《化工设计》教学演示第六章,第七章

1、第六章 流体输送机械（泵）的选择 一一.简介简介 1. 泵的分类：泵的分类： 往复式（柱塞泵） 正位移 旋转式（齿轮泵） 离心式（离心泵） 动能型 流体动力作用式（酸蛋）2 2. .泵泵的的特特性性： 离离心心泵泵 往往复复泵泵 旋旋转转泵泵 作作用用流流体体泵泵 流量 扬程 效率 结构 操作 m3/h 530000 1 600 1 600 间歇 m 10 600多级 3 600kg/cm2 3 600kg/cm2 压力不宜高 70% 80% 6090% 15 20% 简单价廉 较复杂 较简单 简单 操作维护方便 易故障 较方便 间歇较麻烦二.选择泵的原则选择泵的原则 1. 选择泵的基本参数选

2、择泵的基本参数： 流量 （考虑上限） 扬程 泵的有效气蚀余量 功率和效率2.泵的选型要点：泵的选型要点：1）生产方式（间歇或连续）2）介质特性(粘度、腐蚀性、含固率）3）现场条件（动力提供：电、蒸汽、压缩空气）4）工艺要求（温度、压力）3. 泵的选择方法和步骤：泵的选择方法和步骤：（1 1）列出基础数据（介质特性、操作条件、安装）列出基础数据（介质特性、操作条件、安装 位置等）。位置等）。（2 2）确定流量和扬程。）确定流量和扬程。（3 3）选择泵型及泵的具体型号。）选择泵型及泵的具体型号。（4 4）核算泵的性能。）核算泵的性能。（5 5）确定泵的几何安装高度。）确定泵的几何安装高度。（6 6

3、）确定泵的备用率和台数。）确定泵的备用率和台数。（7 7）填写泵的规格表，作为泵的订货依据和汇总归档）填写泵的规格表，作为泵的订货依据和汇总归档资料。资料。 三三. . 流体输送过程中的计算流体输送过程中的计算 1.1. 管路中的阻力计算管路中的阻力计算 管路中的阻力损失包括摩擦阻力和局部阻力二部分。 gdlPe22rwxl+=D gdlhe220wxl+= (Re)f=l )(elf=x 层流层流 光滑摩擦光滑摩擦 混合摩擦混合摩擦 自模拟自模拟 Re2300 2300Ree10 e10Ree560 Re64=l 25. 0Re3165. 0=l 25. 0Re6811. 0+=el 25.

4、011.0e=l e-相对粗糙度 =eOd -绝对粗糙度 Od-管径 局部阻力的计算：（1） 当量长度法 22udlhefl= （2） 阻力系数法 22uhf= 2.2.管路最佳直径的计算管路最佳直径的计算管路的内径一般按下式计算 wQde4=3.3.允许吸入高度允许吸入高度 +2.212hhggPgPHBCnBCtBCwrr 式中：中： tP- -操作温度下被吸送液体的饱和蒸汽压。操作温度下被吸送液体的饱和蒸汽压。 BCw- -泵吸入管内液体的流速。泵吸入管内液体的流速。 BCnh.- -吸入管路中的压头损失。吸入管路中的压头损失。 2h- -避免汽蚀现象（在离心泵中） ，或防止由于惯性避免

5、汽蚀现象（在离心泵中） ，或防止由于惯性 力造成活塞与液体脱离（力造成活塞与液体脱离（在活塞羹中）的压头在活塞羹中）的压头 余量。余量。 对于离心泵：对于离心泵： 3222)( 3 . 0Qnh = n- -轴的转速轴的转速 对于活塞泵：对于活塞泵： ruffglh=2122 . 1 式中：式中：l- -从气室中自由液面计算的吸入导管中的液柱从气室中自由液面计算的吸入导管中的液柱高度高度 21, ff- -分别为活塞和平管的截面积分别为活塞和平管的截面积 u- -转动的圆周速度转动的圆周速度 r- -曲柄的半径曲柄的半径4.4.扬程计算扬程计算 (1)(1) 绘制工艺管路草图（包括平面和垂直布

6、置）绘制工艺管路草图（包括平面和垂直布置） (2)(2) 估算管线长度。估算管线长度。 (3)(3) 计算管径及管件、阀件的数量。计算管径及管件、阀件的数量。 (4)(4) 列出计算式，进行计算。列出计算式，进行计算。 Service Hyam reactor feed pumpItem P6705 A/BProject Z444P&I diagram 6701Type CentrifugalNo.required 2Liquid Inorganic process liquidLiquid suction conditionPdPsHst.sHsHf.sHdHf.dHst.dProduct

