化工设计第六章设备的选型及其工艺设计

11:55设计概论化工制图1设计概论与化工制图11:55设计概论化工制图2工厂基本建设过程1、可行性研究2、初步设计3、施工图设计4、施工、试车、验收｛｝1、厂址选择2、总平面设计3、工艺设计1、工艺流程设计2、化工计算3、设备的选型与设计4、车间布置设计5、管道设计6、公用工程7、向有关专业提供条件8、工程概预算9、技术经济分析10、安全生产与环境保护11:55设计概论化工制图3工艺流程设计是工厂设计的核心；而设备选型及其工艺设计，是工艺流程设计的主体。本章主要从工艺设计的角度对设备的选型原则、设计计算的一般程序及有关注意问题作扼要介绍。以确定设备的类型、规格、尺寸和台数。关于设备设计的方法可参考有关化学工程书籍。第六章设备选型及其工艺设计11:55设计概论化工制图4第一节设备分类与选型原则一、设备分类1、专用设备:主物料,半成品,产品直接经过的,有技术参数要求的设备。2、通用设备:机械工业部主管生产的泵,通风机,压缩机,离心机,输送机。3、非标准设备:规格和材质都不固定的辅助设备。二、选型原则1、满足工艺要求:力求技术先进,经济合理。2、设备成熟可靠:设备成熟,设备材质可靠。3、尽量采用国产设备:节约外汇,促进机械制造业发展。11:55设计概论化工制图5第二节泵的选择11:55设计概论化工制图6一、泵的分类和特性1、泵的分类1)根据作用于液体的原理,泵可分为两种类型容积式类型:如往复泵,齿轮泵,螺杆泵,水环泵叶片式类型:离心泵,旋涡泵,轴流泵。2)按使用性能分类水泵,油泵,砂泵,泥浆泵。3)按结构特点分类齿轮泵,螺杆泵,立式泵,卧式泵。还有一种喷射泵:特点无运动部件,结构简单不易损坏。11:55设计概论化工制图72、泵的特性(离心泵)1)液体排出状态:流率的均匀性。2)液体品质:流体的均匀性。3)允许吸入真空高度:4-8米。4)扬程:6-600米。5)体积流量:流量的大小。6)流量与扬程的关系:流量小扬程大。7)构造特点:体积大小,运行平稳,简单易修。8)流量与轴功率关系:流量减小,轴功率减小。11:55设计概论化工制图8二、选泵的原则和程序1、选泵原则1)综合考虑泵流量:变化范围富裕能力最大流量。2)根据要求确定扬程:取正常扬程的1.05-1.1倍。3)根据流体输送设备的特性曲线确定泵型:离心泵:流量大,扬程低,粘度不大于6.5旋涡泵:流量小,扬程低,粘度不大于0.35容积泵:流量小,扬程高,粘度不大于0.014)计算装置的有效气蚀余量:必须使泵入口的压头高于物料在输送条件下的饱和蒸汽压相应的压头,减压塔塔底泵气蚀安全系数至少取1.3。sm/1024sm/2sm/102411:55设计概论化工制图9需要效气蚀余量计算公式:hZgPP00需要气蚀余量0pZ11:55设计概论化工制图102、选泵的方法及步骤(参考附录2选泵)1)确定基本参数:介质物性,操作条件,位置。2)确定流量和扬程:流量1.2倍,大于所需扬程。3)选择泵型和型号:根据样本和说明书选泵型。4)核算泵的性能:符合工艺要求。5)确定泵的安装高度:不发生气蚀。6)选择泵的材料和轴封:根据介质腐蚀性选择。7)计算泵的轴功率:8)确定冷却水耗用量:9)选用电动机:10)确定泵的台数:考虑备台。11)填写泵规格表:各项数据汇总。11:55设计概论化工制图11第三节换热器的选型及其工艺设计11:55设计概论化工制图12一、换热器的结构特点1、管壳式换热器:应用最广泛,最成熟的换热器,管板,浮头,U型管。耐高温高压但结构复杂。2、夹套式换热器:结构简单,传热面积及系数小。3、套管式换热器:结构简单,连接处易泄漏。4、板式换热器:传热系数大,但不耐高温高压。5、螺旋板式换热器:传热系数大,但不易检修。