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第五章化工设备的选型和设计计算 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 化工设备类型 标准设备 定型设备 非标准设备 非定型设备 工艺设备一览表 选型和工艺设计的原则 合理性 先进性 安全性 经济性 5 1物料输送设备 物料输送设备分类 5 1物料输送设备 5 1 1液体输送设备 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 I 1B系列螺杆泵 浓浆泵 G型单螺杆泵 浓浆泵 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 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 5 1物料输送设备 5 1 1液体输送设备 泵的技术指标扬程 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 氨 只有铜和铜合金不宜使用 5 1物料输送设备 5 1 1液体输送设备 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 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 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 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 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 5 1物料输送设备 5 1 1液体输送设备 泵的选择 1 列出基础数据介质的物性操作条件泵所在位置 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 流量的确定和计算 选泵时以最大流量为基础 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 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 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 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 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 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 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 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 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 1通风机 SF型低噪声轴流式通风机 9 19型系列高压离心通风机 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 1通风机 离心式通风机根据产生的压头可分为 1 低压离心式通风机风压 1kPa 2 中压离心式通风机1 3kPa 3 高压离心式通风机3 15kPa 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 1通风机 离心式通风机型号 传动方式 A为直联 BC为皮带连接 D为连轴器连接 机号 数字表示叶轮直径mm 100 型号代号 9 19表示高压离心式通风机 9 19No7 1 A 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 1通风机 技术指标 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 2鼓风机 罗茨风机系列 C系列多级离心鼓风机 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 2鼓风机 罗茨风机结构示意图 罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵类似 如图所示 机壳内有两个渐开摆线形的转子 两转子的旋转方向相反 可使气体从机壳一侧吸 从另一侧排出 转子与转子 转子与机壳之间的缝隙很小 使转子能自由运动而无过多泄漏 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 2鼓风机 罗茨鼓风机 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 2鼓风机 罗茨鼓风机 属于正位移型的罗茨风机风量与转速成正比 与出口压强无关 该风机的风量范围可自2至500m3 min 出口表压可达80kPa 在40kPa左右效率最高 该风机出口应装稳压罐 并设安全阀 流量调节采用旁路 出口阀不可完全关闭 操作时 气体温度不能超过85 否则转子会因受热臌胀而卡住 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 2鼓风机 离心鼓风机 离心式鼓风机的结构特点 离心式鼓风机的外形与离心泵相象 内部结构也有许多相同之处 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 2鼓风机 