真空系统的工艺设计[1]

1、 本文由WDD20542贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 16 CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 化工设计 2003 ,13( 2) 真空系统的工艺设计 摘要 介绍真空系统的基本概念 、工艺设计及实际应用 。 真空系统 工艺设计 关键词 真空系统在化工生产中的应用非常广泛 , 但 统性 。本文将对其基本概念和工艺设计进行纲要 有关真空系统的设计资料较少 , 且缺乏一定的系 性的总结 , 并通过实际工作应用加以佐证说明 。 1 基本概念 111 真空度 真空度通常有以下几种表示方法 : 用于器壁的压力 , 是气体的真

2、实压力 。以绝对压 力表示真空度时 , 其值必须在零和大气压力之 间 。当绝对压力为零时 , 表明封闭空间内不存在 任何物质 , 处于全真空状态 ; 当绝对压力等于或 压力状态 , 为非真空状态 , 不在本研究范围之 内。 11112 以真空度表示 大于外界大气压力时 , 表明封闭空间处于常压或 式中 , Pv为真空度 , mmHg ; P 为封闭空间的绝 对压力值 。 外界大气压力的程度 , 其值也在零和大气压力之 时 , 表明封闭空间处于常压状态 ; 当真空度等于 处于全真空状态 。 间 , 但其意义与绝对压力相反 。当真空度为零 大气压力时 , 表明封闭空间内不存在任何物质 , 1111

3、3 以真空度百分数表示 的百分数 。 11111 以绝对压力表示 绝对压力是指一个封闭空间内的气体垂直作 Pv = 大气压力 - P ( mmHg) 真空度是指一个封闭空间内的气体压力小于 马小龙 中国华陆工程公司 西安 710054 100 % 真空度 ( %) = ( 大气压力 - P) / 大气压力 式中 , P 为封闭空间的绝对压力值 。 真空度百分数直观地表示出了真空度相对于 大气压力的比例大小 。 在国家标准真空技术名词术语 ( GB3163 - 82) 将真空系统按剩余压力 ( 即绝对压力) 分 为 4 个范围 , 即低真空 、中真空 、高真空和超高 真空 , 范围如下 : 低真

4、空 : 105 102 Pa 中真空 : 102 10 - 1 Pa 高真空 : 10 - 1 10 - 5 Pa 超高真空 : P2 , ( P1 / P2 ) 1 , 故 , S2 S1 。 引入管道流体阻力 ( W ) 或流体通导能力 ( U ) 并分别定义为 : W = ( P1 - P2 ) / Q , U = 1/ W , 已知封闭空间抽气速率 S1 , 由上述不难推 出 : S2 = S1 / ( 1 - S1 / U ) = S1 / ( 1 - WS1 ) 。 可见 , 只有当管道阻力 W 无限小或流体通 导能力 U 无限大时 , 真空泵的抽气速率才等于 封闭空间的抽气速率

5、, 即 , S2 = S1 。 2 工艺设计 真空封闭空间的确定是根据化工工艺的具体 操作来确定的 , 它可以是 1 台设备 , 如真空抽吸 的高位槽 , 也可以是数台设备组成的一个单元 , 如真空蒸馏单元 , 包括蒸馏塔 、塔顶冷凝器 、回 流罐等 。对数台设备组成的单元 , 要明确所造真 空的核心设备及位置 , 如真空蒸馏单元 , 一般的 操作要求是确定蒸馏塔顶处的真空度 。 确定了封闭空间界限后 , 再选择合适的抽气 出口位置 。 212 确定封闭空间的真空压力 P 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights

6、 reserved. 211 确定封闭空间界限及抽气出口位置 18 CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 化工设计 2003 ,13( 2) 封闭空间的真空压力在化工工艺的具体操作 计算中已经确定了 , 在此为已知条件 。需要注意 的是 , 一 般 均 以 绝 对 压 力 P 示 值 , 单 位 为 mmHg 。 真空系统的设计是在工艺的单元操作设计之 后 , 其真空封闭空间内的设备计算已经完成 , 只 需将这些设备的处于真空状态下的空间体积加起 来即可 。 214 计算封闭空间的抽气速率 S 1。 213 计算封闭空间的总体积 V 表1 真空系统设备的空气泄漏量估算表 管件

