化工设备选型与工艺设计

第二章收尘设备1、除尘装置：从气体中除去或收集固态或液态微粒子的设备称为除尘装置2、按分离原理分类 ：按分离原理分类 ：重力除尘装置（机械式除尘装置）– 惯性力除尘装置（机械式除尘装置）– 离心力除尘装置（机械式除尘装置）– 洗涤式除尘装置– 过滤式除尘装置– 电除尘装置– 声波除尘装置3、机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力）的作用使颗粒物与气体分离的装置，常用的有：重力沉降室，惯性除尘器，旋风除尘器4、重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置重力沉降室：影响沉降室效率的主要因素沉降室内气流速度（一般为0.3～2.0m/s ）沉降室长度沉降室高度优点：结构简单、投资少、易维护管理、压损小（50—130Pa ）。

缺点：占地面积大、除尘效率低（仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒子） 。

5、旋风分离器的性能参数旋风分离器性能的主要操作参数为气体处理量、分离效率和气体通过旋风分离器的压强降。

（1）、气体处理量旋风分离器的处理量由入口的气速决定，入口气体流量是旋风分离器最主要的操作参数。

一般入口气速ui 在10～25m/s 。

（2）、分离效率分离效率：总效率ηo 和 粒级效率ηpi总效率ηo ：进入旋风分离器的全部粉尘中被分离下来的粉尘的质量分率粒级效率ηpi ：进入旋风分离器的粒径为di 的颗粒被分离下来的质量分率d 50为粒级效率为50%的颗粒直径，称为分割粒径。

（3）、压强降气体通过旋风分离器时，由于进气管、排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力，气体流动时的局部阻力以及气体旋转所产生的动能损失造成了气体的压强降，对型式不同或尺寸比例不同的设备ξc 的值也不同，要通过实验测定，对于标准旋风分离器1201100%C C C η-=⨯121100%i i pi i C C C η-=⨯22c i u p ξρ∆=ξc=8.0。

旋风分离器的压降一般在300～2000Pa内。

旋风分离器的型式旋风分离器的形式多种多样，主要是在对标准型式的旋风分离器的改进设计出来的。

进气口：为了保证高速气流进入旋风分离起时形成较规则的旋转流，减少局部涡流与死角，设计了倾斜螺旋进口，螺壳形进口、轴向进口等。

主体结构与各部分尺寸比例的优化：根据流场与颗粒流动规律设计旋风分离器的结构，常用型式标准型、CLT/A型、CLP型、扩散式等。

标准型：结构简单、容易制造、处理量大；适用于捕集密度大且颗粒尺寸大的粉尘。

CLT/A型：这是具有倾斜螺旋面进口的旋风分离器，结构与标准型旋风分离器相似。

这种结构形式在一定程度上可以减小涡流的影响，并且气流阻力较低（阻力系数值可取5.0～5.05）CLP型：是带有旁路分离室的旋风分离器，采用蜗壳式进气口，其上沿较器提顶盖稍低。

含尘气进入气内后即分为上、下两股旋流。

“旁室”结构能迫使被上旋流带到顶部的细微尘粒聚结并由旁室进入向下旋转的这主气流而得以扑集，对5μm 以上的尘粒具有较高的分离效果。

根据器体即旁路分离室形状的不同，型又分为A和B两种型式，其阻力系数值可取4.8～5.8。

扩散式：这种旋风分离器的外筒为上细下粗的圆锥体，在圆锥体的下部设有表面光滑的圆锥形挡灰盘（反射屏）。

在外筒内壁与圆锥形挡灰盘底缘之间留有一定缝隙，粉尘沿内壁滑落经此缝隙落入灰箱。

气体则由挡灰盘上部旋转向上。

这样就避免了集尘箱内的粉尘被气流重新卷起而带走，从而得到了分离效率。

这种分离器与CLT/A型旋风分离器和XLP型旋风分离器比较结构简单，容易制造，除尘效率高，并且排尘方便，不易堵塞。

适用于净化颗粒浓度较高的气体。

第四章换热器换热器的基本类型1、混合式换热器：实例：冷却塔、气压冷凝器（直接接触式）通过冷热流体直接混合进行热量交换的设备称为混合式换热器，或直接式换热器，如冷却塔、气压冷凝器、在传质的同时进行传热的塔设备等。

