设备设计与选型课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,设备设计与选型,设备工艺设计的主要内容,设备设计的基本原则,通用设备的选型,非标设备的工艺设计,4.1 设备工艺设计的内容,1.确定单元操作的设备类型,2.确定设备的材质,3.确定设备的设计参数,4.确定标准设备(定型设备)的型号,数量,5.已系列化的设备确定设备的标准图号和型号,6.确定非标准设备的设计条件和设备草图,7.编制工艺设备一览表,8,工艺设备设计图纸的会签,4.2 设备工艺设计与选型的原则,1.满足工艺过程的要求,(生产能力,工艺条件,环境条件,可靠稳定),2.经济合理,技术先进和成熟统一,(投资和操作成平衡),3.操作,控制,维修方便,4.采购,供货方便,5.,考虑生产的波动,决定设备的富余能力和备用要求,4.3 通用设备的选型,4.3.1 生物工程常用的通用设备,(1)物料输送设备,1)固体输送设备:,带式输送机 斗式提升机,螺旋输送机,液力输送设备 气力输送设备,2)液体输送设备:,离心泵,3)气体输送设备:,压缩机 风机,固体物料破碎工艺流程,1、粗颗粒粉碎机 6、流化床气流粉碎机 11、后冷却器,2.5、预冷器（兼螺杆加料器） 8、除尘捕集器 12、冷冻干燥机,3、盘式粉碎机 9、高压引风机 13、引风机,4.7、旋风分离器 10、空气压缩机 14、锁风阀,(1)带式输送机,带宽Bmm,带速 V m/s,0.8,1.0,1.25,1.6,2.0,2.5,3.15,4,(4.5),5.0,(5.6),6.5,输送能力I,V,m,3,/h,500,69,87,108,139,174,217,650,127,159,198,254,318,397,800,198,248,310,397,496,620,781,1000,324,405,507,649,811,1014,1278,1622,1200,593,742,951,1188,1486,1872,2377,2674,2971,1400,825,1032,1321,1652,2065,2602,3304,3718,4130,1600,2186,2733,3444,4373,4920,5466,6122,1800,2795,3494,4403,5591,6291,6989,7829,9083,2000,3470,4338,5466,6941,7808,8676,9717,11277,2200,6843,8690,9776,10863,12166,14120,2400,8289,10526,11842,13158,14737,17104,通用固定式带式输送机是化工、煤炭、冶金、建材、电力、轻工、粮食及交通运输等部门广泛使用的运输设备。适用于输送容量为0.5-2.5吨/米,3,的块状、粉状等散状物料。,带式输送机的结构,水平带式输送机,倾角带式输送机,带式输送机组成,1)输送带,2)驱动装置:,提供驱动力/,电机,减速机/驱动辊,3)张紧装置:,补偿带长变化/,重锤式,螺旋式,弹簧式,4)机架和托辊,橡胶带,钢带,钢丝网带,帆布带,链板带,主要参数:,带宽B, 衬布层数i, 带长m, 带速V,倾角, 抗拉强度,K:单层单位宽度的许用工作应力,N:安全系数,1 利用导向轮增大包角 2 利用两个驱动轮增大包角,3 利用压紧带增大牵引力,驱动滚筒布置方案,带张紧的原因,带传动须保持在一定的张紧力状态下工作，长期张紧会使带产生永久变形而松弛，导致张紧力减小，传动能力下降，因此带传动要控制和及时地调整张紧力。,常用的控制和调整张紧力的方法是：,调节中心距。水平或接近水平的布置时用调节螺钉1使装有带轮的电动机沿滑轨2移动,(图a),垂直或接近垂直的布置时用螺杆及调节螺母1使电动机绕小轴2摆动(图b) 。