离心鼓风机 例如 离心式鼓风机的蜗壳形通道亦为圆形 但外壳直径与厚度之比较大 叶轮上叶片数目较多 转速较高 叶轮外周都装有导轮 单级出口表压多在30kPa以内 多级可达0 3MPa 离心式鼓风机的选型方法与离心式通风机相同 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 2鼓风机 性能参数 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 3压缩机 活塞式空气压缩机 L型 V型 W型及卧式 立式 对称平衡式水冷式和空冷式 单级 两级和多级 结构 空压机 电动机 空气过滤器 中间冷却器 电控设备等 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 3压缩机 分类 压缩机 容积式速度式 往复式回转式 轴流式离心式混流式 活塞式膜式 滑片式螺杆式转子式 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 3压缩机 活塞式压缩机 技术指标 V 6 8 1 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 3压缩机 活塞式压缩机型号 以V 6 8 1型空压机为例说明 冷却方式 水冷 额定排气压力 0 1MPa 表压 排气量 m3 min机型代号 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 3压缩机 离心式空气压缩机 DA400 63型离心式压缩机 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 3压缩机 离心式压缩机 离心式压缩机具有以下优点 1 在相同冷量的情况下 特别在大容量时 与螺杆压缩机组相比 省去了庞大的油分装置 机组的重量及尺寸较小 占地面积小 2 离心式压缩机结构简单紧凑 运动件少 工作可靠 经久耐用 运行费用低 3 容易实现多级压缩和多种蒸发温度 容易实现中间冷却 使得耗功较低 4 离心机组中混入的润滑油极少 对换热器的传热效果影响较小 机组具有较高的效率 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 3压缩机 离心式压缩机 具有以下缺点 1 转子转速较高 为了保证叶轮一定的宽度 必须用于大中流量场合 不适合于小流量场合 2 单级压比低 为了得到较高压比须采用多级叶轮 一般还要用增速齿轮 3 喘振是离心式压缩机固有的缺点 机组须添加防喘振系统 4 同一台机组工况不能有大的变动 适用的范围较窄 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 3压缩机 螺杆式压缩机 螺杆式压缩机基本技术参数 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 3压缩机 螺杆式压缩机 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 3压缩机 螺杆式压缩机 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 3压缩机 螺杆式压缩机 选择压缩机应注意的问题 一是应考虑排气压力的高低和排气量大小 一般用途空气动力用压缩机排气压力为0 7MPa 老标准为0 8MPa 排气量是空压机的主要参数之一 选择空压机的气量要和所需的排气量相匹配 并留有10 的余量 另外 在选排气量时还要考虑高峰用量和通常用量及低谷用量 二是要考虑用气场合和条件 如用气场地狭小 船用 车用 应选立式 如用气场合有长距离的变化 超过500米 则应考虑移动式 如果使用场合不能供电 则应选择柴油机驱动式 如果使用场合没有自来水 就必须选择风冷式 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 3压缩机 螺杆式压缩机 选择压缩机应注意的问题 三是要考虑压缩空气质量 一般空压机产生的压缩空气均含有一定量润滑油 并有一定量的水 有些场合是禁油和禁水的 这时不但对压缩机选型要注意 必要时要增加附属装置 解决的办法 一是选用无润滑压缩机 第二种也是常用的方法 是将空压机 无论哪种 再加一级或二级净化装置或干燥器 四是要考虑压缩机运行的安全性 空压机是一种带压工作的机器 工作时伴有温升和压力 其运行的安全性要放在首位 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 4制冷机 概况 制冷剂主要有 活塞式 离心式 螺杆式 溴化锂吸收式和氨吸收式等几种 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 4制冷机 概况 基本组成及工作原理压缩机 compressor 冷凝器 condenser 蒸发器 evaporator 节流阀 throttle 高温高压过热蒸气 高温高压饱和液体 低温低压两相流 低温低压饱和蒸气or过热蒸气 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 4制冷机 化工生产中常用的制冷机 1 活塞式氨压缩制冷机 特点 1转数高 体积小 重量轻 效率高 占地面积小 2零部件互换性强 维护修理方便 3设有能量调节的机构 便于调节冷量 并且启动方便 可无负荷启动 节省电力 4运转平稳 震动力小 适于安静的场所 5装有装放油三通阀 可在正常运转中加油 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 4制冷机 化工生产中常用的制冷机 1 活塞式氨压缩制冷机 辅助设备 氨冷凝器 氨液分离器 油分离器 贮氨器 