅兩邊的壓差D、液體進出過濾機的壓差2、推導過濾基本方程式時一個最基本的依據(jù)是：（）。A、固體顆粒的沉降速度B、濾餅的可壓縮性C、流體的層流流動D、過濾介質(zhì)的比阻3、板框壓濾機中，最終的過濾速度是洗滌速度的（）。A、一倍B、一半C、四倍D、四分之一4、在板框壓濾機中，如濾餅不可以壓縮，介質(zhì)阻力不計，當過濾壓差增加一倍時，其過濾速率為原來的（）。如濾液粘度增加一倍，壓差不變，過濾速度為原來的（）。A、21/2倍B、1/2倍C、2倍D、1/21/2倍三、計算題1、用板框壓濾機在恒壓下處理某種懸浮液，濾框邊長0.65m，厚0.05m，共10個框，已測得操作條件下有關(guān)參數(shù)為：K＝6×10－5m2/s，qe=0.01m3/m2，獲得1m3濾液的濾餅體積為0.1m3。求：濾框完全充滿需多少時間，可得多少濾液？解：ν＝0.1/1=0.1m3濾餅/m3濾液濾餅體積VC＝0.652×0.05×10=0.211m3濾液體積V＝0.211/0.1=2.11m3過濾面積A＝0.652×2×10=8.45m2由恒壓過濾方程：V2＋2VeV=KA2t2.112+2×0.01×8.45×2.11=6×10-5×8.452×t解得t=1122s擬用一板框壓濾機處理某一懸浮液，獲每m3濾液得濾餅量0.04m3。在1.5atm操作壓力下，過濾常數(shù)K＝2.73×10-5m2/s，過濾介質(zhì)阻力可忽略不計。濾餅為不可壓縮。1）若要求過濾1h獲取0.41m3的濾餅，試求所需的過濾面積。2）若板框邊長為0.81m，試確定框數(shù)及框的厚度。3）若濾餅不需洗滌，拆裝時間需45min，試求為使上述板框壓濾機生產(chǎn)能力達到最大時，其操作壓力應提高至多少？解：1）由恒壓過濾方程：V2＋2VeV=KA2t因Ve=0V2=KA2tV=0.41/0.04＝10.25m310.252=2.73×10-5×A2×3600A=32.7m22）設框數(shù)為n，框厚為δA＝2×0.812×n=32.7m2n=25個濾餅體積VC＝0.812×δ×25=0.41得δ＝0.025m=25mm3）恒壓過濾方程：V2=K?A2tQ＝V/∑t＝V/[(V2/K?A2)+0+tD]=1/(V/K?A2+tD/v)要使Q最大，只需分母最小。即只需V/K?A2＝tD/V也就是V2=K?A2tD即10.252=K?×32.72×45×60解得K?=3.64×10-5m2/sK=2ΔP/rμνK?/K=ΔP?/ΔP=3.64×10-5/2.73×10-5=4/3ΔP?=4/3×1.5=2.0atm某板框過濾機的邊長為250mm，厚為25mm，框數(shù)為8，以此過濾機過濾某懸浮液，測得過濾時間為8.75min與15min時的過濾量分別為0.15m3及0.20m3。試計算過濾常數(shù)K。解：由恒壓過濾方程：V2＋2VeV=KA2tA=2×0.252×8=1m2由已知得方程組0.152+2×0.15Ve=K×8.75×600.202+2×0.20×Ve=K×15×60聯(lián)立兩式解得K＝5×10-5m2/s某板框過濾機共有10個框，框的邊長為500mm，在一定壓力下恒壓過濾30min后，獲得濾液5m3。假設濾布阻力可以忽略不計。試求：1）過濾常數(shù)K;2）如果再過濾30min，還能獲得多少m3濾液？解：由恒壓過濾方程：V2＋2VeV=KA2t因Ve=0V2=KA2tA＝2×0.52×10＝5m252=K×52×30×60K=1/1800=5.56×10-4m2/s再過濾30分鐘，有：V?2=KA2t?＝5.56×10-4×52×（30+30）×60＝50解得：V?