特点:结构简单，传热效果好，但不能用于发生反应或有影响的流体之间局限：只适用于允许两流体混合的场合。

2、蓄热式蓄热式换热器利用冷热两种流体交替通过换热器内的同一通道而进行热量传递。

特点：温度较高的场合，但有交叉污染，温度波动大局限：不能用于两流体不允许混合的场合。

3、间壁式——又称表面式换热器利用间壁（固体壁面）进行热交换。

冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体。

应用最为广泛，形式多种多样，如管壳式换热器、板式换热器等管壳式换热器：管壳式换热器由管束、管板、壳体，各种接管等主要部件组成。

根据其结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式等四种形式。

管壳式换热器分为：固定管板式换热器，浮头式换热器，U形管式换热器，填料函式换热器固定管板式换热器：固定管板式换热器的管束两端通过焊接或胀接固定在管板上。

物流误差大于60℃设置膨胀节或挠性管板，最大温差120℃。

优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。

缺点：不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大的热应力适用场合：适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。

浮头式换热器优点：管内和管间清洗方便，不会产生热应力。

缺点：结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端小盖在操作中无法检查。

若浮头密封失效，将导致两种介质的混合，且不易觉察。

适用场合：壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易结垢场合。

U形管式换热器结构: U形管式换热器内只有一块管板，管束弯成U形，管子两端都固定在一块管板上。

优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。

管束可以抽出清洗。

缺点：布管少，管板利用率低，管子坏时不易更换。

管内清洗不便，管束中间部分的管子难以更换适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。

填料函式换热器结构：这种设备的结构特点与浮头式换热器相类似，浮头部分露在壳体以外，在浮头与壳体的滑动接触面处采用填料函式密封结构。

优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管间清洗方便。

缺点：填料处易泄漏适用场合：4MPa 以下，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度受填料的物性限制。

板式换热器板式换热器由固定端板、活动端板、传热板片、密封垫片、压紧和定位装置等构成。

板式换热器的板面通常做成波形以增加刚度和流体湍流程度，在板片的四周粘贴垫片，垫片的作用：一是为了密封；二是隔出两板片之间的流体通道。

优点：板式换热器结构紧凑，传热效率高，便于组装和拆卸，清洗、除垢方便；缺点：流道狭窄，处理量小，密封圈也长，流动阻力大，承压能力差，适应温差和压力都不大的场合。

板翅式换热器板翅式换热器由隔板、翅片、封条等组成，它是在两块平行金属隔板之间放置波纹状的金属导热翅片，并在其两侧边缘以封条密封而组成单元体，对各单元体进行不同的组合和适当的排列，并用钎焊焊牢，组成板束，把若干板束按需要组装，便构成不同的流型，冷、热两种流体分别流过间隔排列的冷流层和热流层进行热量传递。

优点：传热效率很高(为管壳式换热器的3～10倍)，单位体积内传热面积大，适应性广；缺点：制造难度大，清洗与检修困难。

板翅片换热器可用于冷凝和蒸发，特别适应低温和超低温操作螺旋板式换热器螺旋板换热器由螺旋板、顶盖、接管口等组成。

螺旋板由两张卷制成螺旋状的金属板制成。

优点：螺旋板式换热器结构紧凑(单位体积内传热面积是管壳式换热器的2—3倍)，传热效率高(可达管壳式换热器的2倍)有自冲刷作用，不易结垢；缺点：不能承受高压，适用于粘性流体或含有固体颗粒的悬浮液的换热。

