化工設(shè)計(jì)概論設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)與選型

化工設(shè)計(jì)概論設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)與選型第1頁(yè)/共108頁(yè)2設(shè)備工藝設(shè)計(jì)與選型原則

1．合理性；

2．可靠性，先進(jìn)性；

3．安全性：

4．經(jīng)濟(jì)性。

全面貫徹先進(jìn)、適用、高效、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)儉省的原則，審慎地研究，認(rèn)真地設(shè)計(jì)。第2頁(yè)/共108頁(yè)3設(shè)備工藝設(shè)計(jì)的主要工作和方法

1．結(jié)合流程確定化工單元操作所需設(shè)備類型；

2．確定設(shè)備材質(zhì)；

3．確定設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)；

4．確定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的型號(hào)和臺(tái)數(shù)；

5．確定標(biāo)準(zhǔn)圖的圖號(hào)和型號(hào)；

6．非標(biāo)設(shè)備，向(機(jī)械設(shè)計(jì))專業(yè)提設(shè)計(jì)條件；

7．匯總列出設(shè)備一覽表。

8.同設(shè)備專業(yè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行圖紙會(huì)簽。

第3頁(yè)/共108頁(yè)4第二節(jié)化工設(shè)備的材料和選材原則材料分類：

1．金屬；

2．非金屬；

3．復(fù)合材料。

第4頁(yè)/共108頁(yè)5第二節(jié)化工設(shè)備的材料和選材原則選材一般原則：

1．滿足工藝及設(shè)備要求；

2．材質(zhì)可靠，使用安全；

3．易于加工；

4．立足市場(chǎng)，立足國(guó)內(nèi)，立足當(dāng)?shù)刭Y源；

5．綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)核算。第5頁(yè)/共108頁(yè)6第三節(jié)泵的設(shè)計(jì)與選型1.泵的分類；

第6頁(yè)/共108頁(yè)7各種泵的特性第7頁(yè)/共108頁(yè)8第三節(jié)泵的設(shè)計(jì)與選型2.泵的技術(shù)指標(biāo)：

1．型號(hào)；

2．揚(yáng)程；

3．流量；

4．必需汽蝕余量；

5．功率與效率。第8頁(yè)/共108頁(yè)92、化工生產(chǎn)常用泵第9頁(yè)/共108頁(yè)10螺桿泵第10頁(yè)/共108頁(yè)11往復(fù)泵第11頁(yè)/共108頁(yè)12塑料泵第12頁(yè)/共108頁(yè)13噴射器（左）液下泵（右）第13頁(yè)/共108頁(yè)14屏蔽泵屏蔽泵由于沒有轉(zhuǎn)軸密封，可以做到絕對(duì)無泄漏，因而在化工裝置中的使用已愈來愈普遍。屏蔽泵的原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)普通離心泵的驅(qū)動(dòng)是通過聯(lián)軸器將泵的葉輪軸與電動(dòng)軸相連接，使葉輪與電動(dòng)機(jī)一起旋轉(zhuǎn)而工作，而屏蔽泵是一種無密封泵，泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)都被密封在一個(gè)被泵送介質(zhì)充滿的壓力容器內(nèi)，此壓力容器只有靜密封，并由一個(gè)電線組來提供旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子。這種結(jié)構(gòu)取消了傳統(tǒng)離心泵具有的旋轉(zhuǎn)軸密封裝置，故能做到完全無泄漏。屏蔽泵把泵和電機(jī)連在一起，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和泵的葉輪固定在同一根軸上，利用屏蔽套將電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子隔開，轉(zhuǎn)子在被輸送的介質(zhì)中運(yùn)轉(zhuǎn)，其動(dòng)力通過定子磁場(chǎng)傳給轉(zhuǎn)子。第14頁(yè)/共108頁(yè)15隔膜泵隔膜泵是利用螺桿的回轉(zhuǎn)來吸排液體的。隔膜泵中間螺桿為主動(dòng)螺桿，由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)，兩邊的螺桿為從動(dòng)螺桿，隨主動(dòng)螺桿作反向旋轉(zhuǎn)。主、從動(dòng)螺桿的螺紋均為雙頭螺紋。由于各螺桿的相互嚙合以及螺桿與襯筒內(nèi)壁的緊密配合，在泵的吸入口和排出口之間，就會(huì)被分隔成一個(gè)或多個(gè)密封空間。隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)和嚙合，這些密封空間在泵的吸入端不斷形成，將吸入室中的液體封入其中，并自吸入室沿螺桿軸向連續(xù)地推移至排出端，將封閉在各空間中的液體不斷排出。第15頁(yè)/共108頁(yè)16二、選泵的原則