＝7.07m3ΔV=7.07-5=2.07m3實驗室中在與生產(chǎn)條件相同的壓差下對某種顆粒在水中的懸浮液進行過濾實驗，測得qe=0.01m3/m2，K＝1.579×10-4m2/s。懸浮液中，固相質(zhì)量分率為0.07，固相密度為2000kg/m3，濾餅不可壓縮，其含水量為30％（質(zhì)量分數(shù)）。今選用一臺直徑1.5m，長10m的轉(zhuǎn)筒真空過濾機處理此種料漿，所用濾布與實驗相同，轉(zhuǎn)筒浸沒角為120o，轉(zhuǎn)速為0.5轉(zhuǎn)/分，操作真空度為8.0×104Pa，試求：1）該過濾機的生產(chǎn)能力（以每小時獲濾液體積計）;2）濾餅厚度。解：1）過濾面積A＝πDL＝3.14×1.5×10＝47.1m2浸沒度φ＝120/360＝0.3333q=(Kφ/n+qe2)1/2-qe=

[1.579×10-4×0.3333/(1/120)+0.012]1/2-0.01=0.07m3/m2生產(chǎn)能力Q=nqA=1/120×0.07×47.1=0.0275m3/s=99m3/h2）C＝1/（1-0.3）＝1.429kg濕濾渣/kg干渣C/ρC=1/ρP+(C-1)/ρ1.429/ρC=1/2000+(1.429-1)/1000ρC=1538kg/m3ν＝Xρ/(1-CX)×C/ρC=0.07×1000/(1-1.429×0.07)×1.429/1538=0.0722m3濾餅/m3濾液濾液體積：V＝qA=0.07×47.1=3.297m3濾餅體積：VC＝νV＝0.0722×3.297＝0.238m3濾餅厚度：L＝VC/A=0.238/47.1=0.005m=5mm1、真空度=大氣壓-絕對壓強（P<Pa）表壓=絕對壓強-大氣壓（P>Pa）2、流量：體積流量質(zhì)量流量qm=qvρ

流速：平均流速質(zhì)量流速u=qv/Aw=uρ3、估算直徑：qv=0.785d2ud=

(qv/0.785u)1/24、穩(wěn)定流動與非穩(wěn)定流動5、連續(xù)性方程式u2/u1=（d1/d2）26、柏努力方程gz1+u12/2+P1/ρ+w=gz2+u22/2+P2/ρ+∑hfu=qv/0.785d2Re=duρ/μ∑hf=λl/d×u2/2(湍流)∑hf=32μlu/ρd2(層流)7、牛頓粘性定律8、Re≤2000（層流）

Re≥4000（湍流）9、當量直徑de=4×流通截面積/潤濕周邊10、如何確定最適宜管徑。12、并聯(lián)管路13、皮托管測量流體的點速度孔板流量計、轉(zhuǎn)子流量計測量流體的平均速度前者恒截面，變壓差。后者變截面，恒壓差。qv=aA0[2gR（ρi-ρ）/ρ]1/2一、填空1、實際流體在管道內(nèi)流動時產(chǎn)生阻力的主要原因是（）。2、某流體在直管中作層流流動，在流速不變的情況下，管長、管徑同時增加一倍，其阻力損失為原來的（）倍。3、流體在阻力平方區(qū)流動，若其它條件不變，其壓降隨著管道相對粗糙度增加而（），隨著流體密度的增加而（）。4、（）是判別流型的依據(jù)，當流體在圓形直管內(nèi)流動時，（）時為層流，此時λ＝（），當（）為湍流。5、用ζ計算突然擴大和縮小的局部阻力損失時，通常按（）管內(nèi)的流速計算動能項。二、選擇1、有一并聯(lián)管路，兩段管路的流量、流速、管徑、管長及流動阻力分別為v、u、d、l、hf及v?、u?、d?、l?、hf?，若d=2d?，l=2l?，則：1）hf/hf?=();2）兩段管路中流體均作層流流動時，v/v?=()，u/u?=（）。3）兩段管路中流體均作湍流流動時，并取λ＝λ?，v/v?=()，u/u?=（）。A）2B）4C）8D）1/2E）1/4F）12、在完全湍流（阻力平方區(qū)）時，粗糙管的摩擦系數(shù)λ數(shù)值（）。