Перемещение жидкостей и газов.
Транспортировка жидкостей и газов является одной из важнейших операций в химической технологии. Перемещение жидкости осуществляется по трубам.
Как рассчитать диаметр трубопровода.
Расчет геометрических размеров трубопровода основывается на уравнении расхода.
Скорость задается:
1. для жидкости:
- если движение осуществляется самотеком: 0,5 – 1,5 м/с.
- если движение осуществляется под действием насоса: 0,5 – 3 м/с.
2. для газов: 8-15 м/с.
3. для паров: 20-50 м/с.
Насосы.
Насос служит для перемещения жидкости по трубопроводам, аппаратам, а также для подъема жидкости на нужную высоту.
Сверху вниз жидкости могут перемещаться самотеком, наоборот только насосом.
Насос – гидравлическая машина, служащая для преобразования механической энергии движения в энергию перемещения жидкости.
Характеристики насоса.
1. Производительность – единица объема жидкости в единицу времени передаваемое насосом. 
2. Напор – удельная энергия сообщаемая насосом единице массы перекачиваемой жидкости.
Величина его определяется из уравнения Бернулли и складывается из напор затраченного на создание скоростного напора, преодоление разности давлений в приемном и заборном резервуаре и на преодоление сил трения и потерянного напора, т.е. высоты подъема жидкости.
3. Полезная мощность – мощность, затраченная насосом на сообщение жидкости энергии давления. Она рассчитывается:
На практике: 
- действительная мощность насоса (
- кпд насоса).
Действительная мощность насоса больше теоретической вследствие механических потерь (трение в сальниках, трение рабочего колеса насоса и т.п.).
Объемные потери - это утечка жидкости через сальники.
Гидравлические потери – потери энергии на преодоление гидравлического сопротивления подводящего и отводящего трубопроводов.
Схема насосной установки.
- давление в приемном резервуаре;
- давление в баке откуда качают жидкость;
- высота всасывания насоса;
- геометрический напор;
- высота нагнетания насоса;
- давление всасывания.
Рассмотрим высоту всасывания насоса:
Если резервуар находится под атмосферным давлением, то в формуле заменяем на 
.
= , всасывание осуществляется только тогда, когда > 
( - давление насыщенных паров).
Таким образом
(1)
- теоретически возможная глубина с которой насос может поднять воду, в реальности она составляет 5-6 м.
Высота всасывания насоса уменьшается со снижением барометрического давления и с увеличением давления насыщенных паров.
Высота всасывания насоса уменьшается при увеличении скорости жидкости во всасывающей трубе при соответствующем возрастании величины потерь на всасывающем отрезке.
Уравнение (1) является общим для всех насосов.
Классификация насосов.
По способу преобразования механической энергии в энергию движения жидкости насосы делятся на 2 группы.
1. Динамические. Среды перемещаются под воздействием сил на незамкнутый объем жидкости, т.е. этот объем постоянно сообщается с входом и выходом насоса.
- Центробежные;
- Струйные;
- Вихревые;
- Осевые.
2. Объемные. Жидкости перемещаются в результате периодического изменения занемаемого его объема камеры, которая попеременно сообщается с входом и выходом из насоса.
- Поршневые;
- Мембранные;
- Протекционные.
Центробежные насосы.
1-лопатка;
2-рабочее колесо с загнутыми назад лопатками;
3-вал, на котором вращается рабочее колесо;
4-корпус (улитка);
5-всасывающий патрубок;
6-нагнетающий патрубок;
7-сальники.
Рабочее колесо с укрепленными на нем лопатками вращается с огромной скоростью, при этом жидкость из всасывающего патрубка поступает по оси насоса и попадает на лопатки, приобретая вращательное движение. Под действием центробежной силы давление жидкости увеличивается, и она выбрасывается из колеса в неподвижный корпус и далее на нагнетающий патрубок. При этом на всасывающем патрубке создается пониженное давление.
Представленный рисунок это рисунок одноступенчатого центробежного насоса. Если на оси расположить несколько рабочих колес то такой насос называется многоступенчатым центробежным насосом.
Основное уравнение центробежного насоса (центробежных машин).
Частицы жидкости в каналах рабочего колеса совершают сложное движение. Они перемещаются вдоль лопаток и одновременно вращаются вместе с колесом.
Соответственно различают окружную скорость вращения частицы, которая зависит от диаметра рабочего колеса и числа оборотов.
-диаметр рабочего колеса;
- частота вращения.
И относительную скорость перемещения частиц по отношению к лопаткам.
А – начальный момент времени;
В – конечный момент времени.
