化工设备选型及设计计算概要

4化工设备的选型及设计计算4.1概述本章主要内容4.2标准设备的选型本章重点：泵的选型4.3非标设备的设计计算贮槽的设计、蒸发器选型及设计4.4非标设备工艺条件图的绘制非标设备工艺条件图的绘制4.1概述化工设备是组成化工装置的基本单元，是指在化工生产中常用的泵、风机、罐、釜、塔器、换热器、贮槽(罐)等。化工设备分类①标准设备（定型设备）：是成批按系列生产的，并可以从设备生产厂家买到，可以从产品目录或样本中查阅其规格及牌号。例如：泵、风机、离心机等。②非标设备（非定型设备）：是化工过程中需要专门设计的特殊设备。例如蒸发器、塔器等。4.1概述一、化工设备工艺设计的任务：对于标准设备：根据工艺要求，计算并选择某种型号，以便订货。对于非标设备：根据根据工艺要求，通过工艺计算，提出型式、材料、尺寸和其他一些要求。再由化工设备专业进行机械设计，由有关工厂制造。二、化工设备工艺设计的成果的表达：1、设备一览表；2、设备工艺条件图或设备总图。4.1概述三、化工设备选型和工艺设计的原则：(1)合理性设备必须满足工艺一般要求，设备与工艺流程、生产规模、工艺操作条件、工艺控制水平相适应，又能充分发挥设备的能力。(2)先进性要求设备的运转可靠性、自控水平、生产能力、效率等要尽可能达到先进水平。(3)安全性要求安全可靠、操作稳定、弹性好、无事故隐患。对工艺和建筑、地基、厂房等无苛刻要求；工人在操作时，劳动强度小，尽量避免高温高压高空作业，尽量不用有毒有害的附件附料。4.1概述(4)经济性设备投资省，易于加工、维修、更新少，没有特殊的维护要求，运行费用少。引进先进设备，考察设备性价比，考虑是否易于被国内消化吸收和改进利用。(5)结构要求强度：合理的强度，保证设备的安全运行刚度：设备及其构件在外压的作用下，保持原有状况的能力耐久性：设备的使用年限，一般化工设备的使用年限为10-12年，高压设备为20-25年密封性：根据有毒物质在车间内允许的浓度来确定。它对处理易燃易爆及有毒介质非常重要用材和制造：尽量少用贵重材料，避免复杂的加工工序操作和检修：考虑操作、安装和日常维修的方便运输方便：尺寸与形状设计时要注意运输方便与否，设备的直径、长度、重量要符合公路、铁路、水运的运输规定4.1概述4.2标准设备的选择一、定型设备的选择方法及原则根据物料性质、工艺要求、使用环境等等确定设备的形式根据设计项目规定的生产能力和生产周期考虑设备台数，设备选型依据有关手册和生产厂家的产品目录在选用设备同时，要注意设备备件的供应情况，对供应紧张的备件，最好在订货时也订购备件定型设备的选择，按其生产能力，一般偏高一个等级选用，也可以按工厂的近期发展要求选配4.2标准设备的选择4.1泵的选型4.2标准设备的选择单级离心泵立式轴流泵齿轮泵水环真空泵4.2标准设备的选择(1)确定泵的型式依据物料的性质如温度、粘度、挥发性、毒性、化学腐蚀性、溶解性和物料是否均一等因素来确定泵的基本型式。例如：水—清水泵，卤水—化工泵。油类——油泵等等；流量大而扬程不高时可选用单级离心泵；流量不大而扬程高的宜选往复泵或多级离心泵；输送有腐蚀性介质，选耐腐蚀泵；输送昂贵液体、剧毒或具有放射性能的液体选用完全不泄漏、无轴封的屏蔽泵；当要求精确进料时应选用计量泵或柱塞泵等。泵的用步骤4.2标准设备的选择(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。如果数据是正常流量，则应在正常流量的基础上乘以1．1～1．2的安全系数。②扬程的确定和计算先计算出所需要的扬程，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。扬程值用柏努利方程计算，用米液柱表示。计算出的扬程一般要放大5％—10％。4.2标准设备的选择(3)确定泵的安装高度。——计算(4)确定泵的台数和备用。一般只设一台泵，在特殊情况下，也可采用两（多）台泵同时串联或并联操作。