,若中心距不能调节时，可采用具有张紧轮的传动(图c),它靠重锤1将张紧轮2压在带上，以保持带的张紧。,a 拉力螺杆,b 压力螺杆,c 重锤式,d 弹簧调节,拉紧装置,托辊形式,1 弹簧式 2 三辊槽式,3 双辊式 4 带边辊式,2)斗式提升机,离心式 无定向自流 定向自流,斗式提升机卸料方式,带传动的优点：,适用于中心距较大的；传动带具有良好的弹性，能缓冲吸振，尤其是V带没有接头，传动较平稳，噪声小；过载时带在带轮上打滑，可以防止其它器件损坏；结构简单，制造和维护方便，成本低。,带传动的缺点,：,传动的外廓尺寸较大；由于需要张紧，使轴上受力较大；工作中有弹性滑动，不能准确地保持主动轴和从动轴的转速比关系；带的寿命短；传动效率降低；带传动可能因摩擦起电，产生火花，故不能用于易燃易爆的场合。,根据图示几何关系:,包角,和带长,L,： =2,已知带长时，由上式可得中心距,带长:,带传动的受力分析,安装带传动时，传动带以一定的张紧力,F,0,紧套在两轮上。由于,F,0,作用，带和带轮的接触面就产生了正压力。,带传动不工作时，传动带两边的拉力相等，都等于,F,0,(图a),带传动工作时,(图b)，在带与带轮的接触面间便产生了摩擦力,F,f,，,由于摩擦力的存在，传动带两边的拉力相应发生了变化,，带绕上主动轮的一边被拉紧，称为紧边，其拉力由,F,0,增加到,F,1,；带绕上从动轮的一边被放松，称为松边，其拉力由,F,0,减少到,F,2,。,如果近似的认为带的总长度不变，则,带紧边拉力的增加量,F,1,-F,0,应等于松边拉力的减少量,F,0,-F,2,，即,带两边拉力之差称为带传动的有效拉力(带轮接触面上各点摩擦力的总和,F,f,)，也就是带所传递的圆周力,F,。即,F,=,F,1,-,F,2,圆周力,F,(N)、带速,v,(m/s)和传递功率,P,(kW)之间的关系为,将前式代入上式，可得,由上式可知，,带的两边拉力,F,1,和,F,2,的大小，取决于张紧力,F,0,和带传动的有效拉力,F,。,在带的传动能力范围内，,F,的大小和传动功率,P,及带的速度,v,有关,。,当传动功率增大时，带的两边拉力的差值,F,= F,1,F,2,也要相应的增大。,带的两边拉力的这种变化，实际上反映了带和带轮接触面上摩擦力的变化,。,带的应力分析,带传动工作时，带中应力由以下三部分组成：,紧边和松边拉力产生的拉应力,紧边拉应力,松边拉应力,离心力产生的拉应力,如图,13-8,所示，,当带绕过带轮时，在微弧段,d,l,上将产生离心力,d,F,Nc,，此,离心力使带中产生离心拉力,F,c,=,qv,2,(N),。,离心力只发生在带作圆周运动的部分，但由此引起的拉力却作用于带的全长。,故离心拉应力为,弯曲应力,带绕过带轮时因弯曲变形而产生弯曲应力。,V,带中的弯曲应力如图所示。,由上式可知，,b,与,y,成正比，与,d,成反比,。,当,y,一定时，,d,越小，带的弯曲应力,b,就越大,。故带绕在小带轮上时的弯曲应力,b,1,大于绕在大带轮上时的弯曲应力,b,2,。,由材料力学公式得带的弯曲应力,为了避免弯曲应力过大，应对带轮最小直径有一定的限制，不同带形有最小直径值要求。,图13-10所示为带的应力分布情况，各截面应力的大小用自该处引出的径向线(或垂直线)的长短来表示。,最大应力发生在紧边与小轮的接触处,。,由图可见，,带是在变应力状态下工作的。当应力循环次数达到一定值后，将使带产生疲劳破坏。,实验表明，众所周知的疲劳曲线方程也适用于经受变应力的带，即,m,max,N,=C,。