1、基本泵型和泵的材料；

2、揚(yáng)程和流量要求；

3、有效汽蝕余量和安裝高度；

4、泵的臺(tái)數(shù)和備用率。

第16頁(yè)/共108頁(yè)17選泵的工作方法和基本程序1．列出選泵的崗位和介質(zhì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

2.確定選泵的流量和揚(yáng)程；

3．選擇泵的類型，確定具體型號(hào)；

4．換算泵的性能；

5．確定泵的安裝高度；

6．確定泵的臺(tái)數(shù)和備用率；

7．校核泵的軸功率選定泵的材料及軸封；

8．確定冷卻水或驅(qū)動(dòng)蒸汽的耗用量；

9．選用電動(dòng)機(jī)；

10．填寫選泵規(guī)格表。

第17頁(yè)/共108頁(yè)18泵選型中考慮的問題:耐腐蝕問題

一直以來，腐蝕就是化工設(shè)備最頭痛的危害之一，稍有不慎，輕則損壞設(shè)備，重則造成事故甚至引發(fā)災(zāi)難。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，化工設(shè)備的破壞約有60%是由于腐蝕引起的，因此在化工泵選型時(shí)首先要注意選材的科學(xué)性。通常有一種誤區(qū)，認(rèn)為不銹鋼是“萬(wàn)能材料”，不論什么介質(zhì)和環(huán)境條件都捧出不銹鋼，這是很危險(xiǎn)的。第18頁(yè)/共108頁(yè)191.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(jì)的選擇。2.鹽酸:內(nèi)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(yīng)用最廣的耐硝酸材料，對(duì)常溫下一切濃度的硝酸都有良好的耐蝕性，對(duì)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(zhì)等苛刻要求時(shí)，可選用高合金不銹鋼或氟塑料泵。第19頁(yè)/共108頁(yè)205.堿（氫氧化鈉）:

鋼鐵廣泛應(yīng)用于80℃以下、30%濃度內(nèi)的氫氧化鈉溶液，也有許多工廠在100℃、75%以下時(shí)仍采用普通鋼鐵，雖然腐蝕增加，但經(jīng)濟(jì)性好。對(duì)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(hù);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(duì)多種橡膠有溶解性，在選擇密封材料時(shí)避免出錯(cuò)。第20頁(yè)/共108頁(yè)21冷卻問題密封問題粘度問題在選材時(shí)切不可隨意和盲目，應(yīng)多查閱相關(guān)資料或借鑒成熟經(jīng)驗(yàn)。第21頁(yè)/共108頁(yè)22第22頁(yè)/共108頁(yè)23(2)確定選泵的流量和揚(yáng)程①流量的確定和計(jì)算。選泵時(shí)以最大流量為基礎(chǔ)。②揚(yáng)程的確定和計(jì)算。單位重量液體通過泵所獲得的能量叫揚(yáng)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(jìn)口和出口）的速度差引起的動(dòng)能差。泵的揚(yáng)程包括吸程在內(nèi)，近似為泵出口和入口壓力差。揚(yáng)程用H表示，單位為米（m）。第23頁(yè)/共108頁(yè)24流量Q[m3/s]壓頭H[mH2o]軸功率N[kW]效率[%]離心泵的特性曲線性能參數(shù)：H—Q曲線

