设备设计与选择培训课件

1、4. 设备设计与选择设备设计与选择 本章内容本章内容n 选择设备的基本要求选择设备的基本要求 n 设备设计设备设计定型设备的选择定型设备的选择n 设备设计设备设计非定型设备的设计与非定型设备的设计与计算计算工艺设备的设计与选择的目的n决定决定车间内所有工艺设备的台数台数，型式型式和主要尺寸，和主要尺寸，n据此，着手进行车间布置设计，并为下一步施工图设计以及其他非工艺设计项目提供足够的相关条件。化工设备设计与选择的主要任务化工设备设计与选择的主要任务n标准设备或定型设备选择（规格、型号）n非标准设备或非定型设备的设计（主要尺寸、给设备设计人员提条件）n编制化工设备一览表表4.1 工艺设备一览表序

2、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1234567891011124.1 选择设备的基本要求选择设备的基本要求原则原则：技术先进、操作安全、经济合理n技术经济指标n设备结构的要求技术先进技术先进n设备必须满足工艺的一般要求；与工艺流程、生产规模、工艺操作条件、工艺控制水平相适应，并充分发挥设备的能力n要求设备运转可靠，控制水平、生产能力、转化率、收率、效益等要尽可能的达到先进水平操作安全n设备要运转可靠、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n工人在操作时，劳动强度要小，尽量避免高温高压高空作业，尽量不用有毒有害的设备附件辅料经济

3、合理经济合理n设备投资省，易于加工、维修和更新，没有特殊的维护要求，运行费用少n引进设备要考察设备性能及报价，考虑是否易于被国内吸收和改造利用，避免盲目性4.1.1 技术经济指标技术经济指标n单位生产能力n消耗系数n设备价格n管理费用n产品总成本单位生产能力n设备在单位体积（单位重量或单位面积）上单位时间内完成的任务。n设备的生产能力要与流程设计的生产能力相适应，且效率高。设备的生产能力越高越好。消耗系数消耗系数n指生产单位重量或单位体积产品消耗的原料和能量，其中包括原材料、燃料、蒸汽、机电等。一般消耗系数越低越好。设备价格设备价格n设备价格直接影响建设工程的投资。在满足生产要求的条件下，一般

4、要选择价格便宜、制造容易、结构简单的设备。管理费用n设备的管理费用包括劳动工资、维护检修费用。要尽量选择管理费用低的设备，以降低产品的成本。产品总成本n是化工企业经济效益的综合反映，也是上述各项指标的综合反映。一般要求产品的总成本越低越好。4.1.2 设备结构的要求n强度：合理的强度，保证设备的安全运行n刚度：设备及其构件在外压的作用下，保持原有状况的能力n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n密封性：根据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n用材和制造：尽量少用贵重材料，避免复杂的加工工序n操作和检修：考虑操作、

5、安装和日常维修的方便n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4.2 设备设计的基本内容设备设计的基本内容n定型设备的选择定型设备的选择n非定型设备的设计与计算非定型设备的设计与计算定型设备的选择方法及原则n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n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，最好在订货时也订购备件n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 设备的设计与选择n4.2.1 物料输送设备的选择物料输送设备的选择n4.

6、2.2 容器类设备的选择容器类设备的选择n4.2.3 换热设备的选择换热设备的选择n4.2.4 塔器设备的选型与设计塔器设备的选型与设计n4.2.5 反应器的选型与设计反应器的选型与设计n4.2.6 非定型设备设计的主要程序非定型设备设计的主要程序4.2.1 物料输送设备的选择物料输送设备的选择n液体物料输送设备：常规的设备为各液体物料输送设备：常规的设备为各种泵种泵n气体物料输送、压缩、制冷设备：常气体物料输送、压缩、制冷设备：常规的设备为风机、压缩机、真空泵、规的设备为风机、压缩机、真空泵、制冷机等制冷机等n固体物料输送设备：常规的设备为各固体物料输送设备：常规的设备为各种给料机械设备、气

