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1、第5章 设备的选型和设计计算,化工设备概况,化工设备是组成化工装置的基本单元，工程设计的基础,从设计角度分类 标准设备（定型设备） 非标准设备（非定型设备）,标准设备,成批、系列生产的设备，可现成购买。标准设备有产品目录或手册样本，有各种型号，有不同生产厂家。 工艺设计的任务是根据生产需要，计算并选择某种型号，以便订货。,非标准设备,需专门设计和特殊设备。非标准设备也是化工厂生产中大量存在的设备，它是化工厂生产的一种特色，非标准设备工艺设计就是根据工艺要求，通过工艺计算提出、材料、尺寸和其他一些具体要求。再由化工设备专业进行机械设计，由有关工厂进行制造。在设计非标准设备时，应尽量采用已经标准化
2、的图纸。,工艺设备的选型原则,合理性：满足工艺要求，设备与工艺流程、生产规模、工艺操作条件、工艺控制水平相适应。 先进性：设备运转可靠、自控水平、生产能力、转化率、收率、效率要尽可能达到先进水平。,安全性： 经济性： 系统性：不妨碍整个系统优化，保留适当裕量。,分类: 液体物料输送设备泵 气体物料输送、压缩、制冷设备风机、压缩机、真空泵、制冷机 固体物料输送设备给料机械设备、气流输送设备,5.1 物料输送设备,作用于液体原理分类 叶片式泵 离心泵（屏蔽泵、管道泵、自吸泵、无堵塞泵等） 轴流泵 旋涡泵 容积式泵 往复泵（活入泵，柱塞泵、计量泵等） 转子泵（齿轮泵、螺杆泵、滑片泵、蠕动泵等）,5.
3、1.1液体输送设备,除此外还按照用途、结构特点分类,A.概况,B.技术指标,（1）型号,IH 50 32 160 A,叶轮直径第一次切割,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,（2）扬程 （3）流量 （4）必需汽蚀余量（NPSHr） （5）功率与效率,C.其他形式的泵,油泵 耐腐蚀泵 液下泵 屏蔽泵 隔膜泵,计量泵 齿轮泵 螺杆泵 旋涡泵 轴流泵,通风机 鼓风机 压缩机 真空泵,5.1.2 气体输送、压缩设备,通风机,低压离心通风机 风压1KPa 中压离心通风机 风压1KPa 3KPa 高压离心通风机 风压3KPa 15KPa,旋转式（罗茨鼓风机） 离
4、心式（离心鼓风）,919 No7.1A,传动方式（有ABCD四种）,机号（数字表示叶轮直径mm/100）,型号代号（9 19 为高压离心式通风机）,型号表示,鼓风机,容积式 往复式（活塞式、膜式） 回转式（滑片式、螺杆式、转子式） 速度式 轴流式 离心式 混流式,A.分类,压缩机,（1）中小型活塞式机类型 a）L型、V型、W型、卧式、立式等 b）水冷式、空冷式、单级、多级等 （2）工作原理 （3）技术指标：排气量、排气压力、进出口气体温度、冷却水用量、功率等,B.活塞式空气压缩机,工作时，主轴带动叶轮旋转，空气自轴进入以很高速度被离心力甩出叶轮，进入流通面积慢慢扩大的扩压器中，时气体的速度降低
5、而压力提高,螺杆式空气压缩机依靠螺旋形转子相互啮合而进行气体压缩的。在形汽缸中平行放置两个高速回转、按一定转动比相互啮合的螺旋形转子，形成进气、压缩和排气过程。,C.离心式空气压缩机,D.螺杆式空气压缩机,（1）活塞式制冷机：应用范围广、高速、热效率高等优点，缺点是结构复杂、运行稳定性差 （2）离心式制冷机：转速高 、制冷量大、运行平稳、经济等 。缺点是效率低于活塞式制冷机 （3）螺杆式制冷机：与活塞式制冷机比，结构简单，体积小、单机压缩比大等,制冷机,A 分类,（4）溴化锂吸收式制冷机：主要用于空气调节制冷，结构简单、运行平稳、易于自动化 （5）氨吸收式制冷机：适用于有余热或廉价燃料且要求冷