蒸发器 中间冷却器 集油器 空气分离器 过冷器 一次节流中间完全冷却双级压缩系统图 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 4制冷机 化工生产中常用的制冷机 1 活塞式压缩制冷机的技术参数 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 4制冷机 化工生产中常用的制冷机 1 活塞式压缩制冷机的型号 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 4制冷机 化工生产中常用的制冷机 2 离心式制冷机 离心式制冷压缩机的工作原理与容积式压缩机不同 它是依靠动能的变化来提高气体的压力的 它由转子与定子等部分组成 当带叶片的转子 即工作轮 转动时 叶片带动气体转动 把功传递给气体 使气体获得动能 定子部分则包括扩压器 弯道 回流器 蜗壳等 它们是用来改变气流的运动方向以及把速度能转变为压力能的部件 制冷剂蒸气由轴向吸入 沿半径方向甩出 故称离心式压缩机 centrifugalcompressor 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 4制冷机 化工生产中常用的制冷机 2 离心式制冷机 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 4制冷机 化工生产中常用的制冷机 2 离心式制冷机 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 4制冷机 化工生产中常用的制冷机 1 电动机2 叶轮3 进口导流叶片4 离心式制冷压缩机5 冷凝器6 蒸发器7 节流阀8 过冷盘管9 过滤器 2 离心式制冷机 表6 2ALT250 36 20压缩机主要技术参数 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 4制冷机 化工生产中常用的制冷机 2 离心式制冷机 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 4制冷机 化工生产中常用的制冷机 3 螺杆式制冷机 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 4制冷机 化工生产中常用的制冷机 螺杆式制冷压缩机主要由转子 机壳 包括中部的气缸体和两端的吸 排气端座等 轴承 轴封 平衡活塞及输气量调节装置组成 下图是典型开启螺杆式压缩机的一对转子 气缸和两端端座的外形图 1 吸气端座2 阴转子3 气缸4 滑阀5 排气端座6 阳转子 3 螺杆式制冷机 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 4制冷机 化工生产中常用的制冷机 3 螺杆式制冷机 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 4制冷机 化工生产中常用的制冷机 3 螺杆式制冷机美国顿汉 布什 Dunham Bush 全封闭式螺杆制冷压缩机 1 排气孔口2 内置电动机3 吸气截止阀4 吸气口5 吸气止回阀6 吸气过滤网7 过滤器8 输气量调节油活塞9 调节滑阀10 阴阳转子11 主轴承12 油分离器13 挡油板 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 4制冷机 化工生产中常用的制冷机 3 螺杆式制冷机 我国螺杆压缩机结构参数 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 4制冷机 化工生产中常用的制冷机 3 螺杆式制冷机 1 优点 1 转速较高 又有质量轻 体积小 占地面积小等一系列优点 2 动力平衡性能好 故基础可以很小 3 结构简单紧凑 易损件少 维修简单 使用可靠 有利于实现操作自动化 4 对液击不敏感 单级压力比高 5 输气量几乎不受排气压力的影响 在较宽的工况范围内 仍可保持较高的效率 2 缺点 1 噪声大 2 需要有专用设备和刀具来加工转子 3 辅助设备庞大 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 4制冷机 化工生产中常用的制冷机 3 螺杆式制冷机 计算冷负荷 计算压缩机的机械负荷Q0 由工艺要求确定工作工况 即t0 tk trc tsh t中 t排 作lgP h图 查得热力计算所需的状态参数 计算工作工况下的 v qv 由Vh Q0 v qv 计算得到压缩机的理论排气量Vh 由Vh查表选择压缩机 校核配用电机功率 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 4制冷机 化工生产中常用的制冷机 4 制冷机的选型 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 5真空泵 主要参数 1 真空度 可以用绝对压力 p 或真空度 pv 表示Pv kPa 101 325 p kPa Pv mmHg 760 p Torr 1Torr 1mmHg 133 322Pa 2 抽气速率 3 极限真空 4 抽气时间 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 5真空泵 A 往复式真空泵 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 往复式真空泵的技术参数 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 5真空泵 B 水环真空泵 SZB系列水环式真空泵 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 