ASPEN学习笔记 12 : 流体输送单元 泵

ASPEN学习笔记 12 : 流体输送单元 泵

pump

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泵的几个基本概念

NPSH

The Net Positive Suction Head (NPSH) available for a pump is defined as:

    \[NPSH<em>A = P</em>{in} -  P_{vapor} + H_v + H_s\]

Where:

NPSH_A = Net Positive Suction Head Available 可获得的净正吸入压头
P_{in} = Inlet pressure 入口压力
P_{vapor} = Vapor pressure of the liquid at inlet conditions 入口条件下的液体蒸汽压
H_v = Velocity head = u2/2g where u is the velocity and g is the gravitation constant 动压头
H_s = Hydraulic static head corrected to the pump centerline 精确到泵的轴心线的水力学静压头

NPSH_a 要比要求的NPSH_r要大,否则可能发生汽蚀。

    \[NPSH<em>r = [\frac{NQ^{0.5}}{N</em>{ss}}]^{\frac{4}{3}}\]

其中

    \[NPSH_r\]

= Net Positive Suction Head Required 要求的净正吸入压头
N = Pump shaft speed (rpm) 泵的轴速度
Q = Volumetric flow rate at the suction conditions 吸入条件下体积流率

    \[N_{ss}\]

= Suction specific speed 吸入比速

The units for Q and NPSHR are:

US: 英制 Q in gal/min and NPSHR in feet 英尺
Metric: 公制 Q in cum/hr and NPSHR in meters 米

上面提到了吸入比速,首先定义比速

    \[N_s = \frac{NQ^{0.5}}{Head^{0.75}}\]

Head = Head developed across the pump 泵提升的压头
Ns = Specific speed 比速
N = Pump shaft speed (rpm) 泵轴转速
Q = Volumetric flow rate at the suction conditions 吸入条件下的体积流率

The units for Qand Head are:

US: Head in feet, Q in gal/min 压头单位英尺 和流率单位加仑每分钟
Metric: Head in meters, Q in m3/hr 压头单位米,流率单位立方米每小时

The choice between US and Metric speed units is made on the Setup | Calculation Options sheet.

英制和公制可以在Setup - 计算选项中选择

知道了比速的定义后,再来定义吸入比速,其实就是将泵的NPSHr代替Head,

    \[N_s = \frac{NQ^{0.5}}{{NPSH_r}^{0.75}}\]

吸入比速是泵的性能的一个判据 该性能是有关气蚀方面的 对于通常的泵设计

US 单位制时
ss N 值在 6000 到 12000 范围内变化 典型值是 8500

压头系数

    \[Head_c = \frac{Head * g}{u^2}\]

Headc = 压头系数
Head= 通过泵所提升的压头
g= 重力加速度
u =叶轮末端速度

流通系数

流通系数是排放喉管速度与叶轮末端速度之比,

    \[Flow_c = \frac{Q}{A_1u}\]

    \[A_1 = \frac{\pi {d_1}^2}{4}\]

Flowc = 流通系数
Q = 体积流率
A_1= 喉管横截面积
d_1= 喉管直径
u =叶轮末端速度

而 由于

    \[N_s = 5500\frac{d_1}{Diam}\]

N_s为 最佳效率点的比速

Diam 为叶轮直径, 在 Setup calculation 选项上也可以定义比速

流体功 Fluid power

    \[FHP = w <em> g </em> dH = \frac{wg *dP}{\rho g}\]

其中

dH = head generated = \frac{dP}{\rho g} 增加的压头
w = mass flow rate 质量流率
g = gravitational acceleration 重力常数
dP = the pressure difference across the pump 经过泵产生的压差
ρ = fluid mass density 流体密度

示例5.2

一股需要泵输送的苯物流,温度 40℃ ,压力 100kPa ,流量 100kmol / h 。泵效率 85% ,
驱动机效率 95% ,特性曲线数据如表 5-3 所示。计算泵的出口压力、泵的有效功率、轴功率
以及驱动机消耗的电功率。物性方法采用 RK-SOAVE 。

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  • 组分
    • image-20220523212345677
  • 方法
    • image-20220523212405624
  • 流程 Flowsheet
    • image-20220523212525647
  • 流股 streams
    • image-20220523212609526
  • 操作单元Block
    • 对于此题,我们已经知道入口流体条件,已经知道泵的效率和性能曲线,求出口压力
    • image-20220523212742604
    • image-20220523213035350
    • image-20220523213147227
  • 运行

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