设备的选型及其工艺设计

1、14:13设计概论化工制图 114:13设计概论化工制图 2工厂基本建设过程工厂基本建设过程 1 1、可、可行行性研究性研究 2 2、初步设计、初步设计 3 3、施工图设计、施工图设计 4 4、施工、试车、施工、试车、 验收验收 1 1、厂址选择、厂址选择 2 2、总平面设计、总平面设计 3 3、工艺设计、工艺设计1 1、工艺流程设计、工艺流程设计2 2、化工计算、化工计算3 3、设备的选型与设计、设备的选型与设计4 4、车间布置设计、车间布置设计5 5、管道设计、管道设计6 6、公用工程、公用工程7 7、向有关专业提供条件、向有关专业提供条件8 8、工程概预算、工程概预算9 9、技术经济分析

2、、技术经济分析1010、安全生产与环境保护、安全生产与环境保护14:13设计概论化工制图 3 工艺流程设计是工厂设计的核心工艺流程设计是工厂设计的核心；而；而设备设备选型及其工艺设计选型及其工艺设计，是工艺流程设计的主体是工艺流程设计的主体。 本章主要从工艺设计的角度对本章主要从工艺设计的角度对设备的选型设备的选型原则原则、设计计算的一般程序及有关注意问题设计计算的一般程序及有关注意问题作扼要介绍作扼要介绍。以确定。以确定设备的类型设备的类型、规格、尺、规格、尺寸和台数。寸和台数。 关于关于设备设计的方法可参考有关化学工程设备设计的方法可参考有关化学工程书籍书籍。 第六章第六章 设备选型及其工

3、艺设计设备选型及其工艺设计14:13设计概论化工制图 4 第一节第一节 设备分类与选型原则设备分类与选型原则一、设备分类一、设备分类1 1、专用设备、专用设备: :主物料主物料, ,半成品半成品, ,产品直接经过的产品直接经过的, ,有技术参数要求的设备。有技术参数要求的设备。2 2、通用设备、通用设备: :机械工业部主管生产的泵机械工业部主管生产的泵, ,通风机通风机, ,压缩机压缩机, , 离心机离心机, ,输送机。输送机。3 3、非标准设备、非标准设备: :规格和材质都不固定的辅助设备。规格和材质都不固定的辅助设备。二、选型原则二、选型原则1 1、满足工艺要求、满足工艺要求: :力求技术

4、先进力求技术先进, ,经济合理。经济合理。2 2、设备成熟可靠、设备成熟可靠: :设备成熟设备成熟, ,设备材质可靠。设备材质可靠。3 3、尽量采用国产设备、尽量采用国产设备: :节约外汇节约外汇, ,促进机械制造促进机械制造业发展。业发展。14:13设计概论化工制图 5 第二节第二节 泵的选择泵的选择14:13设计概论化工制图 6一一、泵的分类和特性、泵的分类和特性1 1、泵的分类、泵的分类 1)1)根据作用于液体的原理根据作用于液体的原理, ,泵可分为两种类型泵可分为两种类型 容积式类型容积式类型: :如往复泵如往复泵, ,齿轮泵齿轮泵, ,螺杆泵螺杆泵, ,水环泵水环泵 叶片式类型叶片式

5、类型: :离心泵离心泵, ,旋涡泵旋涡泵, ,轴流泵。轴流泵。 2)2)按使用性能分类按使用性能分类 水泵水泵, ,油泵油泵, ,砂泵砂泵, ,泥浆泵。泥浆泵。 3)3)按结构特点分类按结构特点分类 齿轮泵齿轮泵, ,螺杆泵螺杆泵, ,立式泵立式泵, ,卧式泵。卧式泵。还有一种喷射泵还有一种喷射泵: :特点无运动部件特点无运动部件, ,结构简单不易损坏。结构简单不易损坏。14:13设计概论化工制图 7 2 2、泵的特性、泵的特性( (离心泵离心泵) ) 1) 1)液体排出状态液体排出状态: :流率的均匀性。流率的均匀性。 2) 2)液体品质液体品质: :流体的均匀性。流体的均匀性。 3) 3)

