第六章 化工设备的工艺计算
化工计算与软件应用--设备工艺计算(PPT 31页).ppt
以间歇操作。间歇操作时，只要设计好搅拌，可以使釜温均
一，浓度均匀，反应时间可长可短，可以常压、加压、减压
操作，范围较大。反应结束后出料容易，清洗方便。
南
京
工
业 大
连续操作时，可以多釜串联反应，物料一端进料，另一端
学 出料，形成连续流动，停留时间可有效控制。多釜串联时，
包 宗
可以认为形成活塞流，反应物浓度和反应速度恒定，反应釜
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4.1 塔设备
例4-1。分离一股芳烃混合物，其中含苯1272 kg/h，甲苯 3179 kg/h，邻二甲苯3383 kg/h，正丙苯321 kg/h，温度50℃， 压力3 bar。精馏塔塔顶压力1.5 bar，塔底压力2 bar。要求苯 中甲苯质量分数不超过0.0005，塔底产物苯质量分数不超过 0.005。求：
⑴苯塔的理论塔板数、进料位置、回流比、再沸器能耗；
⑵如果精馏段的墨弗里效率（Murphree Efficiencies）为
0.65，提馏段的墨弗里效率为0.75，试求满足分离要求所需的
塔板数、加料板位置、回流比、再沸器能耗、水力学参数
南 （Hydraulic parameters）；
京 工
⑶填料塔设计。使用SULZER公司的MELLAPAK-250X型
⑤Aspen Shell and Tube Mechanical (formerly Aspen Teams)；
南 京
⑥Aspen
Plate
Exchanger
(formerly
Aspen
Plate+)；
工 业
⑦Aspen
HTFS
Research
Network。
大 学
用EDR软件设计换热器需要提供的条件比ASPEN PLUS多，
第六章化工设备的工艺设计2
比表面积 越大
分离效率越高
阻力增加
通量减小
填料的选择
填料的材质 ✓ 陶瓷 ✓ 金属 ✓ 塑料
优点：耐腐蚀、耐热性 缺点：质脆、易碎
优点：可制成薄壁结构， 通量大，气体阻力小，具 有很高的的抗冲击性能。 缺点：耐腐蚀性差。耐腐
蚀的钢材造价极高。
填料塔
持液量小，塔操作有时会不 稳定。不适合侧线出料和进 料等复杂情况。填料层容易 堵塞，不宜直接处理有悬浮
物或容易聚合的物料。
板式塔 > 填料塔
各种塔型的选择可参考P244表6.33
塔设备的选型
板式塔 填料塔
蒸馏过程 吸收过程
板式塔的设计
板式塔的设计步骤： 根据设计任务和工艺要求，确定设计方案 根据设计任务和工艺要求，选择塔板类型 确定塔径、塔高等工艺尺寸 进行塔板的设计，包括溢流装置、塔板的
• 填料的类型与选择 （一）填料的类型
1.散装填料 2.规整填料
填料的类型（散装填料）
• 拉西环
25～75mm
填料的类型（散装填料）
• 鲍尔环
填料的类型（散装填料）
• 阶梯环填料
填料的类型（散装填料）
• 矩鞍形
• 金属英特洛克斯（Intalox）填料
填料的类型（规整填料）
• 波纹填料
30度倾角：代号X或BX 45度倾角：代号Y或CY
填料的规格 填料的材质
填料的选择
• （1）散装填料规格的选择 散装填料的规格通常是指填料的公称直径。 DN16、DN25、DN38、DN50、DN76
尺寸越小 分离效率越高 阻力增加
小塔径大 尺寸
空隙过大
石油化工第6-7章
第一节 石油及其馏分的气液平衡
一、气一液相平衡及相平衡常数 热力学第二定律指出：处在相同的温度和压力下的多相体系，其 平衡条件是各相中每一个组分的化学位相等。对于气一液平衡体系： μiv=μiL 由于恒温下逸度fi与化学位μi存在着如下的关系：dμi =RTlnfi 故可导出，fiv=fiL (7-3) (1)当气相和液相都是理想溶液时，按路易士一兰道尔定则, fiv= fiv0yi fiL= fiL0xi 式中fiv0——在体系平衡温度和压力下，纯组分i呈气态时的逸度； fiL0——在体系平衡温度和压力下，纯组分i呈液态时的 逸度，在压力不太高时，等于纯组分i在体系温度及其饱和蒸气压力 下的气态逸度。 因此，在体系达到相平衡时，其气一液关系可写成： fiv0yi= fiL0xi (7—6)
3．K值的内插和外延
会聚压是混合物组成和温度的 函数，因此，在一定的温度下，会 聚压被看成表示混合物特性的一个 因数，它在一定程度上反映了混合 物各组分之间的相互影响。据此， 我们可以利用会聚压作为一个参数， 对按理想溶液计算的相平衡常数进 行校正，以求取非理想溶液的相平 衡常数。 要精确求定会聚压的数值是相 当困难的，通常采用经验方法。得 到了会聚压以后，对相平衡常数进 行校正的方法也各有不同。具体的 方法可参阅有关文献。 会聚压法包含大量比较复杂的 图表，比较麻烦，只适于手工计算 ；此法的精确度也不是很高，这些 是本法的局限性所在。
对于非理想溶液，fiL=γiLfiL0xi，其中γiL为组分i在液相溶液中的活度系数。 在气一液传质过程中，气一液相平衡常数K的应用极为广泛。 Ki=yi/xi pyi=pi0xi Ki=yi/xi=pi0/p
相平衡常数常用一些经验方法来求取相平衡常数。 1．P——T——K列线图法 P-T-K列线图，反映了相平衡常数与压力和温度的关系。此法求得的 相平衡常数值只是温度和压力的函数，而与混合物的组成无关。此法只 适用于气相和液相都是理想溶液的体系。此法的精确度虽然不是很高， 但对一般工程计算是适用、简捷，类似的图表为数不少，可以参阅有关 书刊文献。 2．会聚压法
第六章 化工设备的工艺计算
• f．反应器： 反应器的类型、进、出口物科的流量、组 成、温度和压力，催化剂的种类、规格、数量 和性能参数； 反应器内换热装臵的型式、热负荷以及热 载体的种类、数量、压力和温度； 反应器的主要尺寸 换热式固定床催化反应器的温度、浓度沿床层的 轴向 (对大直径床还包括径向 )分布，冷激式多 段绝热固定床反应器的冷激气用量、组成和温 度。
• (8)要求高吸入性能：选用允许汽蚀余量小的泵，如液 态烃泵、双吸式离心泵。
• (9)要求低流量、高扬程：可选用多级泵、筒形泵。 • (10)当打液量精度要求高时，可用计量泵。
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二、泵的选用与设计程序
