第一章中药制药工程的流体动力过程 缩机。 ①立式压缩机如ⅡZA1.5/8型、237型,是单级、双缸双作用往复式压缩机。其中 2Z3/7型可根据需要设计为无油间滑式,提供无油洁净压缩空气 ②ⅴ型压缩机代表气缸排列呈ⅴ型(角式),为二级、双缸、单动,其屮一级排出压力 2MPa(表),级排出压力0.8MPa(表)。 级之间有中间水冷却器。当贮罐内气压达到 额定工作压力或低于额定工作压力0.05~0.1MPa时,依靠自动调节系统使压缩机空载或减载运 行,以保持额定工作压力。 ③L型压缩机这是类电机直接传动、二级、双缸双动、水冷式空气压缩机,两个气缸 轴线成90°,一个为立式,一个为卧式,其型号有3L10/8、41.2018、7-10018等。3L-15;3.5 4L-40/2-3.2、5L-55/35等则是L型系列的变型产品,具有髙效率节能,运转完仝可靠,低噪卢 等特点。L型压缩机也叮用自动调节系统,在空载或减载的情况下保持额定T作床力 ④卧式压缩机-般常见为小型或移动式(单级);也用于大型高压、高压缩比的场合·如 合成氨30MPa,此时般为4~5级压缩。卧式多级压缩机占地面积较大,要求有牢靠的基础 易于维修,因级数多而排出压力较大 选用往复式压缩机时,首先应根据输送气体的性质确定压缩机的种类(如空气、氨气等压缩 机)。然后根据生产任务及厂房的具体条件选定结构型式(Z、L和V等)。最后根据生产中所需 的排气压力,在压缩机的样本上或产品目录中选择合适的型号。再次强调,压缩机样本或产品日 录中所列排气量,一般按20℃、101.3kPa状态下的气体体积计算。 4.真空泵的选择 (1)选型旋片式、往复式、水环式、水或燕汽喷射泵都是中药生产中可选择的真空机械 它们的特点和工作范围如表1-25所示。 表1-25各类真空泵工作范固和特征 泵种类 压力/mmHg(绝) 持征 仪适用于真空度低,含蒸汽少 活謇泵 机械泵叶片泵 排气量大的场合,必需加辅助泉 分子泵 适用工作精度高场合 适合真空度低,如排除落汽的 水环泵 场合 以0.2~0.3MPa水为动力,适 水喷射泵 用于排除蒸汽和冷凝性气体 对各种气体均能适应,按不同 要求可选择不同级数 喷射泵 蒸汽喷射泵 油扩散叛 适合于高真空度 分 适合于高真空度 ① ImHo=133.322Pa (2)真空泵的选择真空泵的最主要特性是极限真空和抽气速率。这两个特性是选择真空泉 的依据。 极限真空是由T艺条件决定,真空浓缩或蒸发所需的真空度较低,而真空于燥和分子蒸馏所 需的真空度较高
30 第一篇中药制药工业单元过程 抽气速率的影响因素较多。真空设备中需要排除的气体可以是不凝性气体(如空气),也可 以是叮凝性蒸气。在有些过程中,如真空蒸发和蒸馏等,大部分是可凝性蒸气。由于在真空条件 下气体的密度待別小,要排除一定质量的气体,其体积十分庞大,若要求将全部气体用真空泉抽 出,不少丁式真空泵,甚至有些湿式真空泵在结构上是不允许的。更严重的问题是,抽送这么大 体积的气体,真空泵必然十分庞大,消耗功率太大。因此在工业上必须遵守的原则是:荐真空设 备中要排除可凝性气体,只要寘空度不是太高而能较方便地冷却,则应尽可能冷成凝液而排除 然后用真空泵抽除不凝性气体和少量饱和温度下的蒸气,以维持系统的真空度。 需用真空泵连续抽除的气体量包括: W1-单位时间内从外界漏入真空系统的空气量,kg/h; W2—与过程液体的饱和蒸气压相当的蒸气量,kg/h W3—用冷却水直接冷却时,冷却水中释放出的溶解空气量,kg/h; W 工艺过程中产生的不凝性气体量,kg/h 实际上,W3和W很小,可以忽略,所以真空泵的抽气量 W=W+W2 三、管路系统的工艺设计计算 工程中常见的管路系统多数为复杂管路系统,它们的工艺设计计算包括管路设计计算和流体 压送机械的计算选用两部分。