設備的工藝設計及化工設備圖課件

1、化工廠設計 Design of Chemical Plant1化工廠設計15 設備的工藝設計及化工設備圖基本要求1)掌握化工設備的選用和設計的一般原則;2)熟練進行化工設備的選用(設計);3)熟練掌握化工設備圖的繪制和閱讀.25 設備的工藝設計及化工設備圖基本要求25 設備的工藝設計及化工設備圖 化工設備選用及工藝設計的一般原則 化工設備的選用 非定型設備設計的主要程序 化工設備圖 35 設備的工藝設計及化工設備圖 35-1 化工設備選用及工藝設計的一般原則 化工設備類型：標準設備（定型設備）非標準設備（非定型設備 ）45-1 化工設備選用及工藝設計的一般原則 化工設備選型和工藝設計的原則：(

2、1)合理性。 (2)先進性。(3)安全性。(4)經(jīng)濟性。5選型和工藝設計的原則：55-2 化工設備的選用 一、泵的選用與設計程序 1 確定泵型。65-2 化工設備的選用 一、泵的選用與設計程序 6通常把提升液體、輸送液體或使液體增加壓力,即把原動機的機械能變?yōu)橐后w能量從而達到抽送液體目的的機器統(tǒng)稱為泵。泵的不同用途、不同的輸送液體介質、不同流量、揚程的范圍，泵的結構型式當然也不一樣，材料也不同. 2 泵的分類7通常把提升液體、輸送液體或使液體增加壓力,即把原動機的機械能3 泵選型中考慮的問題（1）耐腐蝕問題 腐蝕就是化工設備最頭痛的危害之一。據(jù)有關統(tǒng)計，化工設備的破壞約有60%是由于腐蝕引起的

3、，因此在化工泵選型時首先要注意選材的科學性。通常有一種誤區(qū)，認為不銹鋼是“萬能材料”，不論什么介質和環(huán)境條件都捧出不銹鋼，這是很危險的。83 泵選型中考慮的問題（1）耐腐蝕問題 腐蝕就是化工設備最1）耐腐蝕問題1.硫酸: 氟塑料具有較好的耐硫酸性能，采用襯氟泵是一種更為經(jīng)濟的選擇。 2.鹽酸: 內襯橡膠泵和塑料泵（如聚丙烯、氟塑料等）是輸送鹽酸的最好選擇。3.硝酸: 不銹鋼是應用最廣的耐硝酸材料，對常溫下一切濃度的硝酸都有良好的耐蝕性，對于高溫硝酸，通常采用鈦及鈦合金材料。 4.醋酸 : 不銹鋼是優(yōu)良的耐醋酸材料，高溫高濃醋酸或含有其它腐蝕介質等苛刻要求時，可選用高合金不銹鋼或氟塑料泵。91）

4、耐腐蝕問題1.硫酸: 氟塑料具有較好的耐硫酸性能，采用襯1）耐腐蝕問題5.堿（氫氧化鈉）: 鋼鐵廣泛應用于80以下、30%濃度內的氫氧化鈉溶液，也有許多工廠在100、75%以下時仍采用普通鋼鐵，雖然腐蝕增加，但經(jīng)濟性好。對于高溫堿液多采用鈦及鈦合金或者高合金不銹鋼。6.氨: 只有銅和銅合金不宜使用。 7.鹽水（海水）: 普通鋼鐵在氯化鈉溶液和海水、咸水中腐蝕率不太高，一般須采用涂料保護 ;各類不銹鋼也有很低的均勻腐蝕率，但可能因氯離子而引起局部性腐蝕，通常采用316不銹鋼較好。 8.醇類、酮類、酯類、醚類: 基本沒有腐蝕性，常用材料均可適用 .酮、酯、醚對多種橡膠有溶解性，在選擇密封材料時避免

