設備的工藝設計及化工設備圖實用教案

1、第一節(jié)第一節(jié) 化工設備選用化工設備選用(xunyng)(xunyng)的的一般原則一般原則化工(hugng)設計化工設備(shbi)分為兩類： 標準設備(shbi)或定型設備(shbi) 非標準設備(shbi)或非定型設備(shbi)化工設備選用（選型和工藝設計）第1頁/共40頁第一頁，共40頁。第一節(jié)第一節(jié) 化工設備選用化工設備選用(xunyng)(xunyng)的一般原的一般原則則化工(hugng)設計一、設備分類（兩類）標準設備或定型(dng xng)設備 是成批系列生產的設備，可現成購買。標準設備有產品目錄或手冊樣本，有各種型號，有不同生產廠家。工藝設計的任務是根據生產需要，計算并選擇

2、某種型號，以便訂貨。非標準設備或非定型(dng xng)設備 需專門設計和特殊設備。非標準設備也是化工廠生產中大量存在的設備，它是化工廠生產的一種特色，非標準設備工藝設計就是根據工藝要求，通過工藝計算提出、材料、尺寸和其他一些具體要求。再由化工設備專業(yè)進行機械設計，由有關工廠進行制造。在設計非標準設備時，應盡量采用已經標準化的圖紙。第2頁/共40頁第二頁，共40頁。第一節(jié)第一節(jié) 化工設備選用化工設備選用(xunyng)(xunyng)的一般原的一般原則則化工(hugng)設計二、選型和工藝設計的原則(yunz)： 合理性：即設備必須滿足工藝要求，設備與工藝流程、生產規(guī)模、工藝操作條件、工藝控制

3、水平相適應，又能充分發(fā)揮設備的能力。 先進性：要求設備的運轉可靠性、自控水平、生產能力、轉化率、收率、效率要盡可能達到先進水平。第3頁/共40頁第三頁，共40頁。第一節(jié)第一節(jié) 化工設備選用化工設備選用(xunyng)(xunyng)的一般原的一般原則則安全性：要求安全性：要求(yoqi)安全可靠、操作穩(wěn)定、彈性好、安全可靠、操作穩(wěn)定、彈性好、無事故隱患。對工藝和建筑、地基、廠房等無苛刻要無事故隱患。對工藝和建筑、地基、廠房等無苛刻要求求(yoqi)；工人在操作時，勞動強度小，盡量避免；工人在操作時，勞動強度小，盡量避免高溫高壓高空作業(yè)，盡量不用有毒有害的設備附件附高溫高壓高空作業(yè)，盡量不用有毒

4、有害的設備附件附料。料。經濟性：設備投資節(jié)省，設備易于加工、維修、更新，經濟性：設備投資節(jié)省，設備易于加工、維修、更新，沒有特殊的維護要求沒有特殊的維護要求(yoqi)，運行費用減少。引進，運行費用減少。引進先進設備，亦應反復對比報價，考察設備性能，并易先進設備，亦應反復對比報價，考察設備性能，并易于被國內消化吸收改進利用，避免盲目性。于被國內消化吸收改進利用，避免盲目性?；?hugng)設計第4頁/共40頁第四頁，共40頁。第一節(jié)第一節(jié) 化工設備選用的一般化工設備選用的一般(ybn)(ybn)原則原則化工(hugng)設計系統(tǒng)性：化工過程是一個完整的系統(tǒng)，設備設計系統(tǒng)性：化工過程是一個完整

5、的系統(tǒng)，設備設計時不能僅關注單一設備，避免因個別設備妨礙整時不能僅關注單一設備，避免因個別設備妨礙整個系統(tǒng)優(yōu)化；注重經濟性的同時，還應通盤考慮，個系統(tǒng)優(yōu)化；注重經濟性的同時，還應通盤考慮，保留保留(boli)適當裕量，以免在日后擴產和工藝適當裕量，以免在日后擴產和工藝調整時成為系統(tǒng)調整時成為系統(tǒng)“瓶頸瓶頸”。設備選型和工藝設計的原則：設備選型和工藝設計的原則： 綜合考慮合理性、先進性、安全性、經濟性綜合考慮合理性、先進性、安全性、經濟性和系統(tǒng)性的原則，審慎研究，認真設計。和系統(tǒng)性的原則，審慎研究，認真設計。第5頁/共40頁第五頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng

