第4章 設(shè)備設(shè)計(jì)與選擇

1、第四章 設(shè)備設(shè)計(jì)與選擇,一、選擇設(shè)備的基本要求 二、設(shè)備設(shè)計(jì)定型設(shè)備的選擇 三、設(shè)備設(shè)計(jì)非定型設(shè)備的設(shè)計(jì)與計(jì)算,本章內(nèi)容,在初步設(shè)計(jì)或擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)中，工藝路線選擇、工藝流程設(shè)計(jì)、物料衡算、熱量衡算后，就可以著手設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算。,工藝設(shè)備的設(shè)計(jì)與選擇的目的,決定車間內(nèi)所有工藝設(shè)備的臺(tái)數(shù)，型式和主要尺寸 據(jù)此，著手進(jìn)行車間布置設(shè)計(jì)，并為下一步施工圖設(shè)計(jì)以及其他非工藝設(shè)計(jì)項(xiàng)目提供足夠的相關(guān)條件。,化工設(shè)備設(shè)計(jì)與選擇的主要任務(wù),標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備或定型設(shè)備選擇（規(guī)格、型號(hào)） 非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備或非定型設(shè)備的設(shè)計(jì)（主要尺寸、給設(shè)備設(shè)計(jì)人員提條件） 編制化工設(shè)備一覽表,對(duì)成批系列生產(chǎn)的設(shè)備，可以從產(chǎn)品目錄或樣本手冊(cè)中查

2、閱其規(guī)格與型號(hào)，直接從生產(chǎn)廠家購(gòu)貨。非標(biāo)設(shè)備是需要專門設(shè)計(jì)的特殊設(shè)備，根據(jù)工藝要求，由工藝設(shè)計(jì)人員和設(shè)備設(shè)計(jì)人員共同完成設(shè)計(jì)，交由相關(guān)工廠制造。,表4.1 工藝設(shè)備一覽表,第一節(jié) 選擇設(shè)備的基本要求,原則：技術(shù)先進(jìn)、操作安全、經(jīng)濟(jì)合理 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 設(shè)備結(jié)構(gòu)的要求,主要考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和設(shè)備結(jié)構(gòu)要求。設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)首先要滿足工藝要求，符合工藝特點(diǎn)，運(yùn)行操作過(guò)程中能夠發(fā)揮設(shè)備的優(yōu)勢(shì)。,一、技術(shù)先進(jìn),要求設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，控制水平、生產(chǎn)能力、轉(zhuǎn)化率、收率、效益等要盡可能的達(dá)到先進(jìn)水平 設(shè)備必須滿足工藝的一般要求；與工藝流程、生產(chǎn)規(guī)模、工藝操作條件、工藝控制水平相適應(yīng)，并充分發(fā)揮設(shè)備的能力,二、操作安全,

3、工人在操作時(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度要小，盡量避免高溫高壓高空作業(yè)，盡量不用有毒有害的設(shè)備附件輔料 設(shè)備要運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、操作穩(wěn)定、彈性好、無(wú)事故隱患，對(duì)工藝和建筑、地基、廠房等無(wú)苛刻要求,三、經(jīng)濟(jì)合理,設(shè)備投資省，易于加工、維修和更新，沒(méi)有特殊的維護(hù)要求，運(yùn)行費(fèi)用少。 引進(jìn)設(shè)備要考察設(shè)備性能及報(bào)價(jià)，考慮是否易于被國(guó)內(nèi)吸收和改造利用，避免盲目性,4.1.1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),1. 單位生產(chǎn)能力 2. 消耗系數(shù) 3. 設(shè)備價(jià)格 4. 管理費(fèi)用 5. 產(chǎn)品總成本,化工設(shè)備的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有以上五項(xiàng),1. 單位生產(chǎn)能力,設(shè)備在單位體積（單位重量或單位面積）上，單位時(shí)間內(nèi)完成的任務(wù)。 設(shè)備的生產(chǎn)能力要與流程設(shè)計(jì)的生產(chǎn)能力相

4、適應(yīng)，且效率高。設(shè)備的生產(chǎn)能力越高越好。,2. 消耗系數(shù),指生產(chǎn)單位重量或單位體積產(chǎn)品消耗的原料和能量，其中包括原材料、燃料、蒸汽、機(jī)電等。一般消耗系數(shù)越低越好。,3. 設(shè)備價(jià)格,設(shè)備價(jià)格直接影響建設(shè)工程的投資。在滿足生產(chǎn)要求的條件下，一般要選擇價(jià)格便宜、制造容易、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的設(shè)備。,4. 管理費(fèi)用,設(shè)備的管理費(fèi)用包括勞動(dòng)工資、維護(hù)檢修費(fèi)用。要盡量選擇管理費(fèi)用低的設(shè)備，以降低產(chǎn)品的成本。,5. 產(chǎn)品總成本,是化工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的綜合反映，也是上述各項(xiàng)指標(biāo)的綜合反映。一般要求產(chǎn)品的總成本越低越好。,4.1.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)的要求,強(qiáng)度：合理的強(qiáng)度，保證設(shè)備的安全運(yùn)行 剛度：設(shè)備及其構(gòu)件在外壓的作用下，保