5、出錯。 101）耐腐蝕問題5.堿（氫氧化鈉）: 鋼鐵廣泛應用于80以下2）冷卻問題 3）密封問題 4）粘度問題在選材時切不可隨意和盲目，應多查閱相關資料或借鑒成熟經(jīng)驗。 112）冷卻問題 11(2)確定選泵的流量和揚程流量的確定和計算。選泵時以最大流量為基礎。揚程的確定和計算。單位重量液體通過泵所獲得的能量叫揚程。即用來克服兩端容器的位能差、兩端容器上靜壓力差、兩端全系統(tǒng)的管道（管件）和裝置的阻力損失，以及兩端（進口和出口）的速度差引起的動能差。泵的揚程包括吸程在內，近似為泵出口和入口壓力差。揚程用H表示，單位為米（m）。 12(2)確定選泵的流量和揚程流量的確定和計算。12離心泵的安裝技術關

6、鍵在于確定水泵安裝高度。是指水源水面到水泵葉輪中心線的垂直距離。不能與允許吸上真空高度混為一談，水泵銘牌或產品說明書上標示的允許吸上真空高度并沒有考慮吸水管道配套以后的水流狀況。水泵安裝高度應該是允許吸上真空高度扣除了吸水管道損失揚程以后，所剩下的那部分數(shù)值，它要克服實際地形吸水高度。水泵安裝高度不能超過計算值，否則，水泵將會抽不上水來。影響計算值的大小是吸水管道的阻力損失揚程，因此，宜采用最短的管路布置，并盡量少裝彎頭等配件，也可考慮適當配大一些口徑的水管，以減管內流速。確定泵的安裝高度13離心泵的安裝技術關鍵在于確定水泵安裝高度。確定泵的安裝高度對正常運轉的泵，一般只用一臺，因為一臺大泵與

7、并聯(lián)工作的兩臺小泵相當（指揚程、流量相同）時，大泵效率高于小泵，故從節(jié)能角度講寧可選一臺大泵，而不用兩臺小泵，但遇到下列情況量，可考慮兩臺泵并聯(lián)工作：流量很大，一臺泵達不到此流量。對于需要有50%的備用率大型泵，可改兩臺較小的泵工作，一臺備用（共三臺）。(4)確定泵的臺數(shù)和備用率。14對正常運轉的泵，一般只用一臺，因為一臺大泵與并聯(lián)工作的兩臺小離心泵的軸功率N是指電機輸入到泵軸的功率。流體從泵獲得的實際功率為泵的有效功率Ne，由泵的流量和揚程求得有效功率與軸功率的比值為離心泵的效率(5)校核泵的軸功率15離心泵的軸功率N是指電機輸入到泵軸的功率。流體從泵獲得的實際(6)確定冷卻水或驅動蒸汽的耗

8、用量。(7)選用電動機。(8)填寫選泵規(guī)格表16(6)確定冷卻水或驅動蒸汽的耗用量。(7)選用電動機。二、換熱設備的設計和選用 17二、換熱設備的設計和選用 17一）換熱器的分類18一）換熱器的分類18一）換熱器的分類19一）換熱器的分類19一）換熱器的分類20一）換熱器的分類20二）換熱器設計的一般原則1 基本要求 滿足工藝操作條件能長期運轉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等要求 21二）換熱器設計的一般原則1 基本要求 212 介質流程 222 介質流程 223 終端溫差考慮換熱器的經(jīng)濟合理和傳熱效率 ：233 終端溫

9、差考慮換熱器的經(jīng)濟合理和傳熱效率 ：234 流速 流速較高，可提高傳熱效率，有利于沖刷污垢和沉積；但流速不能過大。參見：常用流速范圍。 244 流速 流速較高，可提高傳熱效率，有利于沖刷污垢和沉積；2 (5)傳熱系數(shù)應設法增大傳熱膜系數(shù)一側數(shù)值。計算傳熱面積時，常以小的一側為準。 (6)污垢系數(shù)在設計換熱器時要慎重考慮流速和壁溫的影響。從工藝上降低污垢系數(shù)，如改進水質，消除死區(qū)，增加流速，防止局部過熱等。 (7)盡量選用標準設計和標準系列25 (5)傳熱系數(shù)25三）管殼式換熱器的設計和系列選用管殼式換熱器是一種傳統(tǒng)的標準換熱設備，它具有制造方便、選材面廣、適應性強、處理量大、清洗方便、運行可靠

