化工设备的选型和设计计算

第五章化工设备的选型和设计计算2/210主要内容物料输送设备贮罐换热设备分离设备传质设备化学反应器3/210化工设备类型：标准设备（定型设备）非标准设备（非定型设备）4/210工艺设备一览表：序号设备位号设备名称及规格型号材质操作参数单位数量重量来源备注温度压力5/210选型和工艺设计的原则：1.合理性。2.先进性。3.安全性。4.经济性。6/210§5.1物料输送设备物料输送设备分类：液体物料输送设备常规的设备为各种泵气体物料的输送、压缩、制冷设备常规的设备为各种风机、压缩机、真空泵、制冷机等固体物料输送设备各种给料机械设备、气流输送设备7/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备8/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备通常把提升液体、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。9/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备液体输送泵的结构：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）10/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备泵的技术指标（1）型号：以IH型单级单吸离心泵为例说明IH50——32——160A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11/21012/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备其他各种类型的离心泵ISG型系列单级单吸管道离心泵IS型卧式单级单吸清水离心泵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13/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备其他各种类型的泵（1）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14/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备其他各种类型的泵（2）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15/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备其他各种类型的泵（3）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16/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备其他各种类型的泵（4）屏蔽泵PBG型管道式屏蔽泵17/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备其他各种类型的泵（5）隔膜泵DBY型电动隔膜泵QBY气动隔膜泵18/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备其他各种类型的泵（5）隔膜泵的工作原理19/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备其他各种类型的泵（6）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20/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备其他各种类型的泵（7）齿轮泵PD系列碳钢齿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21/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备其他各种类型的泵（8）螺杆泵PNL型污水泥浆泵NL型污水泥浆泵GDG三螺杆泵I-1B系列螺杆泵(浓浆泵)G型单螺杆泵（浓浆泵）22/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备其他各种类型的泵（9）旋涡泵W型单级直连旋涡泵WB型旋涡泵型号意义说明32WB-3032----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23/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备其他各种类型的泵（10）轴流泵FJX型化工轴流泵ZWB型卧式轴流泵型号意义：以1600ZWB8.4—2.5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）24/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备泵的技术指标1.扬程：泵在输送单位液体量时，泵出口能量的增加值，包括液体静压头、速度头及几何位能等能量增加的总合，以m液柱表示。2.流量：泵单位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。3.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。4.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。25/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备泵选型中考虑的问题:耐腐蚀问题一直以来，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”，不论什么介质和环境条件都捧出不锈钢，这是很危险的。26/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备输送介质与泵材料的关系:1.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。2.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。3.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。27/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备输送介质与泵材料的关系:4.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。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。对于高温碱液多采用钛及钛合金或者高合金不锈钢。6.氨:只有铜和铜合金不宜使用。28/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备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: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。输送介质与泵材料的关系:29/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备输送介质与泵材料的关系:冷却问题密封问题粘度问题在选材时切不可随意和盲目，应多查阅相关资料或借鉴成熟经验。30/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备1、根据装置的布置、地形条件、水位条件、运转条件、经济方案比较等多方面因素；2、考虑选择卧式、立式和其它形式（管道式、直角式、弯角式、转角式、平行式、垂直式、直立式、潜水式、便拆式、液下式、无堵塞式、自吸式、齿轮式、充油式、充水温式）。卧式泵拆卸方便：（1）易管理、但体积大；（2）价格较贵；（3）需很大占地面积；立式泵：（1）很多情况下叶轮淹没在水中；（2）任何时候可以启动；（3）便于远程控制；（4）紧凑，安装面积小；（5）价格较便宜。31/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备3、根据液体介质性质，确定清水泵，热水泵还是油泵、化工泵或耐腐蚀泵或杂质示，或者采用不堵塞泵。安装在爆炸区的示，应根据爆炸区域等级，采用防爆电动机。4、振动量分为：气动、电动（电动分为220V电压和380V电压）5、根据流量大小，选单吸示还是双吸泵：根据扬程高低，选单吸泵还是多吸泵，高转速泵还是低转速泵（空调泵）、多级效率比单级泵低，当选单级泵和多级泵同样都能用时，宜选用单级泵。32/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备泵的选择:（1）列出基础数据①介质的物性②操作条件③泵所在位置33/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备泵的选择:(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。②扬程的确定和计算。单位重量液体通过泵所获得的能量叫扬程。即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。泵的扬程包括吸程在内，近似为泵出口和入口压力差。扬程用H表示，单位为米（m）。34/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备泵的选择:流量V[m3/s]压头H[mH2o]轴功率N[kW]效率[%]性能参数：H—V曲线N—V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：离心泵的特性曲线35/210§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少，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。36/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备泵的选择:（3）确定泵的安装高度。离心泵的安装技术关键在于确定水泵安装高度。这个高度是指水源水面到水泵叶轮中心线的垂直距离，它与允许吸上真空高度不能混为一谈，水泵铭牌或产品说明书上标示的允许吸上真空高度是指水泵进水口断面上的真空值，而且是在1标准大气压下；水温20摄氏度情况下，进行试验而测定得的。它并没有考虑吸水管道配套以后的水流状况。而水泵安装高度应该是允许吸上真空高度扣除了吸水管道损失扬程以后，所剩下的那部分数值，它要克服实际地形吸水高度。水泵安装高度不能超过计算值，否则，水泵将会抽不上水来。另外，影响计算值的大小是吸水管道的阻力损失扬程，因此，宜采用最短的管路布置，并尽量少装弯头等配件，也可考虑适当配大一些口径的水管，以减管内流速。37/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备泵的选择:（4）确定泵的台数和备用率。38/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备泵的选择:（5）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的有效功率Ne，由泵的流量和扬程求得39/210§5.1物料输送设备§5.1.1液体输送设备泵的选择:（6）确定冷却水或驱动蒸汽的耗用量。（7）选用电动机。（8）填写选泵规格表。例如，水泵厂在产品目录中都提供了这种表格，表中每一个型号的性能都有三行数据。一般设计流量和设计扬程应与性能表列出的中间一行的数值相一致，或是相接近，而又必须落在上、下两行的范围内，因为这个范围是水泵运转的高效率区域，这个型号的水泵就认为是符合实际需要的。40/210§5.1物料输送设备§5.1.2气体输送、压缩设备气体输送、压缩设备分类:按出口压力的大小可分为四类：名称压力二级分类用途压缩比通风机0.115MPa以下轴流风机和离心风机通风、干燥1-1.15鼓风机0.115-0.4MPa罗茨鼓风机和离心鼓风机原料气的压缩，液体物料的压送，固体物料的气流输送小于4压缩机0.4MPa以上离心式、螺杆式和往复式工艺气体、气动仪表用风、压料过滤、吹扫管道大于4真空泵减压、极限接近041/210§5.1物料输送设备§5.1.2气体输送、压缩设备§5.1.2.1通风