5设备的工艺设计及化工设备图

17:291化工厂设计DesignofChemicalPlant17:2925设备的工艺设计及化工设备图•基本要求–1)掌握化工设备的选用和设计的一般原则;–2)熟练进行化工设备的选用(设计);–3)熟练掌握化工设备图的绘制和阅读.17:2935设备的工艺设计及化工设备图–化工设备选用及工艺设计的一般原则–化工设备的选用–非定型设备设计的主要程序–化工设备图17:294§5-1化工设备选用及工艺设计的一般原则•化工设备类型：–标准设备（定型设备）–非标准设备（非定型设备）17:295•选型和工艺设计的原则：–(1)合理性。–(2)先进性。–(3)安全性。–(4)经济性。17:296§5-2化工设备的选用•一、泵的选用与设计程序•1确定泵型。17:297•通常把提升液体、输送液体或使液体增加压力,即把原动机的机械能变为液体能量从而达到抽送液体目的的机器统称为泵。•泵的不同用途、不同的输送液体介质、不同流量、扬程的范围，泵的结构型式当然也不一样，材料也不同.2泵的分类17:2983泵选型中考虑的问题（1）耐腐蚀问题•腐蚀就是化工设备最头痛的危害之一。据有关统计，化工设备的破坏约有60%是由于腐蚀引起的，因此在化工泵选型时首先要注意选材的科学性。•通常有一种误区，认为不锈钢是“万能材料”，不论什么介质和环境条件都捧出不锈钢，这是很危险的。17:2991）耐腐蚀问题•1.硫酸:氟塑料具有较好的耐硫酸性能，采用衬氟泵是一种更为经济的选择。•2.盐酸:内衬橡胶泵和塑料泵（如聚丙烯、氟塑料等）是输送盐酸的最好选择。•3.硝酸:不锈钢是应用最广的耐硝酸材料，对常温下一切浓度的硝酸都有良好的耐蚀性，对于高温硝酸，通常采用钛及钛合金材料。•4.醋酸:不锈钢是优良的耐醋酸材料，高温高浓醋酸或含有其它腐蚀介质等苛刻要求时，可选用高合金不锈钢或氟塑料泵。17:29101）耐腐蚀问题•5.碱（氢氧化钠）:钢铁广泛应用于80℃以下、30%浓度内的氢氧化钠溶液，也有许多工厂在100℃、75%以下时仍采用普通钢铁，虽然腐蚀增加，但经济性好。对于高温碱液多采用钛及钛合金或者高合金不锈钢。•6.氨:只有铜和铜合金不宜使用。•7.盐水（海水）:普通钢铁在氯化钠溶液和海水、咸水中腐蚀率不太高，一般须采用涂料保护;各类不锈钢也有很低的均匀腐蚀率，但可能因氯离子而引起局部性腐蚀，通常采用316不锈钢较好。•8.醇类、酮类、酯类、醚类:基本没有腐蚀性，常用材料均可适用.酮、酯、醚对多种橡胶有溶解性，在选择密封材料时避免出错。17:2911•2）冷却问题•3）密封问题•4）粘度问题–在选材时切不可随意和盲目，应多查阅相关资料或借鉴成熟经验。17:2912(2)确定选泵的流量和扬程•①流量的确定和计算。–选泵时以最大流量为基础。•②扬程的确定和计算。–单位重量液体通过泵所获得的能量叫扬程。即用来克服两端容器的位能差、两端容器上静压力差、两端全系统的管道（管件）和装置的阻力损失，以及两端（进口和出口）的速度差引起的动能差。–泵的扬程包括吸程在内，近似为泵出口和入口压力差。扬程用H表示，单位为米（m）。17:2913•离心泵的安装技术关键在于确定水泵安装高度。–是指水源水面到水泵叶轮中心线的垂直距离。–不能与允许吸上真空高度混为一谈，水泵铭牌或产品说明书上标示的允许吸上真空高度并没有考虑吸水管道配套以后的水流状况。–水泵安装高度应该是允许吸上真空高度扣除了吸水管道损失扬程以后，所剩下的那部分数值，它要克服实际地形吸水高度。•水泵安装高度不能超过计算值，否则，水泵将会抽不上水来。•影响计算值的大小是吸水管道的阻力损失扬程，因此，宜采用最短的管路布置，并尽量少装弯头等配件，也可考虑适当配大一些口径的水管，以减管内流速。确定泵的安装高度17:2914•对正常运转的泵，一般只用一台，因为一台大泵与并联工作的两台小泵相当（指扬程、流量相同）时，大泵效率高于小泵，故从节能角度讲宁可选一台大泵，而不用两台小泵，但遇到下列情况量，可考虑两台泵并联工作：–流量很大，一台泵达不到此流量。