10、、能承受高溫高壓等優(yōu)點，是工廠中應用最廣泛的換熱設備。26三）管殼式換熱器的設計和系列選用管殼式換熱器是一種傳統(tǒng)的標準272728283 設計與選型的基本步驟293 設計與選型的基本步驟29三、貯罐容器的選型和設計 按使用目的的不同，可分為貯存容器的計量、回流、中間周轉、緩沖、混合等工藝容器。 30三、貯罐容器的選型和設計 30設計貯罐的一般程序 (1)匯集工藝設計數(shù)據(jù)。包括物料衡算和熱量衡算，貯存物料的溫度、壓力，最大使用壓力、最高使用溫度、最低使用溫度，腐蝕性、毒性、蒸汽壓、進出量、貯罐的工藝方案等。(2)選擇容器材料。對有腐蝕性的物料可選用不銹鋼等金屬材料，在溫度壓力允許時可用非金屬貯罐

11、、搪瓷容器或由鋼制壓力容器襯膠、搪瓷、襯聚四氟乙烯等。(3)容器型式的選用。盡量選擇已經(jīng)標準化的產品。(4)容積計算。容積計算是貯罐工藝設計和尺寸設計的核心，它隨容器的用途而異。31設計貯罐的一般程序 (1)匯集工藝設計數(shù)據(jù)。31設計貯罐的一般程序 (5)確定貯罐基本尺寸根據(jù)物料密度、臥式或立式的基本要求、安裝場地的大小，確定貯罐的大體直徑。據(jù)此計算貯罐的長度，核實長徑比，如長徑比太大（即偏長）或太小（即偏圓），應重新調整，直到大體滿意。(6)選擇標準型號根據(jù)計算初步確定它的直徑、長度和容積，在有關手冊中查出與之符合或基本相符的標準型號。(7）開口和支座在選擇標準圖紙之后，要設計并核對設備的管

12、口。(8)繪制設備草圖（條件圖）標注尺寸，提出設計條件和訂貨要求。32設計貯罐的一般程序 (5)確定貯罐基本尺寸32四、塔器的選型與設計 塔設備是一種應用極為廣泛的氣液，液液傳質設備，主要應用于化工、醫(yī)藥等行業(yè)中的吸收、精餾、萃取等工段。 33四、塔器的選型與設計 塔設備是一種應用極為廣泛的氣液，液液傳1 塔的類型按接觸方式可分為連續(xù)（微分）接觸式（填料塔）和逐級接觸式（板式塔）兩大類，在吸收和蒸餾操作中應用極廣 。341 塔的類型按接觸方式34填料塔在圓柱形殼體內裝填一定高度的填料，液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均勻分布于填料層頂部上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流經(jīng)填料層后自塔底排出；氣體則在壓強差

13、推動下穿過填料層的空隙，由塔的一端流向另一端。氣液在填料表面接觸進行質、熱交換，兩相的組成沿塔高連續(xù)變化。 溶劑填料塔氣體散裝填料塑料鮑爾環(huán)填料規(guī)整填料 塑料絲網(wǎng)波紋填料 35填料塔在圓柱形殼體內裝填一定高度的填料，液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均板式塔在圓柱形殼體內按一定間距水平設置若干層塔板，液體靠重力作用自上而下流經(jīng)各層板后從塔底排出，各層塔板上保持有一定厚度的流動液層；氣體則在壓強差的推動下，自塔底向上依次穿過各塔板上的液層上升至塔頂排出。氣、液在塔內逐板接觸進行質、熱交換，故兩相的組成沿塔高呈階躍式變化。板式塔溶劑氣體DJ 塔盤 新型塔板、填料36板式塔在圓柱形殼體內按一定間距水平設置若干層塔板