5、持原有狀況的能力 耐久性：設(shè)備的使用年限，一般化工設(shè)備的使用年限為10-12年，高壓設(shè)備為20-25年 密封性：根據(jù)有毒物質(zhì)在車間內(nèi)允許的濃度來(lái)確定。它對(duì)處理易燃易爆及有毒介質(zhì)非常重要 用材和制造：盡量少用貴重材料，避免復(fù)雜的加工工序 操作和檢修：考慮操作、安裝和日常維修的方便 運(yùn)輸方便：尺寸與形狀設(shè)計(jì)時(shí)要注意運(yùn)輸方便與否，設(shè)備的直徑、長(zhǎng)度、重量要符合公路、鐵路、水運(yùn)的運(yùn)輸規(guī)定,第二節(jié) 設(shè)備設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容,定型（或標(biāo)準(zhǔn)）設(shè)備的選擇 非定型設(shè)備的設(shè)計(jì)與計(jì)算,設(shè)備設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容是定型設(shè)備的選擇、非定型設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果盡量選用定型設(shè)備,定型設(shè)備的選擇方法及原

6、則,根據(jù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目規(guī)定的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)周期考慮設(shè)備臺(tái)數(shù)，設(shè)備選型依據(jù)有關(guān)手冊(cè)和生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品目錄 在選用設(shè)備同時(shí)，要注意設(shè)備備件的供應(yīng)情況，對(duì)供應(yīng)緊張的備件，最好在訂貨時(shí)也訂購(gòu)備件 定型設(shè)備的選擇，按其生產(chǎn)能力，一般偏高一個(gè)等級(jí)選用，也可以按工廠的近期發(fā)展要求選配,設(shè)備的設(shè)計(jì)與選擇,4.2.1 物料輸送設(shè)備的選擇 4.2.2 容器類設(shè)備的選擇 4.2.3 換熱設(shè)備的選擇 4.2.4 塔器設(shè)備的選型與設(shè)計(jì) 4.2.5 反應(yīng)器的選型與設(shè)計(jì) 4.2.6 非定型設(shè)備設(shè)計(jì)的主要程序,4.2.1 物料輸送設(shè)備的選擇,液體物料輸送設(shè)備：常規(guī)的設(shè)備為各種泵 氣體物料輸送、壓縮、制冷設(shè)備：常規(guī)的設(shè)備為風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)

7、、真空泵、制冷機(jī)等 固體物料輸送設(shè)備：常規(guī)的設(shè)備為各種給料機(jī)械設(shè)備、氣流輸送設(shè)備 其它：惰性氣體壓送或真空吸送液體以及氣體輸送固體等,4.2.1.1 液體物料輸送設(shè)備-泵的選擇,泵按其作用于液體原理的不同，分三類： 1. 容積式流體輸送泵 2. 葉片式輸送泵 3. 流體動(dòng)力泵,也可以按泵的用途命名，如水泵、油泵、泥漿泵、砂泵、耐腐蝕泵、冷凝泵；或以其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)命名如：懸臂水泵、齒輪泵、螺桿泵、液下泵等,圖4.1 泵的分類,圖4.2 幾種典型泵的圖片,水環(huán)式真空泵,高壓水泵,污物潛水泵,電子隔膜計(jì)量泵,雙 缸 隔 膜 泥 漿 泵,高溫磁力泵,自動(dòng)攪勻排污泵,D型系列多級(jí)離心泵,W型水力噴射器,2X

8、型雙級(jí)旋片式系列真空泵,GF型不銹鋼單螺桿泵,容積式流體輸送泵,利用泵內(nèi)活塞或轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，使泵內(nèi)工作室的容積產(chǎn)生周期性變化，對(duì)流體產(chǎn)生擠壓作用，進(jìn)而將其吸入或壓出。如往復(fù)泵、齒輪泵、轉(zhuǎn)子泵,電動(dòng)往復(fù)泵,齒輪泵,轉(zhuǎn)子泵,葉片式輸送泵,利用泵內(nèi)葉片在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心作用，給流體以離心力或軸向力將液體吸入或壓出。如離心泵、軸流泵、旋渦泵,單級(jí)離心泵,立式軸流泵系列產(chǎn)品,離心旋渦泵,流體動(dòng)力泵,依靠另一種所謂“工作流體”作為動(dòng)力來(lái)輸送液體。如噴射泵,水噴射泵,大氣噴射泵機(jī)組,各類泵的特點(diǎn),離心泵：流量大、揚(yáng)程低 往復(fù)泵、旋流泵：流量較小、揚(yáng)程較高 轉(zhuǎn)子泵：可輸送粘度較高的液體 噴射泵：可用來(lái)抽吸液體或氣

9、體,表4.2 各種泵的性能對(duì)比,表4.2 各種泵的性能對(duì)比續(xù)1,表4.2 各種泵的性能對(duì)比續(xù)2,泵的選擇,泵的選擇依據(jù) 選擇泵的一般步驟 泵的選擇經(jīng)驗(yàn) 確定泵的臺(tái)數(shù)和備用率,（1）泵的選擇依據(jù),生產(chǎn)工藝對(duì)液體輸送量的要求 裝置揚(yáng)程的高度要求 液體的性質(zhì) 操作條件 地理位置(裝置系統(tǒng)的管路布置條件)等,流量,泵在單位時(shí)間抽排液體的體積數(shù)。它是泵選擇的重要依據(jù)之一，與整個(gè)裝置的生產(chǎn)能力要求相協(xié)調(diào) 葉片式泵的流量與揚(yáng)程有關(guān)，這種關(guān)系叫做離心泵的特征曲線 容積式泵的流量與揚(yáng)程無(wú)關(guān)，幾乎為常數(shù) 泵的操作流量指泵的揚(yáng)程流量特征曲線與管網(wǎng)系統(tǒng)所需的揚(yáng)程、流量曲線相交處的流量值,揚(yáng)程,指泵在輸送單位液體時(shí)，泵