6、)設計 標準設備或定型設備 是成批系列生產的設備，有產品目錄或手冊樣本，有各種型號，有不同生產廠家。工藝設計的任務是根據(gnj)生產需要，計算并選擇和確定某種型號。 為正確、方便地進行化工設備的工藝設計，介紹常用的化工設備的選用及設計方法:第6頁/共40頁第六頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計 一、泵的選用與設計程序 ( 1 ）確定泵型 ( 2 ）確定選泵的流量和揚程 ( 3 ）確定泵的安裝高度。 ( 4 ）確定泵的臺數和備用率。 （5）校核泵的功率 （6）確定驅動形式 （7）選用電動機 （8）填寫(tinxi)選泵規(guī)格表第7頁/共40頁第七頁，共40

7、頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計 二 換熱設備的設計和選用 1 換熱器設計的一般原則 ： ( 1 ）基本要求 ；( 2 ）介質流程 ； ( 3 ）終端溫差 ；( 4 ）流速(li s) ； ( 5 ）壓力降 ；( 6 ）傳熱系數 ； ( 7 ）污垢系數 ；( 8 ）盡量選用標準設計和標準系列第8頁/共40頁第八頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計2 管殼式換熱器的設計和系列(xli)選用（ 1 ）匯總設計數據、分析設計任務 根據工藝衡算和工藝物料的要求、特性，獲得物料流量、溫度、壓力和化學性質、物性參數，取得有關設備的負荷、

8、流程中的地位與流程中其他設備的關系等數據。（ 2 ）設計換熱流程 在換熱設計時，應將換熱的工藝流程仔細探討，以利于充分利用熱量，充分利用熱源。第9頁/共40頁第九頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計（ 3 ）選擇換熱器的材質 根據介質的腐蝕性能和其他有關性能，按照(nzho)操作壓力，溫度，材料規(guī)格和制造價格，綜合選擇。（ 4 ）選擇換熱器類型 根據熱負荷和選用的換熱器材料，選定某一種類型。（ 5 ）確定換熱器中冷熱流體的流向 據熱載體的性質，換熱任務和換熱器的結構，決定采用并流，逆流或錯流折流等。第10頁/共40頁第十頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用

9、(xunyng)化工(hugng)設計（ 6 ）確定和計算平均溫差Atm 確定終端溫差，根據化學工程有關公式，算出平均溫差。（ 7 ）計算熱負荷Q 、流體給熱系數a 可用粗略估計的方法，估算( sun)管內和管間流體的給熱系數a 1、a2 。（ 8 ）估計污垢熱阻系數并初算出傳熱系數K 在有關書中已詳細敘述，利用現有各種工藝算圖，將公式和經驗匯集在一起，可以方便地求取K 。在許多設計工作中，K 常常選取一些經驗值，作為粗算或試算的依據，許多手冊書籍中都羅列出各種條件下的K 的經驗值。但經驗值所列的數據范圍較寬，應作試算，并與K 值的計算公式結果參照比較。第11頁/共40頁第十一頁，共40頁。第

10、二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計（ 9 ）算出總傳熱面積A 。（ 10 ）調整溫度差，再算一次傳熱面積。 在工藝的允許范圍內，調整介質的進出口溫度，或者(huzh)考慮到生產的特殊情況，重新計算Atm ，并重新計算A 值。（ 11 ）選用系列換熱器。根據兩次或三次改變溫度算出的傳熱面積A ，并考慮有10 一25 % 的安全系數，確定換熱器的選用傳熱面積A 。從國家標準系列換熱器型號中，選擇符合工藝要求和車間布置（立式或臥式）的換熱器，并確定設備的臺數。第12頁/共40頁第十二頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計（ 12 ）驗算換熱