7、flow normal m3/h 69.5Product flow max m3/h 77Density kg/m3 1219Viscosity mPa.s 1.07Temperature 60Boiling temp.(at atm pressure) 110Boiling temp.(at suction head Hs) 111Flash point Crystallisation -5Contaminated with %Mix with water allowed (for mech. seal) yes discharge pressure Pd 2650kPa = 221.7 m

8、.L.C.abs discharge static head Hst.d 27 m.L.C*P across equipment on disch. side m.L.CP across disch. Line and valve(s) Ht.d 5 m.L.CP across rotameter in disch. line + 1 m.L.C dynamic losses in disch. Line 6 m.L.C*P across control valve in disch. Line 83 % dyn. losses + 5 m.L.C total discharge head H

9、d 259.7 m.L.C* suction presure Ps 101 kPa = 8.4 m.L.C.abs suction static head Hst.s + 0.5 m.L.C* 8.9 m.L.CP across suction line and valve(s) Hf.s - 0.2 m.L.C* - 8.7 m.L.C.abs 251 m.L.C* vapour pressure Pvap 16.3 kpa = 1.4 m.L.C.abs N.P.S.H avail. Hs Pvap = 8.7 - 1.4 = 7.3 m.L.C* To be checked by con

10、tractor when lay-out is final四四 固体搬运及粉碎设备固体搬运及粉碎设备1 1 起重设备起重设备吊钩、手动葫芦、电动葫芦、电动单梁起重机吊钩、手动葫芦、电动葫芦、电动单梁起重机技术指标：跨度、最大起重量、运行速度、自重技术指标：跨度、最大起重量、运行速度、自重2 2 仓储设备仓储设备叉式装卸车、手动液压装卸车、圆筒搬运车、联合堆包机、液压叉式装卸车、手动液压装卸车、圆筒搬运车、联合堆包机、液压升降机升降机技术指标：起重重量、升起高度、行走速度技术指标：起重重量、升起高度、行走速度3 3运输设备运输设备移动皮带输送机、斗式输送机、螺旋输送机、移动皮带输送机、斗式输送机

11、、螺旋输送机、4 4给料设备给料设备电磁震动给料机、振动料斗电磁震动给料机、振动料斗技术指标：料斗尺寸、激振电机型号与功率、激振技术指标：料斗尺寸、激振电机型号与功率、激振力力5 5破碎设备破碎设备粗碎颚式破碎机、环锤式破碎机粗碎颚式破碎机、环锤式破碎机技术指标：进料粒度（目）、出料粒度（目）、处技术指标：进料粒度（目）、出料粒度（目）、处理量理量kg/hkg/h本章思考题： （1） 选择泵的基本参数有哪几项？泵的选型要点有 哪几点？ （2） 试述选择泵的的基本步骤？ （3） 如何考虑和确定管路中的阻力计算？如何确定 流体输送中泵所需的扬程？ 第七章第七章. .热交换器的设计和选型热交换器的设

12、计和选型一一. 简介简介 1. 分类：分类： 间壁式换热器 （管壳式、紧凑式） 混合式换热器 蓄热式换热器2.2.类类 型型管壳式：套管式换热器蛇管式（盘管式）换热器：沉浸式、喷淋式列管式：固定管板（刚性结构、带膨胀节）、浮头式 填料函、釜式、 U型管式紧凑式：螺旋板式换热器板式换热器 板翅式 伞板式二二. . 传热过程的基本方程式传热过程的基本方程式1.1. 热负荷方程热负荷方程： )(12TTWCpQ= （无相变化） WHTTWCpQ+=)(12 （有相变化）2.2.传热基本方程式传热基本方程式： 在稳态下传热系数在稳态下传热系数（K K）随温度变化不大时）随温度变化不大时 mtKAQD=