N—Q曲線—Q曲線離心泵的特性曲線由制造廠附于產(chǎn)品樣本中，是指導(dǎo)正確選擇和操作離心泵的主要依據(jù)。特性曲線：第24頁(yè)/共108頁(yè)25第25頁(yè)/共108頁(yè)263確定泵的安裝高度為保證泵安全操作，不發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，必須保證：第26頁(yè)/共108頁(yè)27(4)確定泵的臺(tái)數(shù)和備用率。第27頁(yè)/共108頁(yè)28(5)校核泵的軸功率。離心泵的軸功率N是指電機(jī)輸入到泵軸的功率。流體從泵獲得的實(shí)際功率為泵的有效功率Ne，由泵的流量和揚(yáng)程求得有效功率與軸功率的比值為離心泵的效率第28頁(yè)/共108頁(yè)29(6)確定冷卻水或驅(qū)動(dòng)蒸汽的耗用量。(7)選用電動(dòng)機(jī)。參考書：周希章，周全等.如何正確選用電動(dòng)機(jī).機(jī)械工業(yè)出版社，2003年11月.第29頁(yè)/共108頁(yè)30第五節(jié)換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型

一、換熱器的分類

1．按工藝功能分類

(1)冷卻器(2)加熱器(3)再沸器(4)冷凝器

(5)蒸發(fā)器

(6)過熱器

(7)廢熱鍋爐(8)換熱器

2．按傳熱方式和結(jié)構(gòu)分類根據(jù)熱量傳遞方法不同，可以分間壁式，直接式和蓄熱式。二、常用的換熱器

夾套式換熱器，蛇管式換熱器，套管式換熱器，管殼式換熱器，板式換熱器，螺旋板式等。第30頁(yè)/共108頁(yè)31換熱器第31頁(yè)/共108頁(yè)32換熱器第32頁(yè)/共108頁(yè)33換熱器第33頁(yè)/共108頁(yè)34管殼式換熱器選用中應(yīng)注意的問題1、殼程、管程的選擇第34頁(yè)/共108頁(yè)35第35頁(yè)/共108頁(yè)362補(bǔ)償?shù)倪x擇筒壁與管壁溫差在50℃時(shí)，防止熱效應(yīng)導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞，要進(jìn)行熱補(bǔ)償。補(bǔ)償圈、u形管、熱塞補(bǔ)償、浮頭補(bǔ)償。可采用u形膨脹節(jié)。第36頁(yè)/共108頁(yè)373管程數(shù)、殼程數(shù)的選擇管程數(shù)：介質(zhì)沿?fù)Q熱管長(zhǎng)度方向往、返次數(shù)。管內(nèi)流量較小時(shí)，可增加管程數(shù)達(dá)到理想流速。管程數(shù)分程數(shù)為：1，2，4，6，8，10，12。殼程數(shù)：介質(zhì)在殼體內(nèi)沿殼體軸向往返的次數(shù)。第37頁(yè)/共108頁(yè)384管殼長(zhǎng)徑比的選擇管殼長(zhǎng)徑比在4~25之間。臥式管殼式換熱器，6~10最常見。立式管殼式換熱器，4~6為宜。（穩(wěn)定）第38頁(yè)/共108頁(yè)395折流板的選擇第39頁(yè)/共108頁(yè)405折流板的選擇切去弓形的高度一般為圓筒內(nèi)直徑的20%~45%。（無相變時(shí)25%，蒸發(fā)切去45%，冷凝時(shí)50%。）折流板的間距不小于圓通內(nèi)直徑的五分之一，且不小于50mm，最大間距不大于圓筒內(nèi)直徑。間距過小，不便于制造及檢修，阻力增大。過大，對(duì)傳熱不利?？蓞⒖急?-4。第40頁(yè)/共108頁(yè)411．換熱器設(shè)計(jì)的一般原則(1)基本要求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等要求第41頁(yè)/共108頁(yè)422傳熱系數(shù)K選定k---再求傳熱面積A----在選用合適的換熱器----計(jì)算出流體的給熱系數(shù)----校核k值是否合適由初定k值，可參考工廠同類型設(shè)備的k值，或選用k值的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。5折流板的選擇第42頁(yè)/共108頁(yè)433傳熱面積通常以對(duì)流傳熱系數(shù)較小的一側(cè)的傳熱面積為基準(zhǔn)；若兩者相差不大，可選用平均面積。實(shí)際選用的面積比計(jì)算結(jié)果通常要大10%~20%,計(jì)算誤差大或操作波動(dòng)大，A有時(shí)增加30%。第43頁(yè)/共108頁(yè)444污垢熱阻系數(shù)

