化工设计第四章设备设计课件

化工设计第四章化工设备的工艺设计主讲：吕利平化工设计1

主要内容§4-1

设备设计简述§4-2设备设计§4-3反应器设计§4-4非定型设备的设计程序与条件

主要内容§4-1设备设计简述§4-2设备2（一）化工设备的分类（二）设备设计分类（三）选型和工艺设计的原则（四）设备设计方法与步骤(五)设备工艺及设备图的计算机辅助设计§4-1

设备设计简述（一）化工设备的分类§4-1设备设计简述3（一）化工设备的分类按标准化可分为标准设备和非标准设备按设备在生产中所起作用可分为：化工设备主体设备辅助设备反应设备如合成塔、聚合釜、沸腾炉、反应器传质设备如精馏塔、吸收塔、萃取塔、干燥器传热设备如蒸发器、热交换器、结晶罐分离设备如过滤机、除尘器电力、动力设备如电动机、锅炉热能设备如热风机流体输送设备如离心泵、真空泵备料设备设备如破碎机、配料机制泠设备如氨泠机起重运输设备如皮带运输机、斗式提升机（一）化工设备的分类按标准化可分为标准设备和非标准设备按设备4（二）设备设计分类1、标准设备选型如泵、压缩机、过滤机、离心机和鼓风机等动力设备经过专业设备加工厂精心设计，已经形成了系列产品，每一系列又分为许多型号。在设备设计时，只要计算出特征尺寸，如泵的流程和扬程，就可以通过产品目录选择合适的设备。近年来，随着发展，一些非标准设备如换热器、搅拌反应釜和旋风除尘等也成为该行业的标准设备。标准设备，又称之为定型设备（二）设备设计分类1、标准设备选型如泵、压缩机、过滤机、离心52、非标准设备也称非定型设备，是需要专门设计的特殊设备非标设备工艺设计，就是根据工艺要求，通过工艺计算，提出型式、材料、尺寸和其他要求。再由化工设备专业进行机械设计，由有关工厂制造;在设计非标设备时，必须遵循设备设计的有关标准和规范等。如塔类设备施工及验收规范（HGJ211-85）;高压化工静止设备施工及验收规范（HGJ208-35）;中、低压静止设备施工及验收规范（HGJ2O9-83）。2、非标准设备也称非定型设备，是需要专门设计的特殊设备6（三）选型和工艺设计的原则⑴合理性：满足工艺要求；⑵先进性：保持一定的先进水平；⑶安全性：无事故隐患；⑷经济性：投资节省，易于加工，维修；(5)系统性：通盘考虑，保留适当的余量；（三）选型和工艺设计的原则⑴合理性：满足工艺要求；7（四）设备设计方法与步骤1、明确设计任务与条件⑴原料（或进料）与产品（或出料）的流量、组成、状态（温度、压力、相态等）、物化性质、流量波动范围。⑵设计目的、要求，设备功能。⑶公用工程条件，如冷却水温度，加热蒸汽压力，气温、湿度等。⑷其他特殊要求。（四）设备设计方法与步骤1、明确设计任务与条件⑴原料（或进料82、调查待设计设备国内外现状及发展趋势、有关新技术及专利状况，设计计算方法等。4、确定方案⑴确定设备的操作条件，如温度、压力等。⑵确定设备结构型式，评比各类设备结构的优缺点，结合本设计的具体情况，选择高效、可靠的设备型式。⑶确定单元设备的流程。3、收集有关物料的物性数据、腐蚀性质等。2、调查待设计设备国内外现状及发展趋势、有关新技术及专利状况95、工艺计算⑴全设备物料与能量衡算。⑵设备特性尺寸计算。如：精馏设备的理论级数、塔径、塔高换热设备的传热面积⑶流体力学计算。如流动阻力与操作范围计算5、工艺计算106、结构设计在设备型式及主要尺寸已定的基础上，根据各种设备常用结构，参考有关资料与规范，详细设计设备各零部件的结构尺寸。如填料塔要设计液体分布器、再分布器、填料支承、填料压板和各种接口，各种构件的材料选择、壁厚计算，塔板、塔盘等的机械设计各种辅助结构如支座、保温支架的设计，总装配图及零件图绘制，设备材料表。7、制造技术要求与规范6、结构设计7、制造技术要求与规范11（五）设备工艺及设备图的计算机辅助部分1、设备的选型计算⑴Aspenplus⑵pro/Ⅱ⑶Hysys⑷chemCAD作用：一般设备的选型，动力消耗，基本工艺参数的估计，总体设备尺寸（五）设备工艺及设备图的计算机辅助部分1、设备的选型计算⑴A12（五）设备工艺及设备图的计算机辅助部分2、特殊设备的选型软件⑴离心泵——智能选泵软件⑵换热器——HTRIXchangerSuite5.0⑶塔设备——cup-tower，KG-tower⑷反应器——Aspenplus作用：一般设备的选型，动力消耗，基本工艺参数的估计，总体设备尺寸（五）设备工艺及设备图的计算机辅助部分2、特殊设备的选型软件13（五）设备工艺及设备图的计算机辅助部分3、化工设备图的绘制⑴autoCAD2008版本以上⑵CAD的二次开发软件：PVCAD,PIDCAD,CMCAD等作用：绘制完整的设备图，对于工艺专业来说只需绘制设备示意简图，和提供设备设计条件单。（五）设备工艺及设备图的计算机辅助部分3、化工设备图的绘制⑴14(一)泵的选用与选择程序§4-2设备设计§4-2设备设计15离心泵类型1-泵体；2-泵盖；3-叶轮；4-轴；5-密封环；6-叶轮螺母；7-止动垫圈；8-轴盖；9-填料压盖；10-填料环；11-填料；12-悬架轴承部件