7、流输送设备种给料机械设备、气流输送设备n其他：惰性气体压送或真空吸送液体其他：惰性气体压送或真空吸送液体以及气体输送固体等以及气体输送固体等4.2.1.1 液体物料输送设备-泵的选择n泵按其作用于液体原理的不同，分三类： 容积式流体输送泵 叶片式输送泵 流体动力泵图4.1 泵的分类图4.2 几种典型泵的图片水环式真空泵高压水泵污物潜水泵电子隔膜计量泵双 缸 隔 膜 泥 浆 泵容积式流体输送泵n利用泵内活塞或转子运动，使泵内工作室的容积产生周期性变化，对流体产生挤压作用，进而将其吸入或压出。如往复泵、齿轮泵、转子泵电动往复泵齿轮泵齿轮泵转子转子泵泵叶片式输送泵n利用泵内叶片在旋转时产生的离心作用

8、，给流体以离心力或轴向力将液体吸入或压出。如离心泵、轴流泵、旋涡泵单级离心泵离心泵立式轴流泵系列产品离心旋涡泵流体动力泵n依靠另一种所谓“工作流体”作为动力来输送液体。如喷射泵水喷射泵水喷射泵大气喷射泵机组大气喷射泵机组各类泵的特点n离心泵：流量大、扬程低n往复泵、旋流泵：流量较小、扬程较高n转子泵：可输送粘度较高的液体n喷射泵：可用来抽吸液体或气体表4.2 各种泵的性能对比类型离心泵往复泵转子泵旋流泵流体动力泵流量 均匀量大流量随管路情况而变化 不均匀量不大流量恒定，几乎不随压头变化而变化 比较均匀量小流量恒定，与往复泵同 均匀量小流量随管路的情况而变化 量小间断排送 扬程 一般不高对一定流

9、量只能供给一定的扬程 较高对一定的流量可供给不同的扬程，由管路系统确定 同往复泵 较高对一定流量只能供给一定的扬程 压力不宜过高，压力越高效率越低 表4.2 各种泵的性能对比续1类型离心泵往复泵转子泵旋流泵流体动力泵效率最高为70%左右在设计点最高，偏离越远，效率越低 在80%左右供应不同的扬程时，效率仍保持较大值 在60-90%扬程高时泄漏，使效率降低 在25-50% 一般仅15-20% 结构 简单、价廉、安装容易高速旋转，可直接与电动机相连同一流量体积小轴封装置要求高，不能漏气 零件多，构造复杂震动很大，不可快速，安装较难体积大，占地多需吸入排出活门没有活门可 与 电 动机 直 接 相连零

10、件较少，但 制 造 精度 要 求 较高结构简单，紧凑高速旋转，可直接与电动机相连叶轮与泵壳之间要求间隙很小轴封装置要求高，不漏气 无 活 动部分简单 表4.2 各种泵的性能对比续2类型离心泵往复泵转子泵旋流泵流体动力泵操作 有气缚现象，开车前要灌泵，运转中不能漏气维护操作方便可用阀很方便的调节流量不因管路堵塞而发生损坏现象 零件多，易出故障，检修麻烦不能用出口阀而只能用支路阀调节流量扬程流量改变时能保持高效率 检 查 比 离心泵复杂，比 往 复 泵容易不能用出口阀而只能用支路阀调节流量 功率随流量的减小而增大，开车时应打开出口阀同理，调节流量用支路阀 只能间歇操作，麻烦可装备自动化设备，但结构