污垢導(dǎo)致傳熱器能力急劇下降的主要因素在設(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，防止局部過熱等。第44頁(yè)/共108頁(yè)455傳熱壁溫與定性溫度傳熱壁溫是確定定性溫度的依據(jù)，定性溫度則是在傳熱計(jì)算中確定物性的依據(jù)。壁溫過高，引起物料變質(zhì)；過低，會(huì)使物料凝固。管子和殼體溫差相差較大時(shí)，要根據(jù)最大的溫差去考慮膨脹節(jié)。第45頁(yè)/共108頁(yè)46(4）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。第46頁(yè)/共108頁(yè)47(3)終端溫差第47頁(yè)/共108頁(yè)482.管殼式換熱器的設(shè)計(jì)和選用管殼式換熱器是一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備，它具有制造方便、選材面廣、適應(yīng)性強(qiáng)、處理量大、清洗方便、運(yùn)行可靠、能承受高溫高壓等優(yōu)點(diǎn)，是工廠中應(yīng)用最廣泛的換熱設(shè)備。第48頁(yè)/共108頁(yè)49三、管殼式換熱器的選用

標(biāo)準(zhǔn)換熱器型式：固定管板式，浮頭式，U形管式和填料函式。標(biāo)準(zhǔn)換熱器型號(hào)的表示方法：

×××DN-P1/P2-A-LN/d-Nt/NsⅠ(或Ⅱ)×××——由三個(gè)字母組成，第一個(gè)字母表示前端管箱形式；第二個(gè)字母代表管殼形式；第三個(gè)字母代表后端結(jié)構(gòu)形式，參見圖例(圖7.10)。DN——公稱直徑(mm)對(duì)重沸器用分?jǐn)?shù)表示，分子為管箱內(nèi)直徑，分母為圓筒內(nèi)直徑。P1／P2——管程／殼程設(shè)計(jì)壓力(MPa)、壓力相等時(shí)，只寫管程設(shè)計(jì)壓力(MPa)。A——公稱換熱面積(m2)。LN／d——LN為公稱長(zhǎng)度(m)，d為換熱管外徑(mm)。Nt/Nt——管程／殼程數(shù)，單程時(shí)只寫Nt。I(或Ⅱ)——I級(jí)(或Ⅱ級(jí))換熱器。第49頁(yè)/共108頁(yè)50部件分類第50頁(yè)/共108頁(yè)51三、管殼式換熱器的型號(hào)表示

例1

固定管板換熱器，封頭管箱，公稱直徑700mm，設(shè)計(jì)管程壓力2.5MPa，殼程壓力1.6Mpa，公稱換熱面積200m2，較高級(jí)冷拔換熱管外徑25mm，管長(zhǎng)9m，4管程，單殼程，其型號(hào)為：

BEM700-2.5/1.6-200-9/25-4Ⅰ其他舉例可參考教材p148-149第51頁(yè)/共108頁(yè)52設(shè)計(jì)與選用方法：(1)匯總設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、分析設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)工藝衡算和工藝物料的要求、特性，獲得物料流量、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他設(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)將換熱的工藝流程仔細(xì)探討，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)的腐蝕性能和其他有關(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。(5)確定換熱器中冷熱流體的流向據(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。第52頁(yè)/共108頁(yè)53(6)確定和計(jì)算平均溫差Δtm確定終端溫差，根據(jù)化學(xué)工程有關(guān)公式，算出平均溫差。(7)計(jì)算熱負(fù)荷Q。(8)估計(jì)污垢熱阻系數(shù)并初算出傳熱系數(shù)K。(9)算出總傳熱面積A。(10)調(diào)整溫度差，再算一次傳熱面積。(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。由設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)人員完成換熱器的詳細(xì)部件設(shè)計(jì)。第53頁(yè)/共108頁(yè)54設(shè)計(jì)與選型的基本步驟第54頁(yè)/共108頁(yè)55第六節(jié)貯罐容器的設(shè)計(jì)與選型一、貯罐的類型