6、允许吸入真空高度允许吸入真空高度:4-8:4-8米。米。 4) 4)扬程扬程:6-600:6-600米。米。 5) 5)体积流量体积流量: :流量的大小。流量的大小。 6) 6)流量与扬程的关系流量与扬程的关系: :流量小扬程大。流量小扬程大。 7) 7)构造特点构造特点: :体积大小体积大小, ,运行平稳运行平稳, ,简单易修。简单易修。 8) 8)流量与轴功率关系流量与轴功率关系: :流量减小流量减小, ,轴功率减小。轴功率减小。14:13设计概论化工制图 8二、选二、选泵的原则和程序泵的原则和程序1 1、选、选泵原则泵原则1)1)综合考虑泵流量综合考虑泵流量: :变化范围富裕能力最大流量

7、变化范围富裕能力最大流量。2)2)根据要求确定扬程根据要求确定扬程: :取正常扬程的取正常扬程的1.05-1.11.05-1.1倍倍。3)3)根据流体输送设备的特性曲线确定泵型根据流体输送设备的特性曲线确定泵型: : 离心泵离心泵: :流量大流量大, ,扬程低扬程低, ,粘度不大于粘度不大于6.56.5 旋涡泵旋涡泵: :流量小流量小, ,扬程低扬程低, ,粘度不大于粘度不大于0.350.35 容积泵容积泵: :流量小流量小, ,扬程高扬程高, ,粘度不大于粘度不大于0.010.014)4)计算装置的有效气蚀余量计算装置的有效气蚀余量: :必须使泵入口的压必须使泵入口的压头高于物料在输送条件下

8、的饱和蒸汽压相应头高于物料在输送条件下的饱和蒸汽压相应的压头的压头, ,减压塔塔底泵气蚀安全系数至少取减压塔塔底泵气蚀安全系数至少取1.31.3。sm /1024sm /2sm /102414:13设计概论化工制图 9 需要效气蚀余量计算公式需要效气蚀余量计算公式: :hZgPP00需要气蚀余量0pZ14:13设计概论化工制图 102 2、选、选泵的方法及步骤泵的方法及步骤( (参考附录参考附录2 2选选泵泵) ) 1) 1)确定基本参数确定基本参数: :介质物性介质物性, ,操作条件操作条件, ,位置位置。 2) 2)确定确定流量和扬程流量和扬程: :流量流量1.21.2倍倍, ,大于所需扬

9、程。大于所需扬程。 3) 3)选择泵型和型号选择泵型和型号: :根据样本和说明书选泵型。根据样本和说明书选泵型。 4) 4)核算泵的性能核算泵的性能: :符合工艺要求符合工艺要求。 5) 5)确定泵的安装高度确定泵的安装高度: :不发生气蚀不发生气蚀。 6) 6)选择泵的材料和轴封选择泵的材料和轴封: :根据根据介质腐蚀性介质腐蚀性选择。选择。 7) 7)计算泵的计算泵的轴功率轴功率: : 8) 8)确定冷却水耗用量确定冷却水耗用量: : 9) 9)选用电动机选用电动机: : 10) 10)确定泵的台数确定泵的台数: :考虑备台考虑备台。 11) 11)填写泵规格表填写泵规格表: :各项数据汇

10、总各项数据汇总。14:13设计概论化工制图 11 第三节第三节 换热器的选型及其工艺设计换热器的选型及其工艺设计 14:13设计概论化工制图 12一、换热器的结构特点一、换热器的结构特点 1 1、管壳式换热器、管壳式换热器: :应用最广泛应用最广泛, ,最成熟的换热器最成熟的换热器, ,管管 板板, ,浮头浮头,U,U型管。耐高温高压但结构复杂。型管。耐高温高压但结构复杂。 2 2、夹套式换热器、夹套式换热器: :结构简单结构简单, ,传热面积及系数小。传热面积及系数小。 3 3、套管式换热器、套管式换热器: :结构简单结构简单, ,连接处易泄漏。连接处易泄漏。 4 4、板式换热器、板式换热器