11、复杂流量很难调节 适用范围 输送腐蚀性或悬浮液，粘度大的流体不适用 高扬程、小流量的清洁液体 高 扬 程 、小 流 量 、特 别 适 用于 输 送 油类 等 粘 性液体 特别适用于流量小而压头较高的液体，但不能输送污秽的液体 间歇地输送腐蚀性大的液体 泵的选择n泵的选择依据n选择泵的一般步骤n泵的选择经验n确定泵的台数和备用率（1）泵的选择依据）泵的选择依据n生产工艺对液体输送量的要求生产工艺对液体输送量的要求n装置扬程的高度要求装置扬程的高度要求n液体的性质液体的性质n操作条件操作条件n地理位置地理位置(装置系统的管路布置装置系统的管路布置条件条件)等等流量n泵在单位时间抽排液体的体积数。它

12、是泵选择的重要依据之一，与整个装置的生产能力要求相协调n叶片式泵的流量与扬程有关，这种关系叫做离心泵的特征曲线n容积式泵的流量与扬程无关，几乎为常数n泵的操作流量指泵的扬程流量特征曲线与管网系统所需的扬程、流量曲线相交处的流量值扬程n指泵在输送单位液体时，泵的进口至出口的能量增加值，包括液体静压力、动压头和几何位能的总和。是装置系统所需的扬程，与管路系统的具体布置情况有关n选泵的扬程值应该注意：最低吸入液面和最高送液高度，同时留有余量，一般取系统扬程的1.05-1.1倍作为依据液体的性质n液体的性质包括物理性质和化学性质n物理性质指温度、重度、粘度、以及介质中固体颗粒的直径和含量、气体的含量等

13、，涉及到泵的类型选择、扬程的确定n化学性质指介质的化学腐蚀性和毒性，是考虑泵的材质和轴封形式的重要依据系统的管路布置条件n指送液高度、送液路线、送液走向、吸入侧的最低液面、排出侧的最高液面及管道规格、材料、管件规格、数量等n是计算系统扬程的依据，当已经给定系统的扬程时，可以不必进行计算操作条件n操作条件的内容包括：操作温度、饱和蒸气压、吸入侧容器内的压力、排出侧容器内的压力、环境温度、操作是连续还是间断、泵的地理位置等（2）选择泵的一般步骤n选择类型n选择系列和材料n确定泵的具体型号n确定泵的台数和备用率（3）泵的选择经验n流量较大，扬程较低，液体粘度小，液体中气体体积含量低于5%时，宜选用离

14、心泵n流量较小，扬程较高，介质粘度大，且有润滑性可选用转子泵n粘度特别大的液体，应选用高粘度齿轮泵、螺杆泵或往复泵等容积泵n对易燃易爆的液体，应考虑用蒸汽驱动的往复泵或电机防爆的其它类型的泵n对剧毒、有放射性物品、贵重介质，宜用密封性能很好的屏蔽泵（4）确定泵的台数和备用率n作为正常运行时使用的泵，一般只用一台。作为正常运行时使用的泵，一般只用一台。n在下列情况时，可以考虑两台泵并联在下列情况时，可以考虑两台泵并联 在流量很大，一台泵达不到所需流量 对于需要50%备用率的大型泵可改用两台泵并联，一台备用（共三台） 对某些更大型的泵，可选用能满足70%流量要求的泵并联工作，不用备用泵。对于重要场

15、合泵的备用率对于重要场合泵的备用率50-100%；对一般连续操；对一般连续操作的泵作的泵35-50%备用率即可；间歇式操作的泵，一般备用率即可；间歇式操作的泵，一般不用备用泵不用备用泵 图图4.3 各类泵的性能范围各类泵的性能范围4.2.1.2 气体输送、压缩设备n风机按其作用原理可以分为容积式和透平式两类。前者靠活塞作用在气缸内作往复或旋转运动，使气体体积缩小而提高压力，后者靠高速旋转的叶轮提高气速和压力，然后在扩压器中使速度降下来，把动能转化为压力能。风机的分类风机的分类2n按机械所能达到的压力大小分类为通风机、鼓风机、压缩机、真空泵 通风机：排气压力小于0.115MPa,输送气体 鼓风机