二、管壳式换热器选择中应注意的问题1、流体在管内外的选择管程:1)不清洁粘度大流体2)腐蚀性强流体3)有压力的流体4)流量小流体5)与外界温差大的流体壳程:饱和蒸汽宜走壳程11:55设计概论化工制图132、热补偿的选择补偿方法:补偿圈,U形管,浮头,一般采用U形膨胀节。3、管程数、壳程数的选择管程数:1,2,4,6,8,10,12七种。壳程数:多达6管壳。4、管壳长径比的选择卧式:6-10最常见立式:4-6为宜5、折流板的选择折流板有弓型和圆型两种,弓型分单弓,双弓,三弓三种,高度为直径的20-45％,折流板间距不应小于圆筒内径的五分之一,且不小于50mm。11:55设计概论化工制图14三、管壳式换热器设计中有关参数的确定1、传热系数K:K--A—给热α—校核K。2、传热面积A:应比计算值大10-20％。3、污垢热阻系数RS:尽可能引用经验数据。4、传热壁温与定性温度:壁温决定定性温度。5、流速选择:参照常用速度范围,高振动耗能。6、流体进、出口温度的确定:冷却水进、出温升5-10℃。11:55设计概论化工制图15四、管壳式换热器的选用1、标准换热器型号的表示方法AES500-1.6-54-6/25-4I2、标准换热器的选用程序1)确定基本参数:流量,温度,压力,物性数据。2)选择换热器类型3)确定流体在空间的流向4)计算定性温度及在该温度下的有关物性数据5)计算热负荷6)选用传热系数K值或计算K值7)计算有效平均温差8)计算所需传热面积:10-20％的安全系数9)确定所需设备台数:根据传热面积确定设备台数。10)计算压力降:在工艺允许范围内。11:55设计概论化工制图16五、管壳式换热器的工艺设计1、计算定性温度、查出定性温度下有关物性数据。2、计算热负荷Q3、确定在空间的流向4、计算有效平均温差5、选取传热系数或假设一个传热系数K值6、计算传热面积7、由传热面积初定设备结构尺寸1)选用换热管规格,算出换热管总长。2)确定换热管段长,求出换热管数。3)已知管程流量,确定管程流速。11:55设计概论化工制图174)确定管子排列形式,定管心距,求出壳内径,并圆整。5)确定折流板的形式,规格,板间距,数量,拉杆位置。6)确定实际换热管数,验证流速是否符合要求。7)计算壳程流通面积,验证壳程流速。8)计算初定设备管,壳程流体的给热系数。9)选取管,壳程的污垢热阻系数。10)计算初定设备的传热系数。11)计算传热面积,10-20％的安全系数。12)确定换热器的进,出口尺寸。13)计算管,壳程压力降。14)确定膨胀节的形式。15)确定支坐,前端管箱,后端结构,壳体法兰等。11:55设计概论化工制图18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。第四节塔设备的选型及其工艺设计11:55设计概论化工制图19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量、热量交换，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11:55设计概论化工制图20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量、热量交换，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11:55设计概论化工制图21一、塔设备的性能比较1、填料塔:填料为拉西环,鲍尔环,θ环,θ网2、板式塔:泡罩塔,筛板塔,浮阀塔,小直径,小压降。二、塔设备的选型要求1、要求：生产能力大，可靠性高，结构简单等。2、尽量满足主要方面的要求三、塔设备的精馏、冷凝、再沸器方案的设计1、精馏方案的设计1)能源利用好,单耗低。2)尽量降低设备投资。3)保证产品质量和产量。