11、: :传热系数大传热系数大, ,但不耐高温高压。但不耐高温高压。 5 5、螺旋板式换热器、螺旋板式换热器: :传热系数大传热系数大, ,但不易检修。但不易检修。二、管壳式换热器选择中应注意的问题二、管壳式换热器选择中应注意的问题 1 1、流体在管内外的选择、流体在管内外的选择 管程管程:1):1)不清洁粘度大流体不清洁粘度大流体 2)2)腐蚀性强流体腐蚀性强流体 3)3)有压力的流体有压力的流体 4)4)流量小流体流量小流体 5)5)与外界温差大的流体与外界温差大的流体 壳程壳程: :饱和蒸汽宜走壳程饱和蒸汽宜走壳程14:13设计概论化工制图 13 2 2、热补偿的选择、热补偿的选择 补偿方法

12、补偿方法: :补偿圈补偿圈,U,U形管形管, ,浮头浮头, ,一般采用一般采用U U形形 膨胀节。膨胀节。3 3、管程数、壳程数的选择、管程数、壳程数的选择 管程数管程数:1,2,4,6,8,10,12:1,2,4,6,8,10,12七种。七种。 壳程数壳程数: :多达多达6 6 管壳。管壳。4 4、管壳长径比的选择、管壳长径比的选择 卧式卧式:6-10:6-10最常见最常见 立式立式:4-6:4-6为宜为宜5 5、折流板的选择、折流板的选择 折流板有弓型和圆型两种折流板有弓型和圆型两种, ,弓型分单弓弓型分单弓, ,双弓双弓, ,三弓三种三弓三种, ,高度为直径的高度为直径的20-4520-

13、45, ,折流板间距折流板间距不应小于圆筒内径的五分之一不应小于圆筒内径的五分之一, ,且不小于且不小于50mm50mm。14:13设计概论化工制图 14三、管壳式换热器设计中有关参数的确定三、管壳式换热器设计中有关参数的确定 1 1、传热系数、传热系数K:K-AK:K-A给热给热校核校核K K。 2 2、传热面积、传热面积A:A:应比计算值大应比计算值大10-2010-20。 3 3、污垢热阻系数、污垢热阻系数R RS S : :尽可能引用经验数据。尽可能引用经验数据。 4 4、传热壁温与定性温度、传热壁温与定性温度: :壁温决定定性温度。壁温决定定性温度。 5 5、流速选择、流速选择: :

14、参照常用速度范围参照常用速度范围, ,高振动耗能。高振动耗能。 6 6、流体进、出口温度的确定、流体进、出口温度的确定: :冷却水进、出冷却水进、出 温升温升5-105-10。 14:13设计概论化工制图 15四、管壳式换热器的选用四、管壳式换热器的选用 1 1、标准换热器型号的表示方法、标准换热器型号的表示方法 AES500-1.6-54-6/25-4IAES500-1.6-54-6/25-4I 2 2、标准换热器的选用程序、标准换热器的选用程序 1) 1)确定基本参数确定基本参数: :流量流量, ,温度温度, ,压力压力, ,物性数据。物性数据。 2)2)选择换热器类型选择换热器类型 3)

15、3)确定流体在空间的流向确定流体在空间的流向 4)4)计算定性温度及在该温度下的有关物性数据计算定性温度及在该温度下的有关物性数据 5) 5)计算热负荷计算热负荷 6) 6)选用传热系数选用传热系数K K值或计算值或计算K K值值 7) 7)计算有效平均温差计算有效平均温差 8)8)计算所需传热面积计算所需传热面积:10-20:10-20的安全系数的安全系数 9) 9)确定所需设备台数确定所需设备台数: :根据传热面积确定设备台数。根据传热面积确定设备台数。 10) 10)计算压力降计算压力降: :在工艺允许范围内。在工艺允许范围内。14:13设计概论化工制图 16五、管壳式换热器的工艺设计五