5真空泵 B 水环真空泵 1 泵旋转时 形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环 2 如果以叶轮的上部0 为起点 那么叶轮在旋转前180 时小腔的容积由小变大 且与端面上的吸气口相通 此时气体被吸入 当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝 3 当叶轮继续旋转时 小腔由大变小 使气体被压缩 当小腔与排气口相通时 气体便被排出泵外 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 5真空泵 B 水环真空泵技术参数 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 5真空泵 B 水环真空泵 水环泵和其它类型的机械真空泵相比有如下优点 结构简单 制造精度要求不高 容易加工 结构紧凑 泵的转数较高 一般可与电动机直联 无须减速装置 故用小的结构尺寸 可以获得大的排气量 占地面积也小 压缩气体基本上是等温的 即压缩气体过程温度变化很小 由于泵腔内没有金属磨擦表面 无须对泵内进行润滑 而且磨损很小 转动件和固定件之间的密封可直接由水封来完成 吸气均匀 工作平稳可靠 操作简单 维修方便 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 5真空泵 B 水环真空泵 水环泵也有其缺点 效率低 一般在30 左右 较好的可达50 真空度低 这不仅是因为受到结构上的限制 更重要的是受工作液饱和蒸气压的限制 用水作工作液 极限压强只能达到2000 4000Pa 用油作工作液 可达130Pa 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 5真空泵 C 液环真空泵 2BE系列液环真空泵 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 5真空泵 C 液环真空泵技术参数 2BE系列液环真空泵技术参数 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 5真空泵 D 旋片真空泵 2X系列双级旋片真空泵 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 5真空泵 D 旋片真空泵技术参数 2X系列双级旋片真空泵技术规格 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 5真空泵 D 旋片真空泵工作原理 如图为旋片泵的工作原理示意图 旋片泵主要由泵体 转子 旋片 端盖 弹簧等组成 在旋片泵的腔内偏心地安装一个转子 转子外圆与泵腔内表面相切 二者有很小的间隙 转子槽内装有带弹簧的二个旋片 旋转时 靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端与泵腔的内壁保持接触 转子旋转带动旋片沿泵腔内壁滑动 当转子按箭头方向旋转时 与吸气口相通的空间A的容积是逐渐增大的 正处于吸气过程 而与排气口相通的空间C的容积是逐渐缩小的 正处于排气过程 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 5真空泵 E 喷射真空泵 RPP系列水喷射真空泵 喷射真空泵是利用流体传递能量和质量 本身没有运动部件 它是由喷咀 吸入室 扩压管三部分组成 具有一定压力的工作流体通过喷咀高速喷出 通过能量转换 在喷咀出口区域形成真空 从而将被抽介质吸引出来 二股介质在扩压管内进行混合及能量交换 最后以略高于大气压而排出 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 5真空泵 E 喷射真空泵 优点 工作压强范围广 抽气量大 结构简单 适应强 可抽含有灰尘及腐蚀性 易燃易爆气体 缺点 效率很低 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 5真空泵 F 罗茨真空泵 三叶型罗茨真空泵最大优点是在较低的入口压力时具有较高的抽气速率 但它不能单独使用 必须有一台前级真空泵串联 待被抽系统中的压力被前级真空泵抽到罗茨真空泵允许入口压力时 罗茨真空泵才能开始工作 并且在一般情况下 罗茨真空泵不允许高压差工作 否则将会过载和过热而损坏 因此使用罗茨真空泵必须合理地选用前级真空泵 安装必要的保护设备 前级真空泵一般可选择油封机械泵或液环真空泵 特别在抽除有大量水蒸汽的气体时 选用水环真空泵作为前级泵是很理想的 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 5真空泵 F 罗茨真空泵 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 5真空泵 F 罗茨真空泵 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 5真空泵 F 三叶罗茨真空泵工作原理 5 1物料输送设备 5 1 2气体输送 压缩设备 5 1 2 5真空泵 选真空泵的注意事项 真空泵的工作压强应该满足真空设备的极限真空及工作压强要求 正确地选择真空泵的工作点 真空泵在其工作压强下 应能排走真空设备工艺过程中产生的全部气体量 正确地组合真空泵 真空设备对油污染的要求 了解被抽气体成分 气体中含不含可凝蒸气 有无颗粒灰尘 有无腐蚀性等 真空泵排出来的油蒸气对环境的影响如何 真空泵工作时产生的振动对工艺过程及环境有无影响 真空泵的价格 运转及维修费用 5 2贮罐 5 2 1贮罐系列 立式贮罐平底平盖系列 HG5 1572 