11:55设计概论化工制图22AAABCDBCAAAAABCDABCDABCDABCDDDDDDDDDDBBBBBBBBBCCCCCCCCCCAAAABBBCC)5()4()1()3()2(11:55设计概论化工制图232、冷凝方案的设计1)整体式2)自流式3)强制循环式3、再沸器方案的设计1)立式再沸器2)卧式再沸器3)插入式再沸器4)强制循环式再沸器5)特殊溢流装置再沸器11:55设计概论化工制图24四、塔设备的工艺设计1、填料塔的工艺设计1)基础数据:温度,压力,气液相密度,扩散系数。2)选择填料3)确定操作速度:为泛液速度的60-80％4)计算塔径:圆整为公称直径。5)校核:喷淋密度,填料表面湿润率。6)计算压降7)计算填料层高8)确定填料的分段数,填料的装卸形式。9)计算栅板结构,喷淋装置,再分配器,除雾器。10)计算进出口接管直径11:55设计概论化工制图252、浮阀塔的工艺设计1)基础数据:温度,压力,密度,表面张力,粘度。2)塔径计算:推荐用初选塔径用的算图3)板面布置设计:液流型式,降液管及堰尺寸。4)塔板上浮阀布置:孔速,浮阀个数,浮阀布置图。5)计算板压降:干板压降,液层阻力,塔板压降。6)淹塔情况:降液管液面,停留时间,塔板间距。7)雾沫夹带:验算泛点8)确定负荷的允许上下限9)计算进出口接管直径10)塔结构工艺设计:除沫器,人孔,塔体,支坐。11:55设计概论化工制图26第五节反应器的选型及其工艺设计一、反应器的分类及特点1、分类1)按换热情况分:A等温B非等温C绝热2)按物料流动情况分:A间歇操作搅拌釜B连续操作搅拌釜C连续操作管式反应器D串联连续操作搅拌釜3)按结构特点区分:A.管式反应器B.釜式反应器C.固定床反应器D.流化床反应器11:55设计概论化工制图272、特点1)釜式反应器可连续可间歇,可单釜可多釜,停留时间可长可短,温度压力可高可低。2)管式反应器传热面积大,传热系数高,流体流动快,停留时间短,结构简单,耐高温高压。3)固定床反应器结构简单,操作稳定,便于控制,传热面积大,传热传质系数高,便于实现过程连续化,自动化。4)流化床反应器传热面积大,传热传质系数高,可避免局部过热。11:55设计概论化工制图28二、反应器的选择1、根据反应器中反应物浓度的特点A.间歇搅拌釜B.管式反应器C.连续搅拌釜D.多釜串联2、根据动力学特点选择反应器类型1)简单反应:2)平行反应3)串联反应nACACk2211nBnABCkCk11nABCk22nACCk22nBCCkCBAkk21BACkCABAkk2111:55设计概论化工制图29三、搅拌反应釜的工艺设计1、搅拌反应釜的基本结构1)釜体：由筒体和上下封头组成2)换热装置：有夹套式和蛇管式3)搅拌装置：由马达和减速器组成4)轴封：有机械式，填料涵式。5)工艺接管：进料孔，出料孔，人孔，手孔，测温孔，测压孔，防爆孔，安全阀。11:55设计概论化工制图302、反应釜的工艺设计1)确定操作方式:连续,间歇。2)确定工艺计算依据:生产规模,反应时间,装料系数操作温度,转化率,压力等。3)收集有关物性数据:反应物,生成物物性数据。4)反应釜容积计算:间歇反应釜,连续反应釜。5)反应釜直径与筒体高度:高径比为1-3。6)搅拌器设计:选型,尺寸及转速,轴径,支承条件搅拌器轴功率,电机功率。7)传热面积:有夹套式和蛇管式。8)轴封:有机械式，填料涵式。11:55设计概论化工制图31按使用目的不同，可分为贮存容器,计量、回流、中间周转、缓冲、混合等工艺容器。第六节非标容器设备的选型及其工艺设计11:55设计概论化工制图32一、选型应在已有的通用图系列中进行选择,如从碳素钢和低合金钢容器通用设计图系列中可选8类系列容器:1、立式平底平盖容器系列DN=400-2000mmＶ=0.6-0.8立方米2、立式平底锥盖容器系列DN=2000-4000mmＶ=10-80立方米3、---8、11:55设计概论化工制图33二、工艺设计工艺人员向机械专业提出的技术条件和要求1)设备的