化工设备设计与选择

设备的设计与选择
4.2.1 物料输送设备的选择 4.2.2 容器类设备的选择 4.2.3 换热设备的选择 4.2.4 塔器设备的选型与设计 4.2.5 反应器的选型与设计 4.2.6 非定型设备设计的主要程序
4.2.1
物料输送设备的选择
液体物料输送设备：常规的设备为各种泵
通风机：排气压力小于0.115MPa, 输送气体 鼓风机：排气压力0.115-0.4MPa, 输送气体 压缩机：排气压力大于0.4MPa, 提高压力 真空泵：排气压力接近0MPa
在化工厂中，常常根据风机在生产工艺中的位置和 作用以及输送介质的不同而命名，如引风机、排风机、 空气鼓风机等。目前，风机类产品已经标准化，除特 殊要求外，一般都根据产品样本选型。
图4.3
各类泵的性能范围
按水介 质绘制
4.2.1.2 气体输送、压缩设备
风机按其作用原理可以分为容积式和透平式 两类。 容积式：靠活塞作用在气缸内作往复或旋转 运 动，使气体体积缩小而提高压力。 透平式：靠高速旋转的叶轮提高气速和压力， 然
风机的分类1
风机的分类2
按机械所能达到的压力大小分类为通风机、鼓风 机、压缩机、真空泵
系统的管路布置条件
指送液高度、送液路线、送液走向、吸入侧的最低 液面、排出侧的最高液面及管道规格、材料、管件 规格、数量等 是计算系统扬程的依据，当已经给定系统的扬程时， 可以不必进行计算
操作条件
操作条件的内容包括：操作温度、饱和蒸气压、吸 入侧容器内的压力、排出侧容器内的压力、环境温 度、操作是连续还是间断、泵的地理位臵等
（4）确定泵的台数和备用率
作为正常运行时使用的泵，一般只用一台。 在下列情况时，可以考虑两台泵并联 1. 在流量很大，一台泵达不到所需流量 2. 对于需要50%备用率的大型泵可改用两 台泵并联，一台备用（共三台） 3. 对某些更大型的泵，可选用能满足70% 流量要求的泵并联工作，不用备用泵。 对于重要场合泵的备用率50-100%；对一般连 续操
单级离心泵
立式轴流泵系列产品
离心旋涡泵
各类泵的特点

离心泵：流量大、扬程低 往复泵、旋流泵：流量较小、扬程较高 转子泵：可输送粘度较高的液体 喷射泵：可用来抽吸液体或气体
表4.2 各种泵的性能对比
类 型
离心泵
往复泵
不均匀 量不大 流量恒定，几乎 不随压头变化而 变化
转子泵
比较均匀 量小 流量恒定， 与往复泵同
5. 产品总成本
• 是化工企业经济效益的综合反映，也是上述各项指 标的综合反映。一般要求产品的总成本越低越好。
4.1.2 设备结构的要求
强度：合理的强度，保证设备的安全运行 刚度：设备及其构件在外压的作用下，保持原有 状况的能力 耐久性：设备的使用年限，一般化工设备的使用 年限为10-12年，高压设备为20-25年 密封性：根据有毒物质在车间内允许的浓度来确 定。它对处理易燃易爆及有毒介质非常重要 用材和制造：尽量少用贵重材料，避免复杂的加 工工序 操作和检修：考虑操作、安装和日常维修的方便 运输方便：尺寸与形状设计时要注意运输方便与 否，设备的直径、长度、重量要符合公路、铁路、 水运的运输规定
扬程
指泵在输送单位液体时，泵的进口至 出口的能量增加值，包括液体静压力、 动压头和几何位能的总和。是装臵系 统所需的扬程，与管路系统的具体布 臵情况有关 选泵的扬程值应该注意：最低吸入液 面和最高送液高度，同时留有余量， 一般取系统扬程的1.05-1.1倍作为依据
液体的性质
液体的性质包括物理性质和化学性质 物理性质指温度、重度、粘度、以及介质中固体颗 粒的直径和含量、气体的含量等，涉及到泵的类型 选择、扬程的确定 化学性质指介质的化学腐蚀性和毒性，是考虑泵的 材质和轴封形式的重要依据
表4.2 各种泵的性能对比续1