–对于需要有50%的备用率大型泵，可改两台较小的泵工作，一台备用（共三台）。(4)确定泵的台数和备用率。17:2915•离心泵的轴功率N是指电机输入到泵轴的功率。流体从泵获得的实际功率为泵的有效功率Ne，由泵的流量和扬程求得•有效功率与轴功率的比值为离心泵的效率(5)校核泵的轴功率17:2916•(6)确定冷却水或驱动蒸汽的耗用量。(7)选用电动机。(8)填写选泵规格表17:2917二、换热设备的设计和选用17:2918一）换热器的分类17:2919一）换热器的分类17:2920一）换热器的分类17:2921二）换热器设计的一般原则•1基本要求–满足工艺操作条件–能长期运转–安全可靠–不泄漏–维修清洗方便–满足工艺要求的传热面积–尽量有较高的传热效率–流体阻力尽量小–满足工艺布置的安装尺寸等要求17:29222介质流程17:29233终端温差•考虑换热器的经济合理和传热效率：17:29244流速•流速较高，可提高传热效率，有利于冲刷污垢和沉积；•但流速不能过大。•参见：常用流速范围。17:2925•(5)传热系数–应设法增大传热膜系数一侧数值。–计算传热面积时，常以小的一侧为准。•(6)污垢系数–在设计换热器时要慎重考虑流速和壁温的影响。–从工艺上降低污垢系数，如改进水质，消除死区，增加流速，防止局部过热等。•(7)尽量选用标准设计和标准系列17:2926三）管壳式换热器的设计和系列选用•管壳式换热器是一种传统的标准换热设备，它具有制造方便、选材面广、适应性强、处理量大、清洗方便、运行可靠、能承受高温高压等优点，是工厂中应用最广泛的换热设备。17:292717:292817:29293设计与选型的基本步骤17:2930三、贮罐容器的选型和设计按使用目的的不同，可分为贮存容器的计量、回流、中间周转、缓冲、混合等工艺容器。17:2931设计贮罐的一般程序•(1)汇集工艺设计数据。–包括物料衡算和热量衡算，贮存物料的温度、压力，最大使用压力、最高使用温度、最低使用温度，腐蚀性、毒性、蒸汽压、进出量、贮罐的工艺方案等。•(2)选择容器材料。–对有腐蚀性的物料可选用不锈钢等金属材料，在温度压力允许时可用非金属贮罐、搪瓷容器或由钢制压力容器衬胶、搪瓷、衬聚四氟乙烯等。•(3)容器型式的选用。–尽量选择已经标准化的产品。•(4)容积计算。–容积计算是贮罐工艺设计和尺寸设计的核心，它随容器的用途而异。17:2932设计贮罐的一般程序•(5)确定贮罐基本尺寸–根据物料密度、卧式或立式的基本要求、安装场地的大小，确定贮罐的大体直径。据此计算贮罐的长度，核实长径比，如长径比太大（即偏长）或太小（即偏圆），应重新调整，直到大体满意。•(6)选择标准型号–根据计算初步确定它的直径、长度和容积，在有关手册中查出与之符合或基本相符的标准型号。•(7）开口和支座–在选择标准图纸之后，要设计并核对设备的管口。•(8)绘制设备草图（条件图）–标注尺寸，提出设计条件和订货要求。17:2933四、塔器的选型与设计•塔设备是一种应用极为广泛的气液，液液传质设备，主要应用于化工、医药等行业中的吸收、精馏、萃取等工段。17:29341塔的类型•按接触方式–可分为连续（微分）接触式（填料塔）和逐级接触式（板式塔）两大类，在吸收和蒸馏操作中应用极广。17:2935填料塔在圆柱形壳体内装填一定高度的填料，液体经塔顶喷淋装置均匀分布于填料层顶部上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流经填料层后自塔底排出；气体则在压强差推动下穿过填料层的空隙，由塔的一端流向另一端。气液在填料表面接触进行质、热交换，两相的组成沿塔高连续变化。溶剂填料塔气体散装填料塑料鲍尔环填料规整填料塑料丝网波纹填料17:2936板式塔在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若干层塔板，液体靠重力作用自上而下流经各层板后从塔底排出，各层塔板上保持有一定厚度的流动液层；气体则在压强差的推动下，自塔底向上依次穿过各塔板上的液层上升至塔顶排出。