板壳式换热器板壳式换热器由壳体和板束组成。

壳体形状随板束形状而异，多数是圆筒形，结构与管壳式壳体相似。

板束是由若干长度不等的基本元件组成。

每一元件由两块节距相等的冷轧成型的金属板条，组合并缝焊接而成。

基本元件的横截面呈现扁平状流道，特点：板壳式换热器结构紧凑，容易清洗，压力降小，传热效率高，但制造工艺较复杂，焊接技术要求高。

板壳式换热器常用于加热、冷却、冷凝、蒸发等过程。

流体流动通道的选择1）不洁净和易结垢的流体宜走管程。

2）有腐蚀性的流体应走管程。

3）压强高的流体应走管程。

4）饱和蒸汽宜做壳程。

5）被冷却的流体易走壳程。

6）流量小粘度大的流体一般走壳程为宜。

换热管排列方式（1）正三角形和转角正三角形排列三角形排列紧凑，传热效果好，同一板上管子比正方形多排10%左右，同一体积传热面积更大。

适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。

（2）正方形和转角正方形排列管间形成一条直线通道，便于机械清洗。

要经常清洗管子外表面上的污垢时，多用正方形排列。

（3）组合排列法在多程换热器中多采用组合排列方法。

即每一程中都采用三角形排列法，而在各程之间，为了便于安装隔板，则采用正方形排列法。

第五章蒸发设备蒸发器简介蒸发：将溶液加热至沸腾，使溶剂汽化并不断除去，溶质浓度增加。

蒸发所用设备称为蒸发器。

蒸发器的基本要求1、充足的热源2、溶剂蒸汽能迅速排除3、一定的换热面积本质是换热器（1）蒸发操作的目的①获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。

②脱除溶剂，将溶液增溶至饱和状态，随后加以冷却，析出固体产物，即采用蒸发，结晶的联合操作以获得固体溶质。

③除杂质，获得纯净的溶剂。

（2）加热蒸汽和二次蒸汽蒸发需要不断的供给热能。

工业上采用的热源通常为水蒸气，而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸汽也是水蒸气。

为了区别，将加热的蒸汽称为加热蒸汽，而由溶液蒸发出来的蒸汽称之为二次蒸汽。

蒸发器的分类•按使用压力分类加压、常压、真空•按蒸汽利用分类单效、多效、热泵•按设备型式分类中央循环管式、夹套式、盘管式、刮板式•按物料启动情况分类自然循环、强制循环、薄膜式•按分离室与加热室相对位置分类外热式、内热式•膜式蒸发器和非膜式蒸发器膜式蒸发器1)升膜蒸发器：垂直长管组成，长3-15m，直径25-50mm。

适用于较稀的溶液，热敏性及易生泡沫的溶液，不适浓溶液。

2)降膜蒸发器：蒸发器顶部须设液体分布器。

降膜蒸发器宜于浓度、粘度较大的溶液。

1)，2)都不宜易析晶或易结垢溶液。

3)旋转刮板蒸发器：宜于处理易结晶、易结垢、高粘度的溶液。

4)板式蒸发器：体积小，停留时间短，传热系数高，加热面积可调，易拆洗，宜于热敏性料液。

缺点：密封边长，压力小。

1. 升膜蒸发器原理：溶液预热到接近沸点时由蒸发器底部送入，进入加热管时立即受热沸腾汽化，溶液在高速上升的二次蒸汽带动下，沿管壁边呈膜状向上流动边蒸发。

到达分离室后，完成液与二次蒸汽分离后由分离室底部排出。

✓优点：适于处理蒸发量较大的稀溶液，热敏性和易生泡沫的溶液；✗缺点：不适于浓度高、粘度大、有晶体析出溶液的蒸发。

1. 升膜式蒸发器结构:加热室由许多垂直长管组成，加热管直径为25-50mm，管长和管径之比约为100-150。