14、，液體靠重力填料塔和板式塔的主要對比新型填料及規(guī)整填料塔競爭力較強。 37填料塔和板式塔的主要對比新型填料及規(guī)整填料塔競爭力較強。 32塔型選擇基本原則生產能力大，彈性好。滿足工藝要求，分離效率高。運轉可靠性高，操作、維修方便。結構簡單，加工方便，造價較低。塔壓降小。對于真空塔或要求塔壓降低的塔來說，壓降小的意義更為明顯。抓住主要矛盾，最大限度滿足工藝要求。382塔型選擇基本原則生產能力大，彈性好。383 填料塔設計程序(1)匯總設計參數(shù)和物性數(shù)據(jù)處理。(2)選用填料。 (3)確定塔徑D(4)計算填料塔壓降。(5)驗算。 (6)計算填料層高度Z。(7) 計算塔的總高度H(8)塔的其他附件設計和

15、選定支撐板。液體噴淋裝置。液體再分布裝置。氣體分布器。除霧器。 (9)繪制塔設備結構圖.393 填料塔設計程序(1)匯總設計參數(shù)和物性數(shù)據(jù)處理。(7) 4 板式塔設計程序(1)匯總設計參數(shù)和物性數(shù)據(jù)。(2)選擇板式塔的塔板結構。(3)進行工藝計算(4)塔徑計算(5)塔節(jié)上人孔、手孔的確定。(6)塔高確定。(7)塔內流體力學核算，作負荷性能圖。(8)輔助裝置選型設計。(9)繪制塔設備草圖和設備設計條件圖包括支承、開口方位、人孔、手孔位置等。404 板式塔設計程序(1)匯總設計參數(shù)和物性數(shù)據(jù)。(6)塔高確五、反應器的選型和設計 1 反應器分類方法 (1) 按反應器的幾何構形分類 管式反應器 槽式反

16、應器 塔式反應器41五、反應器的選型和設計 1 反應器分類方法 (1) 按(2) 按反應器內反應物的相態(tài)分類均相反應器氣相均相反應器液相均相反應器非均相反應器氣固相反應器固定床反應器絕熱式固定床反應器多段絕熱式反應器列管式固定床反應器套管式固定床反應器流化床反應器散式流化床反應器聚式流化床反應器氣液相反應器液液相反應器氣液固三相反應器42(2) 按反應器內反應物的相態(tài)分類均相反應器流化床反應器42 (3).按操作方式分類 連續(xù)式反應器 間歇式反應器 半連續(xù)反應器43 (3).按操作方式分類 連續(xù)式反應器(4).按反應器內物流的流動狀態(tài)分類 理想平推流反應器 理想全混流反應器 非理想流反應器44

17、(4).按反應器內物流的流動狀態(tài)分類 理想平推2 反應器設計的基本內容1）根據(jù)化學反應的動力學特性來選擇合適的反應器型式；2）結合動力學和反應器兩方面特性來確定操作方式和優(yōu)化的操作設計；3）根據(jù)給定的產量對反應裝置進行設計計算，確定反應器的幾何尺寸并進行經(jīng)濟評價。452 反應器設計的基本內容1）根據(jù)化學反應的動力學特性來選擇合3 反應器的設計要點 (1)保證物料轉化率和反應時間。(2)滿足反應的熱傳遞要求。(3)設計適當?shù)臄嚢杵骰蝾愃谱饔玫臋C構。(4)注意材質選用和機械加工要求。463 反應器的設計要點 (1)保證物料轉化率和反應時間。464 反應釜設計程序 (1)確定反應釜操作方式根據(jù)工藝流程的特點，確定反應釜是連續(xù)操作還是間歇操作。(2)匯總設計基礎數(shù)據(jù)工藝計算依據(jù)如生產能力、反應時間、溫度、裝料系數(shù)、物料膨脹比、投料比、轉化率、投料變化情況以及物料和反應產物的物性數(shù)據(jù)、化學性質等。(3)計算反應釜體積(4)確定反應釜設計（選用）體積和臺數(shù)。(5)反應釜直徑和筒體高度、封頭確定。(6)傳熱面積計算和校核。(7)攪拌器設計。(8)管口和開孔設計。(9)畫出反應器設計草圖（條件圖），或選型型號。474 反應釜設計程序 (1)確定反應釜操作方式(4)確定反應釜5 固定床反應器設計(1)匯總物料衡算和物性數(shù)據(jù)。(2)計算床體體積。(3)計算床高和直徑。(4)驗算流體