,最大应力可近似地表示为,max,1,+,b,1,+,c,带传动设计,：,1 设计带传动的原始数据,传动用途、载荷性质、传递的功率,P,、带轮的转速,n,1,、n,2,(或传动比,i,12,)以及对传动外廓尺寸的要求等。,2 设计内容,选择合理的传动参数，确定V带的型号、长度、根数和传动中心距，确定带轮的材料、结构和尺寸等。,3 设计方法及步骤,1) 确定计算功率,P,c,； 2) 选择带的型号；,3) 确定带轮的基准直径,d,1,和,d,2,; 4) 验算带的速度；,5) 求带基准长度,L,d,和中心距,a,； 6) 验算小带轮包角,1,；,7) 求V带根数,z,； 8) 确定带的初拉力,F,0,；,9) 求作用在带轮轴上的压力,F,Q,； 10)带轮结构设计 。,3) 螺旋输送机,破碎设备,2)气体输送设备,按压力分类:,压缩机 0.3MPa以上,鼓风机0.015-0.03MPa,通风机0.015MPa以下,按结构原理分类:,往复式 活塞式,膜片式,容积式,回转式 滑片式,螺杆式,转子式,速度式 轴流式,离心式,混流式,大气压,表压,绝对压,真空度,绝对压,V 型空气/氢气/压缩机,压缩比在4以上，终压在300kPa(表压)以上。,分为:,低压压缩机,(表压在,210kPa,),中压压缩机,(表压在,10100kPa,),高压压缩机,(表压在,100一1000 kPa,)。,L 型空气/氢气压缩机,鼓风机,压缩比小于4，终压在,14.7300 kPa,(表压),通风机,压缩比在11.15间，终压不大于,14.7kPa,(表压),真空泵,用于减压操作，终压相当于当时当地的大气压力。,压缩机系统,工业上常用的通风机主要有离心通风机和轴流通风机两种型式。,轴流式通风机所产生的风压很小，一般只作通风换气之用。,用于气体输送的，多为离心通风机。,性能参数与特性曲线,1）风量 按进口处的气体状态计的单位时间内从风机出口排出的气体体积，以Q表示，单位为m,3,h,-1,。,2）风压 单位体积的气体流过风机时所获得的能量，以HT表示，单位为J.m,-3,。,3）轴功率与效率,离心通风机特性曲线示意图,3) 液体输送设备,(泵),(1)泵的类型及特点,离心泵 n,s,30-300,叶片泵: 混流泵 n,s,300-500,轴流泵 n,s,5000-1000,活塞泵,容积泵,回转泵,离心泵的性能参数,1、流量：指离心泵在单位时间内排入到管路系统内的液体体积，以Q表示，其单位为L.s,-1,或m,3,.h,-1,。,2、扬程：指泵给予单位重量液体的有效能量，以H表示，其单位为m。,3、效率：反映泵对外加能量的利用程度，以,表示。,4、轴功率：指泵轴所需的功率，以P表示。而每秒钟泵对输出液体所作的功，称为泵的有效功率，以Pe表示，单位为W或kW。即：,h,r,h,r,h,102,QH,g,QH,Pe,P,=,=,=,泵的比转数,qvHe曲线,离心泵的扬程随着流量的增大而下降。,qvNe曲线,离心泵的功率随着流量的增大而升高。,qv曲线,效率开始时随流量的增大而增加，达到最大值后，如继续增大流量，则泵效率反而下降。,离心泵的选用,离心泵的选用，通常可按下列原则进行：,1确定离心泵的类型,2确定输送系统的流量和扬程,3确定离心泵的型号,若有几种型号的泵同时满足管路的具体要求，则应选效率较高的，同时也要考虑泵的价格。,4校核轴功率,当液体密度大于水的密度时，必须校核轴功率。,5列出泵在设计点处的性能，供使用时参考。,离心泵的安装高度,汽蚀现象,泵内液体汽化，汽泡形成和破裂的过程中使叶轮材料受到损坏的现象称为汽蚀现象。,产生原因,p,叶轮,p,v,，,使液体汽化,危害,（,1,）叶轮遭到剥蚀 ；（,2,）产生噪音和振动；,（,3,）流量不稳定，显著下降，严 重时不能送液。,工程上规定，当泵的扬程下降,3,时，认为进入了气蚀状态。