• • • • • • • • • （一）、确定泵的型式 （二）、确定泵的扬程和流量 （三）、扬程和流量的校核 （四）、泵的轴功率的校核 （五）、泵的台数和备用率 （六）、离心泵安装高度的校核 （七）、确定冷却水或驱动蒸汽的耗量 （八）、选用电机 （九）、填写选泵规格表
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• (6)输送含固体颗粒的液体
• 固体颗粒的存在使泵的扬程、效率降低，应按有关规 定校核。 • 不同类型泵均有允许的最大含固率要求。 • 输送含固体颗粒的液体可选用 YH、YPL、PLC、SP、SPB 等型号的液下泵或 LC 、 LC—B 型卧式泵和 AH 、 AHR 系列 的渣浆泵。 • (7)输送高温介质：可考虑选用热油泵。
• 易气化液体的特点如下：
a. 高压低温方可液化。
b. 气化压力随温度变化非常显著，同时介质的 密度、比热容、汽化热等物性也发生相应变化。
c.有腐蚀性和危险性，对泵的轴封要求高。 • 对密封性要求很严 • 应选用低温泵。
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• (4)输送粘性液体
• 要根据粘度的大小选泵
• (5)输送含气液体
《化工工艺计算》课件
乙烯裂解工艺计算案例
总结词
涉及反应过程、热力学数据、设备工艺尺寸和环境保护的计算。
详细描述
乙烯裂解工艺计算包括反应过程计算，如反应平衡常数、反应速率等；热力学数据计算 ，涉及反应过程中的热量变化和物质性质；设备工艺尺寸计算，根据工艺要求和物料特 性确定设备的大小和结构；环境保护计算，评估生产过程中的污染物排放和处理措施，
化工工艺流程图
总结词
详细描述化工工艺流程图的定义、作用和绘制方法。
详细描述
化工工艺流程图是表示化工生产过程中物质流程和能量流程的示意图，它能够清晰地展示化工生产过程中的各个 环节和操作流程。绘制化工工艺流程图需要遵循一定的规范和标准，包括流程图的绘制比例、设备表示方法、管 道表示方法等。
化工设备
分离效率的计算涉及到 蒸馏塔的操作和分离效 率的计算公式，通过这 些公式可以确定分离效 率和产品的纯度。
蒸发与结晶工艺计算的 实例包括计算多效蒸馏 的效数和蒸发器的传热 面积等，这些实例可以 帮助工程师更好地掌握 蒸发与结晶工艺计算的 方法和技巧。
05 化工工艺计算软件与应用
Aspen Plus软件介绍
特点
具有高度的专业性和实用性，要求计 算精度高，涉及的参数和变量多，计 算过程复杂。
化工工艺计算的重要性
01
提高生产效率
通过精确的工艺计算，可以优化生产过程，提高设备利 用率和生产效率。
02
降低能耗
合理的工艺计算有助于降低能源消耗，减少生产成本。
03
保障安全
准确的工艺计算有助于预防和减少生产事故，保障生产 安全。
04 化工工艺计算方法与实例
流体流动阻力计算
1.A 流体流动阻力计算是化工工艺计算中的重要环 节，主要涉及流体在管道中的流动阻力损失和 能量损失的计算。
化工设备的计算
化工设备的计算1. 引言化工设备是化工生产过程中不可或缺的一部分。
在进行化工设备设计和操作时，需要进行各种计算来确保设备的安全、可靠和高效运行。
本文将介绍几种常见的化工设备计算方法，包括压力容器的计算、换热器的计算、反应器的计算以及离心机的计算。
2. 压力容器的计算压力容器在化工生产中常用于贮存、反应和分离等工艺过程。
在进行压力容器设计时，需要考虑到容器内部的压力、温度、介质以及结构的强度。
以下为几种常见的压力容器计算方法：2.1 壁厚计算根据ASME标准，压力容器的壁厚计算可通过以下公式进行：t = (P * R) / (S * F)其中，t为壁厚，P为内压力，R为容器的半径，S为容器材料的应力强度，F为安全系数。
2.2 异性薄壁压力容器计算若压力容器是异性薄壁结构，则可使用以下公式进行计算：t = (R * P * (D1 * D2) ^ 0.5) / (S * F)其中，t为壁厚，R为容器的半径，P为内压力，D1和D2分别为容器两个主要方向的半径和直径，S为容器材料的应力强度，F为安全系数。
3. 换热器的计算换热器用于实现热量传递的设备。
在进行换热器设计时，需要计算热量传递系数、传热面积等参数。
3.1 传热系数计算在流体流过管内换热器时，传热系数可通过Nu 数来计算，该数值可通过以下公式求得：Nu = h * D / λ其中，Nu为Nu数，h为传热系数，D为管内直径，λ为流体的导热系数。
3.2 传热面积计算传热面积可通过以下公式计算：A = Q / (U * ΔT)其中，A为传热面积，Q为传热速率，U为整体传热系数，ΔT为热源与冷源之间的温差。
反应器用于进行化学反应的设备。
在进行反应器设计时，需要考虑到反应物的摩尔比、反应速率等参数。
4.1 反应物的摩尔比计算反应物的摩尔比可以通过化学方程式来计算，以确定摩尔数之间的比例关系。
反应速率可通过理论计算和实验测量两种方法得到。
理论计算可根据反应动力学方程和反应物摩尔比来推导。
化工设计工艺计算
化工设计工艺计算引言化工设计工艺计算是化工工程中非常重要的一部分，它涉及到对化工工艺流程进行计算和优化。
在化工设计过程中，工艺计算可以帮助工程师确定各种物质的流量、温度、压力等参数，从而确保化工过程的安全和高效运行。
工艺计算的目的工艺计算的主要目的是为了确定和优化化工工艺流程。
通过工艺计算，工程师可以确定各种物质的输入和输出流量、温度、压力等参数，以及各种反应和分离等工艺过程中的转化率、选择性等指标。
这些计算结果可以为后续的设备选型、工艺优化和设备控制提供依据。
工艺计算的方法在进行工艺计算时，可以采用不同的方法来求解不同的问题。
以下是几种常见的工艺计算方法：•质量守恒计算：质量守恒法是工艺计算中最基本的方法之一。
它基于质量守恒定律，通过计算输入和输出物质的质量，来确定各种物质的流量和转化率。
质量守恒计算可以应用于反应过程、分离过程等。
•能量守恒计算：能量守恒法是工艺计算中另一个常用的方法。
它基于能量守恒定律，通过计算输入和输出物质的能量，来确定各种物质的温度和热量。
能量守恒计算可以应用于换热过程、绝热过程等。
•传质计算：传质计算是指在化学工程中，根据质量守恒、能量守恒和相平衡等原理，计算各种物质在不同相之间的传质速率和传质系数。
传质计算可以应用于吸收、蒸汽净化等过程。
•动力学计算：动力学计算是指在化学反应中，根据反应速率常数、反应物浓度和反应物转化率等信息，计算反应的进行速率和转化率。