6、却水温度度低，水源充足的地区,B.化工生产中常用的制冷机,（1）活塞式氨压缩制冷机 （2）离心式制冷机 （3）螺杆式制冷机,几个重要参数 真空度 抽气速率 极限真空 抽气时间 类型 A.往复式真空泵 B.水循环真空泵 C.液环真空泵 D.旋片真空泵 E.喷射真空泵,真空泵,A.起重设备 吊钩、手拉葫芦、电动葫芦、电动单梁起重机等，指标有:跨度、最大起重量、运行速度等。 B.仓储设备 叉式装卸车、手动液压装卸车、圆筒搬运车、液压升降台等，指标：起重重量、升高高度、空载行走速度等。 C.运输设备 移动式皮带输送机、气垫式输送机、螺旋输送机、载货电梯等,5.1.3固体搬运及粉碎设备,D.给料设备 电
7、磁振动给料机、振动漏斗等，技术指标：进了尺寸、激振电动机 型号与功率、激振力等 E.破碎设备 粗碎颚式破碎机、环锤式破碎机、锤式破碎机等。技术指标：最大进料力度、排料力度、公称排料口处理能力、电机型号功率。 F.计量包装设备 台秤、地磅、配料秤、自动秤量机等,5.1.4输送设备选型,泵的选型,1、确定泵型,泵的基本形式、泵的的尺寸, 流量的确定和计算 扬程的确定 确定泵的安装高度。 确定泵的台数和备用台数。一般情况下只设一台泵，特殊情况下也可两台同时操作。输送泥浆和特殊原料的泵应设有备用泵。 校核泵的轴功率。 确定冷却水或驱动蒸汽的耗用量。 选用电动机。 填写泵的规格表。,2、 确定泵的流量和
8、计算,A.选用原则 (1)排气量、进排气温度、压力以及流体等参数 (2)各种压缩机常用气量压力范围 (3)空气含湿量 (4)吸气量和吸气状态,压缩机的选择,B.离心式压缩机的型号选择 （1）图表选型 通过厂家提供的曲线图选择型号和功率计算 （2）估算法选型 计算的数据有：气体常数、绝热指数、压缩指数、进口气体实际流量、总压缩比、转速、轴功率等,C.活塞式压缩机的型号选择 （1）一般原则 技术参数选择和结构参数选择，满足工艺要求、气体物性要求 （2）选型基本数据 气体性质和吸气状态 生产规模或流程需要总供气量 流程需要排气压力 排气温度 （3）化工特殊介质使用压缩机的选择,A.立式贮罐 平底平盖
9、系列、平底锥系列底 90无折边锥形底平盖系列、立式球形封头系列 90折边锥形底、椭圆形盖系列、立式椭圆封头系列 以上系列适用非易燃易爆、非剧毒化工液体 B.卧式贮罐 卧式无折边球形封头系列 ：适用非易燃易爆、非剧毒化工液体。P0.07MPa 卧式有折边球形封头系列 ：化工液体。P=0.254.0MPa,5.2 贮罐,分类,C.立式圆筒形固定顶贮罐系列（HG21502.1-92） 适用贮存石油产品及化工产品。 公称容积10030000m3 设计温度-19150 D.立式圆筒形内浮顶贮罐系列（HG21502.2-92） 适用贮存易挥发石油、石油产品及化工产品。 公称容积10030000m3 设计温
10、度-1980,E.球罐系列 适用贮存石油化工气体、石油产品、化工原料、公用气体等。 占地面积小、贮存容积大。 设计压力在400MPa以下 公称容积5010000m3 F.低压湿式气柜系列（HG21549-92） 适用化工、石油化工气体的贮存、缓冲、稳压、混合等。 设计压力在4000Pa以下 公称容积5010000m3,A.设计参数 设计压力，由工艺提出 设计温度，由工艺提出 公称容积，根据物料流量贮存时间 公称直径，根据高径比，查阅已有文献 腐蚀裕量，贮罐介质 设计载荷，包括风载荷，雪载荷等 材质选择，根据介质物理性质及工艺 贮罐形式，根据介质物性及工艺条件 贮罐台数,贮罐设计,B.容积 设计
11、依据： 物料流量 贮存时间（考虑a：原料来源和运输方法 b：使 用场合）,C.贮罐尺寸的确定 定型设备 根据手册查出标准化设备 非标准设备 考虑装料系数的高径比H：D,装料系数：防止物料溢出安全系数 贮槽、计量槽=0.80.9， 搅拌反应器取=0.70.85 沸腾操作或易起泡设备=0.40.6,高径比 一般取H：D=12,D.管口方位确定 管口主要有：进料、出料、温度、压力等 保留一定数目的备用孔 根据贮罐大小流量决定管口尺寸数量，管口方位利于工艺管道布置,E.确定容器的支承方式 F.绘制设备草图（条件图） 标注尺寸,非标准设备，向设计人员提出设计要求,标准设备，参照手册标准,热交换器是化工、
