化工设备选型及设计计算

1、4,化工设备的选型及设计计算,4.1,概述,本章主要内容,4.2,标准设备的选型,本章重点：,泵的选型,4.3,非标设备的设计计算,贮槽的设计、蒸发器选型及设计,4.4,非标设备工艺条件图的绘制,非标设备工艺条件图的绘制,4.1,概述,化工设备是组成化工装置的基本单元，是指在化,工生产中常用的泵、风机、罐、釜、塔器、换热器、,贮槽,(,罐,),等。,化,工,设,备,分,类,标准设备（定型设备）：,是成批按系列生,产的，并可以从设备生产厂家买到，可以,从产品目录或样本中查阅其规格及牌号。,例如：泵、风机、离心机等。,非标设备（非定型设备）：,是化工过程中,需要专门设计的特殊设备。例如蒸发器、,塔

2、器等。,4.1,概述,一、化工设备工艺设计的任务：,对于标准设备：,根据工艺要求，计算并选择某种型号，以便,订货。,对于非标设备：,根据根据工艺要求，通过工艺计算，提出,型,式、材料、尺寸和其他一些要求,。再由化工设备专业进行,机械设计，由有关工厂制造。,二、化工设备工艺设计的成果的表达：,1,、设备一览表；,2,、设备工艺条件图或设备总图。,4.1,概述,三、化工设备选型和工艺设计的原则：,(1),合理性,设备必须满足工艺一般要求，设备与工艺流,程、生产规模、工艺操作条件、工艺控制水平相适应，又,能充分发挥设备的能力。,(2),先进性,要求设备的运转可靠性、自控水平、生产能力、,效率等要尽可

3、能达到先进水平。,(3),安全性,要求安全可靠、操作稳定、弹性好、无事故隐,患。对工艺和建筑、地基、厂房等无苛刻要求；工人在操,作时，劳动强度小，尽量避免高温高压高空作业，尽量不,用有毒有害的附件附料。,4.1,概述,(4),经济性,设备投资省，易于加工、维修、更新少，没有特殊,的维护要求，运行费用少。引进先进设备，考察设备性价比，,考虑是否易于被国内消化吸收和改进利用。,(5),结构要求,强度,：合理的强度，保证设备的安全运行,刚度,：设备及其构件在外压的作用下，保持原有状况的能力,耐久性,：设备的使用年限，一般化工设备的使用年限为,10-12,年，高压设备为,20-25,年,密封性,：根据

4、有毒物质在车间内允许的浓度来确定。它对,处理易燃易爆及有毒介质非常重要,用材和制造,：尽量,少用贵重材料，避免复杂,的加工工序,操作和检修,：考虑操作、安装和日常维修的方便,运输方便,：尺寸与形状设计时要注意运输方便与否，设备,的,直径、长度、重量要符合公路、铁路、水运的运输规,定,4.1,概述,4.2,标准设备的选择,一、定型设备的选择方法及原则,?,根据物料性质、工艺要求、使用环境等等确定设备的形式,?,根据设计项目规定的,生产能力和生产周期,考虑,设备台数,，设,备选型依据有关手册和生产厂家的产品目录,?,在选用设备同时，要注意设备,备件的供应,情况，对供应紧张,的备件，最好在订货时也订

5、购备件,?,定型设备的选择，按其生产能力，一般偏高一个等级选用，,也可以按工厂的近期发展要求选配,4.2,标准设备的选择,4.1,泵的选型,4.2,标准设备的选择,单级离心泵,立式轴流泵,齿轮泵,水环真空泵,4.2,标准设备的选择,(1),确定泵的型式,依据物料的性质如温度、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。,例,如,：水,清水泵，卤水,化工泵。油类,油泵等等；,流,量大而扬程不高时可选用单级离心泵；流量不大而扬程高的,宜选往复泵或多级离心泵；输送有腐蚀性介质，选耐腐蚀泵；,输送昂贵液体、剧毒或具有放射性能的液体选用完全不泄漏、,无轴封的屏蔽泵；当

6、要求精确进料时应选用计量泵或柱塞泵,等。,泵的用步骤,4.2,标准设备的选择,(2),确定选泵的流量和扬程,流量的确定和计算,选泵时以最大流量为基础。如果数据,是正常流量，则应在正常流量的基础上乘以,1,1,1,2,的,安全系数。,扬程的确定和计算,先计算出所需要的扬程，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,。扬程值用柏努利方程计算，用,米液,柱,表示。计算出的扬程一般要放大,5,10,。,4.2,标准设备的选择,(3),确定泵的安装高度。,计算,(4),确定泵的台数和备用