16、：排气压力0.115-0.4MPa,输送气体 压缩机：排气压力大于0.4MPa,提高压力 真空泵：排气压力接近0MPa风机离心风机罗茨风机轴流风机斜流风机锅炉引风机风机的选择n选择风机依据工艺条件、物料特性（腐蚀、爆炸、有无毒性、含尘量）、排气温度、排气量、排气压力等参数选择n在同一型号中，效率最高、能耗最小、价格便宜为最优风机选择注意事项n选择风机时，风压的计算要考虑从管路的吸入口至排出口的压力降，并加必要的安全系数，3%n风机标牌上标明的风量大小为标准状态下的值，选择是应注意将使用工况下的参数换算成标准状态下的值n风机并联或串联使用时，性能会有所降低，设计时不宜采用，当必须使用时，要选择同

17、型号同性能的风机风机选择一般经验n一般低压操作，排气压力50mmH2O时，宜用轴流式风机n风压0.15-0.5kg/cm2时采用罗茨鼓风机n风压0.5kg/cm2时采用往复式压缩机，大流量时采用离心式压缩机4.2.2 容器类设备的选择n立式储罐 平底平盖系列(HG5-1572-85) 立式球形封头系列(HG5-1578-85) 900折边锥形底椭圆形盖系列(HG5-1577-85)n卧式储罐 卧式有折边椭圆封头系列(HG5-1580-85) n立式圆筒形固定顶储罐系列(HG21502.1-92)n低压湿式气柜系列(HG21549-92)储罐设计n设计参数n容积n储罐尺寸的确定n管口方位的确定n

18、确定容器的支撑方式n绘制设备草图（条件图）设计参数n设计压力，由工艺提出n设计温度，由工艺提出n公称容积，通常根据储存物料的流量及储存时间，加上20%的安全系数n公称直径，参照常规储罐的高径比或查阅已有的储罐系列n腐蚀裕度，根据储罐介质决定n设计载荷，包括风载、雪载荷、灌顶附加载荷及抗震烈度n材质选择，根据介质物性、工艺条件选择碳钢、不锈钢、搪瓷、或非金属材料n储罐形式，根据介质物性、工艺条件及容积确定n储罐台数容积确定容积的依据n物料的流量n储存时间 原料的来源与运输方法 储罐使用的场合不同的工艺要求储罐的容量n储存原料或产品，全厂性的储罐至少一个月的储量；车间储罐至少半个月的储量n液体产品

19、储罐一般设计至少一周的产品量n气柜可以设计两天或多天的产量n中间产品储罐一般考虑一昼夜的储量 计量罐：一般用于间歇生产，容积根据每一批次 物料的存放量及存放时间定 回流罐：一般考虑5-10min左右的液体保存量,做冷凝液封用储罐尺寸的确定n定型设备：根据计算的容积，手册中查标准化设备的有关尺寸n非定型设备：根据计算容积，考虑装料系数和高径比装料系数与高径比n装料系数是防止物料溢出的安全系数，与物料种类和操作条件相关。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。n高径比一般取H:D=1-2管口方位的确定n储罐的管口方位主要有：进料、

20、出料、温度、压力（真空）、放空、液面计、排液、以及人控、手孔等n根据储罐的大小及进出口流量决定各管口尺寸与数量n管口方位的安排应该有利于工艺管道的布置确定容器的支撑方式n立式或卧式n裙座、鞍座、三角支座等绘制设备草图（条件图）n标注尺寸n对非标设备，绘制设备的外形轮廓图，标注一切相关尺寸，填写设计条件表，向设备设计人员提出设计条件n对定型设备，可以选用标准图系列的有关图纸，将工艺要求的管口方位、支座等与标准的管口方位及支座图进行对照，如有不符，按工艺要求的管口方位订货，提出相应的订货要求4.2.3 换热设备的选择n换热器的分类n换热器设计的基本原则换热器图示夹套式换热器列管式换热器螺旋板式换热

