化工设备的设计

压缩机分类 按工作原理分类： 分为容积式和速度式压缩机。 容积式压缩机的原理：提高气体压力，由于压缩机中气体体积被缩小，使单位体积内空气分子的密度增加而形成的。 速度式压缩机的原理：在速度式压缩机中，空气的压力是由空气分子的速度转化而来的，即速度能转化为压力能。
5.2.2.3 压缩机
按结构分类： 活塞式
齿轮泵 齿轮泵适用于输送不含固体颗粒、无腐蚀性、粘度范围较大的润滑性液体。主要用于各种机械设备中的润滑系统中输送润滑油，不锈钢齿轮泵，可输送无润滑性的油料、饮料、低腐蚀性的液体。
隔膜泵 系借弹性薄膜将活柱与被输送的液体隔开，当输送腐蚀性液体时，可不使活柱和缸体受到损伤。 隔膜泵是目前国内较新颖的一种泵类。对于各种腐蚀性液体、带颗粒、高粘度、易挥发、易燃、易爆、剧毒的液体、陶瓷釉浆、果浆、胶水、油轮仓底油回收、临时倒罐等液体均能予以抽光吸尽。
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按泵的用途分类：水泵、油泵、泥浆泵、砂泵、耐腐蚀泵、冷凝液泵、液下泵等，或者辅以结构特点命名，悬臂水泵、齿轮油泵、螺杆泵、立式泵、卧式泵等。 5.2.1.2 技术指标 型号： 如： IH50-32-160A IH—泵的型号代号（单级单吸离心泵）； 50—泵吸入口直径mm； 32—泵排出口直径mm； 160—叶轮名义直径mm； A—轮直径第一次切割。
蒸馏塔：进塔物料、塔顶和塔釜产品的流量及组成；温度、塔操作压力、塔径、塔板类型和塔板数，填料种类、规格、填料总高度，每段填料的高度和段数，进料位置、灵敏板位置，塔顶冷凝器的热负荷及冷却介质的种类、流量、温度和压力。
反应器：类型、进出口物料的流量、组成、温度和压力、主要尺寸，催化剂的种类、规格、数量和性能参数。
输送腐蚀性介质时，应选用耐腐蚀泵。 金属耐腐蚀泵，过流件的材质为金属，高硅铸铁、不锈钢、高合金钢、钛及其合金等。 非金属耐腐蚀泵，过流件的材质为非金属金属，有聚氯乙烯、玻璃钢、聚乙烯、聚丙烯、聚氟乙烯、陶瓷、玻璃、搪瓷等。 一般来说非金属泵耐腐蚀优于金属泵，但耐温、耐压不如金属泵，所以非金属耐腐蚀泵用于流量不大，温度和压力较低的场合。 在选泵时，还要进一步查过流件的材质的性能，如可长期使用的温度，耐酸、耐碱、耐有机溶剂、耐磨等情况。
离心通风机 离心风机的性能参数： 离心风机的性能参数中，较为重要的是气体流量、压力、输送的功率、效率和叶轮的转速等，这都是在选型过程中必须关注的。离心风机的气体流量参数，代表了风机在单位时间内能处理的气体的体积，而离心风机的压力是指在离心风机工作过程中，内部的气体压力值。
(２)离心式风机根据所产生的压力分为： ① 低压离心通风机：P≤1KＰa； ② 中压离心通风机：P=1～3KＰa； ③ 高压离心通风机：P=3～15KＰa； （3）离心式风机的选择： ① 输送气体的性质 ② 根据伯努利方程计算所需实际 风压，并换算成试验条件下的 风压ΔP0 ，选择风机类型。 ③ 把实际风量Q乘以一安全因数 换成试验条件下的Q0 ④ 根据ΔP0 、Q0选择合适的风机。
确定单元操作设备类型，与工艺流程设计相结合。 确定设备材质，根据操作条件（ 介质的性质、温度、压力）和对设备的工艺要求，与设备设计专业人员共同完成。 确定设备的设计参数，根据工艺流程设计、物料衡算、热量衡算、设备的工艺计算工作得到。不同设备有不同的设计参数。
换热器：热负荷Q,换热面积F，冷热载体的流量、温度和压力。 泵：流量、扬程、轴功率、允许吸上高度。 风机：风量、风压。 吸收塔：气体的流量、组成、压力、温度，吸收剂的种类、流量、温度压力，塔径、塔高、塔板类型、塔板数，填料种类、规格、填料高度、每段填料的高度和段数。
确定标准设备（即定型设备）的型号或牌号，并确定台数。标准设备是一些加工厂成批、成系列生产的设备，能直接订货或购买的现成的设备。化工行业专用标准设备如冷冻机、除尘设备、过滤机、离心机和搅拌器等。
非标设备，由工艺专业的设计人员向设备专业提供设计条件和草图、明确设备的形式、材质、基本设计参数、管口、维修、安装、支撑及其它要求（如防爆口、人孔、手孔、仪表接口等）。