A）與光滑管一樣B）只取決于ReC）只取決于相對粗糙度D）與粗糙度無關(guān)3、某液體在內(nèi)徑d1的管路中穩(wěn)定流動，其平均流速為u1，當它以相同的體積流量通過某內(nèi)徑為d2（d2=d1/2）的管子時流速將變?yōu)樵瓉淼模ǎ┍?湍流時（完全湍流區(qū)）?Pf為原來的（）倍，層流時?Pf為原來的（）倍。（管長不變）A）4B）16C）32D）8用一離心泵將敞口貯槽中20℃的水送往一個密閉容器中，容器內(nèi)保持10kPa（表壓）壓強，貯槽液面與容器入口之間的垂直距離40m，管路為φ83×4mm鋼管，總長45m（包括所有局部阻力的當量長度），摩擦系數(shù)λ＝0.028。管路上裝有孔徑d0=30mm孔板流量計，測得連接孔板的指示液為汞的U形壓力計讀數(shù)R＝0.32m、孔流系數(shù)C0＝0.61。求：1）此管路中水的流速，流量;2）泵的壓頭;3）有效功率;4）若泵效率為65％，求泵的軸功率。解：1）qv=αA0[2gR（ρi-ρ）/ρ]1/2=0.61×0.785×0.032×[2×9.81×0.32×（13600－1000）/1000]=3.83×10－3m3/su=qv/（0.785d2）＝3.83×10－3/（0.785×0.0752）=0.86m/s2）在貯槽液面與容器入口兩截面間列柏努利方程He＝(z2-z1)+(P2-P1)/ρg+(u22-u12)/2g+∑Hf式中P1=0（表壓），P2=10kPa，Z2－Z1＝40m，u1=u2=0∑Hf=λ×（l＋le）/d×u2/2g=0.028×45/0.075×0.862/（2×9.81）＝0.63mHe＝10×103/（103×9.81）+40+0.63=41.65m3）Pe=qvHeρg=3.83×10-3×41.65×103×9.81=1565w4）Pa=Pe/η=1565/65%=2408w已知管內(nèi)徑為d=50mm，在閥門全開時輸送系統(tǒng)的∑（l+le）=60m，摩擦系數(shù)λ＝0.03，泵的性能曲線在流量為6m3/h至15m3/h范圍內(nèi)可用下式描述：H＝18.92－0.82qv0.8，此處H為泵的揚程m，qv為泵的流量，問：如要求流量為10m3/h，單位質(zhì)量的水所需外加功為多少？單位重量的水所需外加功為多少？此泵能否完成任務？如要求輸送量減至8m3/h（通過關(guān)小閥門達到），泵的軸功率減少百分之多少？（設泵的效率不變）。解：1）在1-2截面間列柏努利方程，以1為基準He＝(z2-z1)+(P2-P1)/ρg+(u22-u12)/2g+∑Hf式中P1=P2=0（表壓），z1=0，z2=10m，u1=u2=0∑Hf=λ×（l＋le）/d×u2/2g＝0.03×50/0.05×［10/（3600×0.785×0.052）］2/（2×9.81）=3.06mHe=10+3.06=13.06mW＝gHe=9.81×13.06=128.1J/kgH=18.92-0.82qv0.8=18.92-0.82×100.8=13.75m>He2）（Pa-Pa?）/Pa＝（qvHρg/η-qv?H?ρg/η）/qvHρg/η=（qvH-qv?H?）/qvH＝［10×13.75-8×（18.92－0.82×80.8）］/（10×13.75）＝15.1％一、填空1、離心泵為了避免（）現(xiàn)象，啟動前需（）被輸送的液體，因而離心泵不具有（）能力。為了避免發(fā)生（）現(xiàn)象，需限制（）高度。2、離心泵的主要構(gòu)件（）、（）。葉輪的形式有（）、（）、（）三種。3、離心泵的比例定律（）、（）、（）。4、離心泵的設計點是指（）。而離心泵的工作點則是指（）。5、往復泵的正位移特性是指（）。