清水泵（B、D、Sh型）广泛用于工矿企业、城市给排水和各种水利工程，也可用于输送各种不含固体颗粒的、物理化学性质类似于水的介质。单级单吸式离心清水泵，系列代号为“B”，结构简图如下：

化工生产中常用清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵、液下泵、屏蔽泵等。1.确定泵型离心泵类型1-泵体；2-泵盖；清水泵（B、D、Sh16

B型泵:单级单吸悬臂式离心水泵,泵体和泵盖都是用铸铁制成,全系列扬程范围为8～98m，流量范围为4.5～360m3/h。

8B29A8－泵吸入口直径,in〔英寸〕,即8×25＝200mm;B－单级单吸悬臂式离心水泵;29－泵的扬程,m;A－该型号泵的叶轮直径比基本型号8B29的小一级,即基本型号叶轮第一次切削。

17Ｄ型泵:多级泵，一般自2级到9级，最多可到12级。全系列扬程范围为14～351m,流量范围为10.8～850m3/h。

150D30×5150—泵吸入口直径（mm）D—多级泵；30—单级扬程m;5—级数;

1－吸入段；2－中段；3－压出段；4－轴；5－叶轮；6－导叶；7－轴承部Ｄ型泵:多级泵，一般自2级到9级，最多可到12级。全系列扬程18D系列多级离心泵TSWA型卧式多级泵TSWA型卧式多级泵T——透平式S——单吸泵W——介质温度低于80℃A——第一次更新DL型立式多级泵D系列多级离心泵TSWA型卧式多级泵TSWA型卧式多级泵19Sh型泵：双吸泵，全系列扬程范围为9～140m，流量范围为120～12500m3/h。

6sh–96－泵吸入口直径,in〔英寸〕,即6×25＝150mm;sh－双吸式离心水泵;9－比转数被10除后的整数;1－泵体；2－泵盖；3－叶轮；4－泵轴；5－密封环；6－轴套；7－轴承；8－连轴器Sh型泵：双吸泵，全系列扬程范围为9～140m，流量范围为120S型单级双吸离心泵KSY双吸中开式离心泵