21、器套管式换热器喷淋管式换热器换热器的分类n按工艺用途分类：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器、空冷器等n根据冷热流体的热量交换方式分类：间壁式、直接式、蓄热式等三类n间壁式换热器可分为管式换热器（承压能力高）及板式换热器（承压能力低）换热器设计的基本原则n基本要求n介质流程n终端温差n流速n压力降n传热系数n污垢系数n标准化原则基本要求n换热器设计要满足工艺操作条件，能长期运转，安全可靠，不泄漏，维修清洗方便，满足工艺要求的传热面积，尽量有较高的传热效率，流体阻力尽量小，满足工艺布置的安装尺寸要求n经济上合理介质流程n腐蚀性介质走管程，可以降低对外壳材质的要求；n毒性介质走管程，泄漏的几率

22、小；易结垢的介质走管程便于清洗和清扫；n压力较高的介质走管程，这样可以减少对壳体的机械强度要求；n温度高的介质走管程，可以改变材质，满足介质要求；n粘度较大、流量小的介质走壳程，可提高传热系数。n从压力降考虑，雷诺数小的走壳程终端温差n热端的温差应在200C以上；n用水或其它冷却介质冷却时，冷端温差可以小一些，但不要低于50C；n当用冷却剂冷凝工艺流体时，冷却剂的进口温度应当高于工艺流体中最高凝点组分的凝点50C以上；n空冷器的最小温差应大于200C；n冷凝含有惰性气体的流体时，冷却剂出口温度至少比冷凝组分的露点低50C。流速n在换热器内，一般希望采用较高的流速，这样可以提高传热效率，有利于冲

23、刷污垢和沉积。但流速过大，磨损严重，甚至造成设备震动，影响操作和使用寿命，能量消耗也将增加。因此，比较适宜的流速应该经过经济核算来确定。流体在直管内常见的流速流体流速冷却水（淡水）0.7-3.5m/s冷却用海水0.7-2.5m/s低粘度油类0.5-1.8m/s粘度油类0.5-1.5m/s油类蒸气5.0-15m/s气液混合流体2.0-6.0m/s壳程内常见适宜流速流体流速水及水溶液0.5-1.5m/s低粘度油0.4-1.0m/s高粘度油0.3-0.8m/s油蒸气3.0-6.0m/s气液混合流体0.5-3.0m/s压力降n压力降一般随着操作压力的不同而有一个大致的范围，压力降的影响因素有很多传热系

24、数传热系数n传热面两侧的传热膜系数1、2如相差很大时，较小的一侧将成为控制传热效果的主要因素，设计换热器时，应该设法增大该侧的传热膜系数。计算传热膜面积时，常以小的一侧为准。污垢系数n换热器在使用过程中，会在壁面上产生污垢，在设计换热器时要慎重考虑流速和壁温的影响。从工艺上降低污垢系数，如改进水质，消除死区，增加流速，防止局部过热等。标准化原则标准化原则n尽量选用标准设计或标准系列，这样可以提高工程的工作效率，缩短施工周期，降低工程投资。换热器的性能比较n根据热交换器的传热效率、工艺性、操作性能、紧凑性和金属用量等可以作为选择热交换器形式时的参考指标。间壁式换热器性能比较间壁式换热器性能比较分

25、类名称特性相对费用耗用金属量kg/m2管壳式固定管板式浮头式填料式U形管式使用广泛，一系列化，壳程不易清洗，最大使用温差120oC，内垫片易渗漏同浮头式，制造成本高，不宜制造大直径制造安装方便，造价低，管程耐高温；结构不紧凑，管子不易更换、不易清洗1.01.221.281.013046板式螺旋板式波纹板式制造简单，紧凑，可用于带颗粒物料，不易检修紧凑，效率高，易清洗，使用温度150oC,使用压力1.5MPa0.65016管式空冷式喷淋管式投资和操作费用较水冷低，易维修，但受周围空气温度影响大制造方便，可用海水冷却，造价较套管低，对周围环境有水雾腐蚀0.8-1.80.8-1.160其它板壳式热管

