4设备设计

第一节设备设计简述第二节设备设计第三节反应器设计第四节非定型设备的设计程序与条件第五节化工设备图第四章化工设备的工艺设计第一节设备设计简述（一）化工设备的分类（二）设备设计分类（三）设备设计方法与步骤（一）化工设备的分类按标准化可分为标准设备和非标准设备按设备在生产中所起作用可分为：化工设备主体设备辅助设备反应设备如合成塔、聚合釜、沸腾炉、反应器传质设备如精馏塔、吸收塔、萃取塔、干燥器传热设备如蒸发器、热交换器、结晶罐分离设备如过滤机、除尘器电力、动力设备如电动机、锅炉热能设备如热风机流体输送设备如离心泵、真空泵备料设备设备如破碎机、配料机制泠设备如氨泠机起重运输设备如皮带运输机、斗式提升机（二）设备设计分类1、标准设备选型如泵、压缩机、过滤机、离心机和鼓风机等动力设备经过专业设备加工厂精心设计，已经形成了系列产品，每一系列又分为许多型号。在设备设计时，只要计算出特征尺寸，如泵的流程和扬程，就可以通过产品目录选择合适的设备。近年来，随着发展，一些非标准设备如换热器、搅拌反应釜和旋风除尘等也成为该行业的标准设备。标准设备，又称之为定型设备2、非标准设备也称非定型设备，是需要专门设计的特殊设备非标设备工艺设计，就是根据工艺要求，通过工艺计算，提出型式、材料、尺寸和其他要求。再由化工设备专业进行机械设计，由有关工厂制造在设计非标设备时，必须遵循设备设计的有关标准和规范等，如塔类设备施工及验收规范（HGJ211-85）;高压化工静止设备施工及验收规范（HGJ208-35）;中、低压静止设备施工及验收规范（HGJ2O9-83）。（三）设备设计方法与步骤1、明确设计任务与条件⑴原料（或进料）与产品（或出料）的流量、组成、状态（温度、压力、相态等）、物化性质、流量波动范围。⑵设计目的、要求，设备功能。⑶公用工程条件，如泠却水温度，加热蒸汽压力，气温、湿度等。⑷其他特殊要求。2、调查待设计设备国内外现状及发展趋势、有关新技术及专利状况，设计计算方法等。4、确定方案⑴确定设备的操作条件，如温度、压力等。⑵确定设备结构型式，评比各类设备结构的优缺点，结合本设计的具体情况，选择高效、可靠的设备型式。⑶确定单元设备的流程。3、收集有关物料的物性数据、腐蚀性质等。5、工艺计算⑴全设备物料与能量衡算。⑵设备特性尺寸计算。如：精馏设备的理论级数、塔径、塔高换热设备的传热面积⑶流体力学计算。如流动阻力与操作范围计算6、结构设计在设备型式及主要尺寸已定的基础上，根据各种设备常用结构，参考有关资料与规范，详细设计设备各零部件的结构尺寸。如填料塔要设计液体分布器、再分布器、填料支承、填料压板和各种接口，各种构件的材料选择、壁厚计算，塔板、塔盘等的机械设计各种辅助结构如支座、保温支架的设计，总装配图及零件图绘制，设备材料表。7、制造技术要求与规范第二节设备设计(一)泵的选用与选择程序离心泵类型1-泵体；2-泵盖；3-叶轮；4-轴；5-密封环；6-叶轮螺母；7-止动垫圈；8-轴盖；9-填料压盖；10-填料环；11-填料；12-悬架轴承部件清水泵（B、D、Sh型）广泛用于工矿企业、城市给排水和各种水利工程，也可用于输送各种不含固体颗粒的、物理化学性质类似于水的介质。单级单吸式离心清水泵，系列代号为“B”，结构简图如下：化工生产中常用清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵、液下泵、屏蔽泵等。1.确定泵型B型泵:单级单吸悬臂式离心水泵,泵体和泵盖都是用铸铁制成,全系列扬程范围为8～98m，流量范围为4.5～360m3/h。8B29A8－泵吸入口直径,in〔英寸〕,即8×25＝200mm;B－单级单吸悬臂式离心水泵;29－泵的扬程,m;A－该型号泵的叶轮直径比基本型号8B29的小一级,即基本型号叶轮第一次切削。•Ｄ型泵:多级泵，一般自2级到9级，最多可到12级。全系列扬程范围为14～351m,流量范围为10.8～850m3/h。