第五章化工设备设计及化工设备图全解

二、化工设备设计的原则 (1) 合理性 (2) 先进性 (3) 经济性 (4) 安全性
三、化工设备设计方法与步骤
1、明确设计任务与条件 ⑴原料（或进料）与产品（或出料）的流量、组成、状态 （温度、压力、相态等）、物化性质、流量波动范围等；
⑵设计目的、要求，设备功能；
⑶公用工程条件，如冷却水温度，加热蒸汽压力，气温、湿 度等； ⑷其他特殊要求。
数据的汇总。
流体输送设备
离心泵、往复泵、转子泵比较
指标 流量，m3/h 离心泵
均匀、不稳定 1.6~30000
往复泵
不均匀、恒定 0~600
转子泵
比较均匀、恒定 1~600
扬程 ，m
效率
定流量→扬程 10~2600
设计点最高，偏离 越远效率越低 0.5~0.8 简单、造价低、体 积小、安装方便
扬程与流量无关 0.2~100MPa
2. 非标准设备设计 常用非标准设备：容器(中压、低压、高压)、换热器、塔器、干燥设 备、搅拌设备和除尘设备等。 非标准设备设计：根据工艺要求，完成工艺计算，提出设备型式、材 料、尺寸和其他要求，再经过机械计算及设计，由相关工厂制造。 必须遵循设备设计的相关标准和规定。 3. 化工设备标准化 化工设备设计向标准化推进，有些原来属于非标准设备的化工装 臵，已逐步走向系列化、定型化，已形成了一些标准图纸，有些还有 了定点生产厂家，如换热器系列、容器系列、搪玻璃设备系列等。因 此，在非标准设备设计时，应尽量采用已标准化的图纸。
4. 核算泵的性能
若输送液体的物理性质与水有较大差异，则应对泵 的流量、扬程进行核算。并与工艺要求进行对比，确定 所选泵是否可用。
5. 确定泵的安装高度
允许吸上高度
2 w P1 P BC t - + + hn . BC + h2 rg rg 2g
H BC
式中：
Pt - 操作温度下被吸送液体的饱和蒸汽压。
5.3 化工设备图
分 离 设 备
5.1 概 述
一、化工设备设计分类 从设计角度分 标准设备(定型设备)—成批生产，直接订货 非标准设备—由工艺专业提供设计条件，由设备专业 专门设计，由厂家专门制造的设备。
化工设备的设计包括标准设备设计和非标准设备设计。 1. 标准设备设计 常用标准设备：泵、风机、冷冻机、过滤机、离心机、搅拌器、压缩 机等，生产厂家、型号都很多，可选择范围很大。 标准设备设计：根据工艺要求，计算特征尺寸，查阅相关产品目录或 样本手册(列出设备的规格、型号、基本性能参数和厂家)，选择 合适设备型号。 ——标准设备选型
第五章 化工设备设计及设备图
Chart5 The design of chemical equipment
5.1 概述
5.2 化工设备的选型和优化设计
5.2.1 物料输送设备 5.2.2 贮罐 5.2.3 换热设备


5.2.4 分离设备
5.2.5 传质设备 5.2.6 化学反应器
扬程高效率降低很 少0.7~0.85 复杂、振动大、体 积大、造价高
扬程与流量无关 0.2~60MPa
扬程高效率降低较大 0.6~0.8 简单、造价低、体积 小、安装方便
结构特点
离心泵、往复泵、转子泵比较
指标 流量调节 离心泵
出口截流、旁路、转速
往复泵
旁路、转速、冲程
转子泵
旁路、转速
自吸
启动 适用范围
w BC - 泵吸入管内液体的流速。
hn . BC - 吸入管路中的压头损失。
h2 - 避免汽蚀现象（在离心泵中），或防止由于惯性
力造成活塞与液体脱离（ 在活塞泵中）的压头 余量。
6. 计算泵的轴功率 7. 选定泵的材料和轴封 8. 确定冷却水或加热蒸汽耗量 9. 选用驱动装臵——电动机或蒸汽透平 10. 确定泵的台数和备用率 11. 填写泵规格表，作为泵订货依据和选泵过程中各项
三、化工设备设计方法与步骤
5、工艺计算 ⑴ 全设备物料与能量衡算 ⑵ 设备特性尺寸计算 如：精馏设备的理论级数、塔径、塔高 换热设备的传热面积 ⑶ 流体力学计算
如：流动阻力与操作范围计算
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三、化工设备设计方法与步骤
6、结构设计 在设备型式及主要尺寸已定的基础上，根据各种设备常用结构， 参考有关资料与规范，详细设计设备各零部件的结构尺寸： 如填料塔要设计液体分布器、再分布器、填料支承、填料压板 和各种接口，各种构件的材料选择、壁厚计算，塔板、塔盘等的 机械设计，各种辅助结构如支座、保温支架的设计，总装配图及 零件图绘制，设备材料表等。 7、制造技术要求与规范
5.2 典型化工设备的选用和设计方法
5.2.1 物料输送设备
（一）泵的选用与设计程序
1. 收集基础数据 介质物性
操作条件
泵所在位臵情况
2. 确定泵的流量和扬程
(1) 泵的流量（考虑上限）
(2) 扬程的确定和计算
3. 选择泵型及泵的具体型号
从工艺角度选择泵类型： ①流量大，扬程不高时，可选单级离心泵； ②流程不大，扬程高时，宜选往复泵或多级离心泵； ③输送有腐蚀介质，选耐腐蚀泵； ④输送昂贵液体、剧毒或放射性液体应用完全不泄漏无轴封的屏 蔽泵； ⑤当要求精确进料时，应选用计量泵或柱塞泵。 ⑥输送高温介质时可考虑选用热油泵。 再从有关泵制造厂提供的样本和技术资料选择泵的具体型号，列 出所选型号泵以清水为基准的性能参数。
即计算流量Qe和扬程He，其计算思路如下:
Qe=1.5Qmax=1.5×体积流量=1.5×质量流量／密度
一般没有
关闭调节阀 粘度较低的各种介质
有
全开 高压力小流量清洁介质
有
全开 中压力小流量尤 其是高粘度
（二）离心耐酸泵选择示例
⑴选择条件
H=15m 2 2
￠89×4
1
1
硝基苯ρ＝1200㎏/m3 进料量为30×103㎏/h 反应器内保持0.1atm（表压）；管路为不锈钢管，总长45m，
4个弯头
⑵选择计算
三、化工设备设计方法与步骤
2、调查待设计设备国内外现状及发展趋势、有关新技术及专 利状况，设计计算方法等 3、收集有关物料的物性数据、腐蚀性质等 4、确定方案 ⑴确定设备的操作条件，如温度、压力、流比等 ⑵确定设备结构型式，评比各类设备结构的优缺点，结合本设计
的具体情况，选择高效、可靠的设备型式
⑶确定单元设备的流程