5 设备的工艺设计及化工设备图

3 设计与选型的基本步骤
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三、贮罐容器的选型和设计
按使用目的的不同， 可分为贮存容器的 计量、回流、中间周转、 缓冲、混合等工艺容器。
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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。
• 有效功率与轴功率的比值为离心泵的效率
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• (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
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二、换热设备的设计和选用
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一）换热器的分类
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一）换热器的分类
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一）换热器的分类
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二）换热器设计的一般原则
• (7)尽量选用标准设计和标准系列
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三）管壳式换热器的设计和系列选用
• 管壳式换热器是一种传统的标准换热设备， 它具有制造方便、选材面广、适应性强、 处理量大、清洗方便、运行可靠、能承受 高温高压等优点，是工厂中应用最广泛的 换热设备。
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• 按接触方式
– 可分为连续（微分）接触式（填料塔）和逐级 接触式（板式塔）两大类，在吸收和蒸馏操作 中应用极广 。
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填料塔
在圆柱形壳体内装填一定高度的填料， 液体经塔顶喷淋装置均匀分布于填料层 顶部上，依靠重力作用沿填料表面自上 而下流经填料层后自塔底排出；气体则 在压强差推动下穿过填料层的空隙，由 塔的一端流向另一端。气液在填料表面 接触进行质、热交换，两相的组成沿塔 高连续变化。
气体 溶剂
DJ 塔盘
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新型塔板、填料
板式塔 36
填料塔和板式塔的主要对比
板式塔 压降 空塔气速 塔效率 持液量 液气比 较大 较大 填料塔 小尺寸填料较大；大尺寸填料及规整填 料较小 小尺寸填料较小；大尺寸填料及规整填 料较大
较稳定，效率较高 传统填料低；新型乱堆及规整填料高 较大 适应范围较大 较小 对液量有一定要求
• 2）结合动力学和反应器两方面特性来确定 操作方式和优化的操作设计； • 3）根据给定的产量对反应装置进行设计计 算，确定反应器的几何尺寸并进行经济评 价。
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3 反应器的设计要点
• (1)保证物料转化率和反应时间。
• (2)满足反应的热传递要求。 • (3)设计适当的搅拌器或类似作用的机构。 • (4)注意材质选用和机械加工要求。
– – – – – ①支撑板。 ②液体喷淋装置。 ③液体再分布装置。 ④气体分布器。 ⑤除雾器。
• (5)验算。
• (6)计算填料层高度Z。 • (9)绘制塔设备结构图.
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4 板式塔设计程序
• (1)汇总设计参数和物 性数据。
• (2)选择板式塔的塔板 结构。 • (3)进行工艺计算 • (4)塔径计算 • (5)塔节上人孔、手孔 的确定。
经济的选择。
• 2.盐酸: 内衬橡胶泵和
• 3.硝酸: 不锈钢是应用最 广的耐硝酸材料，对常温 下一切浓度的硝酸都有良 好的耐蚀性，对于高温硝 酸，通常采用钛及钛合金 材料。 • 4.醋酸 : 不锈钢是优良的 耐醋酸材料，高温高浓醋 酸或含有其它腐蚀介质等 苛刻要求时，可选用高合 金不锈钢或氟塑料泵。
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2 泵的分类
• 通常把提升液体、输送液 体或使液体增加压力,即把 原动机的机械能变为液体 能量从而达到抽送液体目 的的机器统称为泵。 • 泵的不同用途、不同的输 送液体介质、不同流量、 扬程的范围，泵的结构型 式当然也不一样，材料也 不同.