13、3.3.传热面积传热面积： mtKQAD= 4. 4.有效平均温差：有效平均温差： 2121lntttttmDDDD=D式中21, tt DD分别为换热器两端热、冷流体温差。当2121ttDD 1 1 0.50.5 气体气体 5 5 3030 3 3 15155.5.加热剂和冷却剂的选用加热剂和冷却剂的选用（1 1）常用的加热剂）常用的加热剂： 饱和水蒸气饱和水蒸气 烟道气烟道气（2 2）常用的冷却剂：）常用的冷却剂： 水水 空气（冷风）空气（冷风） 冷冻剂冷冻剂6.6.确定设计方案的原则确定设计方案的原则1 1）满足工艺和操作要求。）满足工艺和操作要求。2 2）保证生产安全。）保证生产安全。

14、3 3）考虑综合利用。）考虑综合利用。4 4）满足经济上的要求）满足经济上的要求。7 7管壳式换热器设计考虑的因素管壳式换热器设计考虑的因素（1 1）满足换热基本要求）满足换热基本要求（2 2）终端温差）终端温差（3 3）流速）流速（4 4）压降）压降（5 5）传热总系数）传热总系数（6 6）污垢系数）污垢系数（7 7）结构标准）结构标准8 8. .工艺设计计算过程工艺设计计算过程 （1） 热负荷 Q 的计算。 （2） 热平衡计算，求 G，确定冷却剂或加热剂 的量。 （3） 确定mTD，（先设为单程） （4） 假设传热系数K，求传热面积A。 （5） 选型（查手册）或设计，确定管径、管数、 管长

15、、壳径、排管、折流板、板间距等和其 他结构。 （6） 核算 K，A。 （7） 流体力学计算PD。 （8） 经济评价 例 某精馏塔浓缩甲醛水溶液，操作压力0.4MPa（绝），第一股进料F1=10500kg/h，甲醛浓度为28%，第二股进料F2=9500kg/h，甲醛浓度为8.0wt%，塔顶流出液浓度为37wt%，釜液浓度为0.2wt%，釜液采出量W1为10050kg/h，温度为140，为了回收釜液的热量，用釜液预热温度为30 ，浓度为8%的原料液。试选用一适当型号的换热器。F1=10500kg/hX1=28% t1=30F2=9500kg/hX2=8% t2W1=10050kg/h T1=140

16、T2解1热负荷计算设釜液终温T2=90，釜夜含甲醛0.2%，因此物性可用水代之。 Tm=(T1+T2)/2=(90+140)/2=115在平均温度Tm下水的比热 Cp=4.24kJ/kg. Q=W1Cp(T1-T2)=100504.24 (140-90) 103/3600 =5.92 105W 2 平均推动力计算： 设原料F2终温为87 tm=(87+30)/2=58.5 在tm温度下 甲醛Cp1=0.783KJ/kg. , 水Cp2=4.18kJ/kg. Cpm=Cp1.x1+Cp2.x2=0.08 0.783+4.18 0.92 =3.91kJ/kg. t2=t1+W1.Cp1(T1-T2

17、)/(F2.Cpm) =30+100504.18 (140-90)/(9500 3.91) = 86.5 与假设基本符合，t2=86.5 逆流平均推动力 tm=(140-86.5)+(90-30)/2=56.8 R=(T1-T2)/(t2-t1)=(140-90)/(86.5-30)=0.88 P=(t2-t1)/(T1-t1)=(86.5-30)/(140-30)=0.51 温差修正系数=0.825 tm=0.825 56.8=46.8 3初选换热器 设K=700W/m2.K A=Q/K tm=5.92 105/(700 46.8)=18.1m2初选G-400-20-25-4型换热器，管长3

18、m，管径 25 2 ，管子数N=86，折流板间距150，管层数Np=44校核传热系数（1）原料流量较小走管层，核算管层给热系数 tm=(86.5+30)/2=58F2的平均物性 Cp=3.91kJ/kg. =0.428cp l=2.244kJ/(m.h. )管层流动面积A=/4d2N/Np=0.7850.0212 86/4=0.00744m2Re=dG/ =0.021 9500 103/(0.00744 0.428 3600)=1.74 104Pr=Cp. / l=3.6 3.91 0.428/2.244=2.68i=0.023 l/d.Re0.8Pr0.4=2622W/(m2. ) (2)壳层。核算 平均温度115 时物性 r=947kg/m3 Pr=1.54 =0.243cp l=68. 5 10-2w/(m.k) 管子正三角排列，管间距t=32mm，25% 圆缺型挡板0202)423(4ddtde= de=0.02m流通面积A=BD(1-d0/t)=0.150.4(1-25/32) =0.0131m21001753710243. 0947225. 002. 0/0255. 00131. 0947360010050