动力学计算可以应用于反应过程的优化和控制。
工艺计算的应用工艺计算在化工设计中有广泛的应用。
以下是一些常见的工艺计算应用：•设备设计：工艺计算可以帮助工程师确定各种设备的尺寸、设备的运行条件等，从而为设备选型和设备设计提供依据。
•工艺优化：工艺计算可以帮助工程师确定最佳的操作条件和工艺参数，从而实现工艺的优化和改进。
•设备控制：工艺计算可以帮助工程师确定设备的控制策略和控制参数，从而实现设备的自动控制和优化控制。
结论化工设计工艺计算是化工工程中不可或缺的一部分，它可以帮助工程师确定和改进化工过程的各种参数，从而实现安全、高效和可持续发展的化工工艺。
化工专业工艺计算说明书
化工专业工艺计算说明书1. 引言本说明书旨在提供化工专业工艺计算的基本原理和步骤，帮助化工从业人员正确进行工艺计算，并提供一些常用的计算范例。
2. 工艺计算的基本原理工艺计算是化工工程中不可或缺的环节，它主要包括物料平衡、能量平衡和传递过程等计算。
以下是工艺计算的基本原理：•物料平衡：物料平衡是指根据输入和输出的质量流量来分析和计算各种物质在化工过程中的流动和转化情况。
物料平衡的基本原理是质量守恒定律，即输入和输出的质量必须保持平衡。
•能量平衡：能量平衡是指根据输入和输出的能量流量来分析和计算系统内能量转化的情况。
能量平衡的基本原理是能量守恒定律，即输入和输出的能量必须保持平衡。
•传递过程：传递过程是指物料在化工过程中从一种状态转化为另一种状态的过程，例如传热、传质、传动力学等。
传递过程的计算主要基于一些基本原理和工艺参数。
3. 工艺计算步骤工艺计算主要包括以下步骤：3.1 收集数据在进行工艺计算之前，需要收集相关的数据和参数，包括原料成分、反应条件、物料流量、温度、压力等。
这些数据是进行工艺计算的基础。
3.2 物料平衡计算物料平衡计算是根据输入和输出的质量流量，计算各种物质在化工过程中的流动和转化情况。
物料平衡计算可以采用代数法、图解法或者计算软件进行。
3.3 能量平衡计算能量平衡计算是根据输入和输出的能量流量，计算系统内能量转化的情况。
能量平衡计算可以包括传热计算、传质计算、功率计算等。
3.4 传递过程计算传递过程计算是针对具体的传递过程进行计算，例如传热计算可以采用热传导方程、传质计算可以采用质量守恒方程等。
传递过程的计算一般需要根据实际情况选择合适的计算方法。
4. 工艺计算范例以下是一些常用的工艺计算范例：4.1 反应物料平衡计算假设有一个反应过程：A + B → C，已知反应物A和B的输入流量，求产物C的输出流量。
根据反应物料的平衡，可以得到以下公式：输入A的质量流量 + 输入B的质量流量 = 输出C的质量流量4.2 热平衡计算假设有一个加热过程，已知输入的能量流量和输出的能量流量，求加热器的热效率。
化工工艺计算说明书
化工工艺计算说明书1. 引言本文档旨在提供化工工艺计算的详细说明和指导。
计算是化工领域中不可或缺的一部分，通过准确的计算可以帮助工程师制定科学的工艺流程和优化设备设计。
本文档将介绍常见的化工计算方法和工具，并提供示例以便读者更好地理解和应用。
2. 常见化工计算方法2.1 流体力学计算流体力学计算是化工工艺中最常见的计算之一。
它包括液体和气体在管道中流动的速度、流量、压力损失等参数的计算。
常用的流体力学计算方法有：•流速计算：通过引入质量和体积流量的定义，可以计算出流体在管道中的速度。
•压力损失计算：通过考虑流体的粘度、密度和管道长度等因素，可以计算出流体流动过程中的压力损失。
2.2 热力学计算热力学计算是研究能量转化和传递的关键计算方法。
在化工领域中，热力学计算被广泛应用于热传导、物质变化和能量平衡等方面。
常用的热力学计算方法有：•温度计算：通过考虑材料的热导率和热容量，可以计算出物体在不同条件下的温度分布。
•相变计算：通过考虑物质的相变热和变化过程中的能量平衡，可以计算出相变过程中的温度和物质的变化量。
2.3 反应工程计算反应工程计算是研究化学反应过程的一种重要方法。
它可以用于确定反应方程式、估计反应速率以及分析反应过程中的各种参数。
常用的反应工程计算方法有：•反应平衡计算：通过考虑反应物和生成物之间的化学平衡关系，可以计算出反应物的转化率和生成物的浓度。
•反应速率计算：通过实验数据，可以建立反应速率方程，并通过该方程计算出反应的速率常数和反应物的消耗速率。
3. 常见化工计算工具3.1 ExcelExcel是一种功能强大的电子表格软件，广泛应用于各个领域的计算和数据分析。
在化工领域中，可以利用Excel进行各种化工计算，例如流体力学计算、热力学计算和反应工程计算。
Excel具有易用性和灵活性，可以通过公式和函数进行复杂的计算和数据处理。
3.2 MATLABMATLAB是一种专业的数值计算和科学数据可视化软件，被广泛应用于化工领域的计算和分析。
化工设备的计算
般化工和设备的设计及其计算编辑：00四年＋月＋八日1、 ------------------------- 目录2、 筒体和封头设计的参数选择---------------------------------------------------- 3（一） ---------------------------------- 、设计压力 P 3 （二） ---------------------------------- 、设计温度T 3 （三） ----------------------------------------- 、许用应力［（7 ］和安全系数n ----------------------- 4 （四） -------------------------------------- 、焊接接头系数V 6 （五） ------------------------------------- 、壁厚附加量C 7 （六） -------------------------------------- 、直径系列与钢板厚度 7 （七） ---------------------------------- 、最小壁厚 83、 筒体与封头的设计及计算 --------------------- 9（一） ----------------------------------------- 、受内压薄壁园筒的计算公式 -------------------------------------- 9 （二） -------------------------------------------- 、半球形封头的计算公式（凹面受压） -------------------------------- 11 （三） ------------------- 、椭圆形封头的壁厚计算 11 （四） --------------------- 、锥形封头的壁厚计算 13 （五） --------------------- 、平板封头的壁厚计算 134、 化工计算公式及举例 ---------------------- 16（一） ---------------------------------- 、热位移和热 16 （二） --------------------------------------- 、热应力产生的轴向推力 16（三） ----------------------- 、流体管径的计算 17 （四） ----------------------- 、流体管子壁厚计算 18（五） -------------------------------------- 、泵的功率和效率计算 195、 -------------------------- 传热学的有关公式及举例 ----------------------------------- 21 （一）录---- 2------- 50--- 5464、热量衡算------------------------- 21（二）---------------------------------- 、传热方程式26（三）---------------------------------- 、传热温度差27（四）--------------------------------------- 、导热方程式和导热系数30（五）--------------------------------------- 、给热方程式和给热系数34（六）---------------------------------- 、传热系数40（七）---------------------------------- 、污垢热阻48（八）、管路与设备的热损失和热绝缘（九）---------------------------- 、加热、冷却和冷凝（+ ）、蒸发----------------------6、有关参数----------------------------- 75一般化工设备计算公式及举例筒体和封头设计的参数选择、设计压力P设计压力是容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于正常工作情况下容器顶部可能达到的最高压力。
化工设备的计算
一般化工和设备的设计及其计算编辑：二00四年＋月＋八日目录1、目录-----------------------------------------------22、筒体和封头设计的参数选择---------------------------3（一）、设计压力 P---------------------------------3 （二）、设计温度 T---------------------------------3 （三）、许用应力[σ]和安全系数 n-------------------4 （四）、焊接接头系数 ----------------------------6 （五）、壁厚附加量 C ------------------------------7 （六）、直径系列与钢板厚度-------------------------7 （七）、最小壁厚-----------------------------------8 3、筒体与封头的设计及计算-----------------------------9（一）、受内压薄壁园筒的计算公式-------------------9 （二）、半球形封头的计算公式（凹面受压）----------11 （三）、椭圆形封头的壁厚计算----------------------11 （四）、锥形封头的壁厚计算------------------------13 （五）、平板封头的壁厚计算------------------------13 4、化工计算公式及举例--------------------------------16（一）、热位移和热--------------------------------16 （二）、热应力产生的轴向推力----------------------16 （三）、流体管径的计算----------------------------17 （四）、流体管子壁厚计算--------------------------18 （五）、泵的功率和效率计算------------------------19 5、传热学的有关公式及举例----------------------------21（一）、热量衡算----------------------------------21 （二）、传热方程式--------------------------------26 （三）、传热温度差--------------------------------27 （四）、导热方程式和导热系数----------------------30 （五）、给热方程式和给热系数----------------------34 （六）、传热系数----------------------------------40 （七）、污垢热阻----------------------------------48 （八）、管路与设备的热损失和热绝缘----------------50 （九）、加热、冷却和冷凝--------------------------54 （＋）、蒸发--------------------------------------64 6、有关参数------------------------------------------75一般化工设备计算公式及举例筒体和封头设计的参数选择一、设计压力 P设计压力是容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于正常工作情况下容器顶部可能达到的最高压力。
化工工艺计算