7、。,一般只设一台泵，在特殊情况下，,也可采用两（多）台泵同时串联或并联操作。输送泥浆,或含有固体颗粒及其他杂质的泵和一些,重要操作岗位,用,泵应设有,备用,泵。对于大型的连续化流程，可适当提高,泵的备用率，而对于间歇操作，泵的维修简易，操作很,成熟的常常不考虑备用泵。,4.2,标准设备的选择,(5),校核泵的轴功率。,泵的样本上给定的功率和效率都是用,清水,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。,(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。,4.3,非标标准设备的工艺设计,非标设备的设计程序,（,1,）工艺流

8、程上确定设备的类型：,例如真空制盐需要蒸发设,备、固液分离设备等；,（,2,）确定设备材质,（,3,）汇集设计条件：,根据物料衡算和热量衡算，确定设备负,荷、转化率和效率要求，确立设备的工艺操作条件如温度、,压力、流量、流速、投料方式和投料量、卸料、排渣形式、,工作周期等；,4.3,非标标准设备的工艺设计,（,4,）,选定设备的基本结构型式,根据各类设备的性能、使,用特点和适用的范围，依据各类规范、样本和说明书、进,行权衡比较，确定该设备的基本结构型式。,例如,确定是用,重力沉降、离心沉降等等；,（,5,）设计设备的基本尺寸：,确定基本外形尺寸，如外径、高,度、搅拌器主要尺寸等；确定设备的各种

9、工艺附件，如进,出料口、排料装置等；,4.3,非标标准设备的工艺设计,（,6,）向设备制造设计,(,机械设计,),专业提出设计条件,如材质、,温度、压力、装载系数、运转周期、维修安装要求和设备,开口、支承等等和,设备草图,，由设备设计专业人员根据各,种规范进行机械设计、强度设计和检验，提出施工图等。,（,7,）汇总列出设备一览表。,4.3,非标标准设备的工艺设计,4.3.1,贮槽的选型及设计,化工生产中原料、中间物料、产品都需要贮存。用于气体、,液体的容积设备，国内己形成了,系列标准,。,贮槽设计方法：,（,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、最高使用温度、

10、最低使用温度，,腐蚀性、毒性、蒸汽压、压力，最大使用进出量、贮罐,的工艺方案等。,4.3,非标标准设备的工艺设计,(2),选择容器材料,对有腐蚀性的物科可选用不锈钢等,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、衬聚四氨乙烯等。,(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。,(4),容积计算（核心）,4.3,非标标准设备的工艺设计,单纯用于贮存原料和成品的贮罐：全厂性的贮罐一般主,张至少有一个月的耗用量贮存；车间的贮罐一般考虑至,少半个月的用量贮存。液体产品贮罐一般设计至少有一,周的产品

11、产量。液体贮罐的,装载系数通常可达,80,；,中间贮罐,：一般考虑一昼夜的产量或发生量；,计量罐：计量罐的容积一般考虑最少为,1015min,，多则,2h,的产量的储存。计量耀装载系数一般只考虑,60,70,；,一般储槽、计量槽取,0.8-0.9,，搅拌反应器取,0.7-0.85,，,对沸腾操作或易发泡的反应器取,0.4-0.6,。,高径比一般取,H:D=1-2,4.3,非标标准设备的工艺设计,缓冲罐、汽化罐：,缓冲罐的目的是使气体有一定数量的积累，保持压力,比较稳定，从而保证工艺流程中流量稳定。其容量通常,是下游设备,510min,的用量，有时可以超过,15min,的用量。,汽化罐的物料汽化

12、空间通常是贮罐总容积的一半。汽,化空间的容积大小，通常根据物料汽化速度来估计，一,般希望汽化空间足够下游岗位,3min,以上的使用量，至少,在,2min,左右。,4.3,非标标准设备的工艺设计,(5),确定贮罐基本尺寸,(6),选择标准型号：,如没有则自行设计。,(7),开口和支座,在设备上考虑进料、出料、温度、压力,(,真空,),、放空、液面计、排液、放净以及人孔、手孔、,吊装等装置，并留有一定数目的备用孔。立式或卧式,裙座、鞍座、三角支座等,(8),绘制设备草图,(,条件图,),，提出设计条件和订货要求,绘制设备容器的外形轮廓，标注一切有关尺寸，包括容器,管口的规格，井填写“设计条件表”，