10、的進(jìn)口至出口的能量增加值，包括液體靜壓力、動(dòng)壓頭和幾何位能的總和。是裝置系統(tǒng)所需的揚(yáng)程，與管路系統(tǒng)的具體布置情況有關(guān) 選泵的揚(yáng)程值應(yīng)該注意：最低吸入液面和最高送液高度，同時(shí)留有余量，一般取系統(tǒng)揚(yáng)程的1.05-1.1倍作為依據(jù),液體的性質(zhì),液體的性質(zhì)包括物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì) 物理性質(zhì)指溫度、重度、粘度、以及介質(zhì)中固體顆粒的直徑和含量、氣體的含量等，涉及到泵的類型選擇、揚(yáng)程的確定 化學(xué)性質(zhì)指介質(zhì)的化學(xué)腐蝕性和毒性，是考慮泵的材質(zhì)和軸封形式的重要依據(jù),系統(tǒng)的管路布置條件,指送液高度、送液路線、送液走向、吸入側(cè)的最低液面、排出側(cè)的最高液面及管道規(guī)格、材料、管件規(guī)格、數(shù)量等 是計(jì)算系統(tǒng)揚(yáng)程的依據(jù)，當(dāng)已經(jīng)給

11、定系統(tǒng)的揚(yáng)程時(shí)，可以不必進(jìn)行計(jì)算,操作條件,操作條件的內(nèi)容包括：操作溫度、飽和蒸氣壓、吸入側(cè)容器內(nèi)的壓力、排出側(cè)容器內(nèi)的壓力、環(huán)境溫度、操作是連續(xù)還是間斷、泵的地理位置等,化工用泵的類型有很多，每一類泵只能適用于一定的范圍和操作條件，各類泵的性能以及適用范圍在一般的化工手冊(cè)以及產(chǎn)品樣本中均有說(shuō)明可供選擇時(shí)參考。,（2）選擇泵的一般步驟,選擇類型 選擇系列和材料 確定泵的具體型號(hào) 確定泵的臺(tái)數(shù)和備用率,（3）泵的選擇經(jīng)驗(yàn),流量較大，揚(yáng)程較低，液體粘度小，液體中氣體體積含量低于5%時(shí)，宜選用離心泵 流量較小，揚(yáng)程較高，介質(zhì)粘度大，且有潤(rùn)滑性可選用轉(zhuǎn)子泵 粘度特別大的液體，應(yīng)選用高粘度齒輪泵、螺桿泵

12、或往復(fù)泵等容積泵 對(duì)易燃易爆的液體，應(yīng)考慮用蒸汽驅(qū)動(dòng)的往復(fù)泵或電機(jī)防爆的其它類型的泵 對(duì)劇毒、有放射性物品、貴重介質(zhì)，宜用密封性能很好的屏蔽泵,（4）確定泵的臺(tái)數(shù)和備用率,作為正常運(yùn)行時(shí)使用的泵，一般只用一臺(tái)。 在下列情況時(shí)，可以考慮兩臺(tái)泵并聯(lián) 1. 在流量很大，一臺(tái)泵達(dá)不到所需流量 2. 對(duì)于需要50%備用率的大型泵可改用兩臺(tái)泵并聯(lián)，一臺(tái)備用（共三臺(tái)） 3. 對(duì)某些更大型的泵，可選用能滿足70%流量要求的泵并聯(lián)工作，不用備用泵。 對(duì)于重要場(chǎng)合泵的備用率50-100%；對(duì)一般連續(xù)操 作的泵35-50%備用率即可；間歇式操作的泵，一般 不用備用泵,在一臺(tái)大泵與并聯(lián)工作（泵并聯(lián)工作時(shí)，能增加流量）

13、的兩臺(tái)小泵在流量和揚(yáng)程相當(dāng)時(shí)，大泵的效率高于小泵的效率，故從能量的角度講，寧可選用一臺(tái)大泵而不用兩臺(tái)小泵。 泵的備用率可以從該泵的工藝流程中的重要型、操作的連續(xù)與間歇、泵產(chǎn)品的長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性（相對(duì)于操作條件的苛刻程度）以及維修能力、泵的價(jià)格等各方面加以考慮。對(duì)工作條件惡劣的泵、純度要求高的產(chǎn)品的泵、加熱爐進(jìn)料泵、燃料油泵等，需要100%的備用率；對(duì)其他一般連續(xù)操作的產(chǎn)品泵、回流泵、循環(huán)泵等，要有33-50%的備用率。對(duì)于間歇操作的泵，一般可以不設(shè)備用泵，以減少投資，充分利用現(xiàn)有設(shè)備。,圖4.3 各類泵的性能范圍,按水介質(zhì)繪制,4.2.1.2 氣體輸送、壓縮設(shè)備,風(fēng)機(jī)按其作用原理可以分為容積式和