输送泥浆或含有固体颗粒及其他杂质的泵和一些重要操作岗位用泵应设有备用泵。对于大型的连续化流程，可适当提高泵的备用率，而对于间歇操作，泵的维修简易，操作很成熟的常常不考虑备用泵。4.2标准设备的选择(5)校核泵的轴功率。泵的样本上给定的功率和效率都是用清水试验出来的，输送介质不是清水时，应考虑密度、粘度等对泵的流量、扬程性能的影响。(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。4.3非标标准设备的工艺设计非标设备的设计程序（1）工艺流程上确定设备的类型：例如真空制盐需要蒸发设备、固液分离设备等；（2）确定设备材质（3）汇集设计条件：根据物料衡算和热量衡算，确定设备负荷、转化率和效率要求，确立设备的工艺操作条件如温度、压力、流量、流速、投料方式和投料量、卸料、排渣形式、工作周期等；4.3非标标准设备的工艺设计（4）选定设备的基本结构型式根据各类设备的性能、使用特点和适用的范围，依据各类规范、样本和说明书、进行权衡比较，确定该设备的基本结构型式。例如确定是用重力沉降、离心沉降等等；（5）设计设备的基本尺寸：确定基本外形尺寸，如外径、高度、搅拌器主要尺寸等；确定设备的各种工艺附件，如进出料口、排料装置等；4.3非标标准设备的工艺设计（6）向设备制造设计(机械设计)专业提出设计条件如材质、温度、压力、装载系数、运转周期、维修安装要求和设备开口、支承等等和设备草图，由设备设计专业人员根据各种规范进行机械设计、强度设计和检验，提出施工图等。（7）汇总列出设备一览表。4.3非标标准设备的工艺设计4.3.1贮槽的选型及设计化工生产中原料、中间物料、产品都需要贮存。用于气体、液体的容积设备，国内己形成了系列标准。贮槽设计方法：（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、最高使用温度、最低使用温度，腐蚀性、毒性、蒸汽压、压力，最大使用进出量、贮罐的工艺方案等。4.3非标标准设备的工艺设计(2)选择容器材料对有腐蚀性的物科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、衬聚四氨乙烯等。(3)容器型式的选用我国已有许多化工贮罐实现了系列化和标准化。在贮罐型式选用时，应尽量选择已经标准化的产品。(4)容积计算（核心）4.3非标标准设备的工艺设计①单纯用于贮存原料和成品的贮罐：全厂性的贮罐一般主张至少有一个月的耗用量贮存；车间的贮罐一般考虑至少半个月的用量贮存。液体产品贮罐一般设计至少有一周的产品产量。液体贮罐的装载系数通常可达80％；②中间贮罐：一般考虑一昼夜的产量或发生量；③计量罐：计量罐的容积一般考虑最少为10~15min，多则2h的产量的储存。计量耀装载系数一般只考虑60％~70％；一般储槽、计量槽取0.8-0.9，搅拌反应器取0.7-0.85，对沸腾操作或易发泡的反应器取0.4-0.6。高径比一般取H:D=1-24.3非标标准设备的工艺设计④缓冲罐、汽化罐：缓冲罐的目的是使气体有一定数量的积累，保持压力比较稳定，从而保证工艺流程中流量稳定。其容量通常是下游设备5~10min的用量，有时可以超过15min的用量。汽化罐的物料汽化空间通常是贮罐总容积的一半。汽化空间的容积大小，通常根据物料汽化速度来估计，一般希望汽化空间足够下游岗位3min以上的使用量，至少在2min左右。4.3非标标准设备的工艺设计(5)确定贮罐基本尺寸(6)选择标准型号：如没有则自行设计。(7)开口和支座在设备上考虑进料、出料、温度、压力(真空)、放空、液面计、排液、放净以及人孔、手孔、吊装等装置，并留有一定数目的备用孔。立式或卧式裙座、鞍座、三角支座等(8)绘制设备草图(条件图)，提出设计条件和订货要求绘制设备容器的外形轮廓，标注一切有关尺寸，包括容器管口的规格，井填写“设计条件表”，由设备专业的人员，进行非标推设备设计。