1.根據(jù)形狀來劃分（方形貯罐、圓筒形罐、球形罐和特殊形貯罐(如橢圓形、半橢圓形)每種型式又按封頭形式不同，分為若干種型式。常見的封頭有平板、錐形、球形、碟形、橢圓形等。有些容器如氣柜、浮頂式貯罐、其頂部(封頭)是可以升降浮動(dòng)的。）

2.按制造材質(zhì)分（有鋼，有色金屬和非金屬材質(zhì)之分。）

3.按用途分（貯存，計(jì)量，回流，中間周轉(zhuǎn)，緩沖，混合等）第55頁(yè)/共108頁(yè)56平底平蓋貯罐例如：立式平底平蓋容器，設(shè)計(jì)壓力為常壓，公稱容積VN0.06m3，公稱直徑DN400。標(biāo)記為：

R21A-00-1第56頁(yè)/共108頁(yè)57平底錐蓋貯罐第57頁(yè)/共108頁(yè)58立式圓底圓蓋貯罐第58頁(yè)/共108頁(yè)59立式錐底橢圓蓋貯罐第59頁(yè)/共108頁(yè)60臥式橢圓封頭貯罐第60頁(yè)/共108頁(yè)61臥式橢圓封頭貯罐第61頁(yè)/共108頁(yè)62臥式無折邊球形貯罐第62頁(yè)/共108頁(yè)63貯罐設(shè)計(jì)的一般程序1.匯集工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)2.選擇容器材料3.容器型式的選用4.容積計(jì)算5.確定貯罐基本尺寸6.選擇標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)7.開口和支座8.繪制設(shè)備草圖(條件圖)標(biāo)注尺寸，提出設(shè)計(jì)條件和訂貨要求第63頁(yè)/共108頁(yè)64第七節(jié)塔設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型（一）塔的分類

1．板式塔諸如篩板塔、柵板塔、舌形板塔、斜孔板塔、波紋板塔、泡罩塔、浮閥塔、噴射板塔、穿流板塔、浮動(dòng)噴射板塔等。

第64頁(yè)/共108頁(yè)65浮閥塔第65頁(yè)/共108頁(yè)66第七節(jié)塔設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型（一）塔的分類

2．填料塔如金屬鮑爾環(huán)填料塔、波網(wǎng)填料塔。常用的填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、矩鞍型填料、階梯型填料、波紋填料、波網(wǎng)(絲網(wǎng))填料、螺旋環(huán)、十字環(huán)填料等。第66頁(yè)/共108頁(yè)67第七節(jié)塔設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型（二）選用塔的基本原則

1.要滿足工藝要求，分離效率高。

2．生產(chǎn)能力要大，有足夠的操作彈性。

3．運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性高，操作、維修方便，少出故障。

4．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造加工，造價(jià)較低。

5．塔壓降小。

第67頁(yè)/共108頁(yè)68第七節(jié)塔設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型（三）設(shè)計(jì)一般步驟

1．確定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（進(jìn)料量、組成，狀態(tài)；產(chǎn)品的質(zhì)量和收率；物性數(shù)據(jù)等）。

2．選擇合適的工藝流程。

3．選擇塔設(shè)備的形式。

4．確定塔的操作壓力及溫度。

5．計(jì)算塔高塔徑。

6．塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

7．塔的流體力學(xué)計(jì)算。第68頁(yè)/共108頁(yè)69第八節(jié)反應(yīng)器選型設(shè)計(jì)（一）反應(yīng)器分類