S、SA、SH型单级双吸中开式离心泵

S型单级双吸离心泵KSY双吸中开式离心泵

S、SA、SH21CQ型磁力驱动泵IH型化工泵耐腐蚀泵（F型）：输送腐蚀性化工流体必须选用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵所有与流体介质接触的部件都采用耐腐蚀材料制作。不同材料耐腐蚀性能不一样，选用时应多加注意。离心耐腐蚀泵有多种系列，其中常用的系列代号为F。需要特别注意耐腐蚀泵的密封性能，以防腐蚀液外泄。操作时还不宜使耐腐蚀泵在高速运转或出口阀关闭的情况下空转，以避免泵内介质发热加速泵的腐蚀。

40FM1－2640－泵吸入口直径,mm;F－悬臂式耐腐蚀离心泵;M－与液体接触部件材料代号(M表示铬镍钼钛合金钢);1－轴封型式代号(1表示单端面密封)。CQ型磁力驱动泵IH型化工泵耐腐蚀泵（F型）：输送腐蚀性22

F型泵全系列的扬程范围为15～105m，流量范围为2～400m3/h。在F后面加一个字母表示材料代号,以作区别：H—灰口铸铁材料，用于输送浓硫酸。G—高硅铸铁材料，用于输送压强不高的硫酸或以硫酸为主的混酸。B—铬镍合金钢材料，用于常温输送低浓度的硝酸、氧化性酸液、碱液和其它弱腐蚀性液体。M—铬镍钼钛合金钢材料，最适用于硝酸及常温的高浓度硝酸。S—聚三氟氯乙烯塑料材料，适用于90℃以下的硫酸、硝酸、盐酸和碱液。

耐腐蚀泵（F型）F型泵全系列的扬程范围为15～105m，流量范围为223油泵（Y型）：油泵用于输送石油及油类产品，油泵系列代号为Y。因油类液体具有易燃、易爆的特点，因此对此类泵密封性能要求较高。输送200℃以上的热油时，还需设冷却装置。一般轴承和轴封装置带有冷却水夹套。有单吸和双吸、单级和多级(2～6级),全系列扬程范围为60～603m,流量范围为6.25～500m3/h。DFAY型卧式输油泵100Y－120×2100－泵吸入口直径,mm;Y－单吸离心油泵;120－泵的单级扬程,m;2－叶轮级数。油泵（Y型）：DFAY型卧式输油泵100Y－120×224杂质泵（P型）：离心杂质泵有多种系列，常分为污水泵、无堵塞泵、渣浆泵、泥浆泵等。这类泵的主要结构特点是叶轮上叶片数目少，叶片间流道宽，有的型号泵壳内还衬有耐磨材料。

液下泵：液下泵是一种立式离心泵，整个泵体浸入在被输送的液体贮槽内，通过一根长轴，由安放在液面上的电机带动。由于泵体浸没在液体中，因此轴封要求不高，可用于输送化工过程中各种腐蚀性液体。

YW型液下式排污泵ZW型自吸式排污杂质泵（P型）：离心杂质泵有多种系列，常分为污水泵、无堵塞25屏蔽泵：屏蔽泵是一种无泄漏泵。其结构特点是叶轮直接固定在电机的轴上，并置于同一密封壳体内。可用于输送易燃易爆、剧毒或贵重等严禁泄漏的液体。

DFM型屏蔽泵DFPW型屏蔽泵屏蔽泵：屏蔽泵是一种无泄漏泵。其结构特点是叶轮直接固定在电机26屏蔽泵屏蔽泵272.确定选泵的流量和扬程①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，则应根据工艺情况可能出现的波动，开车和停车的需要等，在正常流量的基础上乘以1.l～1.2的安全系效。②扬程的确定和计算扬程用柏努利方程计算，计算出的扬程不能作为选泵的依据，一般要放大5%～10%。3.确定泵的安装高度①必需汽蚀余量

化工设计第四章设备设计课件28②允许吸上真空度式中Hs’—泵样本上查到试验条件下允许吸上的真空度(20℃,10m水柱)，如果使用条件与此不符，则必须校正。P0—泵操作条件时液面上方压强,Pa;10—试验条件时大气压,m;

