《【2017年整理】第四章 设备的工艺设计与选型(云南大学2014版) (3)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【2017年整理】第四章 设备的工艺设计与选型(云南大学2014版) (3)（224页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、教学重点： （1）贮罐的设计与选型 （2）换热器的设计与选型 （3）塔设备设计 （4）固液分离设备的选型教学难点： 泵的选型、釜式反应器的选型设计,第四章 设备的工艺设计与选型,化工设备的设计包括标准设备设计和非标准设备设计。,一、化工设备设计分类化工设备是组成化工装置的基本单元，工程设计的基础。,1. 标准设备设计,常用标准设备：泵、风机、冷冻机、过滤机、离心机、搅拌器、压缩机等，生产厂家、型号都很多，可选择范围很大。,标准设备设计：根据工艺要求，计算特征尺寸，查阅相关产品目录或样本手册(列出设备的规格、型号、基本性能参数和厂家)，选择合适设备号。 标准设备选型,2. 非标准设备设计,常用非
2、标准设备：容器(中压、低压、高压)、换热器、塔器、干燥设备、搅拌设备和除尘设备等。,非标准设备设计：根据工艺要求，完成工艺计算，提出设备型式、材料、尺寸和其他要求，再经过机械计算及设计，由相关工厂制造。必须遵循设备设计的相关标准和规定。,化工设备设计向标准化推进，有些原来属于非标准设备的化工装置，已逐步走向系列化、定型化，已形成了一些标准图纸，有些还有了定点生产厂家，如换热器系列、容器系列、搪玻璃设备系列等。因此，在非标准设备设计时，应尽量采用已标准化的图纸。,3. 化工设备标准化,二、化工设备设计的原则,(1) 合理性即满足工艺过程对设备的要求，设备与工艺流程、生产规模、操作条件、控制水平相
3、适应，同时又能充分发挥设备能力。(2) 先进性即设备的生产能力、转化率、收率、效率、自控水平等尽可能达到先进水平；且设备的操作范围宽，易于调节，控制方便。(3) 经济性即投资省，消耗低，生产费用和运行费用低，结构简单，节约材料，易于制造、安装操作维修方便，三废少。 (4) 安全性即安全可靠，操作稳定，弹性大，劳动强度小，无事故隐患；对工艺和建筑、地基、厂房等无苛刻要求；尽量避免高温高压高空作业，尽量不使用有毒有害的设备附件附料。,设备工艺设计的主要工作和方法,1结合流程确定化工单元操作所需设备类型； 2确定设备材质； 3确定设备的设计参数； 4确定标准设备的型号和台数； 5确定标准图的图号和型
4、号； 6非标设备，向(机械设计)专业提设计条件； 7汇总列出设备一览表。 8.同设备专业设计人员进行图纸会签。,工艺设备一览表：,物料输送设备,物料输送设备分类：,第一节 泵的设计与选型,通常把提升液体、输送液体或使液体增加压力,即把原动机的机械能变为液体能量从而达到抽送液体目的的机器统称为泵。,液体输送泵的结构：主要泵头（主要工作部件）、电机（提供动力的部件）和底座（安装部件）,（1）离心泵,离心泵的结构、工作原理,泵的技术指标（1）型号：以IH型单级单吸离心泵为例说明 IH 50 32 160 A,叶轮直径第一次切削叶轮名义直径（mm）泵排出口直径（mm）泵吸入口直径（mm）泵的型号代号,
5、其他各种类型的离心泵,ISG型系列单级单吸管道离心泵,DL、DLR型泵系立式单吸多级分段式离心泵,D型泵系单吸多级分段式离心泵,（2）油泵,CYZ型自吸油泵,LQRY无水冷却热油泵,KCB型、2CY型齿轮式输油泵,（3）耐腐蚀泵,FB型单级、单级悬臂式耐腐蚀离心泵,FP/FV耐腐蚀节能离心泵,FP（FS）型耐腐蚀塑料离心泵,耐腐蚀泵选型中考虑的问题:,一直以来，腐蚀就是化工设备最头痛的危害之一，稍有不慎，轻则损坏设备，重则造成事故甚至引发灾难。据有关统计，化工设备的破坏约有60%是由于腐蚀引起的，因此在化工泵选型时首先要注意选材的科学性。通常有一种误区，认为不锈钢是“万能材料”，不论什么介质和