A热流介质T1=64.0→T2=####B冷流介质t1=30.0→T2=####A蒸汽流量W=800.0A蒸汽蒸汽潜热r=1100.0A的比热容C= 2.5水的比热容 4.2循环水用量Y=选取总传热系数K=500.0需换热面积S=m m/s kg/m3j/kg.℃kj/kg kj/kg.℃kj/kg.℃w/m2.℃二、选择换热器型号根据管内水流一、换热器换热面积初算对数平均温差△tm=kg/h 冷凝器热负荷Q=校核循环水三、换热器传热系数核算1、管内传热系数ai核算管内循环水流核算：管内流速u= 1.0管内水的黏度μ=（30℃-40℃）0.000727管道雷诺数Re=选取换热器的内径di=0.02流体密度p=1000.0水的比热容4200.0当管内流体升温时管内换热系数ai=w/m.℃kj/kg w/m.℃取4到8m kg/m3mPa.s管内水的热导系数λ=（30℃-40℃）0.62.壳程传热系数ao的核算（壳程流体为蒸汽，工业多为膜状冷凝）A热流蒸汽的冷凝热1100.0A在冷凝温度液态热导系数λ=0.2当管内流体升温时管内换热系数ai=立式冷凝器壳程的传热系数ao=冷凝液密度р790.0液化温度的黏度Ч0.35重力加速度g 9.8饱和蒸汽温度与壳壁温度差⊿t5.03.总传热系数K的核算循环水阻垢系数Rsi=0.00034传热管长度L 3.0换热器总传热系数核算Ko=A热流蒸汽的阻垢系数Rso=0.00017换热管外径do 25.0换热管外径di20.027510.3大于10000为湍流w/m2.℃1543.91687.8w/m2.℃500.7w/m2.℃。
1.3 化工工艺计算
3．产率（或选择性S）
产率表示了参加主反应的原料量与参加反应的原料量 之间的数量关系。反映原料的利用是否合理。 即参加反应的原料有一部分被副反应消耗掉了，而没有 生成目的产物。产率越高，说明参加反应的原料生成的目 的产物越多。
产率＝
×100%
例3 用乙烷作裂解原料生产乙烯，在一定的生产条件 下，通入裂解炉的乙烷量为7000kg/h，反应后，尾气中含乙 烷2450kg/h，得到乙烯量为3332 kg/h，求乙烯的产率。
（1）单程转化率 参加反应的原料量占通入反应器原料总量的 百分率。 （2）总转化率 参加反应的原料量占通入反应体系原料总量 的百分数。 （3）平衡转化率 指某一化学反应达到平衡状态时，转化为目的产 物的 原料占该种原料量的百分比。
（1）单程转化率（XA）
单程转化率＝ ×100%
＝
×100%
例1 以乙烷为裂解原料生产乙烯，在一定的生产条件下， 通入裂解炉的乙烷量为7000kg/h，反应后，尾气中含乙烷 2450kg/h，求乙烷的转化率。 解：单程转化率＝ ×100% ＝ ＝65% ×100%
教材P13
【例1-2】用邻二甲苯气相催化氧化生产邻二甲苯酸酐
（苯酐）。邻二甲苯投料量为205kg/h，空气通入量（标 准状态）4500m3/h，反应器出口物料组成（摩尔分数） 如表所示：
试计算邻二甲苯转化率、苯酐收率及反应选择性。
物料衡算和热量衡算是化学工艺的基础之一，通过物 料、热量衡算，计算生产过程的原料消耗指标、热负荷和 产品产率等，为设计和选择反应器和其他设备的尺寸、类
4.查取手册得到有关热力学数据 各组分的标准生成焓△Hfiθ和25～500℃间的平均 摩尔定压热容CP,m见下表：
组分 CH4 H2O(g) CO CO2 H2 △HF /（kJ·kmol） CP,m/（kJ·kmol·℃ ） -74.85×10 -242.2×10
化工工艺教学课件-第6章-氨合成
第六章氨合成☐掌握氨合成原理及反应特点☐掌握主要工艺条件☐了解氨合成塔分类、结构形式及其特点☐知道节能型合成工艺的热回收形式☐掌握催化剂主要成分和作用6.1热力学基础一、氨的合成及其反应特点1 可逆反应，转化率的问题2 放热反应，反应热及时移走，温度控制3 体积缩小，反应压力4 催化剂加速，选择问题，寿命问题5 平衡氨含量随压力升高、温度降低、惰性气含量减少而增大。
反应特点：本章的重点二、化学平衡及平衡常数氨合成是放热和摩尔数减少的可逆反应：加压下的化学平衡常数K p 不仅与温度有关，而且与压力和气体组成有关，需改用逸度表示。
K p 与K f 之间的关系为式中：f 和y 为各平衡组分的逸度和逸度系数。
若已知各平衡组分的逸度系数y ，由上式可计算加压下的Kp 值。
γγγγK K P P P f f f K P H H N N NH NH H N NH f ===2/3*2/1**2/3*2/1**)()()()(222233223高压下气体不能看做理想气体IT BT T T K p-⨯+--=-27010856.1lg 4943.2/8.2074lg B 、I 系数值如下表：P B /10-4I 00.009333.00.34 2.0215.0256 2.09010.0256 2.11330.02562.20660.010.8563.059100.026.8334.473三、平衡氨含量氢氮比为3时平衡氨含量(%)P/MPaT/°C 10 15 20 32 60 80 360 35.10 43.35 49.62 60.43 75.32 81.80 384 29.00 36.84 43.00 54.00 69.94 77.24 424 20.63 27.39 33.00 43.60 60.35 68.68 464 14.48 19.94 24.71 34.24 50.62 59.42 504 10.15 14.39 18.24 30.90 41.44 50.13 552 6.71 9.75 12.62 18.99 31.81 39.78四、影响平衡氨含量的因素平衡氨含量是温度、压力、气体组成的函数a．压力和温度的影响温度越低，压力越高，平衡常数K p越大，越高。
化工设备选型及设计计算
化工设备选型及设计计算化工设备的选型和设计计算是化工工程中非常重要的环节，它直接关系到化工生产过程中的效率和安全。
本文将围绕化工设备选型和设计计算展开阐述，包括设备选型的原则和方法、设备设计计算的主要内容等。
一、设备选型的原则和方法1.符合工艺要求：化工设备选型首先要满足工艺要求，即能够满足生产过程中所需的温度、压力、流量等基本参数。
选型时需要充分了解工艺过程中各参数的要求，并与设备选型参数进行比较。
2.经济可行：化工设备的选型还要考虑到经济因素，包括设备的价格、运行成本和维护费用等。