16、、管壳式换热器的工艺设计 1 1、计算定性温度、查出定性温度下有关物性、计算定性温度、查出定性温度下有关物性数据。数据。 2 2、计算热负荷、计算热负荷Q Q 3 3、确定在空间的流向、确定在空间的流向 4 4、计算有效平均温差、计算有效平均温差 5 5、选取传热系数或假设一个传热系数、选取传热系数或假设一个传热系数K K值值 6 6、计算传热面积、计算传热面积 7 7、由传热面积初定设备结构尺寸、由传热面积初定设备结构尺寸 1)1)选用换热管规格选用换热管规格, ,算出换热管总长。算出换热管总长。 2) 2)确定换热管段长确定换热管段长, ,求出换热管数。求出换热管数。 3) 3)已知管程流

17、量已知管程流量, ,确定管程流速。确定管程流速。14:13设计概论化工制图 17 4)4)确定管子排列形式确定管子排列形式, ,定管心距定管心距, ,求出壳内径求出壳内径, ,并圆整。并圆整。 5) 5)确定折流板的形式确定折流板的形式, ,规格规格, ,板间距板间距, ,数量数量, ,拉杆位置。拉杆位置。 6) 6)确定实际换热管数确定实际换热管数, ,验证流速是否符合要求。验证流速是否符合要求。 7) 7)计算壳程流通面积计算壳程流通面积, ,验证壳程流速。验证壳程流速。 8) 8)计算初定设备管计算初定设备管, ,壳程流体的给热系数。壳程流体的给热系数。 9) 9)选取管选取管, ,壳程

18、的污垢热阻系数。壳程的污垢热阻系数。 10) 10)计算初定设备的传热系数。计算初定设备的传热系数。 11) 11)计算传热面积计算传热面积,10-20,10-20的安全系数。的安全系数。 12) 12)确定换热器的进确定换热器的进, ,出口尺寸。出口尺寸。 13) 13)计算管计算管, ,壳程压力降。壳程压力降。 14) 14)确定膨胀节的形式。确定膨胀节的形式。 15) 15)确定支坐确定支坐, ,前端管箱前端管箱, ,后端结构后端结构, ,壳体法兰等。壳体法兰等。14:13设计概论化工制图 18 塔设备是一种应用极为广泛的气液，液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

19、工、医药等行液传质设备，主要应用于化工、医药等行业中的吸收、精馏、萃取等工段。业中的吸收、精馏、萃取等工段。 第四节第四节 塔设备的选型及其工艺设计塔设备的选型及其工艺设计14:13设计概论化工制图 19填料塔填料塔在圆柱形壳体内装填一定高度的填料，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。气液在填料表面塔的一端流

20、向另一端。气液在填料表面接触进行质量、热量交换，两相的组成接触进行质量、热量交换，两相的组成沿塔高连续变化。沿塔高连续变化。 溶剂填料塔气体散装填料塑料鲍尔环填料规整填料 塑料丝网波纹填料 14:13设计概论化工制图 20板式塔板式塔在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若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

21、。气、液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量、热量交换，在塔内逐板接触进行质量、热量交换，故两相的组成沿塔高呈阶跃式变化。故两相的组成沿塔高呈阶跃式变化。板式塔溶剂气体DJ 塔盘 新型塔板、填料14:13设计概论化工制图 21一一、塔设备的性能比较、塔设备的性能比较 1 1、填料塔、填料塔: :填料为拉西环填料为拉西环, ,鲍尔环鲍尔环, ,环环, ,网网 2 2、板式塔、板式塔: :泡罩塔泡罩塔, ,筛板塔筛板塔, ,浮阀塔浮阀塔, ,小直径小直径, ,小压降。小压降。二、塔设备的选型要求二、塔设备的选型要求 1 1、要求：生产能力大，可靠性高，结构简单等。、要求：生产能