,预防措施,p,入口,p,v,即,p,入口, 或,p,v,（1）,p,v, T 操作稳定,（2）,p,入口, Hg h,f,允许安装高度确定,方法：,允许汽蚀余量法,允许汽蚀余量：,泵吸入口处动压头与静压头之和比被输送液体的饱和蒸汽压头高出的最小数值,工程上从根本上避免气蚀现象的方法是限制泵的安装高度。避免离心泵气蚀现象发生的最大安装高度，称为离心泵的允许安装高度,也叫允许吸上高度。,随Q增大而增大， 越大，抗汽蚀性能越差。,求取：,实验测定，由泵性能中查取。,影响,因素：,2允许安装高度Hg确定,允许安装高度Hg：指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离。列贮槽液面0-0与泵的吸入口1-1两截面间的柏努利方程式,式中,Hg允许安装高度，m；,p,0,吸入液面压力，Pa；,p,v,输送温度下液体的饱和蒸气压，Pa；,被输送液体的密度，kg/m,3,；,流体流经吸入管的阻力，m。,0,1,0,1,离心泵的允许安装高度,Hg,返回,3)水泵振动原因,(1)机械故障:,转子不均衡、泵轴弯曲、轴承磨 损或损坏、轴瓦间隙过大、,(2)操作和工艺原因,阀门开度过小、水泵选型不当,单泵选型不当。水泵扬程与所需水压相差较大。为了控制水压，水泵运行时出水阀开启小,压力差靠阀门来调节。,两种型号不匹配的水泵并联。扬程范围相差很大的两台水泵并联易引起整个管网压力波动,，,水流在管道内形成水击现象，引起水流紊动致使管道剧烈振动。,(3)通道不畅,出水管路有空气,在出水管的较高处或大的出水阀上部有空气，形成气囊，使管路中水流阻力增大，压力急剧变化，形成水击现象，引起管道振动。所以，在设计安装泵房时，应考虑到在出水管高处设排气阀，便于检修。,管道进气或有杂物,。,一般为吸水管漏气，或吸水管口淹没深度不够，使水泵吸入空气，引起振动。,出水阀门掉板或没有开启,检修水泵时管道中水已排尽，起泵后压力升高，当水流到达阀门时，紧靠阀门的一层水突然停止流动，产生水击压强，以后与之相接的第二层及其后续多层水相继逐层停止流动，压强逐层升高，并以弹性波的形式由阀门迅速传向水泵出口，形成水击波而使管道振动。,4)叶轮汽蚀,汽蚀是水力机械中一种异常现象。,水泵的汽蚀,是指水泵在运行时，由于某些原因使泵内局部位置的压力降低到水的饱和蒸汽压力，此时水就会汽化。,汽化时从水中离析出的大量汽泡随着水流向前运动，到达高压区时受到周围液体的挤压而溃灭汽泡内的汽体又重新凝结成水。,汽蚀使水泵产生强烈的局部水锤，且汽蚀过程不稳定，引起水泵强烈振动和噪声；同时由于汽蚀汽泡堵塞叶轮槽道，导致流量、扬程均降低，效率下降，严重时会使水泵断流。,防止汽蚀的措施,确定水泵的安装高度。,设计泵站时，应使装置汽蚀余量大于水泵的允许汽蚀余量，要充分考虑水泵装置可能遇到的各种工况，以便正确地确定水泵的安装高程,尽量减少进水管路水头损失。,可适当加大进水管直径，缩短进水管长度，减少管路附件，通流部分断面变化率力求小，提高管壁的粗糙度。,具有良好的进水条件。,进水池内的水流要平稳均匀，不产生漩涡。进水流道设计要合理,使进入叶轮的水流速度和压力分布均匀，避免局部低压区。,调节工作点,。在水泵运行过程中，可通过调节工作点减轻汽蚀；离心泵可适当减少流量，以降低汽蚀欲量或增大允许吸上真空高度。,降低水泵的工作转速。,降低水泵的工作转速可以减轻汽蚀程度,4),泵的配置例子,2+1 混用的配置方案,齿轮机构的特点和类型,齿轮传动是用来传递任意两轴间的运动和动力的，它是应用最为广泛的一种机械传动。,(1) 主要优点 1)适用的圆周速度和功率范围广；2)机械效率高；3)可实现准确的传动比、且传动平稳；4)寿命长；5)工作可靠；6)可实现平行轴、相交轴、交错轴之间的传动；7)结构紧凑。