Из уравнения Бернулли:
Вход: 
Выход: 
Теоретический напор создаваемый насосами:
С учетом разложения сил:
Причем что жидкость движется через колесо с большим числом лопаток, т.е. все частицы движутся по подобным траекториям.
- основное уравнение центробежного насоса Эйлера.
Стараются подавать жидкость на лопатки перпендикулярно 
:
Законы пропорциональности.
С изменением числа оборотов колеса изменяется его производительность и напор. Эти изменения описываются законами пропорциональности.
- первый закон
- второй закон
Следствием закона является:
Характеристики сети и центробежного насоса.
При испытании центробежных насосов, изменение степени закрытия задвижки на нагнетающей линии измеряют производительность, напор, мощность и выносят все эти графики на один.
График характеристики центробежного насоса.
В зависимости от объемного расхода напор, создаваемый насосом имеет вид кривой. По графику видно что при увеличении расхода напор падает, мощность при увеличении объемного расхода при перекачке жидкости возрастает. КПД насоса имеет точку максимума.
При выборе насоса и числа оборотов двигателя необходимо кроме собственно характеристики насоса учитывать его характеристику сети, т.е. трубопровода и присоединенных к нему аппаратов.
Выразим сопротивление сети через объемный расход:
- для круглого трубопровода.
График характеристики сети.
Выбор насоса.
Точка (1) соответствует 
- наибольшей производительности, которую может дать данный насос, работающий на данную сеть.
При выборе насоса эта точка должна обеспечивать необходимый объемный расход.
Способы регулировки центробежного насоса.
1. Дросселирование (открыть или закрыть задвижку на напорном трубопроводе).
2. Изменение числа оборотов двигателя.
3. Создание перепускной линии (байпас).
Последовательное включение насосов.
При последовательном включении насосов суммируются напоры, создаваемые ими.
Параллельное включение насосов.
При параллельном включении насосов складываются расходы.
Объемные насосы.
Поршневой насос.
По принципу действия различают:
- Простого действия;
- Двойного действия;
- Тройного действия;
- Четверного действия.
Насос простого действия.
1-поршень;
2-шток;
3-кривошитношатунный механизм;
4-всасывающий клапан;
5-нанетающий клапан.
Принцип работы.
При движении поршня вправо в корпусе создается разряжение в результате чего нагнетающий клапан закрывается, а всасывающий открывается, жидкость засасывается в этот объем, при последовательном движении поршня влево всасывающий клапан закрывается и открывается нагнетающий клапан, происходит выход жидкости, т.е. только один ход поршня обеспечивает производительность насоса.
Насос работает через пол оборота.
- выброс жидкости за одну минуту.
-длина хода поршня.
- площадь поршня.
Поршневой насос двойного действия.
Оба хода поршня как вправо так и влево выдают каждый свою порцию жидкости.
; 
- площадь поперечного сечения штока.
Характеристика поршневого насоса.
В реальных условиях объемный расход несколько снижается вследствие:
- Утечки жидкости через не плотности (сальники и клапана).
- За счет попадания воздуха во внутрь насоса через сальники.
Реальная производительность поршневого насоса ниже теоретической, КПД составляет 0,9..0,95.
Мощность поршневого насоса:
Высота всасывания рассчитывается аналогично центробежному насосу.
Перемещение газов.
В отличии от жидкостей газы имеют свойство сжиматься. Машины для перемещения газов называются компрессорами.
По величине степени сжатия (отношение конечного давления к начальному) делят на:
1. Вентиляторы 
служат для перемещения газов в больших количествах, но с низкими скоростями.
2. Газодувки 
используются для перемещения газов с относительно высокими скоростями газовой сети. Напор у них высокий.
3. Компрессора 
используются для создания высоких скоростей газов, а следовательно и давлений.
4. Вакуум-насос. При его использовании идет речь об отсасывании газов. По принципу действия все эти машины делятся на:
- Поршневые;
- Центробежные;
- Ротационные и т.д.
Диаграмма компрессора поршневого насоса.
При движении поршня влево в правой камере создается разряжение, при этом клапан 1 открывается другие закрываются вследствие чего открывается всасывающий клапан и где при постоянном давлении входа заполняется правый объем поршня. При обратном движении поршня газ в левой камере сжимается до давления 
, как только давление будет достаточное открывается нагнетающий клапан, и газ при этом давлении выбрасывается из полости.
Чисто конструктивно в полости остается «вредное пространство» отсюда следует что какая-то часть остается следовательно при обратном движении поршня сбрасывается давление.
В ходе сжатия газа имеет место тепловой эффект, следовательно компрессоры могут работать либо в адиабатическом, либо в изотермическом режиме, отсюда следует что компрессор необходимо охлаждать, но это оправдано снижением потребления мощности.