6、环境条件都捧出不锈钢，这是很危险的。,输送介质与泵材料的关系:,硫酸:氟塑料具有较好的耐硫酸性能，采用衬氟泵是一种更为经济的选择。 盐酸 :内衬橡胶泵和塑料泵（如聚丙烯、氟塑料等）是输送盐酸的最好选择。 硝酸:不锈钢是应用最广的耐硝酸材料，对常温下一切浓度的硝酸都有良好的耐蚀性，对于高温硝酸，通常采用钛及钛合金材料。,醋酸 :不锈钢是优良的耐醋酸材料，高温高浓醋酸或含有其它腐蚀介质等苛刻要求时，可选用高合金不锈钢或氟塑料泵。碱（氢氧化钠） :钢铁广泛应用于80以下、30%浓度内的氢氧化钠溶液，也有许多工厂在100、75%以下时仍采用普通钢铁，虽然腐蚀增加，但经济性好。对于高温碱液多采用钛及钛合
7、金或者高合金不锈钢。氨 :只有铜和铜合金不宜使用。,盐水（海水） :普通钢铁在氯化钠溶液和海水、咸水中腐蚀率不太高，一般须采用涂料保护 ;各类不锈钢也有很低的均匀腐蚀率，但可能因氯离子而引起局部性腐蚀，通常采用316不锈钢较好。 醇类、酮类、酯类、醚类 :基本没有腐蚀性，常用材料均可适用 ，酮、酯、醚对多种橡胶有溶解性，在选择密封材料时避免出错。,（4）液下泵,HYF氟合金液下泵,自动自控液下泵,HTCN液下泵,FYB不锈钢液下泵,FY型耐腐蚀液下泵,DHY系列液下泵,液下泵结构,由电机通过连轴器与泵轴连接，带动叶轮旋转。叶轮中的叶片迫使液体旋转，对液体做功，使其能量增加，液体在离心力的作用下
8、，向叶轮四周甩出，通过泵体的涡形流道将速度能转换成压力能，当叶轮内的液体甩出后，叶轮内的压力低于进水管内压力，新的液体在压力差的作用下吸入叶轮，液体就连续不断的从泵内流出。,液下泵工作原理图,（5）屏蔽泵,PBG型管道式 屏蔽泵,屏蔽泵的结构,屏蔽泵的类型,基本型(标准型),基本型轴内循环,屏蔽泵的类型,基本型轴外循环,（6）隔膜泵,DBY型电动隔膜泵,QBY气动隔膜泵,隔膜泵原理示意图,（7）计量泵,JM系列机械隔膜计量泵,JWM-A隔膜计量泵,JWM系列机械隔膜计量泵,J-XM系列机械隔膜计量泵,J25系列柱塞式计量泵,J-DM系列隔膜计量泵,计量泵工作原理,（8）齿轮泵,PD 系列碳钢齿
9、轮泵,磁力驱动无泄漏齿轮计量泵,N 系列齿轮计量泵,cipex 系列不锈钢齿轮泵,CHEM-TECH 系列机械式隔膜计量泵,MB/MC 系列机械隔膜计量泵,齿轮泵的结构及原理,（9）螺杆泵,PNL型污水泥浆泵,NL型污水泥浆泵,I-1B系列螺杆泵(浓浆泵),G型单螺杆泵（浓浆泵）,螺杆泵,螺杆泵的结构和工作原理,双螺杆泵,单螺杆泵结构,（10）旋涡泵,W型单级直连 旋涡泵,WB型旋涡泵,型号意义说明32WB-30 32-泵入口直径 WB-表示旋涡泵 30-表示泵在设计点的扬程值为30米,FW系列不锈钢耐腐蚀旋涡泵,漩涡泵结构,（11）轴流泵,FJX型化工轴流泵,ZWB型卧式轴流泵,型号意义：
10、以1600ZWB8.42.5为例:1600-水泵叶轮名义直径（mm）Z-轴流型W-卧式B-半调节Q-全调节8.4-水泵流量（m3/s）2.5-水泵扬程（m）,轴流泵基本构造：也是由泵壳、叶轮和泵轴等组成。,(1)吸入管；(2)叶片；(3)叶轮；(4)导叶(5)轴；(6)机壳；(7)出水弯管,叶轮1、固定式 2、半调节,轴流泵的工作原理,安装角,各种泵的特性,泵的技术指标,1. 型号：采用英文字母代表泵的名称，尚未有统一规定。2. 扬程：用来克服两端容器的位能差，两端容器上静压力差，两端全系统的管道、件和装置的阻力损失，以及两端（进口和出口）的速度差引起的动能差，以m液柱表示。3. 流量：泵单位