,(2) 主要缺点 1)要求有较高的制造和安装精度，成本相对较高；2)不适宜于远距离两轴之间的传动。,按照两轴的相对位置和齿向，齿轮机构分类：,一、齿轮各部分名称,齿顶圆齿顶所确定的圆，其直径用,da,表示。,齿槽相邻两齿之间的空间。,齿根圆齿槽底部所确定的圆，其直径用,df,表示。,齿厚在齿轮任意直径,dK,的圆周上，轮齿两侧齿廓间的弧长，用,sK,表示；,齿槽宽齿槽两侧齿廓间的弧长，用,eK,表示；,齿距相邻两齿同侧齿廓间的弧长，用,pK,表示。,二、齿轮的基本参数,齿轮各部分尺寸由齿轮的基本参数来决定，这些基本参数是：,齿数一个齿轮上轮齿的总数，用z表示。,模数特定圆(分度圆),上齿距,p,与,的比值，用,m,表示，并规定为一些简单的数值，使之标准化，单位为mm.,分度圆为了便于齿轮各部分尺寸的计算，在齿轮上选择一个作为计算基准的圆。,渐开线齿轮的切制原理,一、成形法,成形法,（仿形法）是用渐开线齿形的成形铣刀直接切出齿形。常用的刀具有盘形铣刀和指状铣刀等。,成形法切齿方法简单，不需要专用机床，但加工的齿轮精度底，同时由于加工不连续，生产效率也底。,二、,范成法,范成法又称,展成法,或,包络法，,它是利用齿轮啮合的原理来切制齿廓的。设想将一对相互啮合传动的齿轮之一变为刀具，而另一轮作为轮坯，并使两者仍按原来的传动比转动。这样刀具的齿廓便将在轮坯上包络出与其共轭的齿廓，这就是展成法切齿的基本原理。,1.,齿轮插刀,图,4-11,所示为用齿轮插刀切齿的情形,。,2.,齿条插刀,图4-13为齿条插刀齿廓在水平面上的投影。,图,所示为齿条插刀切齿的情形。,4 分离设备,XMZ200/1500厢式自动压滤机,板筐压滤机系统组成,1.机架 2.滤板组 3.加热装置 4.抽吸装置,5.挤压装置 6.滤饼收集装置,改性聚丙烯板,聚丙烯板采用层压板机械加工而成，板材用30丝的薄片在高温高压下铸成板，因而能起工程塑料的作用。,比重1:1.2-1.3Kg,抗拉强度200Kg/cm,2,静弯曲强度350Kg/cm,2,冲击强度40Kg/cm,2,维卡软化点140,工作温度-5-80,工作压力5Kg/cm,2,主要技术参数,管式过滤机,工艺流程图,a.接压缩空气 b.空气净化器 c.贮气罐 d.压缩空气反吹,e.压缩空气正吹 f.料液进口 g.反洗供水 h.滤清夜,i.料液回流 j.进料泵 k.主机,（1）打开进料阀1，出料阀5、6、7,（2）关闭反吹阀2、3、4，回流阀8,（3）开启进料泵正常过滤过滤结束,（4）关闭进料泵，阀1，打开回流阀8回流完毕,（5）关闭回流阀8打开气阀2正吹正吹结束,（6）关闭正吹阀2开启出料阀6反吹卸渣,（7）关闭反吹阀3，打开反洗阀4反洗,（8）下一过滤周期开始,管式离心机,自动卸料离心机工作过程,键联接和花键,联接,一、键联接的类型,键主要用来实现轴和轴上零件之间的周向固定以传递转矩。,有些类型的键还可实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。,键是标准件,，分为平键、半圆键、楔键和切向键等。设计时应根据各类键的结构和应用特点迸行选择。,平键联接,平键的两侧面是工作面,，上表面与轮毂槽底之间留有间隙,(,图,10-34),。,平键定心性较好、装拆方便。常用的平键有普通平键和导向平键两种。,普通平键的端部形状可制成圆头(A型)、方头(B型)或单圆头(C型)，如,表10-9,所示。圆头键的轴槽用指形铣刀加工，键在槽中固定良好，但轴上键槽端部的应力集中较大、方头键用盘形铣刀加工，轴的应力集中较小。单圆头键常用于轴端。普通平键应用最广。,导向平键较长，需用螺钉固定在轴槽中，为了便于装拆，在键上制出起健螺纹孔(,图10-34b,)。