11、器的壓力降。一般利用工藝算圖或由摩擦系數通過化學工程的公式計算。如果核算的壓力降不在工藝的允許范圍之內，應重選(zhn xun)設備。（ 13 ）校核傳熱系數K （ 14 ）畫出換熱器設備草圖。由設備機械設計人員完成換熱器的詳細部件設計 。第13頁/共40頁第十三頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計 三、貯罐容器的選型和設計 （一）貯罐的選擇 按使用目的的不同，可分為貯存容器的計量(jling)、回流、中間周轉、緩沖、混合等工藝容器。 （二）設計貯罐的一般程序 （1）匯集工藝設計數據。包括物料衡算和熱量衡算，貯存物料的溫度、壓力，最大使用壓力、最高使用溫度

12、、最低使用溫度，腐蝕性、毒性、蒸汽壓、進出量、貯罐的工藝方案等。第14頁/共40頁第十四頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計（ 2 ）選擇容器材料。對有腐蝕性的物料可選用不銹鋼等金屬材料，在溫度壓力允許時可用非金屬貯罐、搪瓷容器或由鋼制壓力容器襯膠、搪瓷、襯聚四氟乙烯等。 ( 3 ）容器型式(xn sh)的選用。我國已有許多化工貯罐實現了系列化和標準化。在貯罐型式(xn sh)選用時，應盡量選擇已經標準化的產品。 ( 4 ）容積計算。容積計算是貯罐工藝設計和尺寸設計的核心，它隨容器的用途而異。第15頁/共40頁第十五頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(x

13、unyng)化工(hugng)設計( 5 ）確定貯罐基本尺寸 根據物料密度、臥式或立式的基本要求、安裝場地的大小，確定貯罐的大體直徑。依據國家規(guī)定的設備零部件即筒體與封頭的規(guī)范，確定一個(y )尺寸。據此計算貯罐的長度，核實長徑比，如長徑比太大，應重新調整，直到大體滿意。( 6 ）選擇標準型號 各類容器有通用設計圖系列。根據計算初步確定它的直徑、長度和容積，在有關手冊中查出與之符合或基本相符的標準型號。第16頁/共40頁第十六頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計( 7 ）開口和支座 在選擇標準圖紙之后，要設計并核對設備的管口。在設備上考慮進料、出料、溫度、

14、壓力（真空）、放空、液面計、排液、放凈以及人孔、手孔、吊裝等裝置，并留有一定數目的備用孔。如標準圖紙的開孔及管口方位不符合工藝要求而又必須重新設計時，可以利用標準系列型號在訂貨時加以說明并附有管口方位圖。容器的支承方式和支座的方位在標準圖系列上也是固定的，如位置和形式(xngsh)有變更時，則在利用標準圖訂貨時加以說明，并附有草圖。第17頁/共40頁第十七頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計( 8 ）繪制設備草圖（條件圖），標注尺寸，提出設計條件和訂貨要求 選用標準圖系列(xli)的有關圖紙，應在標準圖的基礎上，提出管口方位、支座等的局部修改和要求，并附有

15、圖紙，作為訂貨的要求。如標準圖不能滿足工藝要求，應重新設計，繪制設備容器的外形輪廓，標注一切有關尺寸，包括容器管口的規(guī)格，并填寫“設計條件表”，由設備專業(yè)的人員，進行非標準設備設計。 第18頁/共40頁第十八頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計 四、塔器的選型與設計 1 塔型選擇基本原則 生產能力大，彈性好。隨著化工裝置大型化，生產能力要求盡量地大，而根據生產經驗，工藝流程中精餾往往是限制環(huán)節(jié)。很多精餾塔設計中考慮諸如造價、結構或壓降、分離效率等因素較多，而常常未將塔的操作彈性放在重要位置，從而(cng r)造成投產后設備不大適應工藝條件和生產能力的較大波