26、结构紧凑,传热好,成本低,压降小,难制造高热导性,导温性,热流密度大,制造要求高24热交换器的设计方法n汇总设计数据、分析设计任务n设计换热流程n选择换热器的材质n选择换热器的类型n确定换热器中冷热流体的流向n确定和计算平均温差tm n计算热负荷Q、流体给热系数n估计污垢热阻系数并初步估算传热系数Kn计算总传热面积An调整温差再计算一次传热面积n选用系列换热器n验算换热器的压力降n画出换热器设备草图汇总设计数据、分析设计任务n根据物料衡算和工艺物料的要求、特性，得到物料流量、温度、压力和化学性质、物性参数，取得有关设备的负荷、流程中的地位，与流程中其它设备的关系等数据设计换热流程n在换热设计时

27、，应该仔细探讨换热的工艺流程，以利于充分利用热量，充分利用热源选择换热器的材质n根据介质的腐蚀性能和其他相关性能，按照操作压力、温度、材料规格和制造价格，综合选择4.2.4 塔器设备的选型与设计塔器设备的选型与设计n根据气液两相的接触方式不同，塔器设备可分类为： 喷淋塔喷淋塔：液体被喷成细雾或雨滴状分散于气流中，气液接触在液滴的表面上进行。这类塔多用于气体的除尘、净化和吸收等操作。 填料塔填料塔：喷淋的液体沿填料表面呈膜状下降，气液两相就在填料的湿表面上进行接触。这类塔多用于吸收和洗涤净化操作，也可用于蒸馏和萃取，塔的填料有环形、螺丝型、旋桨型、鞍型、栅板型等多种。 泡罩塔泡罩塔：气液两相间接

28、触是气体小泡穿过液层进行的。这类塔多用于精馏操作，也可用于吸收操作。不适于液体萃取。泡罩有圆形、槽形、S型和长条形等多种。各种塔型的性能比较各种塔型的性能比较塔型 喷淋塔 填料塔 泡罩塔优点压力降小，构造简单、价廉、重量轻，可处理污浊气体压力降小、适于减压下操作，构造简单易于制造、金属消耗量小，可处理腐蚀性强的流体，稳定性较好。 塔板效率高，操作稳定，适应性大。气液量变化较大时，仍能保证高的效率；可处理污浊流体，较易避免赃污及阻塞，可从人孔或手孔方便地清理塔的内部；如需在塔内加热或冷却时，可在塔板上装置蛇管；喷淋密度较小时仍适用，可用于少量液体处理大量气体；拦液量较大,可在塔的中段抽出产品。缺

29、点能耗大、不宜在地喷淋密度下操作，接触面积小，传质系数低不宜处理污浊流体需大量填料，造价大；不适宜用少量液体处理大量气体。同一情况下塔径小于时，填料塔较经济压力降大；结构复杂，不易处理腐蚀性介质，金属消耗量大，设备投资大；不适于液体萃取。 塔设备设计选择的基本原则塔设备设计选择的基本原则n技术上可靠，能满足工艺要求，产品合乎规格，技术上可靠，能满足工艺要求，产品合乎规格，生产能力大。生产能力大。n效率高、适应性好。在气液量变化时，仍能稳效率高、适应性好。在气液量变化时，仍能稳定地进行操作，并维持高的效率。定地进行操作，并维持高的效率。n构造简单，易于制造和安装，价廉，机械性能构造简单，易于制造