7、类型 2 2 6 6 24 估算的平均空气 泄漏量 ( 磅/ 时) 011 012 015 018 015 110 011 012 110 210 013 115 110 以下的螺纹连接 以上的螺纹连接 以下的法兰连接 到 24 包括人孔在内的法兰连接 以上的法兰连接 以下的填料阀 以上的填料阀 阀杆直径在 1/ 2 阀杆直径在 1/ 2 具有润滑的旋塞 排泄旋塞 玻璃视镜 力按图查其最大空气泄漏值 。 搅拌器每小时增加 5 磅空气 。如采用特殊密封 , 此值可减到 1 越大 。 或 2 磅空气 。密封的转动轴越多 , 则系统增加泄漏的可能性也 空气的泄漏发生在管子连接处 ( 法兰 、螺纹 管

8、件 、阀门) 、填料函 、机械设备的密封等地方 。 如果可能 , 对任何封闭空间都应进行试验以确定 其空气泄漏量 ; 对新设计和不能进行试验的场合 采用估算 。E1 E1 路德维希编著的化工装置的 工艺设计介绍了估算的经验图表 。 ( 1) 工业上严密系统的最大空气泄漏值见图 2。 图2 工业上严密系统最大空气泄漏值 ( 无搅拌) 由已经计算出的真空封闭空间总体积值和封闭空间的真空压 对带有搅拌器和普通轴封的真空封闭间 , 其泄漏量应为每个 21411 漏入封闭空间的外界空气量 玻璃液面计包括液面计旋塞 搅拌器轴 、泵等封液填料函 , 以每轴直径 计算 普通填料函 , 以每轴直径计 安全阀或破

9、坏真空的设施 , 以每的公称直 径计 一般在估算时采用 ( 1 ) 法查值即可 , 如果 要保守的话 , 再加上 ( 2) 法所得之值 。 由于空气泄漏的确定涉及到有关真空系统方 面相当广泛的知识 , 同时要运用判断 , 所以不可 能从经验方法获得精确的数值 。因此 , 对一个严 密而高效的真空封闭空间 , 其泄漏值有时比 ( 1 ) 法查图所得的值小 , 约为其读数的 015 0175 , 但对粗糙的不严密的装置 , 此值可能要乘以 2 或 3 , 或者 , 仅按 ( 2) 法估算也符合要求 。大多数 设计者均采用这些方法之一估算空气泄漏值 , 再 结合工程具体情况进行系数调整 。 2141

10、2 泄漏空气中饱和的可凝蒸气量 泄漏空气中饱和的可凝蒸汽量按下式计算 。 W凝 = W空气 ( M凝 P凝 / M空气 P空气 ) ( 2) 真空系统设备的空气泄漏量的估算见表 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 式中 , W凝 为可凝蒸气量 , 磅/ 时 ; W空气 为空气 泄漏量 , 磅/ 时 ; P凝 为可凝蒸气的饱和蒸汽压 , mmHg ; P空气 为泄漏空气分压 , mmHg ; M凝 为 可凝蒸汽分子量 ; M空气 为空气分子量 。 这里 , P凝 值可查 , 沸腾时 , P

11、凝 + P空气 = 真 空封闭空间绝对压力 P , 故 P空气 值可得 。 21413 生产过程释放的空气量和不凝气体量 包括 : 从直接接触的喷射水中释放的不凝 气体 , 一般是空气 ; 从反应产物中释放出的不 凝气体 ; 原先注入生产过程的清洗气体中所释 放的不凝气体 。此部分气量一般情况下很小 , 可 111210 2003 ,13 ( 2) 马小龙 真空系统的工艺设计 19 根据具体生产过程的物料平衡数据计入或忽略 。 将上述几部分气体的质量流量相加 , 再根据 理想气体状态方程 PV = nR T ( P 、T 已知 , n = W/ M) 折算为操作条件下的体积流量 , 即为真 空

