设备的选型及其设计计算综述(ppt 70页).ppt

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

17、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

18、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、洗浴式除尘器、电除尘器 旋风分离器 旋风分离器是利用气固两相密度差的不同，而实现的气固分离设备作圆周运动时产生的离心力而加快其沉降过程。,蒸馏塔的设计 蒸馏塔设计的程序如下： (1)列出分高要求：达到产品的质量标准； (2)操作条件选择涧歇或连续，操作压力； (3)设备选型：板式塔或填料塔； (4)塔板数和回流比确定：理论板数或级数； (5)塔尺寸确定：直径，实际塔板数或级数； (6)塔内部构件设计：塔板，分布器，填料支承板； (

19、7)机械设计踞容器和内部构件。,5.5 传质设备,5.5.1 板式塔和填料塔,板式塔或填料塔的选择,(1)计算气相与液相负荷的最大值与最小值； (2)收集或估算系统的物性数据； (3)选择板间距(试差值)； (4)根据液泛速度估计塔径： (5)决定液体流型； (6)塔板初步布置：降液管、开孔区、孔径、堰高； (7)泄漏点校核若不满意返回(6)； (8)板压降校核，若不满意，返回(6)； (9)降液管校核(溢流液泛校核及降液管内停留时间校核)，若太大，返回(6)或（3)； (10)塔板布置详图：安定区，不开7L面积孔间距校核，若不满意返回(6)； (11)根据选定的塔径重新计算液泛百分比； (1

20、2)液沫夹带校核，巷过高返回(4)； (13)优化设计：重复(3)(12)求得最小塔直径和可接受的板间距，要求所需的成本最 (14)最终设计：绘出塔板的详细布置图及负荷性能图。,板式塔设计,填料塔的设计程序如下： (1)选择填料形式及尺寸； (2)根据工艺的分离要求，确定塔高； (3)根据通量，即处理气相与液相负荷，确定塔 径； (4)塔内部构件的选择与设计：填料支承、液体 分布器和液体再分布器。,填料塔设计,干燥设备分类： (1)按操作方式分类，分为连续式和间歇式。 (2)按热量供给方式分类，可分为传导、对流、介电、红外线。 传导供热的干燥器有厢式真空、搅拌式、带式真空、滚筒式等。 对流供热

21、的干燥器有厢式、穿流循环、流化床、喷男干燥、气流式、直接加热回转式、穿 流循环、通气竖井式移动床等。 介电供热的干燥器有微波扁频。 红外线供热的干燥器有辐射器。 (3)按物料进入干燥器的形状分类。湿物料可为片状、纤维状、结晶颗粒状、硬的糊状 物、预成型糊状物、淤泥、悬浮液、溶液等。 (4)按附加特征的适应性分类。有危险性物料、热敏感性物料和特殊形状产品等。,5.5.2 干燥设备,常用干燥设备： A.箱式（间歇式）干燥器 B.带式干燥器 C.喷雾干燥器 D.气流干燥器 E.流化床干燥器 F.立式通移动床干燥器 G.回转干燥器 H.真空干燥器,化学反应器是将反应物通过化学反应转化为产物的装置，是化

22、工及其相关工业的核心设备。 由于化学反应种类繁多，性质各异，化学反应器的构型及尺寸相差甚远，如窑炉、釜、塔、混合器、高炉、回转窑、反应管等都可进行化学反应，但各种工艺过程完全不同，因此考虑各工艺的特征是十分重要的。,5.6 化学反应器,5.6.1概述,相态：均相与非均相 操作状态：间歇操作、连续操作、半连续操作 物料流动状态：活塞流或全混合流 传热特征：等温、绝热、非等温非绝热型 构造形式：管式反应器、搅拌式反应器、固定 床反应器等,A.分类,固定床反应器： 广泛应用于氨合成、SO2、甲烷蒸汽转化、加氢脱硫、甲醇氧化制备甲醛、乙醇制备乙醛、甲醇合成等工业 流化床反应器 1.颗粒处于运动状态，表

23、面更新，强化传质。 2.颗粒小，催化剂有效系数高。 3.流化状态，便于操作。 4.传热系数大，换热面积小。 5.生产强度大。 6.返混严重，一次转化率低。,B.工艺特点,搅拌釜反应器 尽量使容器内各点浓度和温度均匀 广泛应用于液液相反应、气液相反应、气液固催化反应等非均相反应 气液相反应器 鼓泡反应器具有较大持液量和较高的传质传热效率，适用缓慢化学反应和高速放热的情况 气液搅拌反应器适用于气体与粘性液体或悬浮性溶液反应系统,A.气固相反应器 主要有：固定床和流化床 选择考虑因素：反应热效应、决热温升、催化剂允许的温度范围。 B.气液相反应器 选型考虑因素：生产强度、能耗、副反应的影响、设备投资、操作性能等。 关键因素：与传递特征和反应动力学特征相适应,5.6.2 反应器选型,搅拌釜式反应器是一种从实验室实验到工业装置均采用的反器 溶积从1L到200立方不等 压力从真空到300MPa 温度跨越大从几十度到几百度 物料性质不同，搅拌釜式反应器结构不同，反应器差别大 搅拌釜式反应器常设有加热或冷却设备 分为搪玻璃反应器系列和发酵罐系列,5.6.3 搅拌釜式反应器,5.7 设备工艺和选型设计计算,流程模