设备的选型及其工艺设计实用教案

1、1工厂(gngchng)基本建设过程 1、可行性研究 2、初步设计 3、施工(sh gng)图设计 4、施工(sh gng)、试车、 验收 1、厂址选择 2、总平面设计 3、工艺(gngy)设计1、工艺流程设计2、化工计算3、设备的选型与设计4、车间布置设计5、管道设计6、公用工程7、向有关专业提供条件8、工程概预算9、技术经济分析10、安全生产与环境保护第1页/共35页第一页，共35页。2 工艺流程设计是工厂设计的核心；而设备选型及其工艺设计，是工艺流程设计的主体。 本章主要从工艺设计的角度对设备的选型原则、设计计算( j sun)的一般程序及有关注意问题作扼要介绍。以确定设备的类型、规格、

2、尺寸和台数。 关于设备设计的方法可参考有关化学工程书籍。 第六章 设备选型及其工艺(gngy)设计第2页/共35页第二页，共35页。3 第一节 设备分类与选型原则一、设备分类1、专用设备:主物料,半成品,产品直接经过的,有技术参数要求的设备。2、通用设备:机械工业部主管生产的泵,通风机,压缩机, 离心机,输送机。3、非标准设备:规格和材质都不固定的辅助设备。二、选型原则1、满足工艺要求:力求技术先进,经济合理。2、设备成熟可靠:设备成熟,设备材质可靠。3、尽量采用国产设备:节约外汇(wihu),促进机械制造业发展。第3页/共35页第三页，共35页。4 第二节 泵的选择(xunz)(xunz)第

3、4页/共35页第四页，共35页。5一、泵的分类和特性1、泵的分类 1)根据作用于液体的原理,泵可分为两种类型 容积式类型:如往复泵,齿轮泵,螺杆泵,水环泵 叶片式类型:离心泵,旋涡泵,轴流泵。 2)按使用性能分类 水泵,油泵,砂泵,泥浆泵。 3)按结构特点分类 齿轮泵,螺杆泵,立式泵,卧式泵。还有一种(y zhn)喷射泵:特点无运动部件,结构简单不易损坏。第5页/共35页第五页，共35页。6 2、泵的特性(离心泵) 1)液体排出状态(zhungti):流率的均匀性。 2)液体品质:流体的均匀性。 3)允许吸入真空高度:4-8米。 4)扬程:6-600米。 5)体积流量:流量的大小。 6)流量与

4、扬程的关系:流量小扬程大。 7)构造特点:体积大小,运行平稳,简单易修。 8)流量与轴功率关系:流量减小,轴功率减小。第6页/共35页第六页，共35页。7二、选泵的原则和程序1、选泵原则1)综合考虑泵流量:变化范围富裕能力最大流量。2)根据要求确定扬程(yngchng):取正常扬程(yngchng)的1.05-1.1倍。3)根据流体输送设备的特性曲线确定泵型: 离心泵:流量大,扬程(yngchng)低,粘度不大于6.5 旋涡泵:流量小,扬程(yngchng)低,粘度不大于0.35 容积泵:流量小,扬程(yngchng)高,粘度不大于0.014)计算装置的有效气蚀余量:必须使泵入口的压头高于物料

5、在输送条件下的饱和蒸汽压相应的压头,减压塔塔底泵气蚀安全系数至少取1.3。sm /1024sm /2sm /1024第7页/共35页第七页，共35页。8 需要(xyo)效气蚀余量计算公式:hZgPP00需要气蚀余量0pZ第8页/共35页第八页，共35页。92、选泵的方法及步骤(参考附录2选泵) 1)确定基本参数:介质物性,操作条件,位置。 2)确定流量和扬程:流量1.2倍,大于所需扬程。 3)选择泵型和型号:根据样本和说明书选泵型。 4)核算泵的性能:符合工艺要求。 5)确定泵的安装高度(god):不发生气蚀。 6)选择泵的材料和轴封:根据介质腐蚀性选择。 7)计算泵的轴功率: 8)确定冷却水

6、耗用量: 9)选用电动机: 10)确定泵的台数:考虑备台。 11)填写泵规格表:各项数据汇总。第9页/共35页第九页，共35页。10 第三节 换热器的选型及其工艺(gngy)设计 第10页/共35页第十页，共35页。11一、换热器的结构特点 1、管壳式换热器:应用最广泛,最成熟的换热器,管 板,浮头,U型管。耐高温高压但结构复杂。 2、夹套式换热器:结构简单,传热面积(min j)及系数小。 3、套管式换热器:结构简单,连接处易泄漏。 4、板式换热器:传热系数大,但不耐高温高压。 5、螺旋板式换热器:传热系数大,但不易检修。二、管壳式换热器选择中应注意的问题 1、流体在管内外的选择 管程:1)