12、封闭空间的抽气速率 S 。在计算时 , 特别注意 单位的换算和公式要求的单位对应关系 。 215 选择真空泵 空系统为例说明上述设计方法 。 该 装 置 的 脱 环 、裂 解 、逼 干 工 序 均 在 20mmHg ( 绝压 ) 、80 的操作条件下运行 , 故 将这 3 个工序作为一个真空封闭空间考虑 。在确 定真空封闭空间抽气速率时 , 仅考虑了系统空气 泄漏量 , 其它未考虑 。 经估 算 , 脱 环 、逼 干 工 序 的 抽 气 速 率 为 6816L/ s , 裂解工序的抽气速率为 46L/ s 。 设计选用上海真空泵厂生产的 2X270A 型旋 片式真空泵 3 台 , 1 台为脱环

13、 、逼干两工序同时 造真空 , 1 台为裂解工序造真空 , 另 1 台为备 用。 所选真空泵工艺性能参数为 : 抽气速率 : 70L/ s ; 极限真空 : 开气镇 - 2 ( mmHg) ( 绝 1 10 - 4 ( mmHg) ( 绝压) 。 压) ; 关气镇 5 10 设备定货时 , 业主与设计方商定改选为抚顺 市真空设备厂的 H - 70A 型真空泵 , 其工艺性能 参数为 : 抽气速率 : 70L/ s ; 极限真空 : 开气镇 - 1 ( mmHg) ( 绝 5 10 - 3 ( mmHg) ( 绝压) 。 压) ; 关气镇 5 10 选择时 , 需要初步进行真空系统的系统设 计

14、, 以确定管道 、阀门 、管件和仪表的规格及数 量 , 复核系统空气泄漏量 , 确定真空管道中的流 体压力损失和流体通导能力 , 将其与已经算得的 真空封闭空间的压力 P 和抽气速率 S 结合 , 确定 真空泵的极限真空和真空泵的抽气速率 。综合考 虑后 , 选择合适的真空泵 。 216 系统抽真空所需的时间计算 预先知道系统抽真空所需的时间 , 在装置开 车时具有实际价值 。 当使用具有固定排气量的真空泵时 , 可按下式计算 : t = ( V/ V d) ln ( P2 - Pc ) / ( P1 - Pc ) 式中 , t 为抽真空的时间 , h ; V 为系统体积 , m3 ; V d

15、 为真空泵气缸排气量 , m3 / h ; P2 为真空 泵的排气压力 , mmHg ( 绝压 ) ; Pc 为真空泵在 进口封闭时的进口压力 , mmHg ( 绝压 ) ; P1 为 真空泵的进口压力 , mmHg ( 绝压) 。 上述关系式是由理论推得 , 没有计入抽气时 空气的漏入 。可将上式 V 乘以 2 或 3 来进行计 算 , 使之比较接近实际所需的时间 。 在目前的工程设计中 , 一般不进行这一步的 计算 。但为了对装置开车能够提供一个预定的抽 真空所需时间 , 建议在今后的设计中 , 增加此项 工作 。 迄今 , 该装置已生产多年 , 真空系统运转良 好。 4 结语 通过以上叙

16、述不难看出 , 真空系统的工艺设 计有很突出的经验性 , 而这种经验性又是基于深 刻的理论研究之上的 。所以 , 在实际工作中 , 要 加强学习和收集最新的研究资料 , 不断整理和总 结相关工程的设计经验 , 才能将真空系统的工艺 设计做到更加合理 、经济 。 参 考 文 献 1 ( 美) E1 E1 路德维希 1 化工装置的工艺设计 1 北京 : 化学工 3 实际应用 业出版社 , 1979 部使用) 1993 年 , 我们承担了北京化工二厂有机硅 扩建工程的初步设计和施工图设计 , 笔者负责的 是裂解及环体蒸馏装置的工艺 、系统及安装设计 工作 。该装置有高 、低两个真空系统 。现以高真

