第六、七章泵與熱交換器的設(shè)計

1、第六章 流體輸送機(jī)械（泵）的選擇 一一.簡介簡介 1. 泵的分類：泵的分類： 往復(fù)式（柱塞泵） 正位移 旋轉(zhuǎn)式（齒輪泵） 離心式（離心泵） 動能型 流體動力作用式（酸蛋）2.2.泵的特性泵的特性： 離心泵離心泵 往復(fù)泵往復(fù)泵 旋轉(zhuǎn)泵旋轉(zhuǎn)泵 作用流體泵作用流體泵 流量 揚程 效率 結(jié)構(gòu) 操作 m3/h 530000 1 600 1 600 間歇 m 10 600多級 3 600kg/cm2 3 600kg/cm2 壓力不宜高 70% 80% 6090% 15 20% 簡單價廉 較復(fù)雜 較簡單 簡單 操作維護(hù)方便 易故障 較方便 間歇較麻煩二.選擇泵的原則選擇泵的原則 1. 選擇泵的基本參數(shù)選擇泵

2、的基本參數(shù)： 流量 （考慮上限） 揚程 泵的有效氣蝕余量 功率和效率2.泵的選型要點：泵的選型要點：1）生產(chǎn)方式（間歇或連續(xù)）2）介質(zhì)特性(粘度、腐蝕性、含固率）3）現(xiàn)場條件（動力提供：電、蒸汽、壓縮空氣）4）工藝要求（溫度、壓力）3. 泵的選擇方法和步驟：泵的選擇方法和步驟：（1）列出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（介質(zhì)特性、操作條件、安裝 位置等）。（2）確定流量和揚程。（3）選擇泵型及泵的具體型號。（4）核算泵的性能。（5）確定泵的幾何安裝高度。（6）確定泵的備用率和臺數(shù)。（7）填寫泵的規(guī)格表，作為泵的訂貨依據(jù)和匯總歸檔資料。 三三. . 流體輸送過程中的計算流體輸送過程中的計算 1.1. 管路中的阻力計算管

3、路中的阻力計算 管路中的阻力損失包括摩擦阻力和局部阻力二部分。 gdlPe22 gdlhe220 (Re)f )(elf 層流層流 光滑摩擦光滑摩擦 混合摩擦混合摩擦 自模擬自模擬 Re2300 2300Ree10 e10Ree560 Re64 25. 0Re3165. 0 25. 0Re6811. 0e 25.011.0e e-相對粗糙度 eOd -絕對粗糙度 Od-管徑 局部阻力的計算：（1） 當(dāng)量長度法 22udlhef （2） 阻力系數(shù)法 22uhf 2.2.管路最佳直徑的計算管路最佳直徑的計算管路的內(nèi)徑一般按下式計算 Qde43.3.允許吸入高度允許吸入高度 2.212hhggPgP

4、HBCnBCtBC 式中：中： tP- -操作溫度下被吸送液體的飽和蒸汽壓。操作溫度下被吸送液體的飽和蒸汽壓。 BC- -泵吸入管內(nèi)液體的流速。泵吸入管內(nèi)液體的流速。 BCnh.- -吸入管路中的壓頭損失。吸入管路中的壓頭損失。 2h- -避免汽蝕現(xiàn)象（在離心泵中） ，或防止由于慣性避免汽蝕現(xiàn)象（在離心泵中） ，或防止由于慣性 力造成活塞與液體脫離（力造成活塞與液體脫離（在活塞羹中）的壓頭在活塞羹中）的壓頭 余量。余量。 對于離心泵：對于離心泵： 3222)( 3 . 0Qnh n- -軸的轉(zhuǎn)速軸的轉(zhuǎn)速 對于活塞泵：對于活塞泵： ruffglh2122 . 1 式中：式中：l- -從氣室中自由