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3 泵选型中考虑的问题 （1）耐腐蚀问题
– 泵的扬程包括吸程在内，近似为泵出口和入口压力差。 扬程用H表示，单位为米（m）。
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确定泵的安装高度
• 离心泵的安装技术关键在于确定水泵安装高度。
– 是指水源水面到水泵叶轮中心线的垂直距离。 – 不能与允许吸上真空高度混为一谈，水泵铭牌或产品说明书上标 示的允许吸上真空高度并没有考虑吸水管道配套以后的水流状况。 – 水泵安装高度应该是允许吸上真空高度扣除了吸水管道损失扬程 以后，所剩下的那部分数值，它要克服实际地形吸水高度。
• 水泵安装高度不能超过计算值，否则，水泵将会抽不上水来。
• 影响计算值的大小是吸水管道的阻力损失扬程，因此，宜采用最短 的管路布置，并尽量少装弯头等配件，也可考虑适当配大一些口径 的水管，以减管内流速。
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(4)确定泵的台数和备用率。
• 对正常运转的泵，一般只用一台，因为一台大泵
与并联工作的两台小泵相当（指扬程、流量相同） 时，大泵效率高于小泵，故从节能角度讲宁可选
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设计贮罐的一般程序
• (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。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。
• (6)选择标准型号
– 根据计算初步确定它的直径、长度和容积，在有关手册中查出与之符 合或基本相符的标准型号。
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塑料泵（如聚丙烯、
氟塑料等）是输送盐 酸的最好选择。
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1）耐腐蚀问题
• 5.碱（氢氧化钠）: 钢 铁广泛应用于80℃以下、 30%浓度内的氢氧化钠溶 液，也有许多工厂在 100℃、75%以下时仍采 用普通钢铁，虽然腐蚀增 加，但经济性好。对于高 温碱液多采用钛及钛合金 或者高合金不锈钢。 • 6.氨: 只有铜和铜合金不 宜使用。
化工厂设计
Design of Chemical Plant
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5 设备的工艺设计及化工设备图
• 基本要求
– 1)掌握化工设备的选用和设计的一般原则; – 2)熟练进行化工设备的选用(设计); – 3)熟练掌握化工设备图的绘制和阅读.
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5 设备的工艺设计及化工设备图
– 化工设备选用及工艺设计的一般原则 – 化工设备的选用 – 非定型设备设计的主要程序 – 化工设备图
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4 流速
• 流速较高，可提高传热效率，有利于冲刷污垢和沉积； • 但流速不能过大。
• 参见：常用流速范围。
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• (5)传热系数
– 应设法增大传热膜系数一侧数值。 – 计算传热面积时，常以小的一侧为准。
• (6)污垢系数
– 在设计换热器时要慎重考虑流速和壁温的影响。 – 从工艺上降低污垢系数，如改进水质，消除死 区，增加流速，防止局部过热等。
一台大泵，而不用两台小泵，但遇到下列情况量，
可考虑两台泵并联工作：
– 流量很大，一台泵达不到此流量。 – 对于需要有50%的备用率大型泵，可改两台较小的泵 工作，一台备用（共三台）。
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(5)校核泵的轴功率
• 离心泵的轴功率N是指电机输入到泵轴的功 率。流体从泵获得的实际功率为泵的有效 功率Ne，由泵的流量和扬程求得
• (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。
• (3)容器型式的选用。
– 尽量选择已经标准化的产品。
• (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。
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• 1 基本要求
– 满足工艺操作条件 – 能长期运转 – 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等要求
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2 介质流程
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3 终端温差
• 考虑换热器的经济合理和传热效率 ：
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• (6)塔高确定。
• (7)塔内流体力学核算， 作负荷性能图。
• (8)辅助装置选型设计。
• (9)绘制塔设备草图和 设备设计条件图
– 包括支承、开口方位、 人孔、手孔位置等。
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五、反应器的选型和设计
1 反应器分类方法 (1) 按反应器的几何构形分类 管式反应器 槽式反应器 塔式反应器
• 腐蚀就是化工设备最头痛的危害之一。据 有关统计，化工设备的破坏约有60%是由 于腐蚀引起的，因此在化工泵选型时首先 要注意选材的科学性。