无论管路系统是多么复杂,其最基本的仍然是一段段等径直管的柏 努利方程的计算问题 1.等径直管的工艺计算 段直管的内径不变时,其工艺计算一般讲有三种类型,如表1-2-6及图1-28所示: 表1-2-6等径直管工艺计算的三种类型 计算方法和流程 (1)d、l、V 顺序计算 (3)d、l+∑l2∑h 试差法 中d-直管内径,m:、l直管长、局部阻力当量长度,m;V,体积流量,m'/s;∑-总流动阻力失 /kg;W,一外加机械能,J/kg 列柏努利 ∑hri 重设 试差过程 是 计算完或 已知H,l+)l2、B,求d 已知d、}+、Σh,求V 图1-2-8等径直管「艺计算的三种类型
第一章中药制约工程的流体动力过程 【例1-2-1】黏度为10Pa·s,密度为100kg/m3的某液体以0.01m3/s的流速自设备1经总 长为20m、内径为d的钢管流人设备2,管路中有一个全开闸阀和两个90°弯头。试求不同管径 21.3×2.75、焖3.5×3.25、帕0×3.5、8.5×4、14X4、65×4.5时的∑h 解按上述计算稈序,对不同管径列表进行计算。本例表明,完成同样的流休输送任务时管 内径愈小所产生的流动阻力急剧升高 0.01585.028.06×1056.01276.01131.520·0.1+2×0,5+0.5+0.23~21.837372.61.87 002717:488.06×100.0740.035132.8040.7+2×08+08+04一2.97450「66 0.0534.528.065×100.0030.0271.220+0.35+2×1.6+1.6+0.8=25.9513:.82.13 0.0805.068.06×100.00410.026.920:0.5+2×2.5+2.5+1.2-29 0.1061.138.06×100.0o90.0240.6420+0.7+2×3.3+3.3+1.5=32. 0.F7 0156「0.528.06×100.0130.0230.1420+1+2×3+5+2.4-38.1 已知计算 计算 查表 查算图计算 计算 计算计算 【例1-2-2】从水塔引水至车间釆用14X4的钢管,其l+∑l=150m,塔内液位维持稳 定,水温为12℃,求管路的流量v 解如附图1,对1-1、2-2面列柏努利方程,如附表1。 输入d、"、P 计算e如 求λ 计算(A 例1-2-2附图1 1-2-2附表1 单位:J/kg 1重设设返呵 计算值=1176 参数 1-1 p(表压 打印结果 9,8×2-117.6 例1-2-2附图2 u -+d 117.6 u2 (2·0.105+1)·2=176 给出试差法的计算机程序如附图2 具体计算过程如附表2,其中
第-中制药工业单元过程 Red=006×w、、N=86179 I.23×10 V3600××0.106×2.9=92.13m3/h 例1-2-2附表2 58.60 基本符合 2.管路直径的确定 对于既定的流体输送任务,可以采用不同的管内平 费用 总费用 均流速,从而管内径也不同,不同内径时的流动阻力变 化很大,因而需外加能量也要变化,已如例121所示。 设备費流速是由设计人员选定的,若流速选得太大,管径虽叮 减少,但流体流过管道的阻力也会增加,动力消耗也就 会加大,经常性操作费用则会提高。反之,若流速选的 操作费 太小.