16、動。第19頁/共40頁第十九頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計 滿足工藝要求，分離效率高。工藝上要分離的液體有很多特殊要求，如沸點低、難分離、有腐蝕性、有污垢物等，對塔型要慎加選擇。 運轉可靠性高，操作(cozu)、維修方便。 結構簡單，加工方便，造價較低。 塔壓降小。對于真空塔或要求塔壓降低的塔來說，壓降小的意義更為明顯。通常選擇塔型未必能滿足所有的原則，應抓住主要矛盾，最大限度滿足工藝要求。第20頁/共40頁第二十頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計2 填料塔設計程序（ 1 ）匯總設計參數和物性(w xn)數據處

17、理。包括全塔的物料平衡，塔的溫度、壓力，塔內液相和氣相的流量，氣液相物料的密度、粘度、擴散系數，汽液平衡數據、亨利常數、溶解度數據等；工藝要求包括工藝過程中要求塔分離后物料的純度、工藝物料衡算中要求塔的產率等。第21頁/共40頁第二十一頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計（2 ）選用填料。填料是填料塔內汽一液接觸的核心元件。填料類型和填料層的高度直接影響傳質效果(xiogu)。因而，選擇填料是填料塔設計的一個重要內容。（ 3 ）確定塔徑D 。（ 4 ）計算填料塔壓降。（ 5 ）驗算塔內的噴淋密度。應按實際塔徑驗算塔內的噴淋密度是否大于最小噴淋密度。如果噴淋

18、密度太小，將不能保證填料充分潤濕，應重新調整計算。第22頁/共40頁第二十二頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計（6 ）計算填料層高度Z 。填料層高度的計算是填料塔設計(shj)中重要的一環(huán)。有許多計算方法和經驗公式，通常采用“傳質單元法”和“等板高度法”。（ 7 ）計算塔的總高度H （ 8 ）塔的其他附件設計(shj)和選定（9）繪制塔設備結構圖第23頁/共40頁第二十三頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計3 板式塔設計程序（ 1 ）匯總設計參數和物性數據。（ 2 ）選擇板式塔的塔板結構 常根據物料特性、分離要求來確

19、定塔板結構。為了便于設備設計和制造，在滿足工藝要求條件下，原化工部有關部門將一些(yxi)塔板結構參數加以系列化，設計時可以直接選用。第24頁/共40頁第二十四頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計（ 3 ）進行工藝(gngy)計算（ 4 ）塔徑計算（ 5）塔節(jié)上人孔，手孔的確定（ 6 ）塔高確定（ 7）塔內流體力學核算，作負荷性能圖（ 8） 輔助裝置選型設計（ 9）繪制塔設備草圖和設備設計條件第25頁/共40頁第二十五頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計 五、反應器的選型和設計 1 反應器的設計要點(yodin)在反應

20、器設計時，除了通常說的“合理、先進、安全、經濟”原則，在落實到具體問題時，考慮下列設計要點(yodin)： （ 1 ）保證物料轉化率和反應時間。設計者根據物料的轉化率和必要的反應時間，在選擇反應器型式時，可以作為重要依據；選型以后，可計算反應器的有效容積，確定長徑比及其他基本尺寸，決定設備的臺件數。第26頁/共40頁第二十六頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計（ 2 ）滿足反應的熱傳遞(chund)要求。化學反應往往都有熱效應，要及時移出或加入適量熱量，因此在設計反應器時，要保證有足夠的傳熱面積，并有一套能適應所設計傳熱方式的有關裝置。此外，在設計反應器時

21、還要有一套溫度測控系統(tǒng)。（3 ）設計適當的攪拌器或類似作用的機構 物料在反應器內接觸，應當滿足工藝規(guī)定的要求，使物料處于湍流的狀態(tài)，有利于傳熱傳質過程的實現。對于釜式反應器，依靠攪拌器來實現物料流動和混合接觸；對于管式反應器，往往由外加動力調節(jié)物料的流量和流速。第27頁/共40頁第二十七頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計（ 4 ）注意材質選用和機械加工要求 反應釜的材質選用通常都是根據工藝介質有無腐蝕性，或在反應產物中防止鐵離子滲入、要求無銹，或要考慮反應器在清洗(qngx)時可能碰到腐蝕性介質等。此外，選擇材質與反應器的反應溫度、加熱方法有關聯，與反應