30、和安装，价廉，机械性能可靠。可靠。n操作管理方便，易于清理和检修。操作管理方便，易于清理和检修。n塔压降要小。塔压降要小。各种塔的选用顺序因素选用顺序塔径800mm填料塔有降液管的板式塔有强腐蚀性物料1填料塔2穿流板塔3筛板塔4固舌板塔有污垢物料1大孔筛板塔2穿流板塔3固舌板塔4浮阀塔5泡罩塔高操作弹性1浮阀板塔2泡罩塔3筛板塔因素选用顺序真空塔1填料塔2浮阀板塔3筛板塔4泡罩塔5其他斜喷式板塔大液气比1导向板塔2多降液管板式塔3浮阀板塔4筛板塔5条形泡罩塔液相分层1穿流板塔2填料塔4.2.5 反应器的选型与设计n化学反应设备是实现化学反应过程，将原料转变为所需要产品的关键设备，是整个化工过程

31、的核心部分。n由于化学反应的多样性，反应器的类型也是多种多样的。常用的化学反应器的类型常用的化学反应器的类型n管式反应器：长度远大于直径，中空，无管式反应器：长度远大于直径，中空，无任何构件任何构件n釜式反应器：又称为搅拌釜釜式反应器：又称为搅拌釜n塔式反应器：高径比大塔式反应器：高径比大n固定床反应器：内部有静止的固体床层固定床反应器：内部有静止的固体床层n流化床反应器：固体颗粒在反应器内处于流化床反应器：固体颗粒在反应器内处于流化状态流化状态几种反应器的示意图几种反应器的示意图a-管式换热器c-板式塔d-填料塔e-鼓泡塔f-喷雾塔g-固定床反应器h-流化床反应器b-釜式反应器反应相态与反应

32、器形式反应相态与反应器形式气相 液相气固催化气固气液气液固液液液固固固固定床ABAABA移动床BABB流化床AAB搅拌釜AAAAA鼓泡塔AA加热炉 ABBB气液两相流AB火焰反应器AB板式塔AB转窑AA-适用 B-少用反应器的设计与选择反应器的设计与选择n熟悉化学反应的规律性熟悉化学反应的规律性 反应速率：反应类型，特征，反应机理和反应速率反应速率：反应类型，特征，反应机理和反应速率选择性：反应的选择性，进而得到原料的消耗选择性：反应的选择性，进而得到原料的消耗能量的消耗：反应的热效应能量的消耗：反应的热效应n掌握传递过程情况掌握传递过程情况热量传递：解决传热和移出热量的方式和装置热量传递：解

33、决传热和移出热量的方式和装置质量传递：各点浓度均匀，反应接触好质量传递：各点浓度均匀，反应接触好n了解设备设计要求了解设备设计要求反应器设计要点反应器设计要点n保证物料转化率和反应时间保证物料转化率和反应时间n满足反应的热传递要求满足反应的热传递要求n设计适当的搅拌器或类似作用的机构设计适当的搅拌器或类似作用的机构n主要材质的选用和机械加工的要求主要材质的选用和机械加工的要求4.2.5.1 反应釜的设计程序n确定反应釜的操作方式n汇总设计基础数据n计算反应釜的体积n确定反应釜设计体积和台数n反应釜直径和筒体高度、封头确定n传热面积计算和校对n搅拌器设计n管口和开孔设计n画出反应器设计草图（条件

34、图）或选型型号计算反应釜的体积计算反应釜的体积n连续反应：由工艺规定的生产能力，确定全年的连续反应：由工艺规定的生产能力，确定全年的工作时数，算出每小时反应釜需要处理（或生产）工作时数，算出每小时反应釜需要处理（或生产）的物料量的物料量Vh。根据物料的平均停留时间根据物料的平均停留时间t和设备和设备的台数就可以算出每台釜的物料体积。在选用反的台数就可以算出每台釜的物料体积。在选用反应釜时，一般把选用的台数与实际操作的台数之应釜时，一般把选用的台数与实际操作的台数之间，用设备备用系数间，用设备备用系数n关联关联，n通常为通常为1.05-1.3n由物料体积由物料体积 Vp和装料系数和装料系数计算釜

