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1、化工流体流动课程设计作业 流体输送管道设计 天津大学化工学院化学工程与工艺一班 王一斌学号：30092070181首页1目录2设计任务书33设计计算过程及结果43.1设计过程相关计算43.1.1流体物性43.1.2主管路的管路计算43.1.3 A支路的管路计算53.1.4 B支路的管路计算63.2泵的工作点的确定及管路的特性方程的计算33.2.1泵的工作点的确定33.2.2管路的特性方程的计算43.3泵的选择与计算43.3.1泵的选择43.3.2泵的计算44. 设计结果一览表55. 对设计的评述56. 参考文献67符号说明68.附图7一设计任务书 现有一套输水装置，装置由一个低位储罐a, 套离
2、心泵，若干管路管件及阀门 构成。水槽中的液面维持恒定，泵的吸入管路由4米长的无缝钢管与水槽直接相 连。泵的输出管路在d点分为de与df两支路。设de为A支路，df为B支路。d 处采用三通旋塞阀。输出主管路cd长为20米，分支管路A长为8米，其表压规 定为30000Pa;分支管路B长为6米，表压规定在50000Pa。每天需从A管路输送 900m啲水，从B管路输送1500m啲水。每个管路都配有流量计和闸阀以控制流 量。生产工艺条件在30摄氏度左右进行，储罐与大气相同，其液面上方的大气 压假定为1atm。每年按300天，每天输送24小时，且流体流量设定为1.53m/s 之间。进行管路设计并选择合适的
3、泵。二流程简图 三设计计算过程及结果 总管路和支管路的设计1流体物性在常压、30摄氏度下，水的物性数据：密度p=995.7kg/m3，粘度 p=0.8007mPas 水在管路中的常用流速范围为1.53.0m/s (本设计中规定为2 m/s左右)，新的无缝钢管绝对粗糙度e在0.10.2mm (本设计使用0.1mm)。一、主管路的管路计算1管径、流速、雷诺数的计算与流型的判断如流程简图所示，本项目采用分支管路的设计，由质量守恒定律有：即，Vs=900m3/d+1500 m3/d=2400 m3/d =100m3/h=(l/36)m3/s由d=(4Vs/nub)代入流体的流量-1，计算主管路的排出管
4、路管径：d=4/36/n/2=132.98mm故选用p146x6mm的无缝钢管。dT=146-2x6=134mm，Ub.T=4Vs/nd2=4/36/n/0.1342=1.97m/s结合水的物性数据，即可求出总管路流体的雷诺数Re：Re= dpu/=0.134x1.97x995.7/0.0008007=3.283x10A5 4000，故可判断，流体的流型为湍流。2直管摩擦阻力的计算本设计规定新的无缝钢管绝对粗糙度e=0.1mm，贝相对粗糙度e/d=0.00075由Re及相对粗糙度，查由管流摩擦系数 与雷诺数Re及相对粗糙度e/d的关系 图得管流摩擦系数九=0.035因此：吸入管的直管摩擦力hf
5、T 吸入=rTx(LT/d)x(ub,T2/2)=0.035x(4/0.134)x (1.972/2) =2.207J/kg；输出主管的直管摩擦力hfT 输出=XTx(LT/d)x(ub,T2/2)=0.035x(20/0.134)x(1.972/2)=11.035 J/kg3局部阻力的分析A闸阀造成的局部阻力：查表得知闸阀全开时的阻力系数g为0.17 B管道入口处的阻力：查表得知阻力系数g为0.54管路总阻力的计算hfT=6x(Ll+L2)/d+U(ub，T2/2) =2.207+11.305+(0.5+0.17)x(1.972/2)=14.81 J/kg二、A支路的管路计算1管径、流速、雷
6、诺数的计算与流型的判断A支路的流量为Vsl=900 m3/d=(l/96)m3/s，由d=4Vs/nub)代入流体的流量-1,计算主管路的排出管路管径：d=4/96/n/2=81.43mm，故选用 89x3.5mm的无缝钢管。dT=89-3.5x2=82mmubA=4Vs A /nd2=4/96/n/0.0822=1.97 m/s结合水的物性数据，即可求出总管路流体的雷诺数Re：Re= dpu/=0.082x1.97x995.7/0.0008007=2.009x10A5 4000,故可判断，流体的流型为湍流。2直管摩擦阻力的计算本设计规定新的无缝钢管绝对粗糙度e=0.1mm，贝I相对粗糙度e/
7、d=0.0012由Re及相对粗糙度，查由管流摩擦系数九与雷诺数Re及相对粗糙度e/d的关系 图得管流摩擦系数九=0.021，于是A支路的直管摩擦阻力hf，A=Ax(LA/d)x(ub，A2/2)=0.021x(8/0.082)x(1.972/2)=3.976 J/kg3局部阻力的分析A三通造成的局部阻力：查表得知三通直入直出的阻力系数g为1 B闸阀造成的局部阻力：查表得知闸阀全开时的阻力系数g为0.17 4管路总阻力的计算hfA=mLA/d+g(ub，A2/2)=3.976+(1+0.17)x(1.972/2)=6.25 J/kg三、B支路的管路计算1管径、流速、雷诺数的计算与流型的判断B支路