17、1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 2 国家医药管理局上海医药设计院 1 化工工艺设计手册 1 ( 内 3 天津大学化工原理教研室 1 化工原理 1 天津 : 天津科学技术 出版社 , 1985 ( 收稿日期 2002 - 12 - 08) 2003 ,13 ( 2) ABSTRACTS OF CHEM ICAL EN GIN EERIN G DESIGN 1 ABSTRACTS Production Technology and Market Prospect of Nitro - N

18、PK Compound Fertilizer Yao Yongfa ji ng 210048) ( L anz hou Desi gn I nstit ute , S IN O PEC , L anz hou 730060) ysis and comparison of different pipe standards by taking carbon steel 20 # as an example. cess design , consumption figures , market and efficiency of t he nitro - NP K compound fertiliz

19、er. ficiency of t he et hylene plant , discuss influence of various parameters on heat recovery distillation column heat recovery based on a new design met hod of process flow diagram , adopted in t he international companies in recent years. It forms most efficient design documents in intermittent

20、process , such as design margin drawing of process flow diagram , mark and sign drawing of design culation unit drawing of hydraulics etc. . application. ysis and comparison temperature/ pressure , selection drawing of process materials and cal2 du 610041) brine dechlorination section , and make con

21、clusion. ( Desi gn I nstit ute of N anji ng Chemical Group Com pany , N an2 The aut hor introduces basic philosophy , production feature , pro2 Key words nitro - NP K production technology market 2 ef Simulated Calculation and System Analysis of Crude Distillation System of Ethylene Plant Gou Hongxi

22、a ,et al sure - reducing line for oil - transferring in expansion project . ( N anz hou Desi gn I nstit ute of S IN O PEC , L anz hou 730060) Sphere Compensator and its Application on Low Pressure Steam Lines Zhang Baocheng Introduce overall simulation and analysis for t he crude distillation Key wo

23、rds et hylene plant crude distillation system gasoline parameters of sphere compensator , and illustrate application of t he practices as examples. Development and Application of Process Flow Diagram Liu Qun ( Huanqi u Engi neeri ng Corporation of Chi na , Beiji ng 100029) The development met hod of

24、 t he process flow diagram ( PFD) is ation of t he application. Key words process flow diagram design development Process Design in Vacuum System Ma Xiaolong cooling system treat ment ( Hual u Engi neeri ng Corporation of Chi na , Xian 710054) Introduce basic concept of vacuum system , process desig

25、n and its Key words vacuum system process design Process Analysis and Comparison of Dechlorination of Depleted Brine under Vacuum Zheng Yuan ,et al of 300 ,000 M TP Y ammonia plant . sign ( Chengda Chemical Engi neeri ng Corporation of Chi na , Cheng2 Analyze and compare existing dechlorination proc

26、ess of depleted Key words dechlorination under vacuum process scheme 2 anal Discussion on Application of Carbon Steel Pipe 20 # Li Yonghong action time of dynamic experiment unit etc. on t he cleaning result . It 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. cleaning concen

27、tration , p H value , adding amount of additives and re2 ducing line for oil - transferring support arrangement stress analy2 sis sphere compensator on low pressure steam lines by taking engineering 851 of t he stripper of urea unit , observe influences of temperature , matic chemical - adding unit

28、of SY system , and develop result evalu2 ( Group) Com pany , Dalian 116031) selection of main equipment in t he design of circulation cooling water Introduce importance of correct selection of material t hrough anal2 Key words seamless steel pipe standard selection Support Design of Large Diameter Pressure - reduction Line for Oil - transferring Lin Yue ,et al ( S hanghai Ji nshan Engi neeri ng Corporation , S hanghai 200540) Introduce arrangement and stress analysis of pipe supports of pres2 ( L anz hou Desi gn I nstit ute , S IN O PEC , L anz hou 730060) Introduce fe