35、的体积。液相计算釜的体积。液相反应时通常取反应时通常取=0.4-0.5，视具体情况而定视具体情况而定计算反应釜的体积计算反应釜的体积2n间歇反应：从工艺设计要求的年产量决定间歇反应：从工艺设计要求的年产量决定日投料量日投料量Vc,再从每釜反应所用时间（包再从每釜反应所用时间（包括辅助时间等）括辅助时间等） t釜釜，算出，算出24小时内釜的反小时内釜的反应周期数（应周期数（=24/ t釜釜）、）、每釜处理的物料每釜处理的物料体积体积 Vp= Vc/，得到每釜的实际体积得到每釜的实际体积V=Vp/。间歇釜的装料系数间歇釜的装料系数，可以比连可以比连续操作再适当放宽，取上限或略大。续操作再适当放宽，

36、取上限或略大。确定反应釜设计体积和台数确定反应釜设计体积和台数n根据计算得到的反应釜的实际体积和反应釜台根据计算得到的反应釜的实际体积和反应釜台数都是理论计算值，应该加以圆整。或选用系数都是理论计算值，应该加以圆整。或选用系列产品的反应釜。根据规定的反应釜系列（如列产品的反应釜。根据规定的反应釜系列（如500L，1000L，1500L）加以圆整，连同设备加以圆整，连同设备台数台数m，一并确定。一般说，反应釜体积越小，一并确定。一般说，反应釜体积越小，相对传热面积越大，搅拌效果越好，物料反混相对传热面积越大，搅拌效果越好，物料反混激烈等，但停留时间未必符合要求。激烈等，但停留时间未必符合要求。n

37、对非标准设备的反应釜，还要决定长径比之后对非标准设备的反应釜，还要决定长径比之后再校算，但可以初步确定为一个尺寸，即将直再校算，但可以初步确定为一个尺寸，即将直径确定为一个国家规定的容器系列尺寸。径确定为一个国家规定的容器系列尺寸。反应釜直径和筒体高度、封头确定反应釜直径和筒体高度、封头确定n首先确定长径比r(r=H/D)，一般取r=1-3，R越接近1，单位体积内消耗的钢材量少，液体表面大，适于间歇反应。增大r釜趋向瘦长型，当r=3时，就是常见的半塔式反应釜，单位体积釜内传热面积可以加大。 r越大，传热比表面积越大，可以减少反混，对于有气体参加的反应较为有利，停留时间较长，但设备加工困难，材料

38、耗费较高，搅拌支撑也有一定的难度。n根据工艺条件和经验r值大体确定后，先将釜的直径确定下来（圆整结果）, 再确定封头型式，查出封头的体积，则釜的体积为V=/4D2H+V封头，当V不合适时，可重新假定直径再试算到满意为止。传热面积计算和校对传热面积计算和校对n反应釜最常见的冷却和加热形式是夹套。它制造简单，不影响釜内的物流的流型，但传热面积小，传热系数也不大，釜的长径比直接影响到传热面积，传热面积计算公式和方法同一般的传热体系。n如果计算的传热面积（须以投料高度计算）足够，就认为所确定的长径比合适或所选设备合适。否则要调整尺寸。n如计算传热面积不够，则应该再釜内设置盘管、列管、回形管以增大传热面积。但釜内构件增加，将影响物料流动。易粘壁、结垢或有结晶沉淀产生的反应通常不主张设置内冷却（或传热）器。搅拌器设计搅拌器设计n一般根据液体粘度、釜的体积、操作目的和主要影响因素来选择4.2.5.2 固定床反应器的设计固定床反应器的设计n汇总物料衡算和物性数据n计算床体体积n计算床高和直径n验算流体阻力和传热系数kn绘制反应器设计条件图计算床体体积计算床体体积n根据经验和生产数据，确定催化剂的时空速率U,则催化剂的体积Vc Vc= Vh /U式中Vc 催化剂体积，m3 Vh工艺要求气体流量，m3/h U催化剂时