,这种键能实现轴上零件的轴向移动，构成动联接。,半圆键联接,半圆键也是以两侧面为工作面,，它与平键一样具有定心较好的优点。半圆键能在轴槽中摆动以适应毂槽底面，装配方便。它的缺点是键槽对轴的削弱较大，只适用于轻载联接。,锥形轴端采用半圆键联接在工艺上较为方便。,楔键联接和切向键联接,楔健的上下面是工作面,，如,图,10-36,所示，键的上表面有,1,：,100,的斜度，轮毂键槽的底面也有,1,：,100,的斜度，把楔键打入轴和毂槽内时，其工作面上产生很大的预紧力,F,n,。,工作时，主要靠摩擦力,f Fn,传递转矩,T,，,并能承受单方向的轴向力。,由于楔键打入时，迫使轴和轮毂产生偏心,e,，,因此楔键仅适用于定心精度要求不高、载荷平稳和低速的联接。,楔键分为普通楔键和钩头楔键两种。钩头楔键的钩头是为了拆键用的。,切向健是由一对楔键组成(图10-37a)，装配时将两键楔紧。,键的窄面是工作面,。,工作面上的压力沿轴的切线方向作用，能传递很大的转矩。当双向传递转矩时，需用两对切向健并分布成120130。,二、平键联接的强度校核,键的材料采用强度极限,B,不小于600MPa的碳素钢，通常用 45钢。当轮毂用非铁金属或非金属材料时，键可用20或Q235钢。,键的截面尺寸应按轴径,d,从键的标准中查取；键的长度,L,可参照轮毂长度从标准中选取,。必要时应迸行强度校核（见,表10-9,）。,平键联接的主要失效形式是工作面的压溃和磨损,（对于动联接）。除非有严重过载，一般不会出现键的剪断。,设载荷为均匀分布，由图10-38可得平键联接的挤压强度条件,对于导向平链联接（动联搂）。计算依据是磨损，应限制压强。即,式中：,T,为转矩，Nmm；,d,为轴径、,h,为键的高度、,l,为键的工作长度，mm；,p, 为许用挤压应力、 ,p,为许用压强，MPa (见表10-10）。,若强度不够时，可采用两个键按180布置。考虑到载荷分布的不均匀性，在强度校核中可按1.5个键计算。,轴和轮毂孔周向均布的多个键齿构成的联接称为花键联接。,齿的侧面是工作面,。由于是多齿传递载荷，所以花键联接比平健联接具有承载能力高，对轴削弱程度小，定心好和导向性能好等优点。它适用于定心精度要求高、载荷大或经常滑移的联接。,三、花键联接,花健联接按其齿形不同，可分为一般常用的矩形花键和强度高的渐开线花键以及用于薄壁联接的三角形花键。,花键联接可以做成静联接，也可以做成动联接，一般只验算挤压强度和耐磨性,。,销 联 接,销的主要用途是固定零件之间的相互位置，并可传递不大的载荷。,销的基本形式为圆柱销和圆锥销。还有大端具有外螺纹的圆锥销或小端带外螺纹的圆锥销等许多特殊形式。,销的常用材料为35、45钢。,图10-42a是带槽的圆柱销，销上有三条压制的纵向沟槽，图b是放大的俯视图，其细线表示打入销孔前的形状，实线表示打入后变形的结果，这使销与孔壁压紧，不易松脱，能承受振动和变载荷。使用这种销联接时，销孔不需要铰制，且可多次装拆。,4 换热设备,1 决定选型的影响因素,工作温度和温度的可调范围;压力范围和阻力损失;,使用寿命和可靠性;,抗腐蚀;结垢程度及除垢性能;,安装和检修方便程度;,安装场地和现场布置条件。,低压低温(压力低于3 MPa , 温度低于200 ),板式换热器属于首选型式。,运行在高压高温时,选择管壳式换热器或套管式换热器。高压、小容量时选套管式。,应用在中压、高温时最佳方案是选波面板壳式换热器,。,2) 流体性质对换热器选型影响,流体腐蚀性强,:,选择高抗腐蚀材料,如石墨或玻璃换热器,卫生要求高: 优质不锈钢314,316,316LD,板式换热器,需要,预防内漏,选择螺旋板式换热器。