6、離心泵的主要性能參數(shù)指（）、（）、（）、（）。7、離心泵的特性曲線指（）、（）、（），它是在恒定轉(zhuǎn)速下測定的。啟動離心泵時必須關(guān)閉（），目的是使離心泵的（）最小，以免燒壞電機。8、離心泵的揚程與密度無關(guān)，而軸功率與密度成正比。密度增大，流量、揚程、效率不變，軸功率增大。黏度增大，流量、揚程、效率下降，軸功率增大。9、往復泵具有自吸能力，往復泵為正位移泵。10、安裝高度Hg允許=（P0-PV）/ρg-?h-ΣHf二、選擇1、某同學進行離心泵特性曲線測定實驗，啟動泵后，出水管不出水，泵進口處真空計指示真空度很高，他對故障原因作出了正確判斷，排除了故障，你認為以下可能的原因中，哪一個是真正的原因（）。A）水溫太高B）真空計壞了C）吸入管路堵塞D）排出管路堵塞2、離心泵漏入大量空氣后將發(fā)生（）。A）汽化現(xiàn)象B）氣縛現(xiàn)象C）汽蝕現(xiàn)象D）氣浮現(xiàn)象3、以下物理量不屬于離心泵的性能參數(shù)（）。A）揚程B）效率C）軸功率D）有效功率4、離心泵的調(diào)節(jié)閥開大時，則（）A）吸入管路的阻力損失不變B）泵出口的壓力減小C）泵入口處真空度減小D）泵工作點的揚程升高5、離心泵銘牌上標明的是泵在（）時的主要性能參數(shù)。A）流量最大B）壓頭最大C）效率最高D）軸功率最小6、離心泵產(chǎn)生汽蝕的原因可能是（）。A）啟動前沒有充液B）安裝高度過高C）底閥堵塞D）葉輪直徑太小7、由閥門全開的條件算出在要求流量為Q時所需揚程為He，在離心泵的性能曲線上查得與Q對應的揚程為H，H>He，在流量為Q時泵的效率為η，則泵的軸功率為（）。A）QHeρg/1000ηkwB）QHρg/1000ηkwC）QHeρ/102ηkwD）QHρg/102ηkw三、簡述簡述離心泵的氣縛和汽蝕現(xiàn)象，往復泵有無氣縛和汽蝕現(xiàn)象，為什么？四、計算題用泵將貯槽中密度為1200kg/m3的溶液送到蒸發(fā)器內(nèi)，貯槽內(nèi)液面維持恒定，其上方壓強101.33×103Pa。蒸發(fā)器上部的蒸發(fā)室內(nèi)操作壓強為200mmHg（真空度）。蒸發(fā)器進料口高于貯槽內(nèi)的液面15m，輸送管道的直徑為?68×4mm，送料量為20m3/h，溶液流經(jīng)全部管道的能量損失為120J/kg，求泵的有效功率。若效率為65%，則軸功率為多少？解：在貯槽液面1-1與管路出口內(nèi)側(cè)2-2兩截面間列柏努力方程gz1+u12/2+P1/ρ＋W=gz2+u22/2+P2/ρ+∑hf式中Z1=0,Z2=15m,P1=0(表壓),P2=-(200/760)×101.33×103=-26670Pa(表壓)，u1=0,u2=20/(3600×0.785×0.062)=1.97m/s∑hf=120J/kgW=g?z+u22/2+(P2-P1)/ρ+∑hf=9.81×15+1.972/2-26670/1200+120=246.9J/kgPe=qvHeρg=qvρW=(20/3600)×1200×246.9=1647w1、當顆粒與流體作相對運動時，層流的范圍是（

