第四章 第三节_设备的工艺设计少

漩涡泵
泵的特性
设备选用
泵的选用与设计程序
设备选用
(1) 确定基本参数 包括介质性质（如密度、黏度、蒸汽压、腐蚀性、毒
性等）；介质中含气量、含固量；操作条件（如温度、压 力）；泵所处位置情况（包括环境温度、海拔高度、装置平 立面布置要求等）以及管线当量长度等。
(2)流量和扬程的确定和计算。 流量应按最大流量或正常流量的1.1~1.2倍计算。扬程
来选用不同类型的材质及轴封。
（7）计算泵的轴功率 泵的样本上给定的功率和效率都是用水试验出来的，
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。
（8）确定冷却水（或加热蒸汽）耗用量
（9）选用电动机
（10）确定泵的台数
（11）填写泵规格表
常用泵型性能比较
离心泵
流量大 扬程小 体积小 可腐蚀液体 开泵需灌水 价廉易安装
塔器
塔器
工业生产对塔设备的要求主要是： ①通过能力要大，即单位塔截面能处理的气液流量大。 ②效率要高。 ③压力降要低。 ④操作弹性要大。 ⑤结构简单，易于制造。在这些要求中，对于要求产品纯 度高的分离操作，首先应考虑高效率；对于处理量大的一般 性分离（如原油蒸馏等），主要是考虑通过能力大。
板式塔与填料塔比较
课本介绍了离心泵、旋涡泵、容积式泵的选用范围：
设备选用
(4) 核算泵的性能 按实际情况对泵进行性能核算。性能参数核算后如符合工
艺要求，则所选泵可用。
(5)确定泵的安装高度（计算装置（系统）的有效气蚀余量）。 “允许气蚀余量”可按下面公式计算： 允许气蚀余量=（p-p )/ρg+Z-h
（6）选择泵的材料及轴封 根据介质腐蚀性以及泵的操作条件（如温度、转速等）
设计原则
设备选型和设计的一般原则是：
1.满足工艺要求 设备必须满足工艺要求，与工艺流程、生产规模、工艺操作
条件、工艺控制水平、工艺管理水平相适应。 2.设备成熟可靠
设计中所选用的设备不但技术性能要可靠，设备材质也要可 靠。特别对生产中的关键设备，一定要在充分调查研究和对比 的基础上，作出科学的选定。
二 化工设备的选材
（1）概述
设备选材
在任何一个“材料－环境”体系中，对材料的要求是： ①化学性能或耐腐蚀性能满足工艺要求； ②物理、力学和加工工艺性能等满足设计要求； ③总的经济效果优越。 化工厂大量的设备事故中，有50％是由腐蚀引起的，主要 原因是选材不慎。
（2）材料
设备选材
对于选材者来说，不仅要了解金属、合金的性能，还要 对合成材料、陶瓷、木材、石墨、混凝土、铸石等都有所了 解。
设备选材
设备选材
（3）化工设备材料选用的一般原则 ①满足工艺与设备要求； ②材质可靠，使用安全； ③易于加工，性能保证不大受加工影响； ④材料立足于当地和国内市场，立足于我国储
量丰富的资源。 ⑤综合经济指标核算。
三、化工设备的选用
设备选用
1 泵的选用 化工用泵已有了独具特点的产品系列，大多数有了定型
换热设备
换热器的分类 1．按工艺功能分类
(1)冷却器 (2)加热器(3)再沸器(4)冷凝器
(5)蒸发器 (6)过热器 (7)废热锅炉 (8)换热器 2．按传热方式和结构分类 根据热量传递方法不同，可以分间壁式，直接式和蓄热 式。
常用的换热器
夹套式换热器，蛇管式换热器，套管式换热器，管壳式 换热器，板式换热器，螺旋板式等。
设备的工艺设计及其选型
一 概述
概述
1、工艺流程与工艺设备
化工设备的工艺设计是化工工程设计的主 体，是工艺流程概念的正确体现，是整个化 工生产赖以实现的主体工程。流程是灵魂， 设备是躯壳；流程是从战略的高度考虑，设 备就是从战术上实施战略。
概述
设备工艺计算的目的是决定车间所有工艺设 备的类型、规格、主要尺寸和台数；为车间的 设备布置设计，施工图设计及非工艺设计项目 提供可靠的设计数据。
3设备工艺设计的内容及设备的设计参数；主要包 括泵、风机、换热器、塔式设备、反应器等；
（2）定型设备的选定（泵、风机、旋风分离器、过滤机等）； （3）非定型设备的工艺计算（反应器、塔类设备、蒸发设备、 换热设备等）；向化工设备专业设计人员提出设计条件和设备草图； （4）编制《工艺设备一览表》，初步设计阶段的工艺设备一览 表作为说明书的组成部分交由有关部门进行设计审查； （5）当工艺设备的施工图纸完成之后，要组织相关人员(主要 是化工设备的专业设计人员)进行会签。
(3)确定塔径D (4）计算填料塔压降。 (5）验算。塔内的喷淋密度应按实际塔径验算塔内的喷淋 密度是否大于最小喷淋密度。如果喷淋密度太小，将不能保 证填料充分润湿，应重新调整计算。
产品与标准产品可供选用。如《工业泵选用手册》等。全国 化工设备设计技术中心站，编写了《工业泵推荐产品样本》 一书，供选泵时使用。