85 平底锥顶系列 HG5 1574 85 90 无折边锥形底平盖系列 HG5 1575 85 立式球形封头系列 HG5 1578 85 90 折边锥形底 椭圆形盖系列 HG5 1577 85 立式椭圆形封头系列 HG5 1579 85 5 2贮罐 5 2 1贮罐系列 立式贮罐 平底平盖立式贮罐 5 2贮罐 5 2 1贮罐系列 卧式贮罐卧式无折边球形封头系列用于p 0 07MPa 非易燃易爆 非剧毒的化工液体卧式有折边椭圆形封头系列 HG5 1580 85 用于p 0 25 4 0MPa 化工液体 5 2贮罐 5 2 1贮罐系列 立式圆筒形固定顶贮罐系列 HG21502 1 92 p 2kPa 0 5kPa 设计温度 19 150 公称容积100 30000m3 公称直径4500 44000mm 立式圆筒形内浮顶贮罐系列 HG21502 2 92 适用于易挥发的石油 石油产品及化工产品 设计压力为常压 设计温度 19 80 公称容积100 30000m3 公称直径4500 44000mm 2020 3 17 107 可编辑 5 2贮罐 5 2 1贮罐系列 球罐系列设计压力 4MPa以下 容积 50 10000m3 5 2贮罐 5 2 1贮罐系列 低压湿式气柜系列 HG21549 92 设计压力 4000Pa以下 容积 50 10000m3 湿式气柜主要由立式圆筒形水槽 一个或数个圆筒塔节 钟罩及导向装置组成 钟罩是一个有拱顶的底面敞开的圆筒结构 在水槽和钟罩之间是圆筒状的活动塔节 气体管道穿过水槽底板和水槽中的水进入钟罩 实现气体的输入或排出 上下相连的塔节间用水封挂圈连接并实现密封 当向气柜压送气体时 钟罩上升 其下部挂圈从水槽中取水 钟罩升至一定高度时 钟罩下挂圈与第二塔节上挂圈连接 第二塔节上挂圈立板插入钟罩下挂圈水封 第二塔节即被提起 如此依次提起各塔节 在输出气体时 钟罩和塔节的动作过程相反 5 2贮罐 5 2 2贮罐设计的一般程序 汇集工艺设计数据 包括物料衡算和热量衡算 贮存物料的温度 压力 最大使用压力 最高使用温度 最低使用温度 腐蚀性 毒性 蒸汽压 进出量 贮罐的工艺方案等 选择容器材料 对有腐蚀性的物料可选用不锈钢等金属材料 在温度压力允许时可用非金属贮罐 搪瓷容器或由钢制压力容器衬胶 搪瓷 衬聚四氟乙烯等 容器型式的选用 我国已有许多化工贮罐实现了系列化和标准化 在贮罐型式选用时 应尽量选择已经标准化的产品 容积计算 容积计算是贮罐工艺设计和尺寸设计的核心 它随容器的用途而异 5 2贮罐 5 2 2贮罐设计的一般程序 确定贮罐基本尺寸根据物料密度 卧式或立式的基本要求 安装场地的大小 确定贮罐的大体直径 依据国家规定的设备零部件即筒体与封头的规范 确定一个尺寸 据此计算贮罐的长度 核实长径比 如长径比太大 即偏长 或太小 即偏圆 应重新调整 直到大体满意 选择标准型号各类容器有通用设计图系列 根据计算初步确定它的直径 长度和容积 在有关手册中查出与之符合或基本相符的标准型号 开口和支座在选择标准图纸之后 要设计并核对设备的管口 绘制设备草图 条件图 标注尺寸 提出设计条件和订货要求 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类 按工艺用途分类 加热器冷却器冷凝器蒸发器再沸器空冷器 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类 按传热面形状和结构分类 管式换热器热冷流体通过管子壁面进行传热 如管壳式 套管式 蛇管式换热器 板式换热器热冷流体通过板面进行传热 如平板式 螺旋板式 板翅式换热器等 特殊形式换热器根据工艺特殊要求设计 如热管式换热器等 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类 按传热器作用原理分类 直接接触 混合 式换热器换热时 热冷流体发生接触和混合 如凉水塔 喷射冷凝器等 间壁式换热器换热时 热冷流体由固体壁面隔开 流体不发生接触与混合 是应用最广的换热器 如管壳式换热器 板式换热器等 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类 按传热器作用原理分类 蓄热式换热器热冷流体交替与固体蓄热体发生接触传热 如回转式空气预热器等 中间载热体式换热器通过载热体在两个间壁式换热器之间的循环 实现热量传递 如热管式换热器等 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类 间壁式换热器是化工生产中使用最多的一类 还可分为管式换热器 承受压力高 和板式换热器 承受压力低 管式换热器 蛇管式或浸没式 套管式 列管式 固定管板式 带温度补偿式 带绕性构件 带膨胀节的固定管板式 带绕性管的固定管板式 管束可以伸缩 浮头式 滑动管板式 U型管式 双套管式 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类 套管式换热器是由同心的内管和外套组成 冷热流体分别在内管和套管间隙中流动的同时进行换热 内管用U形管串联 套管在两端用直管进行连接 套管式换热器结构简单 传热面积快 易于清洗 拆装方便 流速适宜可呈纯逆流 换热速率大 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类固定管板式换热器 JB T4715 92 固定管板式换热器 公称压力PN0 25 6 4MPa 公称直径 钢管159 325mm卷制400 1800mm长度 L 1500 9000mm换热管直径 f19 f25换热面积 1 2100m3管程数 单 2 4 6有立式 卧式 卧式重叠式 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类固定管板式换热器技术参数 