22、力大，可靠性高，结构简单等。 2 2、尽量满足主要方面的要求、尽量满足主要方面的要求三、塔设备的精馏、冷凝、再沸器方案的设计三、塔设备的精馏、冷凝、再沸器方案的设计 1 1、精馏方案的设计、精馏方案的设计 1)1)能源利用好能源利用好, ,单耗低。单耗低。 2) 2)尽量降低设备投资。尽量降低设备投资。 3) 3)保证产品质量和产量。保证产品质量和产量。14:13设计概论化工制图 22AAABCDBCAAAAABCDABCDABCDABCDDDDDDDDDDBBBBBBBBBCCCCCCCCCCAAAABBBCC)5()4() 1 ()3()2(14:13设计概论化工制图 23 2 2、冷凝方

23、案的设计、冷凝方案的设计 1) 1)整体式整体式 2) 2)自流式自流式 3) 3)强制循环式强制循环式 3 3、再沸器方案的设计、再沸器方案的设计 1) 1)立式立式再沸器再沸器 2) 2)卧式卧式再沸器再沸器 3) 3)插入式插入式再沸器再沸器 4) 4)强制循环式强制循环式再沸器再沸器 5) 5)特殊溢流装置特殊溢流装置再沸器再沸器14:13设计概论化工制图 24四、四、塔设备的工艺设计塔设备的工艺设计1 1、填料塔、填料塔的工艺设计的工艺设计 1)1)基础数据基础数据: :温度温度, ,压力压力, ,气液相密度气液相密度, ,扩散系数。扩散系数。 2) 2)选择填料选择填料 3) 3)

24、确定操作速度确定操作速度: :为泛液速度的为泛液速度的60-8060-80 4) 4)计算塔径计算塔径: :圆整为公称直径。圆整为公称直径。 5) 5)校核校核: :喷淋密度喷淋密度, ,填料表面湿润率。填料表面湿润率。 6) 6)计算压降计算压降 7) 7)计算填料层高计算填料层高 8) 8)确定填料的分段数确定填料的分段数, ,填料的装卸形式。填料的装卸形式。 9) 9)计算栅板结构计算栅板结构, ,喷淋装置喷淋装置, ,再分配器再分配器, ,除雾器。除雾器。 10) 10)计算进出口接管直径计算进出口接管直径14:13设计概论化工制图 252 2、浮阀塔的工艺设计、浮阀塔的工艺设计 1)

25、 1)基础数据基础数据: :温度温度, ,压力压力, ,密度密度, ,表面张力表面张力, ,粘度。粘度。 2) 2)塔径计算塔径计算: :推荐用初选塔径用的算图推荐用初选塔径用的算图 3) 3)板面布置设计板面布置设计: :液流型式液流型式, ,降液管及堰尺寸。降液管及堰尺寸。 4) 4)塔板上浮阀布置塔板上浮阀布置: :孔速孔速, ,浮阀个数浮阀个数, ,浮阀布置图。浮阀布置图。 5) 5)计算板压降计算板压降: :干板压降干板压降, ,液层阻力液层阻力, ,塔板压降。塔板压降。 6) 6)淹塔情况淹塔情况: :降液管液面降液管液面, ,停留时间停留时间, ,塔板间距。塔板间距。 7) 7)

26、雾沫夹带雾沫夹带: :验算泛点验算泛点 8) 8)确定负荷的允许上下限确定负荷的允许上下限 9) 9)计算进出口接管直径计算进出口接管直径 10) 10)塔结构工艺设计塔结构工艺设计: :除沫器除沫器, ,人孔人孔, ,塔体塔体, ,支坐。支坐。14:13设计概论化工制图 26第五节第五节 反应器的选型及其工艺设计反应器的选型及其工艺设计 一、一、反应器的分类及特点反应器的分类及特点 1 1、分类分类 1)1)按换热情况分按换热情况分: A: A等温等温 B B非等温非等温 C C绝热绝热 2)2)按物料流动情况分按物料流动情况分: A: A间歇操作搅拌釜间歇操作搅拌釜 B B连续操连续操作搅