14、透平式兩類。 容積式：靠活塞作用在氣缸內(nèi)作往復(fù)或旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)，使氣體體積縮小而提高壓力。 透平式：靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪提高氣速和壓力，然 后在擴(kuò)壓器中使速度降下來(lái)，把動(dòng)能轉(zhuǎn) 化為靜壓能。,風(fēng)機(jī)的分類1,風(fēng)機(jī)的分類2,按機(jī)械所能達(dá)到的壓力大小分類為通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、真空泵,通風(fēng)機(jī)：排氣壓力小于0.115MPa, 輸送氣體 鼓風(fēng)機(jī)：排氣壓力0.115-0.4MPa, 輸送氣體 壓縮機(jī)：排氣壓力大于0.4MPa, 提高壓力 真空泵：排氣壓力接近0MPa,在化工廠中，常常根據(jù)風(fēng)機(jī)在生產(chǎn)工藝中的位置和作用以及輸送介質(zhì)的不同而命名，如引風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、空氣鼓風(fēng)機(jī)等。目前，風(fēng)機(jī)類產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，除特殊要求外，

15、一般都根據(jù)產(chǎn)品樣本選型。,風(fēng)機(jī),離心風(fēng)機(jī),羅茨風(fēng)機(jī),軸流風(fēng)機(jī),斜流風(fēng)機(jī),鍋爐引風(fēng)機(jī),無(wú)動(dòng)力風(fēng)機(jī),往復(fù)式空氣壓縮機(jī),往復(fù)式空氣壓縮機(jī),往復(fù)式空氣壓縮機(jī),離心壓縮機(jī),離心壓縮機(jī),離心壓縮機(jī),離心壓縮機(jī),風(fēng)機(jī)的選擇,選擇風(fēng)機(jī)依據(jù)工藝條件、物料特性（腐蝕、爆炸、有無(wú)毒性、含塵量）、排氣溫度、排氣量、排氣壓力等參數(shù)選擇 在同一型號(hào)中，效率最高、能耗最小、價(jià)格便宜為最優(yōu),風(fēng)機(jī)選擇注意事項(xiàng),選擇風(fēng)機(jī)時(shí)，風(fēng)壓的計(jì)算要考慮從管路的吸入口至排出口的壓力降，并加必要的安全系數(shù)，3% 風(fēng)機(jī)標(biāo)牌上標(biāo)明的風(fēng)量大小為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的值，選擇是應(yīng)注意將使用工況下的參數(shù)換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的值 風(fēng)機(jī)并聯(lián)或串聯(lián)使用時(shí)，性能會(huì)有所降低，設(shè)

16、計(jì)時(shí)不宜采用，當(dāng)必須使用時(shí)，要選擇同型號(hào)同性能的風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)選擇一般經(jīng)驗(yàn),一般低壓操作，排氣壓力0.5kg/cm2時(shí)采用往復(fù)式壓縮機(jī)，大流量時(shí)采用離心式壓縮機(jī),4.2.2 容器類設(shè)備的選擇,立式儲(chǔ)罐 平底平蓋系列(HG5-1572-85) 立式球形封頭系列(HG5-1578-85) 900折邊錐形底橢圓形蓋系列(HG5-1577-85) 臥式儲(chǔ)罐 臥式有折邊橢圓封頭系列(HG5-1580-85) 立式圓筒形固定頂儲(chǔ)罐系列(HG21502.1-92) 低壓濕式氣柜系列(HG21549-92),在化工生產(chǎn)中，原料、中間體、產(chǎn)品都需要儲(chǔ)存，容器類設(shè)備包括各種型式的儲(chǔ)罐、儲(chǔ)槽、計(jì)量罐、氣柜等。這些設(shè)備已

17、經(jīng)有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)可供設(shè)計(jì)者選用。,儲(chǔ)罐設(shè)計(jì),1. 設(shè)計(jì)參數(shù) 2. 容積 3. 儲(chǔ)罐尺寸的確定 4. 管口方位的確定 5. 確定容器的支撐方式 6. 繪制設(shè)備草圖（條件圖）,1. 設(shè)計(jì)參數(shù),設(shè)計(jì)壓力: 由工藝提出 設(shè)計(jì)溫度: 由工藝提出 公稱容積: 通常根據(jù)儲(chǔ)存物料的流量及儲(chǔ)存時(shí)間，加上 20% 的安全系數(shù) 公稱直徑: 參照常規(guī)儲(chǔ)罐的高徑比或查閱已有的儲(chǔ)罐系列 腐蝕裕度: 根據(jù)儲(chǔ)罐介質(zhì)決定 設(shè)計(jì)載荷: 包括風(fēng)載、雪載荷、灌頂附加載荷及抗震烈度 材質(zhì)選擇: 根據(jù)介質(zhì)物性、工藝條件選擇碳鋼、不銹鋼、 搪瓷、或非金屬材料 儲(chǔ)罐形式: 根據(jù)介質(zhì)物性、工藝條件及容積確定 儲(chǔ)罐臺(tái)數(shù): 由生產(chǎn)產(chǎn)量決定,2. 容積