编制工艺设备一览表（表4-1）， 作为设计说明书的组成部分提供给有关部门进行设计审查。 工艺设备的施工图纸完成后，与化工设备的专业设计人员进行会签。
5.2 化工物料输送设备
泵 是液体物料输送设备； 风机和压缩机是气体物料输送、压缩、制冷设备。 给料机械设备、气流输送设备是固体物料输送设备。 液体输送设备 泵 泵是液体输送的主要设备。 泵的结构分类：叶片式和容积式。
输送易气化液体 ，易气化液体指沸点低的液体，如液态烃、液态氧、液态氢等，这些介质的温度通常为-30 ~ -160℃，选低温泵。
输送粘性液体 要根据粘度的大小选泵
输送含气液体，要求泵输送液体中的允许含气量（体积分数）极限为： 离心泵＜5% 旋涡泵5%～20% 容积式泵5%～20%。
输送含固体颗粒的液体，固体颗粒的存在使泵的扬程、效率降低，应按规定校核。离心泵输送液体时允许的最大含固率（质量分数）为：水泥60%～65%，硫胺30%～40%，碳化钙、石灰乳50%～60%，盐35%，挥发性灰粉（油渣）55%。 输送高温介质时应选用热油泵。 要求低流量、高扬程时，可选用多级泵。 要求高吸入性能时，选用允许气蚀余量小的泵，如液态烃泵、双吸式离心泵。 当打液量精度要求高时，选用计量泵。
离心泵的叶轮
泵的内部结构
叶片式泵按叶片式结构分类，离心泵（屏蔽泵、管道泵、自吸泵、无堵塞泵）、轴流泵和旋涡泵。
容积式泵的工作原理：由泵的活塞在往复或转子旋转运动中产生挤压作用将液体吸入和压出。
容积泵：往复泵（活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、计量泵）和转子泵（齿轮泵、螺杆泵、滑片泵、罗茨泵）。
叶片式泵的工作原理：由泵内的叶片在旋转时产生的离心力作用，将液体吸入和压出。
1
往复式
2
容积式 膜式
3
滑片式
4
压缩机 回转式 螺杆式
5
转子式
6
轴流式
7
速度式 离心式
8
混流式
9
小流量采用活塞式空气压缩机，大流量采用离心式空气压缩机。
10
几种常用的压缩机 A、活塞式空气压缩机 中小型空气压缩机的类型：L型、V型、W型, 以及卧式、立式、对称平衡式等，水冷式和空冷式，单级、两级或多级。 型号：以活塞空气压缩机4M12-45/210为例，含义为：4列，M型，12*104N活塞力，额定排气量为45m3/min,额定排气表压为 210*105Pa
5.2.1.4 真空泵 真空泵是用来维持工艺系统要求的真空状态。 种类：往复式真空泵、水环真空泵、液环真空泵、旋片真空泵、喷射真空泵。 往复式真空泵
水环式真空泵 旋片真空泵
喷射泵 喷射泵是利用流体流动是能量的转变来达到输送的目的。利用它可输送液体，也可输送气体。在化工生产中，常将蒸汽作为喷射泵的工作流体，利用它来抽真空，使设备中产生负压。因此常将它称为蒸汽喷射泵。为了获得更高的真空度，可用多级蒸汽喷射泵。
5 化工设备的设计与选型
化工设备 动设备—在外力作用下作功。如泵、风 机、压缩机、制冷机、离心机等。 静设备—无需外力作用。如塔、反应釜、 贮罐、换热器等。 标准设备，成批成系列生产。非标准设备是根据工艺要求，通过工艺计算及机械计算而设计，然后提供给有关工厂制造。
5.1 化工设备工艺设计的内容
扬程（m液柱）：它是单位质量的液体通过泵获得的有效能量。泵的技术指标中扬程指介质为清水，密度1000kg/m3，粘度1mPa·s，无固体杂质。 流量：泵在单位时间内抽吸或排送液体的体积数称为流量，m3/h或L/s。 离心泵的流量与扬程有关，称之为离心泵特性曲线。而容积式泵流量与扬程无关，近乎为常数。 功率与效率：有效功率指单位时间内泵对液体所做的功；轴功率指原动机传给泵的功率；效率为有效功率与轴功率之比。泵样本中所给出的功率与效率都为清水试验所得。 必须气蚀余量：为使泵在工作时不产生气蚀现象，泵进口处必须具有超过输送温度下液体的汽化压力的能量，使泵在工作时不产生气蚀现象所必须具有的富余能量，也称为气蚀余量，单位为m。