7、不清洁粘度大流体 2)腐蚀性强流体 3)有压力的流体 4)流量小流体 5)与外界温差大的流体 壳程:饱和蒸汽宜走壳程第11页/共35页第十一页，共35页。12 2 、 热 补 偿 ( b c h n g ) 的 选 择 补 偿 ( b c h n g ) 方 法 : 补 偿 ( b c h n g ) 圈 , U 形 管 , 浮 头 , 一 般 采 用 U 形 膨 胀 节 。3 、 管 程 数 、 壳 程 数 的 选 择 管 程 数 : 1 , 2 , 4 , 6 , 8 , 1 0 , 1 2 七 种 。 壳 程 数 : 多 达 6 管 壳 。4 、 管 壳 长 径 比 的 选 择 卧 式

8、: 6 - 1 0 最 常 见 立 式 : 4 - 6 为 宜5 、 折 流 板 的 选 择 折 流 板 有 弓 型 和 圆 型 两 种 , 弓 型 分 单 弓 , 双 弓 , 三 弓 三 种 , 高 度 为 直 径 的 2 0 - 4 5 , 折 流 板 间 距 不 应 小 于 圆 筒 内 径 的 五 分 之 一 , 且 不 小 于 5 0 m m 。第12页/共35页第十二页，共35页。13三、管壳式换热器设计中有关参数(cnsh)的确定 1、传热系数K:K-A给热校核K。 2、传热面积A:应比计算值大10-20。 3、污垢热阻系数RS :尽可能引用经验数据。 4、传热壁温与定性温度:壁温

9、决定定性温度。 5、流速选择:参照常用速度范围,高振动耗能。 6、流体进、出口温度的确定:冷却水进、出 温升5-10。 第13页/共35页第十三页，共35页。14四、管壳式换热器的选用 1、标准(biozhn)换热器型号的表示方法 AES500-1.6-54-6/25-4I 2、标准(biozhn)换热器的选用程序 1)确定基本参数:流量,温度,压力,物性数据。 2)选择换热器类型 3)确定流体在空间的流向 4)计算定性温度及在该温度下的有关物性数据 5)计算热负荷 6)选用传热系数K值或计算K值 7)计算有效平均温差 8)计算所需传热面积:10-20的安全系数 9)确定所需设备台数:根据传热

10、面积确定设备台数。 10)计算压力降:在工艺允许范围内。第14页/共35页第十四页，共35页。15五、管壳式换热器的工艺设计 1、计算定性温度、查出定性温度下有关物性数据。 2、计算热负荷Q 3、确定在空间的流向 4、计算有效平均温差 5、选取传热系数或假设一个(y )传热系数K值 6、计算传热面积 7、由传热面积初定设备结构尺寸 1)选用换热管规格,算出换热管总长。 2)确定换热管段长,求出换热管数。 3)已知管程流量,确定管程流速。第15页/共35页第十五页，共35页。16 4)确定管子排列形式,定管心距,求出壳内径,并圆整。 5)确定折流板的形式,规格,板间距,数量,拉杆位置。 6)确定

11、实际换热管数,验证(ynzhng)流速是否符合要求。 7)计算壳程流通面积,验证(ynzhng)壳程流速。 8)计算初定设备管,壳程流体的给热系数。 9)选取管,壳程的污垢热阻系数。 10)计算初定设备的传热系数。 11)计算传热面积,10-20的安全系数。 12)确定换热器的进,出口尺寸。 13)计算管,壳程压力降。 14)确定膨胀节的形式。 15)确定支坐,前端管箱,后端结构,壳体法兰等。第16页/共35页第十六页，共35页。17 塔设备是一种应用极为广泛(gungfn)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。 第四节 塔设备(shbi)的选型及其工艺设

12、计第17页/共35页第十七页，共35页。18填料填料(tinlio)(tinlio)塔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(chun u)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量、热量交换，两相的组成沿塔高连续变化。 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 第18页/共35页第十八页，共35页。19板式板式(bnsh)(bnsh)塔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(pi c

13、h)，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(pi ch)。气、液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。板式塔溶剂气体DJ 塔盘 新型(xnxng)塔板、填料第19页/共35页第十九页，共35页。20一、塔设备的性能比较 1、填料塔:填料为拉西环,鲍尔环,环,网 2、板式塔:泡罩塔,筛板塔,浮阀塔,小直径,小压降。二、塔设备的选型要求 1、要求：生产能力大，可靠性高，结构简单等。 2、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(fng n)的设计 1、精馏方案(fng n)的设计 1)