150D30×5150—泵吸入口直径（mm）；D—多级泵；30—单级扬程m;5—级数;12345671－吸入段；2－中段；3－压出段；4－轴；5－叶轮；6－导叶；7－轴承部D系列多级离心泵TSWA型卧式多级泵TSWA型卧式多级泵T——透平式S——单吸泵W——介质温度低于80℃A——第一次更新DL型立式多级泵•Sh型泵：双吸泵，全系列扬程范围为9～140m，流量范围为120～12500m3/h。6sh–96－泵吸入口直径,in〔英寸〕,即6×25＝150mm;sh－双吸式离心水泵;9－比转数被10除后的整数;1－泵体；2－泵盖；3－叶轮；4－泵轴；5－密封环；6－轴套；7－轴承；8－连轴器S型单级双吸离心泵KSY双吸中开式离心泵S、SA、SH型单级双吸中开式离心泵CQ型磁力驱动泵IH型化工泵耐腐蚀泵（F型）：输送腐蚀性化工流体必须选用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵所有与流体介质接触的部件都采用耐腐蚀材料制作。不同材料耐腐蚀性能不一样，选用时应多加注意。离心耐腐蚀泵有多种系列，其中常用的系列代号为F。需要特别注意耐腐蚀泵的密封性能，以防腐蚀液外泄。操作时还不宜使耐腐蚀泵在高速运转或出口阀关闭的情况下空转，以避免泵内介质发热加速泵的腐蚀。40FM1－2640－泵吸入口直径,mm;F－悬臂式耐腐蚀离心泵;M－与液体接触部件材料代号(M表示铬镍钼钛合金钢);1－轴封型式代号(1表示单端面密封)。F型泵全系列的扬程范围为15～105m，流量范围为2～400m3/h。在F后面加一个字母表示材料代号,以作区别：H—灰口铸铁材料，用于输送浓硫酸。G—高硅铸铁材料，用于输送压强不高的硫酸或以硫酸为主的混酸。B—铬镍合金钢材料，用于常温输送低浓度的硝酸、氧化性酸液、碱液和其它弱腐蚀性液体。M—铬镍钼钛合金钢材料，最适用于硝酸及常温的高浓度硝酸。S—聚三氟氯乙烯塑料材料，适用于90℃以下的硫酸、硝耐腐蚀泵（F型）油泵（Y型）：油泵用于输送石油及油类产品，油泵系列代号为Y。因油类液体具有易燃、易爆的特点，因此对此类泵密封性能要求较高。输送200℃以上的热油时，还需设冷却装置。一般轴承和轴封装置带有冷却水夹套。有单吸和双吸、单级和多级(2～6级),全系列扬程范围为60～603m,流量范围为6.25～500m3/h。DFAY型卧式输油泵100Y－120×2100－泵吸入口直径,mm;Y－单吸离心油泵;120－泵的单级扬程,m;2－叶轮级数。杂质泵（P型）：离心杂质泵有多种系列，常分为污水泵、无堵塞泵、渣浆泵、泥浆泵等。这类泵的主要结构特点是叶轮上叶片数目少，叶片间流道宽，有的型号泵壳内还衬有耐磨材料。液下泵：液下泵是一种立式离心泵，整个泵体浸入在被输送的液体贮槽内，通过一根长轴，由安放在液面上的电机带动。由于泵体浸没在液体中，因此轴封要求不高，可用于输送化工过程中各种腐蚀性液体。YW型液下式排污泵ZW型自吸式排污屏蔽泵：屏蔽泵是一种无泄漏泵。其结构特点是叶轮直接固定在电机的轴上，并置于同一密封壳体内。可用于输送易燃易爆、剧毒或贵重等严禁泄漏的液体。DFM型屏蔽泵DFPW型屏蔽泵屏蔽泵2.确定选泵的流量和扬程①流量的确定和计算选泵时以最大流量为基础。如果数据是正常流量，则应根据工艺情况可能出现的波动，开车和停车的需要等，在正常流量的基础上乘以1.l～1.2的安全系效。②扬程的确定和计算扬程用柏努利方程计算，计算出的扬程不能作为选泵的依据，一般要放大5%～10%。3.确定泵的安装高度①允许允许气蚀余量△h可由泵的说明书中查到②允许吸上真空度式中Hs’—泵样本上查到试验条件下允许吸上的真空度(20℃,10m水柱)，如果使用条件与此不符，则必须校正。P0—泵操作条件时液面上方压强,Pa;10—试验条件时大气压,m;ρ—操作条件下液体的密度,kg/m30.24—试验条件下，20℃水饱和蒸汽压,m4.确定泵的台数和备用泵按泵的操作台数，一般只设一台泵，在特殊情况下，也可采用两台泵同时操作。输送泥浆或含有固体颗粒及其他杂质的泵和一些重要岗位用泵应有备用泵。