11、时间内抽入或排出液体的体积数称为流量，以m3/h或L/s表示。4. 必需汽蚀余量：为了使泵在工作时不产生汽蚀现象，泵进口处必需具有超过输送温度下液体汽化压力的能量，使泵在工作时不产生汽蚀现象所必需具有的富裕能量称为必需汽蚀余量，国际上称净正吸入压头，单位为m。5. 功率和效率：有效功率指单位时间内泵对液体所作的功；轴功率是指原动机传给泵的功率；效率是指有效功率和轴功率之比。,泵的选用与设计程序,1. 收集基础数据,介质物性：介质名称、输送条件下的物理性质(如粘度、蒸汽压、腐蚀性、毒性及易燃易爆等)；介质中所含固体颗粒直径和含量；介质中气体的含量。操作条件：T、p、操作温度下的ps、间歇或连续操
12、作等。泵所在位置情况：环境温度，海拔高度，装置平立面要求，送液高度，送液路程，进口和排出侧设备液面至泵中心距离及管线当量长度等。,(2) 扬程的确定和计算按泵的布置情况，液体的输送距离及高度，利用柏努利方程计算泵的扬程，再考虑采用1.051.1的安全系数。如果有现场实际数据应尽可能采用。,2. 确定泵的流量和扬程(1) 泵的流量泵的流量决定于物料衡算，确定泵流量应考虑装置的富余能力及装置各设备能力的协调平衡；如果给出流量范围，选泵时以最大流量为基础；如果只给出正常流量，应选用适当的安全系数1.11.2。流量通常必须换算成体积流量。,3. 选择泵型及泵的具体型号,根据确定的流量、扬程，按泵型的确
13、定原则和泵的工作范围初步确定泵的类型。根据介质特性（腐蚀性）选择泵的材质。,从工艺角度选择泵类型： 流量大，扬程不高时，可选单级离心泵； 流程不大，扬程高时，宜选往复泵或多级离心泵； 输送有腐蚀介质，选耐腐蚀泵； 输送昂贵液体、剧毒或放射性液体应用完全不泄漏无轴封的屏蔽泵； 当要求精确进料时，应选用计量泵或柱塞泵。 输送高温介质时可考虑选用热油泵。,再从有关泵制造厂提供的样本和技术资料选择泵的具体型号，列出所选型号泵以清水为基准的性能参数。,4. 核算泵的性能,若输送液体的物理性质与水有较大差异，则应对泵的扬程、流量进行核算。并与工艺要求进行对比，确定所选泵是否可用。,泵的选择:,流量V m3
14、/s压头H mH2o轴功率N kW效率%,性能参数：,HV曲线 NV曲线 V曲线,离心泵的特性曲线由制造厂附于产品样本中，是指导正确选择和操作离心泵的主要依据。,特性曲线：,离心泵典型的特性曲线,5.1 物料输送设备,5.1.1 液体输送设备,泵的选择:,利用泵的特性曲线，在横坐标上找到所需流量值，在纵坐标上找到所需扬程值，从两值分别向上和向右引垂线或水平线，两线交点正好落在特性曲线上，则该泵就是要选的泵，但是这种理想情况一般不会很多，通常会碰到下列几种情况：A、第一种：交点在特性曲线上方，这说明流量满足要求，但扬程不够。此时，若扬程相差不多，或相差5%左右，仍可选用，若扬程相差很多，则选扬程
15、较大的泵，或设法减小管路阻力。B、第二种：交点在特性曲线下方，在泵特性曲线扇状梯形范围内，就初步定下此型号，然后根据扬程相差多少，来决定是否切割叶轮直径，若扬程相差很小，就不切割，若扬程相差很大，就按所需Q、H，根据其ns和切割公式，切割叶轮直径，若交点不落在扇状梯形范围内，应选扬程较小的泵。,泵型谱图,5. 确定泵的安装高度,确定泵的型号后，计算泵的允许吸上高度，核对泵的安装高度。泵的安装高度必须低于泵的允许吸上高度。安装高度应比计算出来的允许吸上高度低0.51m。,6.校核泵的轴功率,有效功率与轴功率的比值为离心泵的效率,离心泵的轴功率N是指电机输入到泵轴的功率。流体从泵获得的实际功率为泵
16、的有效功率Ne，由泵的流量和扬程求得,7. 选定泵的材料和轴封 8. 确定冷却水或加热蒸汽耗量 9. 选用驱动装置电动机或蒸汽透平,10、确定泵的台数和备用率,对于正常运转的泵，一般只用一台，因为一台大泵与并联工作的两台小泵相当（扬程、流量相同），大泵效率高于小泵，故从节能角度宁可选一台大泵而不用两台小泵。有下列情况时考虑两台泵并联使用： 流量很大，一台达不到此流量 对于需要有50%备用率大型泵，可改用两台较小的泵工作，一台备用（共三台） 对于某些大型泵，可选用70%流量要求的泵并联操作，不用备用泵，在一台检修时另一台承担生产上70%的输送。 对需24小时连续不停运的泵，应备用三台泵，一台运转、一台备用、一台维修。,