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类浮头式换热器 JB T4714 92 浮头式换热器 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类浮头式换热器 JB T4714 92 公称压力 浮头式换热器 PN1 0 6 4MPa 浮头式冷凝器 PN1 0 4 0MPa 公称直径 内导流式换热器 钢管325 426mm卷制400 1800mm外导流式换热器 卷制500 1000mm冷凝器 钢管426mm卷制400 1800mm长度 L 3000 9000mm换热管直径 波纹管和光管 f19 f25管程数 单 2 4 6 有卧式 卧式重叠式 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类U型管式换热器 JB T4717 92 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类浮头式换热器 JB T4717 92 U型管式换热器的技术参数 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类U型管式式换热器 JB T4717 92 公称压力 PN1 0 6 4MPa 公称直径 钢管325 426mm卷制400 1200mm长度 L 3000 6000mm换热管直径 波纹管和光管 f19 f25管程数 单 2 4 有卧式 卧式重叠式 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类套管式换热器 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类立式热虹吸式再沸器 JB T4716 92 公称压力 PN0 25 1 6MPa 公称直径 400 1800mm长度 L 1500 3000mm换热管直径 波纹管和光管 f25 f38换热面积 8 400m3管程数 单 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类固定式薄管板换热器 HG21503 92 公称压力 PN0 6 2 5MPa 公称直径 150 1000mm设计温度 19 350 长度 L 1500 6000mm换热管直径 碳钢f25 2 5 f25 2 不锈钢f25 2 5立式 卧式 重叠式 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类板式换热器 板式换热器具有结构紧凑 占地面积下小 传热效率高 操作方便 换热面积可随意增减等优点 并有处理微小温差的能力 公称压力 PN 2 5MPa设计温度 垫片材料允许的使用温度换热面积 垫片内侧参与传热部分的波纹展开面积 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类板式换热器的结构 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类板式换热器的结构 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类板式换热器 板式换热器的技术参数 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类板式换热器 按板片波纹形式分类 按支撑框架形式分类 BR0 3 1 6 15 N I 框架结构形式垫片代号换热面积 m3设计压力 MPa单板公称换热面积板片波纹形式板片式换热器代号 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类板式换热器 垫片代号 N 丁腈 E 三元乙丙 螺旋板式换热器是一种高效换热设备 按结构形式可分为不可拆式 I型 螺旋板式及可拆式 II型 III型 公称压力可分为PN0 6 1 0 1 6 2 5MPa 系指单通道能承受的最大工作压力 按材质可分为碳素钢和不锈钢 公称换热面积碳素钢为6 120m2 不锈钢为6 100m2 公称直径碳钢为500 1600m 不锈钢300 1600m 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类螺旋板式换热器 JB T4723 92 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类搪玻璃换热器 搪玻璃碟片式冷凝器 HG T2056 91 耐腐蚀性能优良 碟片可以任意增减 但传热效率不高 公称压力 器内为常压 或0 25MPa 夹层内0 25MPa 冷却面积1 22m2 介质温度0 200度 有串联 并联和混合式 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类搪玻璃换热器 搪玻璃套管式换热器 HG T2376 92 耐腐蚀性能优良 公称压力 0 25MPa 传热面积1 6 10m2 介质温度0 200度 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类搪玻璃换热器 搪玻璃套管式换热器 耐腐蚀性能优良 公称压力 0 6MPa 介质温度0 200度 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类石墨换热器 列管式石墨换热器 许用压力 管程DN 900mm0 2MPa 管程DN 900mm0 1MPa 管程0 3MPa 公称直径 300 1100mm许用温度 作加热器 20 120 作冷却器 20 130 公称面积 5 260m2长度 L 2000 5000mm折流板间距 300 500mm 