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5.2.1.3 泵的选用 化工用泵的要求 因为化工用泵所输送的液体性质和一般泵不同，另外化工装置还有要求长期连续运行的特点，所以除操作方便、运行可靠、性能良好和维修方便等的要求外，在不同的情况下还有不同的要求。
屏蔽泵
输送易燃、易爆、易挥发、有毒和有腐蚀性及贵重的介质，要求密封性能可靠，只能微漏甚至完全无泄漏,应选磁力驱动泵或屏蔽泵。
真空度 (两种表示方法)
绝对压力p ②真空度pv pv（kPa）= 101.325 - p （kPa）
真空泵的主要技术指标：
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泵的配管
#2022
泵的图例
01
02
轴流风机
离心通风机
离心风机的叶轮外覆有机械外壳，叶轮的中心为进气口。离心风机工作时，动力设备运转驱动叶轮旋转，将空气从进气口吸入。离心风机的叶片转动过程中对气体施加动力作用，提高气体的压力和速度，气体在离心力的作用下沿叶道从排气口排出。
流量和扬程的安全系数 选泵时，以工艺计算确定的流量为基础值，考虑到操作中可能出现流量的波动，以及开车、停车的需要，应在正常流量值的基础上乘以的安全系数。 由于管道阻力计算常有误差，而且在运行一段时间后，管道结垢、积碳，使管道阻力大于计算值，因此，扬程也采用计算值的倍。
（四）泵的校核与备用
扬程和流量的校核
齿轮泵
离心泵
螺杆泵
液下泵
（二）泵类型的确定
确定泵的型式要根据被输送物料的的性质，包括相态、温度、粘度、密度、挥发性、毒性、化学腐蚀性、危险性等，同时还要考虑生产的工艺过程、动力、环境和安全等因素。如易燃易爆液体的输送，必须配用防爆电机。无电源或电力紧张而有蒸汽供应时，可选蒸汽往复泵、水喷射泵、蒸汽喷射泵，而且安全。 选泵时，往往不能满足各方面的要求，应以满足工艺和安全要求为主要目标，如输送酸、碱时，防腐就是主要要求。
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抽气速率 m3/min
极限真空（最大真空度）
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抽气时间（min）
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自吸泵
自吸及排污于一身，即可象一般清水自吸泵那样不需安底阀，不需引灌水、又可抽吸含有大颗固体块、长纤维的污物、沉淀物、废矿杂质、粪便处理及一切工程污水和胶质液体，完全减轻工人的劳动强度，而且使用、移动、安装方便，性能稳定。（材质：铸铁、不锈钢）
罗茨泵 是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故高、中真空泵需要前级泵。罗茨泵的极限真空,除取决于泵本身结构和制造精度外，还取决于前级泵的极限真空。为了提高泵的极限真空度，可将罗茨泵串联使用。
5.2.2.2 鼓风机 种类：旋转式鼓风机和离心鼓风机。 罗茨鼓风机 是旋转式鼓风机中应用最广的一种，工作原理与齿轮泵极为相似，其风量与速度成正比，与出口压强无关。 风量：2～500m3/min 出口压强：P＜81KPa（表压） 工作温度：t＜85℃
离心鼓风机
工作原理与离心通风机相同。可采用单级、多级风压。一般单机通风机不可能产生很高的风压，表压P ＜ 50KPa；压头较高的离心鼓风机都是多级的，但出口压强P ＜ 0.3MPa（表压）。 用途：原料气的压缩，液体物料的压送、固体物料的气输送。 选用方法与离心通风机相同。
泵的轴Байду номын сангаас率的校核
离心泵安装高度的校核
允许吸上高度
有效汽蚀余量（需要汽蚀余量的倍）
泵的备用
DL立式多级离心泵，效率高，性能范围广，在结构上采用了立式，分段形式，泵的吸入口在下方，出水口在上方。可根据实际情况，出水段可旋转90～180～270等四个方向。
计量泵
计量泵也称定量泵或比例泵。计量泵属于往复式容积泵，用于精确计量的，通常要求计量泵的稳定性精度不超过±1%。可以满足各种严格的工艺流程需要，流量可以在0～100%范围内无级调节，用来输送液体（特别是腐蚀性液体）一种特殊容积泵。