18、,確定容積的依據(jù) 物料的流量 儲(chǔ)存時(shí)間 1) 原料的來(lái)源與運(yùn)輸方法 2) 儲(chǔ)罐使用的場(chǎng)合,容積設(shè)計(jì)的依據(jù)流量M3/H,儲(chǔ)存時(shí)間，影響儲(chǔ)存時(shí)間的因素 ， 不同的工藝要求儲(chǔ)罐的容量差別很大,不同的工藝要求儲(chǔ)罐的容量,1. 儲(chǔ)存原料或產(chǎn)品，全廠性的儲(chǔ)罐至少一個(gè)月的儲(chǔ)量；車間儲(chǔ)罐至少半個(gè)月的儲(chǔ)量 2. 液體產(chǎn)品儲(chǔ)罐一般設(shè)計(jì)至少一周的產(chǎn)品量 3. 氣柜可以設(shè)計(jì)兩天或多天的產(chǎn)量 4.中間產(chǎn)品儲(chǔ)罐一般考慮一晝夜的儲(chǔ)量 5. 計(jì)量罐：一般用于間歇生產(chǎn)，容積根據(jù)每一批次 物料的存放量及存放時(shí)間定 6. 回流罐：一般考慮5-10min左右的液體保存量,做冷凝液封用,3. 儲(chǔ)罐尺寸的確定,1) 定型設(shè)備：根據(jù)計(jì)算的

19、容積，手冊(cè)中查標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備的有關(guān)尺寸 2) 非定型設(shè)備：根據(jù)計(jì)算容積，考慮裝料系數(shù)和高徑比,裝料系數(shù)與高徑比,裝料系數(shù)是防止物料溢出的安全系數(shù)，與物料種類和操作條件相關(guān)。一般儲(chǔ)槽、計(jì)量槽取0.8-0.9，攪拌反應(yīng)器取0.7-0.85，對(duì)沸騰操作或易發(fā)泡的反應(yīng)器取0.4-0.6。 高徑比一般取 H:D = 1 2,橢圓封頭,錐形封頭,4. 管口方位的確定,儲(chǔ)罐的管口主要有：進(jìn)料、出料、溫度、壓力（真空）、放空、液面計(jì)、排液、以及人孔、手孔等 根據(jù)儲(chǔ)罐的大小及進(jìn)出口流量決定各管口尺寸與數(shù)量 管口方位的安排應(yīng)該有利于工藝管道的布置,管口方位,5. 確定容器的支撐方式,容器分為立式和臥式 裙座：支撐重量

20、較大的立式容器 鞍座：支撐重量較大的臥式容器 三角支座：支撐重量較小的立式容器 懸掛式支座：支撐重量、容積小的立式 容器,群座,鞍式支座,懸掛式支座,7. 繪制設(shè)備條件圖,標(biāo)注尺寸 對(duì)非標(biāo)設(shè)備，繪制設(shè)備的外形輪廓圖，標(biāo)注一切相關(guān)尺寸，填寫設(shè)計(jì)條件表，向設(shè)備設(shè)計(jì)人員提出設(shè)計(jì)條件 對(duì)定型設(shè)備，可以選用標(biāo)準(zhǔn)圖系列的有關(guān)圖紙，將工藝要求的管口方位、支座等與標(biāo)準(zhǔn)的管口方位及支座圖進(jìn)行對(duì)照，如有不符，按工藝要求的管口方位訂貨，提出相應(yīng)的訂貨要求,設(shè)備條件圖（視圖）,設(shè)備條件圖（技術(shù)特性表）,4.2.3 換熱設(shè)備的選擇,換熱器的分類 換熱器設(shè)計(jì)的基本原則,化工生產(chǎn)中，傳熱是十分普遍的，傳熱設(shè)備占據(jù)極為重要的

21、地位，它是應(yīng)用最為廣泛的設(shè)備之一。物料的加熱、冷卻、蒸發(fā)、冷凝、蒸餾等都要通過(guò)傳熱設(shè)備進(jìn)行熱交換。換熱器的種類很多，大都已有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，可供設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)時(shí)選用,按工藝用途分類：加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器、空冷器等 根據(jù)冷熱流體的熱量交換方式分類：間壁式、直接式、蓄熱式等三類 間壁式換熱器可分為管式換熱器（承壓能力高）及板式換熱器（承壓能力低）,4.2.3 -1 換熱器分類,間壁式換熱器兩股流體被一種金屬或非金屬隔開(kāi)，彼此不接觸，熱量傳遞通過(guò)設(shè)備壁面進(jìn)行，間壁式換熱器的結(jié)構(gòu)形式有很多，可以分為板式和管式兩種，管式換熱器有列管式、蛇管式、套管式、噴淋式、翅片式等，板式換熱器有夾套式、平板式

22、、螺旋板式 等。 B. 直接式換熱器冷熱兩股流體直接接觸，在混合過(guò)程中進(jìn)行熱交換，這種換熱器傳熱效果好，設(shè)備簡(jiǎn)單，使用方便，一般用于氣體冷卻、水蒸氣冷凝。 C. 蓄熱式換熱器冷熱兩股流體交替通過(guò)蓄熱層，以達(dá)到傳熱的目的，這種設(shè)備簡(jiǎn)單，可耐高溫，但設(shè)備體積較大，一般用于氣體的余熱利用。 其中間壁式換熱器是目前應(yīng)用最多的。,換熱器圖示,列管式換熱器,螺旋板式換熱器,套管式換熱器,噴淋管式換熱器,板式換熱器,夾套式換熱器,螺旋板式換熱器,臥式安裝,立式安裝,4.2.3 -2 換熱器設(shè)計(jì)的基本原則,1. 基本要求 2. 介質(zhì)流程 3. 終端溫差 4. 流速 5. 壓力降 6. 傳熱系數(shù) 7. 污垢系數(shù)