动力消耗引起的操作费用减少了,但为满足流量 所需的管径则需增大,管路的-次性基建投资就会提 高,因此,在管路设计时要综合考虑操作费用和基建费 管径用这两个相互矛盾的因素,选一个合适的流速值,使两 项费用之和为最小,这就是过程最佳化的最简单实例 图1-2-9适宜管径的确定 阴影区为最低总费用凶 如图1-2-9所示 上述计算对于较大型的工程设计是完全必要的。对 于小直径管路设计,由于计算繁琐,耗费时间、精力较大,不一定要这样做。比较方便的是釆用 经验的适r流速来计算相应的管径,各种流体的常用流速范围见表1-2·7。 表1-2-7流体在管中流动常用流速范围 流速(ms 自来水(0.3MPa左右) 一般气体(常压) 10- 水及低點度液体(0.1~1MPa 鼓风机吸入管 高黏度液体(盐类溶液等) 0.5~J.0 鼓风机排出管 15~20 工业供水(0.8MPa以下) 1.5~3.0 离心泵吸入管(水一类液体) 锅炉供水(0.8MPa以下) 离心泵排出管(水一类液体 饱和蒸汽(0.3MPa以上) 往复泵吸入管(水一类液体) 0.75~1.0 过热蒸汽 30~50 往复泵排出管(水一类液体) 1.(~2.0 蛇管、螺旋管内冷却水 <1.0 液体自流速度(冷凝水等) 压空气 真空操作下气体流速 0 高压空气 l5~25 【例1-2-3】通过某水管的输水量为3m2/h(压力0.5MPa),试选水管的适宜管径 解已知V=30m'/h0.0083m3/s,从表1-27选t=1.8m/s,计算得 1×0.0083} 1.8 =77mm 从手册中查得相近的管子规格为89×4,将此管的内径d=89-4×2=81(mm)=0.08lm再
第一中药制药工程的流体动力过程 代入上:式,实际流速为: V,4×0.0083 1.62ms rd丌×.081 3.复杂管路系统的工艺设计计算 复杂管路系统包括总管及层层支管,各支管对所输送的流体的流量与压力等也有不同的要 求,有时甚至有很悬殊的差别。 设计计算复杂箐路系统时所采用的根不方法是将复杂管路系统分解为并行、串联的子系统, 丛至分解成一段段等内径的支管以方使计算。下面的例1-2-4,是为读者可能遇到的复杂管路设 计计算问题而设置的。 【例1-2-4】某大型中药厂建有自来水厂、清水池A中的清水通过50m直管、两个弯头、一 个全开闸阀送到清水泵房B,A中液面通常比各台水泵高4m,局部阻力有2个弯头、I 1个全开闸阀在B处经加压后的水通过不同的管路满足二种不同的需求:(1)经200m的距离送 至生活区的水塔C,流量30/h,水塔最高液面比B高20m.管路中有5个弯头、一个全开闸阀; (2)经100m距离送至锅炉房向锅炉供水,锅炉流量15t/h,进水压力0.8MPa(表),B点与锅 炉位差5m,局部阻力有5个弯头、·个全开闸阀,其他水处理设备阻力的总当量长度为25m (3)经800m距离送至E点,E点为通向各车间管路的分叉点,总流量I0th、力0.4MP (表)位差5m,有3个弯头、1个全开闸阀;如例1-2-4附图。试设计计算该厂供水系统,对所 配置的各种水泵提出相应的工艺参数 K 例1-2-4附图 解(1)总体设计思路本题所设计的是该中药丿供水管路系统,由于各方面用水的条件相 差悬殊,泵房B处可考虑配置不同型号、性能的泵以满足不同的要求。三条支管的输水特点及配 置水泵方案如夲例附表。设计的供水管路系统如本例附图。 例1-24附丧 水项日供水特点 供水方案 小流量、低压力、有间歇停泵配一台泵,用水的液自动启停水泵,因设置了水培,水泵有维 生活区供水 时间 修时间 小流量、高压力连续运行不能配两台低压泵,锅炉进水所需的压力由锅炉房的高压泵承扣清水 锅炉供水 间断 泵提供的能量保证pD-pB 大流、中等压力、一般不能 车间供水 配三台泵在一天2th中根据用水负荷开启其中的一、二、台 断