,工程上常用的冷流体:水和空气,常用的热流体有蒸汽、热水、烟气和导热油,高温高压下的汽水换热场合,采用管壳式或波面板壳式换热器。,低温低压下的水水换热场合,采用板式换热器。,以热水作为热流体,其密度和比热都较大,换热系数也较高,而且热、冷流体都处低压、低温,(,热水温度小于,150,),下,对密封要求不高,因此选用板式换热器最为适宜。,3)运行参数的合理选取,换热器运行参数由生产工艺条件决定。对于一台选定的换热器,应决定流体的流速、温度以及换热器管程和壳程的配置等。,(1),流速的选取,无相变换热,换热负荷一定时,流速越高,对流传热系数越大,换热面积减小。节省材料,设备紧凑,不易结垢。,流速提高,压降增大,泵功率随增加,一般压降增大速率大于对流传热系数增大速率。,为了使压降不致过大,则流速不宜过高,换热器中水的流速范围,换热流体流速 管程流速P(mPs) 壳程流速P(mPs),循环水 1. 02. 0 0. 51. 5,新鲜水 0. 81. 5 0. 51. 5,(2)温差确定,热流体温度过高,冷流体过低,可以加大温差,增加传热效率,减小换热器体积。,介质温度过高或过低易使传热面结垢、物料沉积和结晶,导致传热恶化。,介质温度及温差影响壁面材质的选用。,流体工作温度和换热终温一般经验:,热端温差不小于20 ; 冷端温差不小于5 。,(3)冷热两种流体的管程壳程配置,(1),粘度大或流量小的流体应走壳程。,(2),当换热器为刚性结构,两流体温差较大时,换热系数大的流体走壳程,两流体温差小,传,热系数差值又较大时,换热系数大的流体走管程。,(3),与外界温差大的流体走管程,减小对环境的热损失,使壳体温差影响小。,(4),允许压降小的流体应走壳程。,(5),换热过程中,有凝结相变的流体应走壳程,利于排除凝结液体。,(6),有毒介质走管程。双套管式换热器,有毒介质走内管,防泄漏。,(7),易结垢,易沉积及含有杂质的不清洁流体应走管程。,(8),高温、高压和腐蚀性强的流体应走管程,发酵罐设计,随着生化技术和生化产品的不断发展,制药设备越来越严格的,GMP,要求,对发酵罐的大型化,结构设计、搅拌通气效率以及防止发酵罐的染菌也提出了越来越高的要求。在发酵罐的设备设计中,不但要严格按照发酵工艺的需要,严格的不染菌,而且还要提高发酵水平,降低能耗。,发酵罐设计计算内容,搅拌设备设计包括工艺和机械结构两个部分,工艺程设计为机械设计提出原始条件,生产量、操作方式、最大工作压力,最高工作温度、工作介质物性和腐蚀情况等。,有时还需提出传热面的型式和传热面积、搅拌器的形式、搅拌的转速和功率,机械设计, 对搅拌设备的容积、搅拌装置、传动装置和轴封装置进行合理的选型, 强度计算和结构计算、设计。,动设备部件的设计、计算步骤,一、搅拌装置的设计,1,传动装置的设计,2,搅拌轴的设计,3,联轴器的选取,4,轴承的选取及其轴承寿命的核算,5,密封装置的选取,6,搅拌器的设计,7,搅拌轴的临界转速,减速机,传统发酵罐选用的减速机大多为皮带减速机的原因:,皮带减速机造价较低、噪声小,操作和维修较方便,运转一段时间后,易损的零件只有皮带,更换方便,对机修人员要求不高。,问题:,皮带减速机外形尺寸较大,传动效率相对较低,速比不能严格控制。,采用立式齿轮减速机,大功率的立式齿轮减速机组装后高度很高,发酵工厂在厂房高度上很难接受。大功率齿轮减速机目前国产的噪声较大,操作人员长期在高噪声的环境下操作,带来环保上的问题。,搅拌轴的位置和密封,发酵罐,搅拌轴的密封常采用单端面非平衡型的机械密封,密封能基本上满足发酵罐的要求,但密封液会不可避免地漏入罐内,造成对发酵液的污染。