23、 8. 標(biāo)準(zhǔn)化原則,工藝要求的傳熱面積 較高的傳熱效率 小流體阻力,1. 基本要求,換熱器設(shè)計(jì)要滿足工藝操作條件，能長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，安全可靠，不泄漏，維修清洗方便，滿足工藝要求的傳熱面積，盡量有較高的傳熱效率，流體阻力盡量小，滿足工藝布置的安裝尺寸要求 經(jīng)濟(jì)上合理,2. 介質(zhì)流程,腐蝕性介質(zhì)走管程，可以降低對(duì)外殼材質(zhì)的要求； 毒性介質(zhì)走管程，泄漏的幾率?。灰捉Y(jié)垢的介質(zhì)走管程便于清洗和清掃； 壓力較高的介質(zhì)走管程，這樣可以減少對(duì)殼體的機(jī)械強(qiáng)度要求； 溫度高的介質(zhì)走管程，可以改變材質(zhì)，滿足介質(zhì)要求； 粘度較大、流量小的介質(zhì)走殼程，可提高傳熱系數(shù)； 從壓力降考慮，雷諾數(shù)小的走殼程,3. 終端溫差（經(jīng)濟(jì)合理

24、和傳熱效率）,熱端的溫差應(yīng)在200C以上； 用水或其它冷卻介質(zhì)冷卻時(shí)，冷端溫差可以小一些，但不要低于50C； 當(dāng)用冷卻劑冷凝工藝流體時(shí)，冷卻劑的進(jìn)口溫度應(yīng)當(dāng)高于工藝流體中最高凝點(diǎn)組分的凝點(diǎn)50C以上； 空冷器的最小溫差應(yīng)大于200C； 冷凝含有惰性氣體的流體時(shí)，冷卻劑出口溫度至少比冷凝組分的露點(diǎn)低50C。,4. 流速,在換熱器內(nèi)，一般希望采用較高的流速，這樣可以提高傳熱效率，有利于沖刷污垢和沉積。但流速過(guò)大，磨損嚴(yán)重，甚至造成設(shè)備震動(dòng)，影響操作和使用壽命，能量消耗也將增加。因此，比較適宜的流速應(yīng)該經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)核算來(lái)確定。,a. 流體在直管內(nèi)常見(jiàn)的流速,b. 殼程內(nèi)常見(jiàn)適宜流速,5. 壓力降,壓力降

25、一般隨著操作壓力的不同而有一個(gè)大致的范圍，壓力降的影響因素有很多, 視具體工藝要求而定。,6. 傳熱系數(shù),傳熱面兩側(cè)的傳熱膜系數(shù)1、2如相差很大時(shí)，較小的一側(cè)將成為控制傳熱效果的主要因素，設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，應(yīng)該設(shè)法增大該側(cè)的傳熱膜系數(shù)。 計(jì)算傳熱面積時(shí)，常以小的一側(cè)為準(zhǔn)。,增加傳熱膜系數(shù)的方法通常是：縮小通道截面積，以增大流速；增設(shè)擋板或促進(jìn)產(chǎn)生湍流的插入物；管壁上增加翅片，提高湍流程度也增大了傳熱面積；糙化傳熱表面，用溝槽或多孔表面，對(duì)于冷凝沸騰等有相變的傳熱過(guò)程來(lái)說(shuō)，可以獲得很大的膜系數(shù)。,7. 污垢系數(shù),換熱器在使用過(guò)程中，會(huì)在壁面上產(chǎn)生污垢，在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)要慎重考慮流速和壁溫的影響。從工藝

26、上降低污垢系數(shù)，如改進(jìn)水質(zhì)，消除死區(qū)，增加流速，防止局部過(guò)熱等。,污垢系數(shù)又稱為污垢熱阻，我根據(jù)對(duì)對(duì)流傳熱系數(shù)的物理意義的理解，個(gè)人理解污垢系數(shù)的物理意義是單位時(shí)間內(nèi)每傳遞1焦耳的能量，在1平方米的污垢兩側(cè)所形成的溫度差。污垢系數(shù)增加會(huì)造成傳熱速率下降，計(jì)算傳熱系數(shù)K時(shí)，一般不可以忽略污垢系數(shù) 。污垢系數(shù)大小與流體的性質(zhì)、流速、溫度、設(shè)備結(jié)構(gòu)及運(yùn)行時(shí)間等因素有關(guān)。對(duì)于一定的流體，增加流速，可以減少污垢在壁面的沉積，降低污垢系數(shù)。,8. 標(biāo)準(zhǔn)化原則,盡量選用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)或標(biāo)準(zhǔn)系列，這樣可以提高工程的工作效率，縮短施工周期，降低工程投資。,換熱器的性能比較,熱交換器的傳熱效率、工藝性能、操作性能、緊湊