27、拌釜作搅拌釜 C C连续操作管式反应器连续操作管式反应器 D D串联连续操作搅串联连续操作搅拌釜拌釜 3) 3)按结构特点区分按结构特点区分: : A. A.管式反应器管式反应器 B.B.釜式反应器釜式反应器 C. C.固定床反应器固定床反应器 D.D.流化床反应器流化床反应器14:13设计概论化工制图 272 2、特点特点 1) 1)釜式反应器釜式反应器 可连续可间歇可连续可间歇, ,可单可单釜釜可多可多釜釜, ,停留时间停留时间可长可长 可短可短, ,温度压力可高可低。温度压力可高可低。 2) 2)管式反应器管式反应器 传热面积大传热面积大, ,传热系数高传热系数高, ,流体流动快流体流动

28、快, ,停留时停留时间间短短, ,结构简单结构简单, ,耐高温高压。耐高温高压。 3) 3)固定床反应器固定床反应器 结构简单结构简单, ,操作稳定操作稳定, ,便于控制便于控制, ,传热面积大传热面积大, ,传热传质系数高传热传质系数高, ,便于实现过程连续化便于实现过程连续化, ,自动化。自动化。 4) 4)流化床反应器流化床反应器 传热面积大传热面积大, ,传热传质系数高传热传质系数高, ,可避免局部过热。可避免局部过热。14:13设计概论化工制图 28二、二、反应器的选择反应器的选择 1 1、根据、根据反应器中反应物浓度的特点反应器中反应物浓度的特点 A.A.间歇搅拌釜间歇搅拌釜 B.

29、B.管式反应器管式反应器 C. C.连续搅拌釜连续搅拌釜 D.D.多釜串联多釜串联 2 2、根据动力学、根据动力学特点选择反应器类型特点选择反应器类型 1)1)简单反应简单反应: : 2) 2)平行反应平行反应 3) 3)串联串联反应反应nACACk 2211nBnABCkCk11nABCk 22nACCk 22nBCCk CBAkk21BACkCABAkk2114:13设计概论化工制图 29三、搅拌反应釜的工艺设计三、搅拌反应釜的工艺设计 1 1、搅拌反应釜的基本结构、搅拌反应釜的基本结构 1)1)釜体：由筒体和上下封头组成釜体：由筒体和上下封头组成 2) 2)换热装置：有夹套式和蛇管式换热

30、装置：有夹套式和蛇管式 3) 3)搅拌装置：由马达和减速器组成搅拌装置：由马达和减速器组成 4)4)轴封：有机械式，填料涵式。轴封：有机械式，填料涵式。 5) 5)工艺接管：进料孔，出料孔，人孔，手工艺接管：进料孔，出料孔，人孔，手孔，测温孔，测压孔，防爆孔，安全阀。孔，测温孔，测压孔，防爆孔，安全阀。 14:13设计概论化工制图 302 2、反应釜的工艺设计反应釜的工艺设计 1) 1)确定操作方式确定操作方式: :连续连续, ,间歇。间歇。 2) 2)确定确定工艺计算依据工艺计算依据: :生产规模生产规模, ,反应时间反应时间, ,装装 料系数操作温度料系数操作温度, ,转化率转化率, ,压力等。压力等。 3) 3)收集有关物性数据收集有关物性数据: :反应物反应物, ,生成物物性数据。生成物物性数据。 4) 4)反应釜容积计算反应釜容积计算: :间歇间歇反应釜反应釜, ,连续连续反应釜。反应釜。 5) 5)反应釜直径与筒体高度反