类 型 离心泵 往复泵 在80%左右 供应不同的 扬程时，效 率仍保持较 大值 零件多，构 造复杂 震动很大， 不可快速， 安装较难 体积大，占 地多 需吸入排出 活门 转子泵 在60-90% 扬程高时 泄漏，使 效率降低 没有活门 可与电动 机直接相 连零件较 少，但制 造精度要 求较高 旋流泵 在25-50% 流体动 力泵 一般仅 15-20% 效 最高为70%左右 率 在设计点最高， 偏离越远，效率 越低 结 简单、价廉、安 构 装容易 高速旋转，可直 接与电动机相连 同一流量体积小 轴封装置要求高， 不能漏气
2. 消耗系数
• 指生产单位重量或单位体积产品消耗的原料和能 量，其中包括原材料、燃料、蒸汽、机电等。一 般消耗系数越低越好。
3. 设备价格
设备价格直接影响建设工程的投资。在满足生产 要求的条件下，一般要选择价格便宜、制造容易、 结构简单的设备。
4. 管理费用
• 设备的管理费用包括劳动工资、维护检修费用。要 尽量选择管理费用低的设备，以降低产品的成本。
旋流泵
均匀 量小 流量随管路 的情况而变 化 较高 对一定流量 只能供给一 定的扬程
流体动 力泵
量小 间断排送
流 均匀 量 量大 流量随管路 情况而变化 扬 一般不高 程 对一定流量 只能供给一 定的扬程
较高 同往复泵 对一定的流量可 供给不同的扬程， 由管路系统确定
压力不宜 过高，压 力越高效 率越低
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4.1.1 技术经济指标
1. 单位生产能力 2. 消耗系数 3. 设备价格 4. 管理费用 5. 产品总成本
化工设备的主要技术经济指标有以上五项
1. 单位生产能力
设备在单位体积（单位重量或单位面积）上，单 位时间内完成的任务。
设备的生产能力要与流程设计的生产能力相适应， 且效率高。设备的生产能力越高越好。
二、操作安全
• 工人在操作时，劳动强度要小，尽量避免高温高 压高空作业，尽量不用有毒有害的设备附件辅料 • 设备要运转可靠、操作稳定、弹性好、无事故隐 患，对工艺和建筑、地基、厂房等无苛刻要求
三、经济合理
设备投资省，易于加工、维修和更新，没有特殊的维 护要求，运行费用少。 引进设备要考察设备性能及报价，考虑是否易于被国 内吸收和改造利用，避免盲目性
适 用 范 围
输 送 腐 蚀 性 或 高扬程、小 高 扬 程 、 悬 浮 液 ， 粘 度 流量的清洁 小 流 量 、 大 的 流 体 不 适 液体 特别适用 用 于输送油 类等粘性 液体
特别适用于流 间歇地输 量小而压头较 送腐蚀性 高的液体，但 大的液体 不能输送污秽 的液体
泵的选择

也可以按泵的用途命名，如水泵、油泵、泥浆 泵、砂泵、耐腐蚀泵、冷凝泵；或以其结构特点命 名如：悬臂水泵、齿轮泵、螺杆泵、液下泵等
图4.1 泵的分类
图4.2 几种典型泵的图片
水环式真空泵
高压水泵
污物潜水泵
电子隔膜计量泵
双缸隔膜泥浆泵
高温磁力泵
自动搅匀排污泵
W型水力喷射器
D型系列多级离心泵
2X型双级旋片式 系列真空泵
风机
罗茨风机 离心风机 锅炉引风机
轴流风机
斜流风机
无动力风机
往复式空气压缩机
往复式空气压缩机
往复式空气压缩机
离心压缩机
离心压缩机 离心压缩机
风机的选择
选择风机依据工艺条件、物料特性（腐蚀、爆炸、 有无毒性、含尘量）、排气温度、排气量、排气压 力等参数选择 在同一型号中，效率最高、能耗最小、价格便宜为 最优
结构简单，紧凑 无 活 动 高速旋转，可直 部分 接与电动机相连 简单 叶轮与泵壳之间 要求间隙很小 轴封装置要求高， 不漏气
表4.2 各种泵的性能对比续2
类 型 操 作 离心泵 往复泵 转子泵 旋流泵 流体动力 泵 只能间歇 操作，麻 烦 可装备自 动化设备， 但结构复 杂 流量很难 调节 有 气 缚 现 象 ， 零件多，易 开车前要灌泵 ， 出故障，检 运 转 中 不 能 漏 修麻烦 气 不能用出口 维护操作方便 阀而只能用 可 用 阀 很 方 便 支路阀调节 流量 的调节流量 不 因 管 路 堵 塞 扬程流量改 而 发 生 损 坏 现 变时能保持 高效率 象 检 查 比 离 功率随流量的 心泵复杂， 减小而增大， 比 往 复 泵 开车时应打开 容易 出口阀 不能用出 同理，调节流 口阀而只 量用支路阀 能用支路 阀调节流 量