,增加一只收集器,并对其高度有一定要求,以至确保密封液不漏入发酵罐内,而被引至罐外,发酵罐搅拌轴采用底部安装的问题,联轴节,由于检修,厂房高度等方面的原因,考虑轴吊装的可能性,在发酵罐内一般设联轴节连接分段搅拌轴,大多数采用夹壳式联轴节,该型式联轴节装卸方便,但表面易积料,死角很多,易染菌,不适宜发酵罐内使用,锻造的法兰盘式联轴节,外表面经抛光后无死角,不积料,适用于发酵罐内使用。,二、设备本体的设计,1,罐体的设计,筒体的设计、计算,封头的设计、计算,罐体压力试验时应力校核及容积验算,2,附件的选取,工艺接管及观测部件,a,1,接管尺寸的选择,b,1,法兰的选取,c,1,开孔及开孔补强,人孔及其它,传热部件的计算,挡板、中间支承、扶梯的选取,三、设备的强度及稳定性检验,1,设备承受各种载荷的计算,设备重量载荷的计算,设备地震弯矩的计算,偏心载荷的计算,2 塔体强度及稳定性检验,3 裙座的强度计算及校核,裙座计算,基础环的计算,地脚螺栓计算,裙座与筒体对接焊缝验算,设备一览表,四川大学工程设计研究院,设,备,一,览,表,工程名称,湿法磷酸净化,设计阶段,施工图,编制,图号,HG0301-1-02,校核,审核,第,4 页,共,4,页,序号,设,备,位,号,设,备,名,称,技,术,规,格,型号或标准号,（图,号）,单位,数量,材,料,备,注,1,V101,磷酸高位槽,12501350,HG0301-2-V101,只,1,Mo,2,Ti,2,V102,磷酸中间槽,12001200,HG0301-2-V102,只,1,Mo,2,Ti,3,V103,萃余酸槽,1000800,HG0301-2-V103,只,1,Mo,2,Ti,4,V104,TBP中间槽,1000800,HG0301-2-V103,只,1,Mo,2,Ti,5,V105,有机相中间槽,1000800,HG0301-2-V103,只,1,Mo,2,Ti,6,V106,净化酸中间槽,1000800,HG0301-2-V103,只,1,Mo,2,Ti,7,V107,产品酸储槽,35003500,HG0301-2-V107,只,1,Mo,2,Ti,序,号,设,备,位,号,设,备,名,称,技,术,规,格,数量,1,V101,磷酸高位槽,1250,1350,1只,2,V102,磷酸中间槽,1200,1200,1只,3,V103,萃余酸槽,1000,800,1只,4,V104,TBP中间槽,1000,800,1只,5,V105,有机相中间槽,1000,800,1只,6,V106,净化酸中间槽,1000,800,1只,7,V107,产品酸贮槽,3500,3500,1只,8,V108,配剂槽,1200,900,1只,9,R101,脱硫脱色槽,1500,1800,1只,附：减速机,I=11 136r/min,1台,附；电机,5.5Kv,1台,10,R102,脱硫槽,1200,1200,1只,附：减速机,I=15 100r/min,1台,附：电机,1.5Kv,1台,11,R103,萃取槽,混合室,V=280L,，,沉清室,V=600L,8级,附：减速机,I=6 250r/min,8台,附：电机,1.1Kv,8台,12,R104,洗涤槽,混合室,V=280L,，,沉清室,V=600L,8级,附：减速机,I=6 250r/min,8台,附：电机,1.1Kv,8台,13,T101,反萃塔,818,9000,1座,附：减速机,I=6 250r/min,1台,附：电机,30Kw,1台,14,X101,板框压滤机,过滤面积,6m,2,1台,附；电机,1.5Kw,1台,15,X102,手动单轨小车,G=1t 起升高度,6m,3台,16,P101,料浆输送泵,Q=5m,3,/h H=32m,2台,附；电机,5.5Kv,2台,17,P102,磷酸输送泵,Q=5m,3,/h H=20m,2台,附；电机,4Kv,2台,