12、炼油和食品等工业部 门广泛应用的通用设备，在化工厂中传热设备占着极为重要的地位，合理 地选用和使用热交换器，可节省投资，降低能耗。,5.3 换热设备,工艺用途 加热器、冷却器、蒸发器、空冷器等 冷热交换方法 间壁式、直接式、蓄热式,5.3.1 化工生产中的换热设备,换热设备分类,A.管式换热器,B.板式换热器,蛇管式或者沉浸式：管内液体冷却、或者管外流体加热冷却等。反应釜传热沟件,套管式：冷却冷凝用、或者预热。实现严格的逆流操作,列管式：分为固定管板式（管壳温差小，管间走清洁液体）、带温差补偿式换热器（管壳温差大，能降低消除温差压力）。,板翅式：结构紧凑、传热好、流体阻力大、内部坏了无法重修。
13、用于制氧和低温场合。,成形板式：拆洗方便、传热面因需增减。用于温度、压力低液液交换，粘性大液体,螺旋板式：严格逆流操作，自洁、回收低温热能,间 壁 式,A.固定管板式（系列号:JB/T4715-92） B. 立式热虹吸式再沸器（JB/T4716-92） C.固定式薄管板换热器（HG21503-92） D.浮头式换热器（JB/T4714-92） E.U型管换热器（JB/T4717-92） F.板式换热器 G.螺旋板式换热器（JB/T4723-92） H.搪玻璃换热器（碟片式冷凝器、套筒式、列管式） I.石墨换热器（列管式、YKA型圆块孔式、矩形孔式、列管式石墨降膜吸收器） J.散热器,换热设备系
14、列,工业炉,管式炉,直立圆筒形炉垂直燃烧式（底烧）,箱式炉卧式水平燃烧式,立式炉,卧管（水平管）,立管（垂直管）,垂直燃烧式（底烧）,水平燃烧式,特殊燃烧式,垂直燃烧式（底烧）,水平燃烧式,管式炉特殊燃烧式,干式,干湿式,自然通风,机械通风,开放式,风筒式,抽风式,鼓风式,冷却塔分类,直接式,间接式,湿式,逆流式,横流式,逆流式,横流式,逆流式,冷却塔,淋水装置 配水系统 通风设备 空气分配装置 通风筒 除水器 塔体 集水池 输水系统 其他设施,冷却塔组成,空冷器,以空气作为冷却介质，对流经管内热流体进行冷却。广泛应用于炼油、石油化工、有机化工等行业。, 汇总设计数据 分析设计任务 数据是根据
15、物料衡算和工艺物料要求特性、流量、温度、压力和化学性质、物性参数取提有关设备的负荷、流程中的地位与流程中其他设备的关系等数据。 设计换热器流程 将换热的工艺流程仔细探讨，以利于充分利用热量和热流。,5.3.2 管壳式换热器设计, 设计换热器的材质 根据介质的腐蚀性和其它有关性，按照操作压力、温度、材料规格和制造价格，合理选择。 选择换热器的类型。 确定换热器中冷热流体的流向，根据截体的性质，换热器任务和换热器的结构，采用并流、逆流或错流、折流等。 确定和计算平均温差Tm。 计算热负荷Q、流体给热系数a 可用粗略估计的方法，估算管内和管间流体的给热系数1，2 。, 估计污垢热阻系数并初算出传热系
16、数K，K值可查阅，也可用经验公式计算。 算出传热面积 A； 调整温度差劲，再算一次传热面积A； 选用系列换热器，根据计算的换热器面积，并考虑1025%的安全系数，确定换热面积A。从国家标准系列换热器型号中选择符合工艺要求和车间布置（立式或卧式长度）的换热器，并确定台数。 验算压力降 不符合要求，要重新选择。 画出换热器设备草图，向设备机械人员完成换热器的详细部件设计,分离方法 （1）浮选 （2）重力沉降 （3）离心沉降 （4）过滤,5.4.1液固分离设备,5.4 分离设备,分类 A.过滤式离心机 B.沉降式离心机 C.高速离心机,离心机,离心机有很多种，各有特点，可用于液-液，固液相的分离。常用离心机有过滤式，沉降式，高速分离，台式，生物冷冻和旁滤等类型,A.压滤机 B.转鼓真空过滤机 C.盘式过滤机 D.带式过滤机,