14、能源利用好,单耗低。 2)尽量降低设备投资。 3)保证产品质量和产量。第20页/共35页第二十页，共35页。21AAABCDBCAAAAABCDABCDABCDABCDDDDDDDDDDBBBBBBBBBCCCCCCCCCCAAAABBBCC)5()4() 1 ()3()2(第21页/共35页第二十一页，共35页。22 2、冷凝(lngnng)方案的设计 1)整体式 2)自流式 3)强制循环式 3、再沸器方案的设计 1)立式再沸器 2)卧式再沸器 3)插入式再沸器 4)强制循环式再沸器 5)特殊溢流装置再沸器第22页/共35页第二十二页，共35页。23四、塔设备的工艺设计1、填料塔的工艺设计

15、1)基础数据:温度,压力,气液相密度(md),扩散系数。 2)选择填料 3)确定操作速度:为泛液速度的60-80 4)计算塔径:圆整为公称直径。 5)校核:喷淋密度(md),填料表面湿润率。 6)计算压降 7)计算填料层高 8)确定填料的分段数,填料的装卸形式。 9)计算栅板结构,喷淋装置,再分配器,除雾器。 10)计算进出口接管直径第23页/共35页第二十三页，共35页。242、浮阀塔的工艺设计 1)基础数据:温度,压力,密度,表面张力,粘度。 2)塔径计算:推荐用初选塔径用的算图 3)板面布置设计:液流型式,降液管及堰尺寸。 4)塔板上浮阀布置:孔速,浮阀个数,浮阀布置图。 5)计算板压降

16、:干板压降,液层阻力,塔板压降。 6)淹塔情况:降液管液面,停留时间,塔板间距。 7)雾沫夹带:验算泛点 8)确定负荷的允许上下限(xixin) 9)计算进出口接管直径 10)塔结构工艺设计:除沫器,人孔,塔体,支坐。第24页/共35页第二十四页，共35页。25第五节第五节 反应器的选型及其工艺反应器的选型及其工艺(gngy)(gngy)设设计计 一、反应器的分类(fn li)及特点 1、分类(fn li) 1)按换热情况分: A等温 B非等温 C绝热 2)按物料流动情况分: A间歇操作搅拌釜 B连续操作搅拌釜 C连续操作管式反应器 D串联连续操作搅拌釜 3)按结构特点区分: A.管式反应器

17、B.釜式反应器 C.固定床反应器 D.流化床反应器第25页/共35页第二十五页，共35页。262、特点 1)釜式反应器 可连续可间歇,可单釜可多釜,停留时间可长 可短,温度压力可高可低。 2)管式反应器 传热面积大,传热系数高,流体流动快,停留时间短,结构(jigu)简单,耐高温高压。 3)固定床反应器 结构(jigu)简单,操作稳定,便于控制,传热面积大,传热传质系数高,便于实现过程连续化,自动化。 4)流化床反应器 传热面积大,传热传质系数高,可避免局部过热。第26页/共35页第二十六页，共35页。27二、反应器的选择 1、根据(gnj)反应器中反应物浓度的特点 A.间歇搅拌釜 B.管式反

18、应器 C.连续搅拌釜 D.多釜串联 2、根据(gnj)动力学特点选择反应器类型 1)简单反应: 2)平行反应 3)串联反应nACACk 2211nBnABCkCk11nABCk 22nACCk 22nBCCk CBAkk21BACkCABAkk21第27页/共35页第二十七页，共35页。28三、搅拌反应釜的工艺设计 1、搅拌反应釜的基本结构 1)釜体：由筒体和上下封头组成 2)换热装置(zhungzh)：有夹套式和蛇管式 3)搅拌装置(zhungzh)：由马达和减速器组成 4)轴封：有机械式，填料涵式。 5)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。 第28页/共35页第二十八页，共35页。292、反应釜的工艺设计 1)确定操作方式:连续,间歇。 2)确定工艺计算依据:生产规模,反应时间,装 料系数操作温度,转化率,压力(yl)等。 3)收集有关物性数据:反应物,生成物物性数据。 4)反应釜容积计算:间歇反应釜,连续反应釜。 5)反应釜直径与筒体高度:高径比为1-3。 6)搅拌器设计:选型,尺寸及转速,轴径,支承条 件搅拌器轴功率,电机功率。