气、液在塔内逐板接触进行质、热交换，故两相的组成沿塔高呈阶跃式变化。板式塔溶剂气体DJ塔盘新型塔板、填料17:2937填料塔和板式塔的主要对比板式塔填料塔压降较大小尺寸填料较大；大尺寸填料及规整填料较小空塔气速较大小尺寸填料较小；大尺寸填料及规整填料较大塔效率较稳定，效率较高传统填料低；新型乱堆及规整填料高持液量较大较小液气比适应范围较大对液量有一定要求安装检修较易较难材质常用金属材料金属及非金属材料均可造价大直径时较低新型填料投资较大新型填料及规整填料塔竞争力较强。17:29382．塔型选择基本原则•①生产能力大，弹性好。•②满足工艺要求，分离效率高。•③运转可靠性高，操作、维修方便。•④结构简单，加工方便，造价较低。•⑤塔压降小。–对于真空塔或要求塔压降低的塔来说，压降小的意义更为明显。抓住主要矛盾，最大限度满足工艺要求。17:29393填料塔设计程序•(1)汇总设计参数和物性数据处理。•(2)选用填料。•(3)确定塔径D•(4)计算填料塔压降。•(5)验算。•(6)计算填料层高度Z。•(7)计算塔的总高度H•(8)塔的其他附件设计和选定–①支撑板。–②液体喷淋装置。–③液体再分布装置。–④气体分布器。–⑤除雾器。•(9)绘制塔设备结构图.17:29404板式塔设计程序•(1)汇总设计参数和物性数据。•(2)选择板式塔的塔板结构。•(3)进行工艺计算•(4)塔径计算•(5)塔节上人孔、手孔的确定。•(6)塔高确定。•(7)塔内流体力学核算，作负荷性能图。•(8)辅助装置选型设计。•(9)绘制塔设备草图和设备设计条件图–包括支承、开口方位、人孔、手孔位置等。17:2941五、反应器的选型和设计1反应器分类方法(1)按反应器的几何构形分类管式反应器槽式反应器塔式反应器17:2942(2)按反应器内反应物的相态分类•均相反应器–气相均相反应器–液相均相反应器•非均相反应器–气固相反应器–固定床反应器•绝热式固定床反应器•多段绝热式反应器•列管式固定床反应器•套管式固定床反应器•流化床反应器–散式流化床反应器–聚式流化床反应器–气液相反应器–液液相反应器–气液固三相反应器17:2943•(3).按操作方式分类连续式反应器间歇式反应器半连续反应器17:2944•(4).按反应器内物流的流动状态分类理想平推流反应器理想全混流反应器非理想流反应器17:29452反应器设计的基本内容•1）根据化学反应的动力学特性来选择合适的反应器型式；•2）结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化的操作设计；•3）根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器的几何尺寸并进行经济评价。17:29463反应器的设计要点•(1)保证物料转化率和反应时间。•(2)满足反应的热传递要求。•(3)设计适当的搅拌器或类似作用的机构。•(4)注意材质选用和机械加工要求。17:29474反应釜设计程序•(1)确定反应釜操作方式–根据工艺流程的特点，确定反应釜是连续操作还是间歇操作。•(2)汇总设计基础数据–工艺计算依据如生产能力、反应时间、温度、装料系数、物料膨胀比、投料比、转化率、投料变化情况以及物料和反应产物的物性数据、化学性质等。•(3)计算反应釜体积•(4)确定反应釜设计（选用）体积和台数。•(5)反应釜直径和筒体高度、封头确定。•(6)传热面积计算和校核。•(7)搅拌器设计。•(8)管口和开孔设计。•(9)画出反应器设计草图（条件图），或选型型号。17:29485固定床反应器设计•(1)汇总物料衡算和物性数据。•(2)计算床体体积。•(3)计算床高和直径。•(4)验算流体阻力和传热系数K。•(5)绘制反应器设计条件图，决定床层和床底、床顶的开口方位、标注尺寸等。17:2949§5-3非定型设备设计的主要程序•(1)工艺流程上确定设备的化工单元类型。•(2)确定设备材质。•(3)汇集设计条件。•(4)选定设备的基本结构型式。•(5)设计设备的基本尺寸。•(6)选型和选择标准图纸。•(7)设计成