选型时需权衡设备价格与运行成本，选择性价比较高的设备。
3.安全可靠：化工设备的选型还要考虑其安全可靠性。
选型时需要充分考虑设备的材质、结构和技术参数等，确保设备能够稳定工作，不发生泄露、爆炸等安全事故。
4.环保节能：化工设备的选型还要考虑到环保和节能要求。
选型时应选择具有节能、减排和环保功能的设备，以减少对环境的影响。
化工设备的选型方法主要包括以下几种：1.参考经验数据：可以参考相似工艺过程中已经使用的设备型号和参数，根据经验选择合适的设备。
2.询价比较：可以向多家设备供应商询价，比较不同设备的价格、性能和技术指标，选择最合适的设备。
3.模拟计算：可以通过模拟计算的方法，根据工艺参数和设备特性进行计算，得出最佳选型方案。
二、设备设计计算的主要内容化工设备的设计计算主要包括以下几个方面：1.设备尺寸计算：根据工艺要求和设备性能参数，进行设备尺寸的计算。
如容器的体积计算、管道的直径计算等。
2.材料选择：根据工艺要求和设备使用环境，选择合适的材料。
要考虑到材料的耐腐蚀性、耐高温性、强度等因素。
3.压力容器计算：对于压力容器，需要进行强度计算和稳定性分析，确保容器能够安全承受工作压力。
4.传热计算：对于传热设备，需要进行传热计算，包括传热面积的计算、传热系数的计算等，以确保传热效果满足工艺要求。
5.流体流动计算：对于流体输送设备，需要进行流体流动计算，包括管道的阻力计算、流量的计算等，以确保流体能够正常运行。
化工设计工艺计算PPT学习教案
单元设备的热量衡算
主要内容包括：计算传入或传出的热量 1.方法与步骤： (1)绘制以单位时间为基准的物料流程图，确定热量平衡范围；在
物料流程图上标明已知温度、压力、相态等已知条件； (2)根据物料流向及变化，列出热量衡算方程式。
∑Q= ∑Q出 - ∑Q进
(3)搜集有关数据。 (4)选定计算基准温度。由于手册，文献上查到的热力学数据大多
塑料泵
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喷射器（左）液下泵（右）
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屏蔽泵
屏蔽泵由于没有转轴密封，可以做到绝对无泄漏，因而在化工装置中的使用已愈来愈 普遍。屏蔽泵的原理和结构特点普通离心泵的驱动是通过联轴器将泵的叶轮轴与电动 轴相连接，使叶轮与电动机一起旋转而工作，而屏蔽泵是一种无密封泵，泵和驱动电 机都被密封在一个被泵送介质充满的压力容器内，此压力容器只有静密封，并由一个 电线组来提供旋转磁场并驱动转子。这种结构取消了传统离心泵具有的旋转轴密封装 置，故能做到完全无泄漏。屏蔽泵把泵和电机连在一起，电动机的转子和泵的叶轮固 定在同一根轴上，利用屏蔽套将电机的转子和定子隔开，转子在被输送的介质中运转 ，其动力通过定子磁场传给转子。
解：过程如图，基准：100 kmol的废气。 锅炉的能量平衡为：
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计算结果
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第三节 典型设备工艺设计与选型
分类：
1）一类称定型设备或标准设备； 2）一类称非定型设备或非标准设备。
化工设备工艺设计，对于定型设备来说就是选型， 对于非定型设备来说就是通过化工计算，提出型式、 材料、尺寸和其它一些要求，由化工设备专业进行工 程机械加工设计，由有关机械加工厂制造。
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各种泵的特性
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化工设备的计算
化工设备的计算化工设备是化工过程中必不可少的一部分，负责实现化工物质的混合、反应、分离、蒸馏等过程。
化工设备的计算是化工设计和生产过程中非常重要的一环。
本文将介绍化工设备的计算方法、计算原则以及常见的计算问题。
一、化工设备的计算方法1. 容积计算容积计算是计算化工设备容积大小的方法。
在化工设备中，容积大小对于反应速率、反应效果等都有着非常大的影响。
容积计算需要考虑多种因素，如反应物的量、反应速率、反应温度、反应时间等等。
通常采用数值计算或试验测定的方式来实现。
2. 柱塔计算柱塔计算是计算化工分离设备中塔的大小、填料数量、塔板数量等的方法。
柱塔计算需要考虑到物质流量、温度、压力等因素，以及填料类型、塔板类型等因素。
通常采用经验计算、数值计算等多种方法来进行。
3. 熱傳計算熱傳計算是计算化工设备中的传热过程的方法。
在化工过程中，往往需要将热量传递给反应或分离设备，或者从这些设备中取出热能。
熱傳計算需要考虑到多种因素，如传热系数、传热面积、传热介质等等。
通常采用数值计算、经验计算等方法来进行。
二、化工设备的计算原则1. 安全性原则化工设备的计算一定要确保其安全性。
化工设备通常以高温、高压、易燃、易爆等特点而著称，因此在计算时必须考虑到一系列的安全措施，如防爆措施、操作规程等等。
2. 经济性原则化工设备的计算一定要充分考虑到经济方面。
在化工生产环节中，设备是生产过程中的一个重要环节，然而设备也是生产成本的主要来源。
因此，在设计和计算化工设备时，需要充分考虑到经济性原则，减少成本，提高效益。
3. 环保性原则化工设备的计算一定要充分考虑到环保方面。
化工生产通常会产生很多有害物质，如果不进行合理的处理，将对环境造成不良影响。
因此，在设计和计算化工设备时，需要充分考虑到环保性原则，减少对环境的不良影响。
三、化工设备计算存在的问题1. 计算不精确化工设备的计算通常是基于理论模型或经验公式进行的，因此存在一定的误差。
化工设备的工艺设计
产生大量溶解热和反应热的物系宜采用板 式塔.因为可在塔板上安装冷却排管，在塔 外冷却后回到塔内以控制塔温。 处理有腐蚀性物料宜用填料塔，因为板式 塔 需用耐腐蚀的金属材料，造价高。 热敏性物料的蒸馏宜用填料塔。填料塔内 液体的滞留量较小，在塔内停留时间短。 填料塔适用于处理发泡液体，因填料能起 到破碎泡沫作用。
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6.3.2.2 流体路径：热载体上进下出， 冷剂下进上出。 管程： 清洁、易结垢的流体 流量、粘度大（因管程可以做成 多程结构，得到较大的流速，k↑） 蚀性、有毒性流体 （避免管束和 壳体同时腐蚀） 压力高的流体