第69頁(yè)/共108頁(yè)70分類第70頁(yè)/共108頁(yè)71釜式反應(yīng)器

通用性很大，造價(jià)不高，用途最廣。它可以連續(xù)操作，也可以間歇操作。國(guó)家已有K型和F型兩類反應(yīng)釜列成標(biāo)準(zhǔn)。K型是有上蓋的釜，形狀上偏于“矮胖型”(長(zhǎng)徑比較小)。F型沒有上蓋，形狀則偏于“瘦長(zhǎng)型”(長(zhǎng)徑比較大)，材質(zhì)有碳鋼、不銹鋼、搪玻璃等幾種。釜式反應(yīng)器比較靈活通用，在間歇操作時(shí)，只要設(shè)計(jì)好攪拌，可以使釜溫均一，濃度均勻，反應(yīng)時(shí)間可以長(zhǎng)、可以短，可以常壓、加壓、減壓操作，范圍較大，而且反應(yīng)結(jié)束后，出料容易，釜的清洗方便，其機(jī)械設(shè)計(jì)亦十分成熟。釜式反應(yīng)器可用于串聯(lián)操作，使物料一端流入，另一端出料，形成連續(xù)流動(dòng)。第71頁(yè)/共108頁(yè)72管式反應(yīng)器

傳熱面積大，反應(yīng)可以連續(xù)化，流體流動(dòng)快，停留時(shí)間短，經(jīng)過一定的控制手段，可以使管式反應(yīng)器有一定的溫度梯度和濃度梯度。管式反應(yīng)器可以用于連續(xù)生產(chǎn)，也可以用于間歇操作。第72頁(yè)/共108頁(yè)73固定床反應(yīng)器

主要應(yīng)用于氣固相反應(yīng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作穩(wěn)定，便于控制，易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化，床型可以是多種多樣，易于大型化。它可以設(shè)計(jì)較大的傳熱面積，可以有較高的氣體流速，傳熱和傳質(zhì)系數(shù)可以較高。加熱的方式比較靈活，可以有較高的反應(yīng)溫度。但是，固定床反應(yīng)器床層的溫度分布不容易均勻。

第73頁(yè)/共108頁(yè)74流化床反應(yīng)器

流化床的特點(diǎn)是細(xì)的或粗的粒子在床內(nèi)不是靜止不動(dòng)，而是在高速流體的作用下，床內(nèi)固體粒子被擾動(dòng)懸浮起來，劇烈運(yùn)動(dòng)，固體的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，接近于可以流動(dòng)的流體，故稱流化床流化床反應(yīng)器的最大優(yōu)點(diǎn)是傳熱面積大，傳熱系數(shù)高，傳熱效果好。缺點(diǎn)由于流化床體系內(nèi)物料返混嚴(yán)重，粒子磨損嚴(yán)重，此外，通常要有粒子回收和集塵的裝置。床型和構(gòu)件比較復(fù)雜，操作技術(shù)要求高以及造價(jià)較高等問題。第74頁(yè)/共108頁(yè)75反應(yīng)器設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在反應(yīng)器設(shè)計(jì)時(shí)，除了通常說的要求“合理、先進(jìn)、安全、經(jīng)濟(jì)”的原則，還要，考慮下列設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

1．保證物料轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)時(shí)間。

2．滿足物料和反應(yīng)的熱傳遞要求。

3．設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)臄嚢杵骱皖愃谱饔玫臋C(jī)構(gòu)。

4．注意材質(zhì)選用和機(jī)械加工要求。第75頁(yè)/共108頁(yè)76釜式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)1.釜式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)(1)釜體及封頭(2)換熱裝置(3)攪拌器(4)軸密封裝置(5)工藝接管第76頁(yè)/共108頁(yè)77搪玻璃反應(yīng)釜第77頁(yè)/共108頁(yè)78搪玻璃反應(yīng)釜第78頁(yè)/共108頁(yè)79搪玻璃反應(yīng)釜第79頁(yè)/共108頁(yè)80攪拌器形狀第80頁(yè)/共108頁(yè)81攪拌器形狀第81頁(yè)/共108頁(yè)82釜式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)2.釜式反應(yīng)器的選型設(shè)計(jì)步驟(1)確定反應(yīng)釜操作方式(2)匯總設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(3)計(jì)算反應(yīng)釜體積(4)確定反應(yīng)釜體積和臺(tái)數(shù)(5)反應(yīng)釜直徑和筒體高度、封頭確定(6)傳熱面積計(jì)算和核校(7)攪拌器設(shè)計(jì)(8)管口和開孔設(shè)計(jì)，確定其它設(shè)施(9)軸密封裝置(10)畫出反應(yīng)器工藝設(shè)計(jì)草圖(條件圖)，或選出型號(hào)。第82頁(yè)/共108頁(yè)83經(jīng)驗(yàn)法計(jì)算反應(yīng)器體積1.間歇槽式反應(yīng)器體積的計(jì)算