27、性和金屬用量等可以作為選擇熱交換器形式時(shí)的參考指標(biāo)。,單位換熱量的金屬消耗量系以列管式交換器等于1來(lái)比較。,間壁式換熱器性能比較,1. 匯總設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、分析設(shè)計(jì)任務(wù) 2. 設(shè)計(jì)換熱流程 3. 選擇換熱器的材質(zhì) 4. 選擇換熱器的類型 5. 確定換熱器中冷熱流體的流向 6. 確定和計(jì)算平均溫差tm,7. 計(jì)算熱負(fù)荷Q、流體給熱系數(shù) 8. 估計(jì)污垢熱阻系數(shù)并初步估算傳熱系數(shù)K 9. 計(jì)算總傳熱面積A 10. 調(diào)整溫差再計(jì)算一次傳熱面積 11. 選用系列換熱器 12. 驗(yàn)算換熱器的壓力降 13. 畫出換熱器設(shè)備草圖,4.2.33 熱交換器的設(shè)計(jì)方法和程序,1. 匯總設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、分析設(shè)計(jì)任務(wù),根據(jù)物料衡算

28、和工藝物料的要求、特性，得到物料流量、溫度、壓力和化學(xué)性質(zhì)、物性參數(shù)，取得有關(guān)設(shè)備的負(fù)荷、流程中的地位，與流程中其它設(shè)備的關(guān)系等數(shù)據(jù)。,2. 設(shè)計(jì)換熱流程,在換熱設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該仔細(xì)探討換熱的工藝流程，以利于充分利用熱量，充分利用熱源。,3. 選擇換熱器的材質(zhì),根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性能和其他相關(guān)性能，按照操作壓力、溫度、材料規(guī)格和制造價(jià)格，綜合選擇。,4. 選擇換熱器的類型,根據(jù)熱負(fù)荷和選用的換熱器材料，選定某一種類型的換熱器。,5. 確定換熱器中冷熱流體的流向,根據(jù)熱載體的性質(zhì)、換熱任務(wù)和換熱器的結(jié)構(gòu)，決定采用并流、逆流或錯(cuò)流折流等。,6. 確定和計(jì)算平均溫差tm,確定終端溫差，根據(jù)相關(guān)公式算出平均溫

29、差。,7.計(jì)算熱負(fù)荷Q、流體給熱系數(shù),可用粗略估計(jì)的方法，估算管內(nèi)和管間流體的給熱系數(shù)。利用各種工藝算圖，結(jié)合公式和經(jīng)驗(yàn)，可以方便的求得傳熱系數(shù)。,在許多設(shè)計(jì)中，K值常常選取一些經(jīng)驗(yàn)值，作為粗算或試算的依據(jù)，許多手冊(cè)中都列出各種條件下的K值的經(jīng)驗(yàn)值，但經(jīng)驗(yàn)值所列的數(shù)據(jù)范圍較寬，應(yīng)作試算，并與K值的計(jì)算公式結(jié)果參照比較。在工藝的允許范圍內(nèi)，調(diào)整介質(zhì)的進(jìn)出口溫度，或者考慮到生產(chǎn)的特殊情況，重新計(jì)算平均溫差，并重新計(jì)算總傳熱面積A。根據(jù)兩三次改變溫度計(jì)算出的傳熱面積A，并考慮有10%-25%的安全系數(shù)，確定換熱器的選用傳熱面積A。從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)系列換熱器型號(hào)中，選擇符合工藝要求和車間布置要求的換熱器，并

30、確定設(shè)備的臺(tái)數(shù)。 流體速度是設(shè)計(jì)中的一個(gè)主要因素。流速大，傳熱系數(shù)大，傳遞一定熱量所需的傳熱面積就可減少；但是流速加快，流體通過(guò)熱交換器的壓力降亦增大，因此能量消耗增加。反之，降低流速，操作費(fèi)用可以減少，但固定費(fèi)用增加，所以在熱交換器設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇最適宜的流體速度。,4.2.4 塔器設(shè)備的選型與設(shè)計(jì),在化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程中，相之間的質(zhì)量傳遞是極其重要的過(guò)程之一。吸收、吸附、蒸餾、干燥、氣體的增濕和減濕、萃取以及流態(tài)化等操作都屬于傳質(zhì)過(guò)程。傳質(zhì)設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)保證相際的緊密接觸。在蒸餾、吸收、氣體凈化和萃取等操作中，廣泛應(yīng)用塔設(shè)備。,根據(jù)氣液兩相的接觸方式不同，塔器設(shè)備可分類為： 噴淋塔：液體被噴成細(xì)霧或雨

31、滴狀分散于氣流中，氣液接 觸在液滴的表面上進(jìn)行。這類塔多用于氣體的除塵、 凈化和吸收等操作。 填料塔：噴淋的液體沿填料表面呈膜狀下降，氣液兩相就在 填料的濕表面上進(jìn)行接觸。這類塔多用于吸收和洗 滌凈化操作，也可用于蒸餾和萃取，塔的填料有環(huán) 形、螺絲型、旋槳型、鞍型、柵板型等多種。 泡罩塔：氣液兩相間接觸是氣體小泡穿過(guò)液層進(jìn)行的。這類 塔多用于精餾操作，也可用于吸收操作。不適于液 體萃取。泡罩有圓形、槽形、S型和長(zhǎng)條形等多種。,各種塔型的性能比較,實(shí)驗(yàn)室蒸餾塔,填料塔內(nèi)部結(jié)構(gòu),填料塔內(nèi)、外部結(jié)構(gòu),塔器內(nèi)件,塔設(shè)備設(shè)計(jì)選擇的基本原則,1. 技術(shù)上可靠，能滿足工藝要求，產(chǎn)品合乎規(guī)格，生產(chǎn)能力大。 2