5、液面計算的吸入導(dǎo)管中的液柱從氣室中自由液面計算的吸入導(dǎo)管中的液柱高度高度 21, ff- -分別為活塞和平管的截面積分別為活塞和平管的截面積 u- -轉(zhuǎn)動的圓周速度轉(zhuǎn)動的圓周速度 r- -曲柄的半徑曲柄的半徑4.4.揚程計算揚程計算 (1)(1) 繪制工藝管路草圖（包括平面和垂直布置）繪制工藝管路草圖（包括平面和垂直布置） (2)(2) 估算管線長度。估算管線長度。 (3)(3) 計算管徑及管件、閥件的數(shù)量。計算管徑及管件、閥件的數(shù)量。 (4)(4) 列出計算式，進(jìn)行計算。列出計算式，進(jìn)行計算。 Service Hyam reactor feed pumpItem P6705 A/BProje

6、ct Z444P&I diagram 6701Type CentrifugalNo.required 2Liquid Inorganic process liquidLiquid suction conditionPdPsHst.sHsHf.sHdHf.dHst.dProduct 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

7、 head Hs) 111Flash point Crystallisation -5Contaminated with %Mix with water allowed (for mech. seal) yes discharge pressure Pd 2650kPa = 221.7 m.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 di

8、sch. 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 Hd 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

9、.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 contractor when lay-out is final四 固體搬運及粉碎設(shè)備1 起重設(shè)備吊鉤、手動葫蘆、電動葫蘆、電動單梁起重機(jī)技術(shù)指標(biāo)：跨度、最大起重量、運行速度、自重2 倉儲設(shè)備叉式裝卸車、手動液壓裝卸車、圓筒搬運車、聯(lián)合堆包機(jī)、液壓升降機(jī)技術(shù)指標(biāo)：起重重量、升起高度、行走速度3運輸設(shè)備移動皮帶輸送機(jī)

10、、斗式輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)、4給料設(shè)備電磁震動給料機(jī)、振動料斗技術(shù)指標(biāo)：料斗尺寸、激振電機(jī)型號與功率、激振力5破碎設(shè)備粗碎顎式破碎機(jī)、環(huán)錘式破碎機(jī)技術(shù)指標(biāo)：進(jìn)料粒度（目）、出料粒度（目）、處理量kg/h本章思考題： （1） 選擇泵的基本參數(shù)有哪幾項？泵的選型要點有 哪幾點？ （2） 試述選擇泵的的基本步驟？ （3） 如何考慮和確定管路中的阻力計算？如何確定 流體輸送中泵所需的揚程？ 第七章第七章. .熱交換器的設(shè)計和選型熱交換器的設(shè)計和選型一一. 簡介簡介 . 1. 分類：分類： 間壁式換熱器 （管殼式、緊湊式） 混合式換熱器 蓄熱式換熱器2.2.類類 型型管殼式：套管式換熱器蛇管式（盤管式）換

11、熱器：沉浸式、噴淋式列管式：固定管板（剛性結(jié)構(gòu)、帶膨脹節(jié)）、浮頭式 填料函、釜式、 U型管式緊湊式：螺旋板式換熱器板式換熱器 板翅式 傘板式二二. . 傳熱過程的基本方程式傳熱過程的基本方程式1.1. 熱負(fù)荷方程熱負(fù)荷方程： )(12TTWCpQ （無相變化） WHTTWCpQ)(12 （有相變化）2.2.傳熱基本方程式傳熱基本方程式： 在穩(wěn)態(tài)下傳熱系數(shù)在穩(wěn)態(tài)下傳熱系數(shù)（K K）隨溫度變化不大時）隨溫度變化不大時 mtKAQ3.3.傳熱面積傳熱面積： mtKQA 4. 4.有效平均溫差：有效平均溫差： 2121lntttttm式中21, tt 分別為換熱器兩端熱、冷流體溫差。當(dāng)2121tt 1