• 通常有一种误区，认为不锈钢是“万能材 料”，不论什么介质和环境条件都捧出不 锈钢，这是很危险的。
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1）耐腐蚀问题
• 1.硫酸: 氟塑料具有较
好的耐硫酸性能，采 用衬氟泵是一种更为
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(2) 按反应器内反应物的相态分类
• 均相反应器
– 气相均相反应器 – 液相均相反应器
• 流化床反应器
– 散式流化床反应器 – 聚式流化床反应器
• 非均相反应器
– 气固相反应器 – 固定床反应器
• • • • 绝热式固定床反应器 多段绝热式反应器 列管式固定床反应器 套管式固定床反应器
– 对于真空塔或要求塔压降低的塔来说，压降小 的意义更为明显。
抓住主要矛盾，最大限度满足工艺要求。
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3 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。 • (3)确定塔径D • (4)计算填料塔压降。
• (7) 计算塔的总高度H
• (8)塔的其他附件设计 和选定
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•
7.盐水（海水）: 普通钢铁 在氯化钠溶液和海水、咸水中腐蚀 率不太高，一般须采用涂料保护 ; 各类不锈钢也有很低的均匀腐蚀率，
但可能因氯离子而引起局部性腐蚀， 通常采用316不锈钢较好。
• 8.醇类、酮类、酯类、
醚类: 基本没有腐蚀性，常用材
料均可适用 .酮、酯、醚对多种橡 胶有溶解性，在选择密封材料时避 免出错。
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• 2）冷却问题
• 3）密封问题 • 4）粘度问题
– 在选材时切不可随意和盲目，应多查阅相关资 料或借鉴成熟经验。
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(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。
• ②扬程的确定和计算。
– 单位重量液体通过泵所获得的能量叫扬程。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。
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§5-1 化工设备选用及工艺设计的一般原则
• 化工设备类型：
– 标准设备（定型设备） – 非标准设备（非定型设备 ）
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• 选型和工艺设计的原则：
– (1)合理性。 – (2)先进性。 – (3)安全性。 – (4)经济性。
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§5-2 化工设备的选用
• 一、泵的选用与设计程序 • 1 确定泵型。
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4 反应釜设计程序
• (1)确定反应釜操作方式
– 根据工艺流程的特点，确定 反应釜是连续操作还是间歇 操作。
– 气液相反应器
– 液液相反应器 – 气液固三相反应器
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•
(3).按操作方式分类 连续式反应器 间歇式反应器 半连续反应器
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• (4).按反应器内物流的流动状态分类 理想平推流反应器 理想全混流反应器 非理想流反应器
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2 反应器设计的基本内容
• 1）根据化学反应的动力学特性来选择合适 的反应器型式；
安装检修
材质 造价 05:53
较易
大直径时较低
较难
新型填料投资较大
常用金属材料 金属及非金属材料均可 新型填料及规整填料塔竞争力较强。
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2．塔型选择基本原则
• ①生产能力大，弹性好。
• ②满足工艺要求，分离效率高。 • ③运转可靠性高，操作、维修方便。 • ④结构简单，加工方便，造价较低。 • ⑤塔压降小。
• (7）开口和支座
– 在选择标准图纸之后，要设计并核对设备的管口。
• (8)绘制设备草图（条件图）
– 标注尺寸，提出设计条件和订货要求。
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四、塔器的选型与设计
• 塔设备是一种应用极为广泛的气液，液液 传质设备，主要应用于化工、医药等行业 中的吸收、精馏、萃取等工段。
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1 塔的类型
气体
溶剂
填料塔
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规整填料 塑料丝网波纹填料
散装填料 塑料鲍尔环填料
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板式塔
在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若 干层塔板，液体靠重力作用自上而下流 经各层板后从塔底排出，各层塔板上保 持有一定厚度的流动液层；气体则在压 强差的推动下，自塔底向上依次穿过各 塔板上的液层上升至塔顶排出。气、液 在塔内逐板接触进行质、热交换，故两 相的组成沿塔高呈阶跃式变化。