ρ—操作条件下液体的密度,kg/m3

0.24

—试验条件下，20℃水饱和蒸汽压,m化工设计第四章设备设计课件294.确定泵的台数和备用泵

按泵的操作台数，一般只设一台泵，在特殊情况下，也可采用两台泵同时操作。输送泥浆或含有固体颗粒及其他杂质的泵和一些重要岗位用泵应有备用泵。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。5.校核泵的轴功率。6.选用电动机7.填写选泵规格表。4.确定泵的台数和备用泵308.离心泵的操作①安装时，必须使实际安装高度小于最大安装高度，防止气蚀；②启动前先灌水，防止气缚；③合闸前先关出口闸，使电机在最小功率下启动，保护电机；④停泵时也先关出口闸，防止水倒流，叶片反转，并可免去下次启动时灌水；⑤长期停泵，应将泵内的水排空。8.离心泵的操作31化工设计第四章设备设计课件32

33F型耐腐蚀离心泵性能范围图F型耐腐蚀离心泵性能范围图34F型泵的主要参数F型泵的主要参数35(二)如何选择各种类型的化工泵

1.硫酸

作为强腐蚀介质之一，硫酸是用途非常广泛的重要工业原料。不同浓度和温度的硫酸对材料的腐蚀差别较大，对于浓度在80%以上、温度小于80℃的浓硫酸，碳钢和铸铁有较好的耐蚀性，但它不适合高速流动的硫酸，不适用作泵阀的材料；普通不锈钢如304（0Cr18Ni9）、316（0Cr18Ni12Mo2Ti）对硫酸介质也用途有限。因此输送硫酸的泵阀通常采用高硅铸铁（铸造及加工难度大）、高合金不锈钢（20号合金）制造。氟塑料具有较好的耐硫酸性能，采用衬氟泵（F46）是一种更为经济的选择。(二)如何选择各种类型的化工泵

1.硫酸36

2.盐酸

决大多数金属材料都不耐盐酸腐蚀（包括各种不锈钢材料），含钼高硅铁也仅可用于50℃、30%以下盐酸。和金属材料相反，绝大多数非金属材料对盐酸都有良好的耐腐蚀性，所以内衬橡胶泵和塑料泵（如聚丙烯、氟塑料等）是输送盐酸的最好选择。

3.硝酸

一般金属大多在硝酸中被迅速腐蚀破坏，不锈钢是应用最广的耐硝酸材料，对常温下一切浓度的硝酸都有良好的耐蚀性，值得一提的是含钼的不锈钢（如316、316L）对硝酸的耐蚀性不优于普通不锈钢（如304、321），有时甚至不如。而对于高温硝酸，通常采用钛及钛合金材料。

2.盐酸

决大多数金属材料都不耐盐酸腐蚀（包括各种37

4.醋酸

它是有机酸中腐蚀性最强的物质之一，普通钢铁在一切浓度和温度的醋酸中都会严重腐蚀，不锈钢是优良的耐醋酸材料，含钼的316不锈钢还能适用于高温和稀醋酸蒸汽。对于高温高浓醋酸或含有其它腐蚀介质等苛刻要求时，可选用高合金不锈钢或氟塑料泵。

5.碱（氢氧化钠）

钢铁广泛应用于80℃以下、30%浓度内的氢氧化钠溶液，也有许多工厂在100℃、75%以下时仍采用普通钢铁，虽然腐蚀增加，但经济性好。普通不锈钢对碱液的耐蚀性与铸铁相比没有明显优点，只要介质中容许少量铁份掺入不推荐采用不锈钢。对于高温碱液多采用钛及钛合金或者高合金不锈钢。

4.醋酸

它是有机酸中腐蚀性最强的物质之一，普通钢铁38

6.氨（氢氧化氨）

大多数金属和非金属在液氨及氨水（氢氧化氨）中的腐蚀都很轻微，只有铜和铜合金不宜使用。

7.盐水（海水）

普通钢铁在氯化钠溶液和海水、咸水中腐蚀率不太高，一般须采用涂料保护；各类不锈钢也有很低的均匀腐蚀率，但可能因氯离子而引起局部性腐蚀，通常采用316不锈钢较好。6.氨（氢氧化氨）