对于大型的连续化流程，可适当提高泵的备用率，而对于间歇操作，泵的维修简易，操作很成熟的常常不考虑备用泵。5.校核泵的轴功率。6.选用电动机7.填写选泵规格表。8.离心泵的操作①安装时，必须使实际安装高度小于最大安装高度，防止气蚀；②启动前先灌水，防止气缚；③合闸前先关出口闸，使电机在最小功率下启动，保护电机；④停泵时也先关出口闸，防止水倒流，叶片反转，并可免去下次启动时灌水；⑤长期停泵，应将泵内的水排空。F型耐腐蚀离心泵性能范围图F型泵的主要参数(二)如何选择各种类型的化工泵1.硫酸作为强腐蚀介质之一，硫酸是用途非常广泛的重要工业原料。不同浓度和温度的硫酸对材料的腐蚀差别较大，对于浓度在80%以上、温度小于80℃的浓硫酸，碳钢和铸铁有较好的耐蚀性，但它不适合高速流动的硫酸，不适用作泵阀的材料；普通不锈钢如304（0Cr18Ni9）、316（0Cr18Ni12Mo2Ti）对硫酸介质也用途有限。因此输送硫酸的泵阀通常采用高硅铸铁（铸造及加工难度大）、高合金不锈钢（20号合金）制造。氟塑料具有较好的耐硫酸性能，采用衬氟泵（F46）是一种更为经济的选择。2.盐酸决大多数金属材料都不耐盐酸腐蚀（包括各种不锈钢材料），含钼高硅铁也仅可用于50℃、30%以下盐酸。和金属材料相反，绝大多数非金属材料对盐酸都有良好的耐腐蚀性，所以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。3.硝酸一般金属大多在硝酸中被迅速腐蚀破坏，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，值得一提的是含钼的不锈钢（如316、316L）对硝酸的耐蚀性不优于普通不锈钢（如304、321），有时甚至不如。而对于高温硝酸，通常采用钛及钛合金材料。4.醋酸它是有机酸中腐蚀性最强的物质之一，普通钢铁在一切浓度和温度的醋酸中都会严重腐蚀，不锈钢是优良的耐醋酸材料，含钼的316不锈钢还能适用于高温和稀醋酸蒸汽。对于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。5.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。普通不锈钢对碱液的耐蚀性与铸铁相比没有明显优点，只要介质中容许少量铁份掺入不推荐采用不锈钢。对于高温碱液多采用钛及钛合金或者高合金不锈钢。6.氨（氢氧化氨）大多数金属和非金属在液氨及氨水（氢氧化氨）中的腐蚀都很轻微，只有铜和铜合金不宜使用。7.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。8.醇类、酮类、酯类、醚类常见的醇类介质有甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇等，酮类介质有丙酮、丁酮等，酯类介质有各种甲酯、乙酯等，醚类介质有甲醚、乙醚、丁醚等，它们基本没有腐蚀性，常用材料均可适用，具体选用时还应根据介质的属性和相关要求做出合理选择。另外值得注意的是酮、酯、醚对多种橡胶有溶解性，在选择密封材料时避免出错。（三）选择示例1、离心耐酸泵选择示例⑴选择条件122H=15m￠89×41硝基苯ρ＝1200㎏/m3进料量为30×103㎏/h反应器内保持0.1atm（表压）；管路为不锈钢管，总长45m,4个弯头即计算流量Qe和扬程He,其计算思路如下:Qe=1.5Qmax=1.5×体积流量=1.5×质量流量／密度He=1.1Hmax←有用功Ｗe／g←柏努利方程⑵选择计算fehuuppgZZW2)(21221212)2()2(22'uudlhhhfff直管阻力根据λ－Ｒe－ε／d（相对粗糙度）图查出λ，∑ξ为局部阻力系数之和其计算过程:已知Z1=0;Z2=15mp1=0(表压);p2=0.1×9.81×104=9810N/m2(表压)smAwuus/35.1)081.0(412003600/30000;0221硝基苯的粘度为2.1cP,所以62500101.212003