32、. 效率高、適應(yīng)性好。在氣液量變化時(shí)，仍能穩(wěn)定地進(jìn)行操作，并維持高的效率。 3. 構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于制造和安裝，價(jià)廉，機(jī)械性能可靠。 4. 操作管理方便，易于清理和檢修。 5. 塔壓降要小。,工藝上要分離的液體有很多特殊的要求，如沸點(diǎn)低、難分離、有腐蝕性、有污垢等，對(duì)塔的選型時(shí)應(yīng)該特別注意。 生產(chǎn)能力要求盡量大，即單位塔界面的處理量要大，以適應(yīng)化工裝置大型化的要求。所謂分離效率高，是指達(dá)到分離要求的塔高要低。設(shè)計(jì)中還應(yīng)該考慮適當(dāng)?shù)牟僮鲝椥浴?設(shè)計(jì)時(shí)，以上幾點(diǎn)不一定能全部滿足，此時(shí)應(yīng)保證滿足主要的要求，最大限度的滿足工藝要求。 各種塔設(shè)備有各自的特點(diǎn)，充分掌握這些特點(diǎn)后，才能選擇滿意的結(jié)構(gòu)，決定合理

33、的尺寸。,各種塔的選用順序,4.2.5 反應(yīng)器的選型與設(shè)計(jì),化學(xué)反應(yīng)設(shè)備是實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，將原料轉(zhuǎn)變?yōu)樗枰a(chǎn)品的關(guān)鍵設(shè)備，是整個(gè)化工過(guò)程的核心部分。 由于化學(xué)反應(yīng)的多樣性，反應(yīng)器的類型也是多種多樣的。,常用的化學(xué)反應(yīng)器的類型,管式反應(yīng)器：長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于直徑，中空，無(wú) 任何構(gòu)件 釜式反應(yīng)器：又稱為攪拌釜 塔式反應(yīng)器：高徑比大 固定床反應(yīng)器：內(nèi)部有靜止的固體床層 流化床反應(yīng)器：固體顆粒在反應(yīng)器內(nèi)處于 流化狀態(tài),幾種反應(yīng)器的示意圖,a -管式反應(yīng)器,c-板式塔,d-填料塔,e-鼓泡塔,f-噴霧塔,g-固定床反應(yīng)器,h-流化床反應(yīng)器,b -釜式反應(yīng)器,反應(yīng)相態(tài)與反應(yīng)器形式,A-適用； B-少用,反應(yīng)器

34、的設(shè)計(jì)與選擇,熟悉化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律性 反應(yīng)速率：反應(yīng)類型，特征，反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)速率 選擇性：反應(yīng)的選擇性，進(jìn)而得到原料的消耗 能量的消耗：反應(yīng)的熱效應(yīng) 掌握傳遞過(guò)程情況 熱量傳遞：解決傳熱和移出熱量的方式和裝置 質(zhì)量傳遞：各點(diǎn)濃度均勻，反應(yīng)接觸好 了解設(shè)備設(shè)計(jì)要求,反應(yīng)器設(shè)計(jì)要點(diǎn),保證物料轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)時(shí)間 滿足反應(yīng)的熱傳遞要求 設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)臄嚢杵骰蝾愃谱饔玫臋C(jī)構(gòu) 主要材質(zhì)的選用和機(jī)械加工的要求,4.2.5.1 反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)程序,確定反應(yīng)釜的操作方式 匯總設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 計(jì)算反應(yīng)釜的體積 確定反應(yīng)釜設(shè)計(jì)體積和臺(tái)數(shù) 反應(yīng)釜直徑和筒體高度、封頭確定 傳熱面積計(jì)算和校對(duì) 攪拌器設(shè)計(jì) 管口和開(kāi)孔設(shè)計(jì) 畫出反應(yīng)器設(shè)計(jì)草圖（條件圖）或選型型號(hào),1. 計(jì)算反應(yīng)釜的體積 （ 1 ）,連續(xù)反應(yīng)：由工藝規(guī)定的生產(chǎn)能力，確定全年的工作時(shí)數(shù)，算出每小時(shí)反應(yīng)釜需要處理（或生產(chǎn)）的物料量V0。根據(jù)物料的平均停留時(shí)間t和設(shè)備的臺(tái)數(shù)就可以算出每臺(tái)釜的物料體積。在選用反應(yīng)釜時(shí)，一般把選用的臺(tái)數(shù)與實(shí)際操作的臺(tái)數(shù)之間，用設(shè)備備用系數(shù)n關(guān)聯(lián)，n通常為1.05-1.3 由物料體積 VR和裝料系數(shù)計(jì)算釜的體積。液相反應(yīng)時(shí)通常取=0.4-0.5，視具體情況而定,間歇反應(yīng)：從工藝設(shè)計(jì)要求的年產(chǎn)量決定日投料量V日，再?gòu)拿扛磻?yīng)所用時(shí)間（包括輔助時(shí)間等） t釜，算出24小時(shí)內(nèi)釜的反應(yīng)周期數(shù)（= 24 / t釜）、每釜處理的物料體