12、 1 0.5 0.5 氣體氣體 5 5 3030 3 3 15155.5.加熱劑和冷卻劑的選用加熱劑和冷卻劑的選用（1）常用的加熱劑：常用的加熱劑： 飽和水蒸氣飽和水蒸氣 煙道氣煙道氣（2）常用的冷卻劑：常用的冷卻劑： 水水空氣（冷風(fēng)）空氣（冷風(fēng)）冷凍劑冷凍劑6.6.確定設(shè)計方案的原則確定設(shè)計方案的原則1）滿足工藝和操作要求。滿足工藝和操作要求。2）保證生產(chǎn)安全。保證生產(chǎn)安全。3）考慮綜合利用?？紤]綜合利用。4）滿足經(jīng)濟(jì)上的要求滿足經(jīng)濟(jì)上的要求。7管殼式換熱器設(shè)計考慮的因素（1）滿足換熱基本要求（2）終端溫差（3）流速（4）壓降（5）傳熱總系數(shù)（6）污垢系數(shù)（7）結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)8 8. .工藝設(shè)計計

13、算過程工藝設(shè)計計算過程 （1） 熱負(fù)荷 Q 的計算。 （2） 熱平衡計算，求 G，確定冷卻劑或加熱劑 的量。 （3） 確定mT， （先設(shè)為單程） （4） 假設(shè)傳熱系數(shù)K，求傳熱面積A。 （5） 選型（查手冊）或設(shè)計，確定管徑、管數(shù)、 管長、殼徑、排管、折流板、板間距等和其 他結(jié)構(gòu)。 （6） 核算 K，A。 （7） 流體力學(xué)計算P。 （8） 經(jīng)濟(jì)評價 例 某精餾塔濃縮甲醛水溶液，操作壓力0.4MPa（絕），第一股進(jìn)料F1=10500kg/h，甲醛濃度為28%，第二股進(jìn)料F2=9500kg/h，甲醛濃度為8.0wt%，塔頂流出液濃度為37wt%，釜液濃度為0.2wt%，釜液采出量W1為10050k

14、g/h，溫度為140，為了回收釜液的熱量，用釜液預(yù)熱溫度為30 ，濃度為8%的原料液。試選用一適當(dāng)型號的換熱器。F1=10500kg/hX1=28% t1=30F2=9500kg/hX2=8% t2W1=10050kg/h T1=140T2解1熱負(fù)荷計算設(shè)釜液終溫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在平均溫度Tm下水的比熱 Cp=4.24kJ/kg. Q=W1Cp(T1-T2)=100504.24 (140-90) 103/3600 =5.92 105W 2 平均推動力計算： 設(shè)原料F2終溫為87 tm=(87+30)/2

15、=58.5 在tm溫度下 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)/(F2.Cpm) =30+100504.18 (140-90)/(9500 3.91) = 86.5 與假設(shè)基本符合，t2=86.5 逆流平均推動力 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)/(140-3

16、0)=0.51 溫差修正系數(shù)=0.825 tm=0.825 56.8=46.8 3初選換熱器 設(shè)K=700W/m2.K A=Q/K tm=5.92 105/(700 46.8)=18.1m2初選G-400-20-25-4型換熱器，管長3m，管徑 25 2 ，管子數(shù)N=86，折流板間距150，管層數(shù)Np=44校核傳熱系數(shù)（1）原料流量較小走管層，核算管層給熱系數(shù) tm=(86.5+30)/2=58F2的平均物性 Cp=3.91kJ/kg. =0.428cp =2.244kJ/(m.h. )管層流動面積A=/4d2N/Np=0.7850.0212 86/4=0.00744m2Re=dG/ =0.0

17、21 9500 103/(0.00744 0.428 3600)=1.74 104Pr=Cp. / =3.6 3.91 0.428/2.244=2.68i=0.023 /d.Re0.8Pr0.4=2622W/(m2. ) (2)殼層。核算 平均溫度115 時物性 =947kg/m3 Pr=1.54 =0.243cp =68. 5 10-2w/(m.k) 管子正三角排列，管間距t=32mm，25% 圓缺型擋板0202)423(4ddtde de=0.02m流通面積A=BD(1-d0/t)=0.150.4(1-25/32) =0.0131m21001753710243. 0947225. 002. 0/0255. 00131. 094736001005031duRsmAwue)./(29