），此時的沉降速度ut=（）。2、若降塵室的高度增加，則沉降時間（），氣流速度（），生產(chǎn)能力（）。3、離心沉降時，旋轉(zhuǎn)半徑R＝0.4m，切向速度ui=20m/s，則離心分離因數(shù)Kc=（）。4、降塵室的生產(chǎn)能力只與降塵室的（）有關(guān)，而與（）無關(guān)。5、顆粒的球形度ψ＝（），比表面積a＝（）。6、除去液體中混雜的固體顆粒，在化工生產(chǎn)中可以采用（）、（）、（）。7、旋風分離器性能的好壞，主要以（）來衡量。（）愈小，說明其分離性能愈好。二、選擇題1、沉降室的生產(chǎn)能力取決于（）。A、沉降室的高度B、沉降室的底面積C、含塵氣體速度D、能100％除去的最小顆粒的沉降速度2、在長為Lm，高為Hm的降塵室中，顆粒的沉降速度為utm/s，氣體通過降塵室的水平流速為um/s，則顆粒能在降塵室內(nèi)分離的條件是：（）A、L/u<H/utB、L/ut<H/uC、L/ut≥H/uD、L/u≥H/ut3、設降塵室的長、寬、高分別為L、b、H（單位均為m），顆粒的沉降速度為utm/s，氣體的體積流量為qv，則顆粒能在降塵室分離的條件是：A、H/ut≥LbH/qvB、H/ut≤LbH/qvC、L/ut≤HbH/qvD、L/ut≥HbH/qv

一、填空1、過濾的兩種方式是：（）和（），自來水處理采用的是：（）。2、實現(xiàn)過濾操作的推動力可以是（）、（）或（）。二、選擇題1、過濾推動力一般是指（）。A、過濾介質(zhì)兩邊的壓差B、過濾介質(zhì)與濾餅構(gòu)成的過濾層兩邊的壓差C、濾餅兩邊的壓差D、液體進出過濾機的壓差2、推導過濾基本方程式時一個最基本的依據(jù)是：（）。A、固體顆粒的沉降速度B、濾餅的可壓縮性C、流體的層流流動D、過濾介質(zhì)的比阻3、板框壓濾機中，最終的過濾速率是洗滌速率的（）。A、一倍B、一半C、四倍D、四分之一4、在板框壓濾機中，如濾餅不可以壓縮，介質(zhì)阻力不計，當過濾壓差增加一倍時，其過濾速度為原來的（）。如濾液粘度增加一倍，壓差不變，過濾速度為原來的（）。A、21/2倍B、1/2倍C、2倍D、1/21/2倍三、計算題1、用板框壓濾機在恒壓下處理某種懸浮液，濾框邊長0.65m，厚0.05m，共10個框，已測得操作條件下有關(guān)參數(shù)為：K＝6×10－5m2/s，qe=0.01m3/m2，獲得1m3濾液的濾餅體積為0.1m3。求：濾框完全充滿需多少時間，可得多少濾液？解：ν＝0.1/1=0.1m3濾餅/m3濾液濾餅體積VC＝0.652×0.05×10=0.211m3濾液體積V＝0.211/0.1=2.11m3過濾面積A＝0.652×2×10=8.45m2由恒壓過濾方程：V2＋2VeV=KA2t2.112+2×0.01×8.45×2.11=6×10-5×8.452×t解得t=1122s實驗室中在與生產(chǎn)條件相同的壓差下對某種顆粒在水中的懸浮液進行過濾實驗，測得qe=0.01m3/m2，K＝1.579×10-4m2/s。懸浮液中，固相質(zhì)量分率為0.07，固相密度為2000kg/m3，濾餅不可壓縮，其含水量為30％（質(zhì)量分數(shù)）。今選用一臺直徑1.5m，長10m的轉(zhuǎn)筒真空過濾機處理此種料漿，所用濾布與實驗相同，轉(zhuǎn)筒浸沒角為120o，轉(zhuǎn)速為0.5轉(zhuǎn)/分，操作真空度為8.0×104Pa，試求：1）該過濾機的生產(chǎn)能力（以每小時獲濾液體積計）;2）濾餅厚度。解：1）過濾面積A＝πDL＝3.14×1.5×10＝47.1m2浸沒度φ＝120/360＝0.3333q=(Kφ/n+qe2)1/2-qe=

[1.579×10-4×0.3333/(1/120)+0.012]1/2-0.01=0.07m3/m2生產(chǎn)能力Q=nqA=1/120×0.07×47.1=0.0275m3/s=99m3/h2）C＝1/（1-0.3）＝1.429kg濕濾渣/kg干渣C/ρC=1/ρP+(C-1)/ρ1.429/ρC=1/2000+(1.429-1)/1000ρC=1538kg/m3ν＝Xρ/(1-CX)×C/ρC=0.07×1000/(1-1.429×0.07)×1.429/1538=0.0722m