8、的流量为Vs2=1500 m3/d=5/288 m3/s，由d=4Vs/nub)代入流体的流量 -1，计算主管路的排出管路管径：d=4x5/288 /n/2= 105.13mm，故选用p114x4mm的无缝钢管。dB=114-2x4=106ubB=4Vs B /nd2=4x5/288/n/0.1062=1.97m/s结合水的物性数据，即可求出总管路流体的雷诺数Re：Re= dpu/y=0.106x1.97x995.7/0.0008007=2.597x10人5 4000，故可判断，流体的流型为湍流2直管摩擦阻力的计算本设计规定新的无缝钢管绝对粗糙度e=0.1mm，贝I相对粗糙度e/d=0.000
9、9，由Re 及相对粗糙度，查由管流摩擦系数 与雷诺数Re及相对粗糙度e/d的关系图得管 流摩擦系数九=0.019，于是A支路的直管摩擦阻力Hf, B=XBx(LB/d)x(ub, B2/2)=0.019x(6/0.106)x(1.972/2)=2.087 J/kg3局部阻力的分析A三通造成的局部阻力：查表得知三通直入直出的阻力系数g为1 B闸阀造成的局部阻力：查表得知闸阀全开时的阻力系数g为0.17 4管路总阻力的计算hfB=RLB/d+U(ub, B2/2)=2.087+(1+0.17)x(1.972/2)=4.36 J/kg 泵工作点的确定及管路的特性方程的计算一、泵的工作点的确定 管路压
10、头的计算：He=(AZA+pA/pg+hf,A/g)xA +(AZB+pB/pg+hf,B/g)xB +hfT/g=(10+30000/995.7/9.81+6.25/9.81)x(900/2400)+(10+50000/995.7/9.81+4.36/9.81)x(15 00/2400)+14.81/9.81=13.38m由以上计算可知管路的工作点为Qe=100m3/h, He=13.38m二、管路的特性方程的计算._-，可将上式简化为，由，忽略动能项，令._ 一一_对于特定管路，可令_将上式进一步简化为。ee在本设计中：K=AZ+AP/pg= ( AZA+ApA/pg)xA+ ( AZB+
11、ApB/pg) xB=14.35；故该管路的特性方程可以表征为He=14.35+3.124x103Qe2泵的选择与计算一、泵的选择由泵的工作点Qe=100m3/h，He=13.38m，选择IS型单级单吸离心泵中10080125型离心泵二、泵的计算1. 泵的性能参数所选泵在n=2900r/min下的有关性能参数为：Q=120m3/h， H=16.5m， N=7.28kw n=74%，Ne=5.39kw (NPSH) r=5.0m从上面的数据可以看出，泵所提供的流量Q和扬程H均稍大于管路系统要求值, 可通过泵出口阀开度来调节。2. 泵的安装高度的计算30摄氏度时水的饱和蒸汽压pv=4242.53P
12、a，实际气蚀余量 NPSH= (NPSH) r +0.5=5.5m泵的安装高度：Hg= (Pa-pv) /pg -NPSH -hfT 吸入=(101325-4242.53) /995.7/9.81-5.5- (2.207+0.5x1.972/2) /9.81=3.82m, 因此泵的安装位置应在低于液面3.8米处。三、对输送过程进行简单分析输送温度、密度和黏度等因素变化时或流量需求发生变化时，经查表计算调节阀 门开度，通过流量计精确控制流体的流量，达到生产要求。四设计计算结果一览表Al览钢诗现拈妊卿却hi主滴IODqrI46M6mni址的输出讦100(pj45x6miTiA克裁37.50-64日
13、支空62.50.44数120 ma/h压头H16.5 m奴皋n74%有戳功峯礼氓讪5砂金常W虫S.Sm3.82m五对设计的评述一、技术评价指标评价一个化工过程技术的可行性、先进性和可靠性，主要根据如下几项指标：1. 产品的质量和销路；2. 原料的质量、价格、加工难易、运输性能及供应的可靠性；3. 原料的消耗定额；4. 过程设备的总数目或总质量，工艺过程在技术上的复杂性，操作控制的难易程 度等；5. 能量消耗定额和品位；6. 劳动生产率；7. 环境保护及生产的安全性。二、经济评价指标在开发投资项目的技术方案中，用技术经济观点和方法来评价技术方案的优劣， 经济评价对技术评价的继续和确认。一般包括：
14、1. 基本建设投资额；2. 化工产品的成本；3. 投资的回收期或还本期；4. 经济效益利润和利润率；5. 其他经济学指标。三、工程项目投资估算（在此考虑总生产成本估算）1 直接生产成本包括原料（针对本设计，即工业供水等）、辅助材料（如催化剂、溶剂、包装材料 等）、公用程、操作人员和管理、实验室费用、操作消耗品、专利使用费、维护 检修费等2固定费用折旧、资金利息、保险费3工厂管理费全厂性固定资产的固定费用和经常费用、工厂管理人员办公室和差旅费、研究和 开发费4销售费用5销售人员费用、运输广告费、销售营业处费用（具体评价需根据各地商品价格的具体情况而定，计算出设计的技术和经济方面 的投入与产出，以
15、便斟酌，做出选择。）通过化工流体流动课程设计，我初步接触了化工设计，将“流体流动”和“流体输送 机械”中所学的知识点融合贯通，提高了综合分析问题的能力。六参考文献1. 柴诚敬、张国亮主编化工流体流动与传热第二版化学工业出版社2. 王静康主编化学过程设计第二版化学工业出版社3. 马晨皓流体输送管路设计七英文A管径截面积，m2；A0孔径截面积m2；d管径，m；e绝对粗糙度，mm；g重力加速度，m2/s；.油泵允许气蚀量，m； H泵的压头，m；He管路系统所需的压头，m；Hf压头损失，m； Hg泵的允许安装高度m1、L管长，m；le、Le当量长度，m；n转数（转速），r/min； N轴功率，kW；Ne有效轴功率