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8.醇类、酮类、酯类、醚类

常见的醇类介质有甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇等，酮类介质有丙酮、丁酮等，酯类介质有各种甲酯、乙酯等，醚类介质有甲醚、乙醚、丁醚等，它们基本没有腐蚀性，常用材料均可适用，具体选用时还应根据介质的属性和相关要求做出合理选择。另外值得注意的是酮、酯、醚对多种橡胶有溶解性，在选择密封材料时避免出错。

8.醇类、酮类、酯类、醚类

40（三）选择示例1、离心耐酸泵选择示例122H=15m￠89×41（三）选择示例1、离心耐酸泵选择示例122H=15m￠89×41即计算流量Qe和扬程He,其计算思路如下:Qe=1.5Qmax=1.5×体积流量=1.5×质量流量／密度He=1.1Hmax←有用功Ｗe／g←柏努利方程⑵选择计算根据λ－Ｒe－ε／d（相对粗糙度）图查出λ，∑ξ为局部阻力系数之和即计算流量Qe和扬程He,其计算思路如下:⑵选择计算根42其计算过程:已知Z1=0;Z2=15mp1=0(表压);p2=0.1×9.81×104=9810N/m2(表压)硝基苯的粘度为2.1cP,所以不锈钢的绝对粗糙度ε＝0.2mm,故相对粗糙度

ε/d=0.2/81=0.00247其计算过程:硝基苯的粘度为2.1cP,所以不锈钢的绝对粗糙度43由λ－Ｒe－ε／d图查出λ＝0.0027hf=∑ξ(贮槽进入管中＋孔板＋阀门＋弯头）＝0.5×1+8.25×1+0.17×2+0.75×4=12.09Qe=1.5Qmax=1.5×体积流量=1.5×质量流量／密度=1.5×30000/1200=37.5m3/hHe=1.1Hmax=1.1Ｗe／g=1.1×181/9.81=20.3m由λ－Ｒe－ε／d图查出λ＝0.0027Qe=1.5Qmax44由λ－Ｒe－ε／d图查出λ＝0.0027hf=∑ξ(贮槽进入管中＋孔板＋阀门＋弯头）＝0.5×1+8.25×1+0.17×2+0.75×4=12.09Qe=1.5Qmax=1.5×体积流量=1.5×质量流量／密度=1.5×30000/1200=37.5m3/hHe=1.1Hmax=1.1Ｗe／g=1.1×181/9.81=20.3m由λ－Ｒe－ε／d图查出λ＝0.0027Qe=1.5Qmax45⑶选择型号因输送管材是不锈钢的,所以泵过流部件零件也应为不锈钢制造F型耐腐蚀离心泵是这种材质的,其性能范围:流量Q为2～400m3/h;扬程H为15～105m所选泵的流量和扬程在其性能范围内查F型泵性能范围图,得具体型号为80F-24从泵类产品样本查可知该泵的主要参数:转速n=2960r/min,允许吸上高度HS=5.0～6.0;效率η=64～72%;轴功率为3.84～5.35kw;所配电机功率为7.5kw⑶选择型号因输送管材是不锈钢的,所以泵过流部件零件也应为不锈46F型耐腐蚀离心泵性能范围图F型耐腐蚀离心泵性能范围图47F型泵的主要参数F型泵的主要参数48⑷选择验算泵的理论功率：泵的实际功率：则Ｎ在轴功率范围内，故选择适合。20℃时，硝基苯的运动粘度为故粘度对流量、扬程和效率的影响，可忽略不计，所选80F-24型耐腐蚀离心泵是适合的.＜20cSt⑷选择验算泵的理论功率：泵的实际功率：则Ｎ在轴功率范围内，故49(二)换热设备的设计和选用