VR＝V0τ/

或VR＝Gτ//ρ

VR——反應(yīng)器的有效體積，m3；

V0——平均每小時(shí)加入物料的體積，m3／h；

τ/——每批操作所需的時(shí)間，h;G——平均每小時(shí)加入物料的質(zhì)量，kg／h；

ρ——反應(yīng)物料的密度，kg／m3。第83頁(yè)/共108頁(yè)84經(jīng)驗(yàn)法計(jì)算反應(yīng)器體積反應(yīng)器的體積：

VP＝VR/ψ

式中：VP——反應(yīng)器體積，m3；

ψ一裝填系數(shù)。通常由經(jīng)驗(yàn)確定。一般采用0.7～0.75。第84頁(yè)/共108頁(yè)85經(jīng)驗(yàn)法計(jì)算反應(yīng)器體積例1設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為720噸的醋酸丁酯車間，計(jì)算所需反應(yīng)器的體積。已知條件：（1）年工作天數(shù)：300天（2）反應(yīng)物料的配比醋酸:1kg,丁醇4.972kg(3)醋酸轉(zhuǎn)化率為50%(4)反應(yīng)時(shí)間為34.5分

(5)生產(chǎn)輔助時(shí)間為30分(加料、卸料、清洗等）（6）反應(yīng)物的密度不變：0.75kg/升第85頁(yè)/共108頁(yè)86反應(yīng)器體積計(jì)算過程反應(yīng)器體積計(jì)算如下:(1)每小時(shí)產(chǎn)量三班制生產(chǎn)720X1000/300X24=100(kg)(2)每批生產(chǎn)時(shí)間

34.5+30=64.5(分)=1.08(小時(shí))(3)每批生產(chǎn)的醋酸丁酯的量100X1.08=108(kg/批)(4)醋酸和丁醇每批加料量CH3COOH+C4H9OH=CH3COOC4H9+H2O6074116X(kg)Y(kg)108(kg)第86頁(yè)/共108頁(yè)87反應(yīng)器體積計(jì)算過程X=108X60/116=55.9(kg)Y=108X74/116=68.9(kg)因醋酸轉(zhuǎn)化率為50%,實(shí)際上加醋酸55.9/0.5=111.8(kg)丁醇實(shí)際加入量為:111.8X4.972=684(kg)每批加料量為:111.8+684=795.8(kg)(5)反應(yīng)混合物體積795.8/0.75=1061升第87頁(yè)/共108頁(yè)88反應(yīng)器體積計(jì)算過程(6)反應(yīng)器體積設(shè)裝料系數(shù)取75%,則1061/0.75=1420(L)(7)查有關(guān)化工手冊(cè)(表3-15)選1500L第88頁(yè)/共108頁(yè)89第九節(jié)液固分離設(shè)備的選型一、液固分離的主要方法

1）浮選；

2）重力沉降；

3）離心沉降；

4）過濾。

二、主要分離設(shè)備

1）離心機(jī)；

2）過濾機(jī)。第89頁(yè)/共108頁(yè)90第九節(jié)液固分離設(shè)備的選型三、分離設(shè)備的選擇

1）過濾式離心機(jī)的選型原則；

2）沉降式離心機(jī)的選型原則；

3）過濾機(jī)的選型原則。

第90頁(yè)/共108頁(yè)91第九節(jié)液固分離設(shè)備的選型1、三足離心機(jī)

第91頁(yè)/共108頁(yè)92第九節(jié)液固分離設(shè)備的選型