壳称：
1
被冷却的流体
2
饱和蒸汽
6.3.2.3 冷热流体温差的取值
6.2 泵的选用 6.2.1 对化工用泵的要求 （1）输送易燃、易爆、易挥发、有毒、有腐蚀及贵重 介质，要求密封性可靠，应选磁力驱动泵或屏泵。 （2）输送腐蚀性介质，选耐腐蚀泵，根据介质的特性 和温度范围，选择不同的材质的泵的过流部件。 非金属：聚氯乙烯、玻璃钢、聚丙细、氟塑料、石墨、 搪玻璃、陶瓷。（适用范围：222页表6.1） 金属： 不锈钢、铝合金、钛合金、纯钛等 （3）输送易气化的液体（低沸点液体-30~-160℃）选 低温泵。 （4）输送高温介质：热油泵 各类泵的特点见P223 表6.3
e. 精馏塔：塔进料、塔顶、塔底产品的流量、 组成、温度、塔操作压力、塔径、塔板类型 塔板数、填料种类、规格、填料高度、每段 填料的高度和段数、进料位置、灵敏板位 置。 f. 对于标准设备：根据工艺需要确定标准图图 号和型号。 g. 对非标设备：向设备专业提供设计条件和草 图、明确设备的形式、材质、基本设计参数 管口、维修、安装、支撑及其它要求（如防 爆口、人孔、手孔、仪表接口等）
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1.流体的流速（u）
• u↑α ↑ Rs↓K ↑A ↓△P ↑能耗↑腐蚀严重，设备震动， 影响操作和使用寿命。存在经济问题。（经济核 算）
• 通常应在湍流区，即Re＞104。 • 具体数据可根据物料性质和走向查表确定。 • 物料衡算→流量，选流速，确定进出口直径。
20
2. 流体的路径
• A.走管程的流体： • (1)不清洁和易结垢的流体； • (2)流量小的流体和粘度大的液体； • (3)腐蚀性液体； • (4)压力高的流体； • (5)有毒性的介质； • (6)温度高的介质。 • B.走壳程的流体： • (1)饱和蒸汽； • (2) 被冷却的流体；
• 后确定规格:
3
• a．换热器： 热负荷，换热面积，热载体的种类，冷、热流体的流 量，温度和压力。
• b．泵 ：流量，扬程，轴功率，允许吸上高度。 • c．风机：风量和风压。 • d．吸收塔：
气体的流量、组成、压力和温度；吸收剂种类、流 量、温度和压力；塔径、简体的材质、塔板的材质、 塔板的类型和板数(对板式塔)；填料种类、规格、填 料总高度，每段填料的高度和段数(对填料塔)。
荐值 • （2）理论计算 • （3）取现场数据 • 9.换热面积的确定：
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典型换热器设计程序
• A明确传热要求，传热速率、流体流动速率、温度； • B收集流体的物性，密度、粘度、导热系数； • C设计换热流程 • D确定换热器的形式、材质、冷热流体流向 • E确定和计算平均温度差
• F初算总传热系数（α1、 α2 、Rs、K）
5
• f．反应器： 反应器的类型、进、出口物科的流量、组成、
温度和压力，催化剂的种类、规格、数量和性 能参数；
反应器内换热装置的型式、热负荷以及热载 体的种类、数量、压力和温度；
反应器的主要尺寸 换热式固定床催化反应器的温度、浓度沿床层的
轴向(对大直径床还包括径向)分布，冷激式多 段绝热固定床反应器的冷激气用量、组成和温 度。
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2.贮罐设计参数*
• 设计压力：由工艺提出 • 设计温度：由工艺提出 • 公称容积：根据贮存物料的流量和贮存时间，再乘以
20%安全系数。 • 公称直径：参照常规贮罐的高径比，或查阅已有贮罐
系列。 • 腐蚀余量：根据贮罐介质定。 • 设计载荷：包括风载荷、雪载荷、灌顶附加载荷及抗
震烈度等。 • 材质选择：根据介质物性及工艺选择。 • 贮罐型式：根据介质物性、工艺条件及容积确定。 • 贮罐台数：
5℃。 • (3)冷凝含有惰性气体的流体时，冷却剂出口温度至少比冷凝
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)用水为冷却剂时，冷却水进、出口温度差一般取5~10 ℃。
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• 4.管内径、管长、管间距、壳体尺寸的确定
• 标准管径：碳钢和合金钢φ25×2.5、φ19×2
• (10)当打液量精度要求高时，可用计量泵。
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二、泵的选用与设计程序
• （一）、确定泵的型式 • （二）、确定泵的扬程和流量 • （三）、扬程和流量的校核 • （四）、泵的轴功率的校核 • （五）、泵的台数和备用率 • （六）、离心泵安装高度的校核 • （七）、确定冷却水或驱动蒸汽的耗量 • （八）、选用电机 • （九）、填写选泵规格表
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• 二、 换热器的系列化
• 在工程设计中，应尽量选用标准系列的换热器
• 三、换热器部分设计参数的取值*
• 1.流体的流速（u） • 2.流体的路径：管程、壳程 • 3.换热器两端冷热流体温差的取值 • 4.管内径、管长、管间距、壳体尺寸的确定 • 5.压力降 • 6.管程数的确定：1、2、4 • 7.污垢系数 • 8.总传热系数的确定 • 9.换热面积的确定
• （化工工艺设计人员的工作内容？）
• 化工设备工艺设计的基础：以工艺流程设计、物料衡算、 热量衡算为基础。
• 化工设备分类*：
• 化工设备从设计角度分为：标准设备或定型设备、非准 设备或非定型设备。
• 化工设备从功能角度分为：物料输送设备、换热设备、反 应设备、分离设备等。
2
化工设备选用和工艺设计的要求*
• （八）、选用电机
• （九）、填写选泵规格表
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6.3换热器的设计和选用
• 一、传热设备的类型和性能比较 • 传热设备的类型*：