(二)换热设备的设计和选用501.按作用原理分(1)直接接触式换热器(混和式换热器)冷、热流体直接接触，相互混和传递热量。特点是结构简单，传热效率高。适于冷、热流体允许混和的场合。如凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。换热器的分类1.按作用原理分换热器的分类51(2)蓄热式换热器(回流式换热器、蓄热器)冷、热流体交替与固体蓄热体发生传热接触,从而达到换热的目的。特点是结构简单，可耐高温，体积庞大，不能完全避免两种流体的混和。适于高温气体热量的回收或冷却。如回转式空气预热器。热流体热流体冷流体冷流体(2)蓄热式换热器(回流式换热器、蓄热器)热流体热流体冷流体52(3)间壁式换热器(表面式换热器、间接式换热器)冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量由热流体通过壁面传递给冷流体。形式多样，应用广泛。适于冷、热流体不允许混和的场合。如各种管壳式、板式结构的换热器。2.按用途分(1)加热器：用于把流体加热到所需温度，被加热流体在加热过程中不发生相变。(2)预热器：用于流体的预热，以提高整套工艺装置的效率。(3)过热器：用于加热饱和蒸汽，使其达到过热状态。(4)蒸发器：用于加热液体，使其蒸发汽化。(5)再沸器：用于加热已被冷凝的液体，使其再受热汽化。为蒸馏过程专用设备。(6)冷却器：用于冷却流体，使其达到所需温度。(7)冷凝器：用于冷却凝结性饱和蒸汽，使其放出潜热而凝结液化。(3)间壁式换热器(表面式换热器、间接式换热器)533.按传热面形状和结构分(1)管式换热器通过管子壁面进行传热的换热器。按传热管的结构形式可分为管壳式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、翅片式换热器等。应用最广。(2)板式换热器通过板面进行传热的换热器。按传热板的结构形式可分为平板式、螺旋板式、板翅式、热板式换热器等。(3)特殊形式换热器根据工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热器。如回转式、热管、同流式换热器等。3.按传热面形状和结构分544.按所用材料分(1)金属材料换热器由金属材料加工制成的换热器。常用的材料有碳钢、合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等。因金属材料导热系数大，故此类换热器的传热效率高。(2)非金属材料换热器有非金属材料制成的换热器。常用的材料有石墨、玻璃、塑料、陶瓷等。因非金属材料导热系数较小，故此类换热器的传热效率较低。常用于具有腐蚀性的物系。4.按所用材料分551.管式换热器的结构形式(1)列管式换热器(管壳式换热器)

结构紧凑，单位体积所具有的传热面积较大(40～150m2/m3)，传热效果好，适应性强，操作弹性大，尤其适用于高温、高压和大型装置中，是管式换热器中应用最普遍的换热器。在列管式换热器中，当两流体的温度差超过50℃时，就应从结构上考虑热膨胀的影响，采取相应的热补偿措施。根据热补偿方法的不同，列管式换热器分为三种形式：换热器的结构形式1.管式换热器的结构形式结构紧凑，单位体积所具有的传热56固定管板式换热器固定管板式换热器57化工设计第四章设备设计课件58U型管换热器U型管换热器59化工设计第四章设备设计课件60浮头式换热器浮头式换热器61化工设计第四章设备设计课件622.蛇管式换热器(1)沉浸式蛇管换热器

优点:结构简单，制造方便，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造。缺点:容器内液体湍动程度低，管外对流传热系数小，传热效果可通过增设搅拌提高，此外传热面积有限，主要用于传热量不大的容器中。2.蛇管式换热器(1)沉浸式蛇管换热器优点:结构简63(2)喷淋式蛇管换热器优点：传热效果较沉浸式好，传热面积大而且可以改变，检修和清洗方便。缺点：喷淋不易均匀。主要用于管内流体的冷却，常设置在室外空气流通处。(2)喷淋式蛇管换热器优点：传热效果较沉浸式好，传热面积大而643.套管式换热器优点:结构简单，能耐高压，传热面积易于增减；缺点:是设备结构不紧凑，金属耗用量大.一般用于换热量不大的场合。3.套管式换热器优点:结构简单，能耐高压，传热面积易于增减；654.翅片管式换热器在管的表面上加装一定形式的翅片，有横向和纵向两类。翅片管换热器主要用于两种流体的对流传热系数相差较大时，在h小的一侧加装翅片，从而增大传热面积，提高流体的湍动程度，以提高对流传热系数。4.翅片管式换热器在管的表面上加装一定形式的翅片，有横向和纵66翅片式换热器翅片盘管换热器空调机组表冷器组合式铝合金散热器（T形翅）