GF型不锈钢单 螺杆泵
容积式流体输送泵
利用泵内活塞或转子运动，使泵内工作室的容积产生周期 性变化，对流体产生挤压作用，进而将其吸入或压出。如 往复泵、齿轮泵、转子泵
电动往复泵
齿轮泵
转子泵
叶片式输送泵
利用泵内叶片在旋转时产生的离心作 用，给流体以离心力或轴向力将液体 吸入或压出。如离心泵、轴流泵、旋 涡泵
在一台大泵与并联工作（泵并联工作时，能增加 流量）的两台小泵在流量和扬程相当时，大泵的效率 高于小泵的效率，故从能量的角度讲，宁可选用一台 大泵而不用两台小泵。 泵的备用率可以从该泵的工艺流程中的重要型、 操作的连续与间歇、泵产品的长期运转可靠性（相对 于操作条件的苛刻程度）以及维修能力、泵的价格等 各方面加以考虑。对工作条件恶劣的泵、纯度要求高 的产品的泵、加热炉进料泵、燃料油泵等，需要100% 的备用率；对其他一般连续操作的产品泵、回流泵、 循环泵等，要有33-50%的备用率。对于间歇操作的泵， 一般可以不设备用泵，以减少投资，充分利用现有设 备。
第二节
设备设计的基本内容
定型（或标准）设备的选择
非定型设备的设计与计算
设备设计的基本内容是定型设备的选择、非定型 设备的工艺设计计算，在设计过程中，应根据设备 设计计算的结果尽量选用定型设备
定型设备的选择方法及原则
根据设计项目规定的生产能力和生产周期考虑设备台数， 设备选型依据有关手册和生产厂家的产品目录 在选用设备同时，要注意设备备件的供应情况，对供应紧 张的备件，最好在订货时也订购备件 定型设备的选择，按其生产能力，一般偏高一个等级选用， 也可以按工厂的近期发展要求选配
化工设备设计与选择
第一节
选择设备的基本要求
原则：技术先进、操作安全、经济合理 技术经济指标 设备结构的要求
主要考虑技术经济指标和设备结构要求。设备 结构特点首先要满足工艺要求，符合工艺特点，运 行操作过程中能够发挥设备的优势。
一、技术先进
要求设备运转可靠，控制水平、生产能力、转 化率、收率、效益等要尽可能的达到先进水平 设备必须满足工艺的一般要求；与工艺流程、 生产规模、工艺操作条件、工艺控制水平相适 应，并充分发挥设备的能力
化工用泵的类型有很多，每一类泵只能适用 于一定的范围和操作条件，各类泵的性能以及 适用范围在一般的化工手册以及产品样本中均 有说明可供选择时参考。
（2）选择泵的一般步骤
选择类型 选择系列和材料 确定泵的具体型号 确定泵的台数和备用率
（3）泵的选择经验
流量较大，扬程较低，液体粘度小，液体中气体 体积含量低于5%时，宜选用离心泵 流量较小，扬程较高，介质粘度大，且有润滑性 可选用转子泵 粘度特别大的液体，应选用高粘度齿轮泵、螺杆 泵或往复泵等容积泵 对易燃易爆的液体，应考虑用蒸汽驱动的往复泵 或电机防爆的其它类型的泵 对剧毒、有放射性物品、贵重介质，宜用密封性 能很好的屏蔽泵
泵的选择依据 选择泵的一般步骤 泵的选择经验 确定泵的台数和备用率
（1）泵的选择依据
生产工艺对液体输送量的要求 装臵扬程的高度要求 液体的性质 操作条件 地理位臵(装臵系统的管路布臵条件)等
流量
泵在单位时间抽排液体的体积数。它是泵选择的重要依据 之一，与整个装臵的生产能力要求相协调 叶片式泵的流量与扬程有关，这种关系叫做离心泵的特征 曲线 容积式泵的流量与扬程无关，几乎为常数 泵的操作流量指泵的扬程流量特征曲线与管网系统所需的 扬程、流量曲线相交处的流量值
气体物料输送、压缩、制冷设备：常规的设备为风机、压 缩机、真空泵、制冷机等
固体物料输送设备：常规的设备为各种给料机械设备、气 流输送设备 其它：惰性气体压送或真空吸送液体以及气体输送固体等
4.2.1.1 液体物料输送设备--泵的选择
泵按其作用于液体原理的不同，分三类： 1. 容积式流体输送泵 2. 叶片式输送泵 3. 流体动力泵