22、粒子的摩擦程度、摩擦消耗等因素也有關。第28頁/共40頁第二十八頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計2 反應釜設計程序（ 1 ）確定反應釜操作方式 根據工藝流程的特點，確定反應釜是連續(xù)操作還是間歇操作。（2 ）匯總設計基礎數據 工藝計算依據如生產能力(shn chn nn l)、反應時間、溫度、裝料系數、物料膨脹比、投料比、轉化率、投料變化情況以及物料和反應產物的物性數據、化學性質等。（ 3 ）計算反應釜體積（ 4 ）確定反應釜設計（選用）體積和臺數第29頁/共40頁第二十九頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計（ 5

23、）反應釜直徑和筒體高度、封頭確定（ 6 ）傳熱面積計算和校核 （ 7 ）攪拌器設計 對于攪拌器的選型根據液體粘度、釜的容積、操作目的和主要影響因素(yn s)來選型。（ 8 ）管口和開孔設計根據進出料口，夾套開孔，釜底釜蓋開孔，有關儀器儀表接口，手孔、人孔等。（ 9 ）畫出反應器設計草圖（條件圖），或選型型號。第30頁/共40頁第三十頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計3 固定床反應器設計 對于氣固相催化反應的固定床來說，主要問題是催化劑的體積和用量，床層堆積方案、床徑和高度，傳熱面積。通常(tngchng)設計步驟如下 ：（ 1 ）匯總物料衡算和物性數據

24、 按工藝要求的年生產量算出要求的每小時進料量。（2 ）計算床體體積第31頁/共40頁第三十一頁，共40頁。第二節(jié) 化工設備的選用(xunyng)化工(hugng)設計（ 3 ）計算床高和直徑（ 4 ）驗算流體阻力(zl)和傳熱系數K （ 5 ）繪制反應器設計條件圖第32頁/共40頁第三十二頁，共40頁。第三節(jié) 非定型(dng xng)設備設計的主要程序化工(hugng)設計 設備的工藝設計，是化工工程設計中的一項繁重、量大、技術(jsh)要求高的工作，其中標準設備和定型設備可根據工藝設計條件從有關資料中查出，直接列表，但非定型設備則要求進行設計 。 設計的主要工作和程序 第33頁/共40頁第三

25、十三頁，共40頁。第三節(jié) 非定型(dng xng)設備設計的主要程序化工(hugng)設計（ 1 ）工藝流程上確定設備的化工單元類型。這一步在化工工藝流程設計時已大體確定，如使用旋風分離器實現(shxin)氣固分離，用氣流干燥裝置實現(shxin)干燥，用離心機過濾進行液固分離等。在經過化工物料衡算之后，進行設備工藝計算時，仍有可能確定更為先進的化工單元過程和設備，從而對工藝流程提出修正和更改（ 2 ）確定設備材質。根據工藝操作條件和設備的工藝要求，確定適應要求的設備材質。第34頁/共40頁第三十四頁，共40頁。第三節(jié) 非定型(dng xng)設備設計的主要程序化工(hugng)設計（ 3 ）匯集設計條件。根據物料衡算和熱量衡算，確定設備負荷、轉化率和效率要求(yoqi)，確立設備的工藝操作條件如溫度、壓力、流量、流速、投料方式和投料量、卸料、排渣形式、工作周期等，作為設備設計和工藝計算的主要依據。（ 4 ）選定設備的基本結構型式。根據各類設備的性能、使用特點和適用的范圍，依據各類規(guī)范、樣本和說明書、進行權衡比較，確定該設備的基本結構型式。第35頁/共40頁第三十五頁，共40頁。第三節(jié) 非定型(dng xng)設備設計的主要程序