泵的分类
设备选用
泵的分类分为容积式（正位移的流体输送设备）和叶片
式（离心式的液体输送设备）。
叶片式泵：离心泵，轴流泵，漩涡泵；容积式泵：往复
泵，旋转泵。
双级漩涡泵
离心泵
单级漩涡泵
特殊材质贮罐
贮罐
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。
（或压差）是指所需的扬程。按泵的不同布置情况，利用伯 努利方程求出泵的扬程。再根据工艺过程情况，采用 1.05~1.1的安全系数。所选泵的扬程值应大于所需的扬程值。
(3)确定泵型。从被输送物料的基本性质出发，如物料 的温度、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。在选择泵的型式 时，应以满足工艺要求为主要目标。
(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。
贮罐
(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。
装填系数：气体容器取1；液体容器取0.8。 (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。依据国家规 定的设备零部件即筒体与封头的规范，确定一个尺寸。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。
换热器
换热器
换热器
换热器
换热器
换热器
换热器
换热器
换热器
换热器
换热器
平 板 式 换 热 器
换热器
换热器
设计原则
管壳式换热器设计的一般原则 1.基本要求
换热器要满足工艺操作条件，在工艺条件下长期运转，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。 2.介质流程
设计原则
3.终端温差
当换热器中有一方流体是冷却剂时，换热器两端冷热流体 温差的取值应考虑其经济合理性，即，要选择适宜的换热器 两端冷热流体温差，使投资和操作费用之和最小。
设计原则
一般认为，采用下述原则是比较经济合理的： （1）换热器热端冷、热流体温差应在20℃以上。 （2）用水或其它冷却介质时，冷端温差可以小些，但不 要低于5℃。 （3）冷凝含有惰性气体的流体时，冷却剂出口温度要至 少比冷凝液的露点低5℃。 （4）空冷器冷热流体温差应大于15℃，最好大于20～ 25℃。 （5）用水作冷却介质时，冷却水进、出口温差一般取5～ 10℃。缺水地区用比较大的温差，而水资源丰富地区用比较 小的温差。
设计原则
4.流速 在工程设计中有一个经验的、合理的流速。参考手册上列
出了常用流体的经验流速范围，可用来指导我们的工程设计。 5.压力降
增加流速会增加压力降，增加动力消耗，并使腐蚀和振动 的破坏加剧。因此，有一个最大允许压力降范围。压力降一 般考虑随操作压力不同而有一个大致的范围。可参考相关的 手册及文献。
6 对液相喷淋量有一定的要求
气液比的适应范围大
7 内部结构简单，便于非金属材料制作，可 多数不便于非金属材料
用于腐蚀较严重场合
制作
8 持液量小
持液量大
塔器
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。填料是填料塔内汽一液接触的核心元件。
填料类型和填料层的高度直接影响传质效果。因而，选择填 料是填料塔设计的一个重要内容。
贮罐
3 贮罐的设计和选用
按使用目的的不同，贮存容器可分为计量、回流、中 间周转、缓冲、混合等工艺容器。国家有各类容器的标准 系列，教科书及相关手册上列出了标准系列。
这些标准系列有通用设计图，可向有关单位直接购买 图纸，省时、保证设计质量、节约工期。
贮罐
立式贮罐
贮罐
卧式贮罐
贮罐
锥顶、锥底贮罐
贮罐
具有关报导，塔设备的投资费用可占到总投资的15～
40％。
塔器
塔设备的分类及构造
塔设备经过长期发展，形成了形式繁多的结构，以满 足各方面的特殊需求。
按操作压力分为：常压、加压和减压； 按单元操作分为：精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、 干燥塔、萃取塔和反应塔； 按形成相际接触面积的方式分为：固定相界面的塔和 流动过程中形成相界面的塔； 按塔的内件（结构）分为：板式塔和填料塔。
序号 填料塔
板式塔
1 Ф800m以下，造价一般比板式塔低，直径 Ф600m以下时，安装困
大则价高
难
2 用小填料时，小塔的效率高，塔较低，直 效率较稳定，大塔板效 径增大，效率下降，所需填料高度急增 率比小塔板有所提高