4.3非标标准设备的工艺设计例1、设计提溴废液为原料蒸发法生产卤片的保温槽（蒸发与制片之间衔接）（1）蒸发过程为间歇操作，制片过程为连续操作；（2）蒸发器的装料容积为15m3;（3）保温温度≥125℃（考虑夹套蒸汽保温）设备一览表序号设备位号设备名称及规格型号材质操作参数单位数量重量来源备注温度压力1234567891011124.3非标标准设备的工艺设计4.3.2蒸发器的选型及设计一、常用蒸发器的形式及工作原理4.3非标标准设备的工艺设计4.3非标标准设备的工艺设计1-蒸发室2-加热室3-循环泵4-下循环管5-上循环管（沸腾段）进料生蒸汽冷凝水二次蒸汽排料4.3非标标准设备的工艺设计4.3非标标准设备的工艺设计二、外加热室强制蒸发器的工艺设计4.4化工设备图化工设备图：化工设备装配图表达各零件间的装配联接关系、设备的结构形状等。内容：①一组视图②尺寸③技术要求④零件序号、明细表⑤标题栏⑥接管口序号和管口表⑦设备技术特性表4.4化工设备图•一、化工设备的结构特点–设备主壳体以回转体为主，如6；–设备主体上有较多开孔和接管口，如2、5；–大量采用焊接结构；–较多标准零部件，如2、4、8；–结构尺寸相差悬殊。1•二、化工设备的习惯表达方法–1、多次旋转的表达方法–2、管口方位的表达方法–3、细部结构的表达方法–4、断开和分段表达方法•1、多次旋转的表达方法–不平行于基本投影面的结构–视图、剖视•图例：液面计a、人孔b–注意：应避免各结构旋转后投影重叠•图例：接管d•2、管口方位的表达方法–用粗实线示意画出设备管口–标注管口符号及方位角•图例：a，b，c，d90°，150°，225°，315°•3、细部结构的表达方法–局部放大图（节点图）–必须标注名称和绘图比例–常用在焊接接头和法兰联接面•图例：设备底座支承圈采用两个局部剖视进行表达•4、断开和分段的表达方法–断开缩短：•设备过高或过长，又具有相同结构•图例：填料塔断开处为规格、排列相同的填料–分段表达：•不能用断开方法，但图幅不够•图例：填料塔•三、化工设备的简化画法–1、标准件的简化画法–2、管法兰的简化画法–3、重复结构的简化画法•1、标准件的简化画法–如电动机、人孔、液面计等粗实线•2、管法兰的简化画法–不管何种型式的法兰，均可简化为右图示。•3、重复结构的简化画法–（1）螺孔和螺纹连接件•只用中心线表示位置–（2）规则排列的管子•只画出一根或几根，其余用中心线表示。–（3）按规则排列的孔•方法一：用细实线画出孔的范围及圆心的连接线；•方法二：只画出孔的范围线，用局部放大图表达孔的具体大小、间距和排列。螺孔–（4）塔盘及其填充物•塔盘：简化用粗实线表示。•填充物：–同一规格、材料和堆放方法的填充物，在装配图的剖视图中，允许用细线“X”符号表示。–不同规格或堆放方法的填充物，必须分层表示。总结•化工设备的习惯表达方法–1、多次旋转的表达方法–2、管口方位的表达方法–3、细部结构的表达方法–4、断开和分段表达方法•化工设备的简化画法–1、标准件的简化画法–2、管法兰的简化画法–3、重复结构的简化画法螺孔和螺纹连接件规则排列的管子按规则排列的孔塔盘及其填充物第三节化工设备的尺寸标注•一、尺寸基准的选择–设备筒体和封头的轴线或对称中心线–设备筒体和封头焊接时所用的环焊缝–化工容器中接管法兰的密封面–设备安装时所使用的支座底面二、常见结构的尺寸注法1、筒体–内径、壁厚和长度2、封头–内径、壁厚和高度3、接管–径向：无缝钢管：外径×壁厚Φ133×4卷焊钢管：内径、壁厚–伸出长度•全部相同：“所有接管伸出长度为×毫米“•大部分相同：“除已注明外，其余接管的伸出长度为×毫米”Φ133×4第四节化工设备图的表格与技术要求•一、设备管口表–1、管口符号•一律用英文小写字母(如a,b,c)，注写在管口投影旁。•规格、用途、联接面型式完全相同的管口，应编写同一个管口符号，须在符号右下角加数字区别。如a1和a2。•一般从主视图左下角开始，顺时针依次编写。–2、管口表说明各管口规格、用途等内容的表格。常放在技术特性表下方。•二、技术特性表–重要技术特性和设计依据一览表–常放在管口表