翅片式换热器翅片盘管换热器空调机组表冷器组合式铝合金散热器（671.列管式换热器设计和选用时应考虑的问题(1)流程的选择不洁净和易结垢的流体宜走管程(固定管板式换热器)；腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀，且清洗、检修方便；压强高的流体宜走管程，以免壳体同时受压；有毒流体宜走管程，使泄漏机会减少；被冷却的流体宜走壳程，便于散热，增强冷却效果；饱和蒸汽宜走壳程，便于排出冷凝液和不凝气，且蒸汽洁净不污染；流量小或粘度大的流体宜走壳程，因折流档板的作用可使在低雷诺数(Re＞100)下即可达到湍流，但也可在管内采用多管程；若两流体温差较大，宜使α大的流体走壳程，使管壁和壳壁温差减小。列管式换热器的设计和选用1.列管式换热器设计和选用时应考虑的问题列管式换热器的设682.流速

流速较高，可提高传热效率，有利于冲刷污垢和沉积；但流速不能过大。列管换热器中常用流速的范围流体的种类一般流体易结垢流体气体

流速管程0.5~3>15~30壳程0.2~1.5>0.53~152.流速流速较高，可提高传热效率，有利于冲刷污垢和沉积；列69管径：d，单位体积设备内的A，但更容易堵塞。目前我国系列标准规定采用25×2.5mm,19×2mm两种规格的管子。管长的选择以清洗方便和合理使用管材为准，我国生产的钢管长度多为6米，国家标准规定采用的管长有1.5、2、3、6米四种规格，以3米和6米最为普遍。换热管的排列方式：等边三角形排列比正方形排列更为紧凑，管外流体的湍动程度高，给热系数大，但正方形排列的管束清洗方便，对易结垢流体更为适用，如将管束旋转45度放置，也可提高给热系数。3.换热管规格及排列

管径：d，单位体积设备内的A，但更容易堵塞。目前我国系列70作用：提高管外的给热系数；形状：园缺型、园盘型、分流型等；挡板的形状和间距必须适当，方能取得良好效果。以弓形为例，缺口的高度一般取为壳体内径的10-40%，常见的是20-25%。缺口方向可水平和垂直排列。挡板间距过大，流速小，不能保证流体垂直流过管束，管外h；间距过小，流动阻力增加，且不便于检修。我国系列标准规定的挡板间距：固定管板式：150、300和600mm三种规格；浮头式：150、200、300、480和600mm五种规格。4.折流挡板作用：提高管外的给热系数；4.折流挡板715.冷却剂或加热剂出口温度的选择

通常，被加热(或冷却)流体进、出换热器的温度由工艺条件决定，但对加热剂（或冷却剂）而言，进、出口温度则需视具体情况而定。为确保换热器在所有气候条件下均能满足工艺要求，加热剂的进口温度应按所在地的冬季状况确定；冷却剂的进口温度应按所在地的夏季状况确定。若综合利用系统流体作加热剂(或冷却剂)时，因流量、入口温度确定，故可由热量衡算直接求其出口温度。用蒸汽作加热剂时，为加快传热，通常宜控制为恒温冷凝过程，蒸汽入口温度的确定要考虑蒸汽的来源、锅炉的压力等。在用水作冷却剂时，为便于循环操作、提高传热推动力，冷却水的进、出口温度差一般宜控制在5～10℃左右。5.冷却剂或加热剂出口温度的选择通常，被加热726.管程和壳程数