间壁式、混合式及蓄热式三种，其中间壁式 是化工生产中应用最为广泛的类型。 传热设备的性能比较*： 操作压力、操作温度、传热面积大小及可调 性、单位面积重量、传热系数、金属耗量、 结构可靠性、热补偿能力、管内和管间的清 洗、检修、材料要求等。
锈钢、高合金钢、铁及其合金等。 • 非金屑耐腐蚀泵材质：聚氯乙烯、玻璃钢、聚
丙烯、F46、氟合金、超高分子量聚乙烯、石 墨、陶瓷、搪玻璃和玻璃等。
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• (3)输送易气化液体 • 易气化液体的特点如下：
a. 高压低温方可液化。 b.气化压力随温度变化非常显著，同时介质的密 度、比热容、汽化热等物性也发生相应变化。 c.有腐蚀性和危险性，对泵的轴封要求高。 • 对密封性要求很严 • 应选用低温泵。
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3. 换热器两端冷热流体温差的取值
• 温差大，可使换热器的传热面积小，节省设备投资；但冷却 剂的用量大，增大了操作费用。
• 换热器两端冷、热流体温差的取值应考虑其经济合理性。使 投资和操作费用之和最小。
• (1)换热器热端冷、热流体温差应在20℃以上。 • (3)用水或其他冷却介质时，冷端温差可以小些，但不要低于
• 由此可初步确定泵的规格、型号。
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（三）、扬程和流量的校核
• 泵的型号确定后，须校核所选泵的流量和扬程是 否符合工艺要求。
• 制造厂提供的泵的性能曲线或性能表一般是在常 温常压下用清水测得的。
• 若给送的液体的物理性质与水有较大差异(例如输 送高粘度液体)，则应将泵的性能指标流量、扬程 换算成对被输送液体来说的流量和扬程的值，然 后把工艺条件要求的流量和扬程与换算后的泵的 流量和扬程比较，确定所选泵的性能是否符合工 艺要求。
•
不锈钢φ25×2、φ19×2
• 管长：1.5m、2m、3m、6m、9m
• 通常管长与换热器直径比为6~10。保证检修方便， 经济合理。
• 管间距为管径的1.25~1.5倍，间隙应不小于管径的 1/4，4.7mm为最小间隙。
• 壳体直径为300-600mm，壁厚为10mm。
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• 5.压力降： • 与操作压力有关，查手册有参考范围。 • 6.管程数的确定：1、2、4 • 7.污垢系数 • 8.总传热系数的确定 • （1）供初估换热面积使用的总传热系数推
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二、泵的选用与设计程序 （一）、确定泵的型式
• 1.根据被输送物料的基本性质
物料的基本性质包括相态、温度、粘度、密度、 挥发性、毒性、与空气形成爆炸性混合物的可 能性和化学腐蚀性等。
• 2.考虑生产的工艺过程，动力，环境和安全要 求等条件。
• 3.在选择泵的类型时，往往不可能完全满足各 个方面的要求，应以满足工艺和安全要求为主 要目标，其他方面的要求(如扬程、扬量)都要 服从主要的要求。
• 总要求：
• 合理性、先进性、安全性、经济性
• 设备的技术经济指标要求：
• 单位生产能力、消耗系数、设备价格、设备管理 费用、产品总成本
• 设备的结构要求：
• 强度与刚度要求、设备耐久性要求、密封性要求、 材料用量和材质要求、安装、操作、维修、运输 等。
• 化工设备选用的一般原则：
• 先选择设备的型式：根据工艺要求、流体型 式……
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（二）、确定泵的扬程和流量
• 1.流量：以工艺计算确定的流量值为基础值，考虑到 操作中有可能出现的流量波动以及开车、停车的需 要，应在正常流量值的基础上乘以1.1~1.2的安全系 数。（由物料衡算得到）
• 2.扬程：由于管道阻力计算常有误差，而且在运行过 程中管道的结垢、积碳也使管道阻力大于计算值， 所以扬程也应采用计算值的1.05~1.1倍。 （由热量衡 算得到）
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（六）、离心泵安装高度的校核
• 为避免发生汽蚀或打不上液体的情况，泵 的安装高度必须低于泵的允许吸上高度。 为了安全起见，安装高度应比计算出来的 允许吸上高度低0.5~1m。
• 在泵的型号选定之后，要计算允许吸上高 度的值，并核对泵的安装高度是否合乎要 求。
• （七）、确定冷却水或驱动蒸汽的耗量
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（四）、泵的轴功率的校核
• 泵样本上给定的功率是用水测得的。
• 当输送密度和粘度与水相差较大的液体时， 须使用有关公式进行校正，用校正后的轴功 率选择配套电机。
• （五）、泵的台数和备用率
• 一些重要岗位的泵、高温操作或其他苛刻条 件下使用的泵，备用率一般取100％;其他情 况下连续操作的泵，可考虑用50％的备用率。 在连续操作的大型装置中使用的泵应考虑较 大的备用率。
• 输送含固体颗粒的液体可选用YH、YPL、PLC、SP、 SPB 等 型 号 的 液 下 泵 或 LC 、 LC—B 型 卧 式 泵 和 AH 、 AHR系列的渣浆泵。
• (7)输送高温介质：可考虑选用热油泵。
• (8)要求高吸入性能：选用允许汽蚀余量小的泵，如液 态烃泵、双吸式离心泵。
• (9)要求低流量、高扬程：可选用多级泵、筒形泵。
• G由传热基本方程计算传热面积 • H调整温度差，再算传热面积 • i确定换热器结构，选用系列换热器 • J计算换热器压降，若大于允许值，返回重算，直到
达到要求。 • K画出设备草图
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6.4贮罐的选型和设计
• 1. 贮罐的系列化和标准化 • (1)R容器系列(碳素钢和低合金钢容器通用设计图系
列) • (2)钢制立式圆筒形固定顶贮罐系列 • (3)钢制立式圆筒形内浮顶贮罐系列 • (4)玻璃钢贮罐标准系列 • (5)拼装式玻璃钢贮罐标准系列 • (6)钢制低压湿式气柜 • (7)发酵罐 • (8)立式薄壁常压容器系列 • (9)搪玻璃设备 • (10)球罐系列