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类石墨换热器 YKA型圆块孔板式石墨换热器 许用压力 纵向0 4MPa 许用温度 20 165 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类石墨换热器 矩形块孔板式石墨换热器 HG5 1322 80 许用压力 纵向0 5MPa 横向0 3MPa许用温度 15 150 列管式石墨降膜吸收器 HG5 1323 80 可用于吸收HCl和H2S等有腐蚀性气体 的许用压力 壳程0 3MPa 管程0 05MPa许用温度 气体入口 170 出口 50 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类散热器 FUL型浮头式油加热散热器 FUL型散热器是 种新型的换热装置 它采用了具有优良技术性能的钢铝复合翅片管和用以补偿热应力的浮头式结构 可制成双流程 三流程 四流行及多流程 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 分类散热器 钢铝复合翅片管规格性能见下表 FUL型散热器主要参数 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 2 换热器设计的一般原则 a 基本要求满足工艺操作条件能长期运转安全可靠不泄漏维修清洗方便满足工艺要求的传热面积尽量有较高的传热效率流体阻力尽量小满足工艺布置的安装尺寸等要求 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 2 换热器设计的一般原则 b 介质流程 以固定管板式换热器为例 清洗方便 易结垢流体走管程流体压力 高压流体走管程减少腐蚀机会 腐蚀性大的流体走管程毒性物质的泄漏 毒性大的走管程热能合理利用 冷却时 热流体走壳程蒸汽加热时 蒸汽走壳程 排不凝气 冷凝液 清洁 减少热应力流体的粘性 粘性大的走壳程 有利于折流挡板增大湍动 对流传热系数 大者走壳程 减少热应力 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 2 换热器设计的一般原则 c 终端温度 考虑换热器的经济合理和传热效率 热端的温差应在20 以上 用水或其他冷却介质冷却时 冷端温差可以小一些 但不要低于5 当用冷却剂冷凝时 冷却剂的进口温度应当高于工艺流体中最高凝点组分的凝点59 以上 空冷器的最小温差应大于20 冷凝含有惰性气体的流体时 冷却剂出口温度至少比冷凝组分的露点低5 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 2 换热器设计的一般原则 d 流速 流速较高 可提高传热效率 有利于冲刷污垢和沉积 但流速不能过大 流体在直管内常见流速 m s 壳程内的常见适宜流速 m s 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 2 换热器设计的一般原则 e 压力降压力降一般随操作压力不同而有一个大致的范围 压力降的影响因素较多 但通常希望换热器的压力降在下述参考范围之内或附近 f 传热系数传热面两侧的传热膜系数a1 a2如相差很大时 a值较小的一侧将成为控制传热效果的主要因素 设计换热器时 应设法增大该侧的传热膜系数 计算传热面积时 常以小的一侧为准 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 2 换热器设计的一般原则 g 污垢系数换热器使用中会在壁面产生污垢 在设计换热器时要慎重考虑流速和壁温的影响 从工艺上降低污垢系数 如改进水质 消除死区 增加流速 防止局部过热等 h 尽量选用标准设计和标准系列这样可以提高工程的工作效率 缩短施工周期 降低工程投资 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 3 管壳式换热器的设计和系列选用 管壳式换热器是一种传统的标准换热设备 它具有制造方便 选材面广 适应性强 处理量大 清洗方便 运行可靠 能承受高温高压等优点 是工厂中应用最广泛的换热设备 管壳式换热器的型号与系列标准 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 1 基本参数与型号表示方法 1 基本参数公称换热面积SN 公称直径DN 公称压力PN 换热管长度L 换热管规格 管程数Np 2 型号的表示访求XXXXXX XX XXX12345 公称直径 管程数 公称压力 公称换热面积 代号 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 3 管壳式换热器的设计和系列选用 管壳式换热器的型号与系列标准 G500II 2 5 80公称换热面积为80m2 公称压力为2 5MPa 公称直径为500mm的双程固定管板式换热器 2 管壳式换热器的系列标准可查阅有关手册 5 3换热设备 5 3 1化工生产中的换热设备 4 设计和选用方法 1 汇总设计数据 分析设计任务根据工艺衡算和工艺物料的要求 特性 获得物料流量 温度 压力和化学性质 物性参数 取得有关设备的负荷 流程中的地位与流程中其他设备的关系等数据 设计换热流程在换热设计时 应将换热的工艺流程仔细探讨 以利于充分利用热量 充分利用热源 选择换热器的材质根据介质的腐蚀性能和其他有关性能 按照操作压力 温度 材料规格和制造价格 综合选择 选择换热器类型根据热负荷和选用的换热器材料 选定某一种类型 确定换热器中冷热流体的流向据热载体的性质 换热任务和换热器的结构 决定采用并流 逆流或错流折流等 确定和计算平均温差 tm确定终端温差 根据化学工程有关公式 算出平均温差 5 3换热设备