第六章 设备的选型和设计计算

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）5.1.1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IH50—32—160A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）离心式（离心鼓风）9—19No7.1—A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①流量的确定和计算②扬程的确定③确定泵的安装高度。④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。⑤校核泵的轴功率。⑥确定冷却水或驱动蒸汽的耗用量。⑦选用电动机。⑧填写泵的规格表。2、确定泵的流量和计算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。P≤0.07MPa卧式有折边球形封头系列：化工液体。P=0.25~4.0MPa5.2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100~30000m3设计温度-19~150℃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100~30000m3设计温度-19~80℃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50~10000m3F.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50~10000m3A.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Ф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Ф=0.8~0.9，搅拌反应器取Ф=0.7~0.85沸腾操作或易起泡设备Ф=0.4~0.6高径比一般取H：D=1~2D.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、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。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.散热器换热设备系列工业炉分类１２３４５加热流体型熔融固体型直接加热固体型间接加热固体型回转炉型釜式炉火管锅炉水管锅炉管式炉平射炉型平炉型转炉型连续加热炉隧道式窑炉间歇加热炉马弗炉直立式炉内热式回转炉外热式回转炉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。①汇总设计数据分析设计任务数据是根据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。②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③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。④选择换热器的类型。⑤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。⑥确定和计算平均温差△Tm。⑦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α1，α2。⑧估计污垢热阻系数并初算出传热系数K，K值可查阅，也可用经验公式计算。⑨算出传热面积A；⑩调整温度差劲，再算一次传热面积A；⑾选用系列换热器，根据计算的换热器面积，并考虑10—25%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。⑿验算压力降不符合要求，要重新选择。⒀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.带式过滤机过滤机A.过滤式离心机的选型原则（1）以原液的性质、状态为选择基准主要考虑颗粒大小和粒度分布（2）以产品的要求为选择基准。分离设备选用原则B.沉降式离心机选择C.过滤机的选择原则主要考虑以下几点1）滤浆的过滤特性2）滤浆的物性3）生产规模气固分离是重要的化工单元操作，在化工、冶金、电力以及环境工程中有着广泛的应用。气固分离目的为回收有用的物质，如气流干燥产品的收集等；获得洁净气体，如硫铁矿生产硫酸过程中原料气中的粉尘的净化等5.4.2气固分离设备除尘器凡能将粉尘从气体中分离出来，使气体得以净化，粉尘得到回收的设备净化设备—除尘器。分为干式除尘器和湿式除尘器其他除尘器脉冲袋式除尘器、离心水膜除尘器、洗浴式除