13、由设备专业的人员，,进行非标推设备设计。,4.3,非标标准设备的工艺设计,例,1,、设计提溴废液为原料蒸发法生产卤片的保温槽（蒸发与制片,之间衔接）,（,1,）蒸发过程为间歇操作，制片过程为连续操作；,（,2,）蒸发器的装料容积为,15m,3,;,（,3,）保温温度125,（考虑夹套蒸汽保温）,设备一览表,序,号,设备,位号,设备,名称,及规,格,型,号,材,质,操,作,参,数,单,位,数,量,重,量,来,源,备,注,温,度,压,力,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,4.3,非标标准设备的工艺设计,4.3.2,蒸发器的选型及设计,一、常用蒸发器的形式及工作原理,4.3,非标

14、标准设备的工艺设计,4.3,非标标准设备的工艺设计,1-,蒸发室,2-,加热室,3-,循环泵,4-,下循环管,5-,上循环管（沸腾段）,进料,生蒸汽,冷凝水,二次蒸汽,排料,4.3,非标标准设备的工艺设计,4.3,非标标准设备的工艺设计,二、外加热室强制蒸发器的工艺设计,4.4,化工设备图,化工设备图：,化工设备装配,图,表达各零件间的装配联接关,系、设备的结构形状等。,内容：,一组视图,尺寸,技术要求,零件序号、明细表,标题栏,接管口序号和管口表,设备技术特性表,4.4,化工设备图,?,一、化工设备的结构特点,设备主壳体以回转体为主，,如,6,；,设备主体上有较多开孔和接,管口，如,2,、,

15、5,；,大量采用焊接结构；,较多标准零部件，如,2,、,4,、,8,；,结构尺寸相差悬殊。,1,?,二、化工设备的习惯表达方法,1,、多次旋转的表达方法,2,、管口方位的表达方法,3,、细部结构的表达方法,4,、断开和分段表达方法,?,1,、多次旋转的表达方法,不平行于基本投影面的结构,视图、剖视,?,图例：液面计,a,、人孔,b,注意：应避免各结构旋转后,投影重叠,?,图例：接管,d,?,2,、管口方位的表达方法,用粗实线示意画出设备管口,标注管口符号及方位角,?,图例：,a,，,b,，,c,，,d,90,，,150,，,225,，,315,?,3,、细部结构的表达方法,局部放大图（节点图）

16、,必须标注名称和绘图比例,常用在焊接接头和法兰联接面,?,图例：设备底座支承圈,采用两个局部剖视进行表达,?,4,、断开和分段的表达方法,断开缩短：,?,设备过高或过长，又具有相同结构,?,图例：填料塔,断开处为规格、排列相同的填料,分段表达：,?,不能用断开方法，但图幅不够,?,图例：填料塔,?,三、化工设备的简化画法,1,、标准件的简化画法,2,、管法兰的简化画法,3,、重复结构的简化画法,?,1,、标准件的简化画法,如电动机、人孔、液面计等,粗,实,线,?,2,、管法兰的简化画法,不管何种型式的法兰，,均可简化为右图示。,?,3,、重复结构的简化画法,（,1,）螺孔和螺纹连接件,?,只用

17、中心线表示位置,（,2,）规则排列的管子,?,只画出一根或几根，其余用中心线表示。,（,3,）按规则排列的孔,?,方法一：用细实线画出孔的范围及圆心的连接线；,?,方法二：只画出孔的范围线，用局部放大图表达孔的,具体大小、间距和排列。,螺,孔,（,4,）塔盘及其填充物,?,塔盘：简化用粗实线表示。,?,填充物：,同一规格、材料和堆放方法的填充物，在装配图的剖视图,中，允许用细线“,X”,符号表示。,不同规格或堆放方法的填充物，必须分层表示。,总结,?,化工设备的习惯表达方法,1,、多次旋转的表达方法,2,、管口方位的表达方法,3,、细部结构的表达方法,4,、断开和分段表达方法,?,化工设备的简

18、化画法,1,、标准件的简化画法,2,、管法兰的简化画法,3,、重复结构的简化画法,螺孔和螺纹连接件,规则排列的管子,按规则排列的孔,塔盘及其填充物,第三节,化工设备的尺寸标注,?,一、尺寸基准的选择,设备筒体和封头的轴线或对称中心线,设备筒体和封头焊接时所用的环焊缝,化工容器中接管法兰的密封面,设备安装时所使用的支座底面,二、常见结构的尺寸注法,1,、筒体,内径、壁厚和长度,2,、封头,内径、壁厚和高度,3,、接管,径向：,无缝钢管：外径壁厚,133,4,卷焊钢管：内径、壁厚,伸出长度,?,全部相同：,“所有接管伸出长度为毫米“,?,大部分相同：,“除已注明外，其余接管的伸,出长度为毫米”,133,4,第四节,化工设备图的表格与技术要求,?,一、设备管口表,1,、管口符号,?,一律用英文小写字母,(,如,a,b,c),，注写在管口投影旁。,?,规格、用途、联接面型式完全