为了提高流速增大对流传热系数，可采用多管程。但程数增加将导致流动阻力加大，平均温度差下降，管板利用率差，设计时应综合考虑。列管式换热器的系列标准中管程数有1，2，4和6四种，采用多管程时，应使各程管数大致相同。当列管换热器的温差校正系数<0.8时，可采用多壳程。如在壳内安装一块与管束平行的隔板，流体在壳内流经两次称为两壳程。但因在壳体内安装隔板比较困难，一般是将壳体分成多个，将所需管数分装在直径相等而较小的壳体中，然后将这些换热器串联使用。。

6.管程和壳程数为了提高流速增大对流传热系数，可采用多管程737.换热器外壳直径的确定

作图法:根据管径，管数和管子的排列方法，用作图法确定。初步设计中，可采用下式估算外壳直径：D=t(nc-1)+2b′式中：D——

壳体内径，m；t——

管中心距，m；b′

——

管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离，m，一般取b′=(1～1.5)do；nc

——

位于管束中心线上管数，其值可由以下公式计算：管子按等边三角形排列时，nc=1.1n0.5管子按正方形排列时，nc=1.19n0.5式中：n——

换热器的总管数。根据计算得到的壳径应圆整到国家规定的标准。

7.换热器外壳直径的确定作图法:根据管径，管数和管子的排列748.流体流动阻力(压强降)的计算(1)管程流体阻力式中:Δp1--直管压强降，按摩擦阻力公式求得；

Δp2--回弯管中因摩擦阻力引起的压强降，下面的经验公式估算，即:

Ft--结垢校正因数，无因次，对φ25×2.5mm的管子，取为1.4，对φ19×2mm的管子，取为1.5；

Np--管程数；

Ns--串联的壳程数。8.流体流动阻力(压强降)的计算75

(2)壳程流体阻力下面介绍埃索法计算壳程压强式中：Δp1′---流体横过管束的压强降，N/；Δp2′--流体通过折流板缺口的压强降，N/；Fs--壳程压强降的结垢校正因数，无因次，对液体可取1.15，对气体或可凝蒸气可取1.0一般来说，液体流经换热器的压强降为10～100kPa，气体的为1～10kPa。设计时，换热器的工艺尺寸应在压强降与传热面积之间予以权衡，使既能满足工艺要求，又经济合理。

(2)壳程流体阻力下面介绍埃索法计算壳程压强761.估算传热面积，初选换热器型号(1)根据传热要求，计算传热量。(2)确定流体在换热器两端的温度，计算定性温度并确定流体物性。(3)计算传热温度差，根据温差校正系数Δt≥0.8的原则，决定壳程数。(4)选择两流体流动通道，根据两流体温差，选择换热器型式。(5)依据总传热系数的经验范围，初选总传热系数K值。(6)由总传热速率方程计算传热面积，由S确定换热器具体型号(若为设计时应确定换热器基本尺寸)。列管换热器的选用和设计计算基本步骤：1.估算传热面积，初选换热器型号列管换热器的选用和设计计算772.计算管程和壳程压强降根据选定型号的换热器，分别计算管程、壳程压强降，看其是否符合要求。若不符合要求时，再调整管程数或折流挡板间距，或重选其它型号换热器，并计算压强降，直到满足要求为止。3.核算总传热系数和传热面积按照对流传热系数关联式，计算管内、外对流传热系数，选定污垢热阻，核算总传热系数值。根据该计算K值校核实际需传热面积，若选用换热器提供的传热面积比所需传热面积大10%～20%时，所选换热器合适。否则需另选K值，重复以上步骤，直至符合为止。

2.计算管程和壳程压强降根据选定型号的换热器，分别计算管程、78设计与选型的基本步骤设计与选型的基本步骤79进行换热的流体传热系数KM2·K／W米2·小时·℃/千卡由气体到气体12～3510～30由气体到水12～6010～50由煤油到水350左右300左右由水到水800～1800700～1500由冷凝蒸气到水290～4700250～4000由冷凝蒸气到油60～35050～300由冷凝蒸气到沸腾油290～870250～750由有机溶剂到轻油120～400100～340列管式换热器中的总传热系数K的经验值

进行换热的流体传热系数KM2·K／W米2·小时·℃/千卡由气80

点击放大

223.92/246.960.1244/0.1374370/371.36245/246.95185/184.75

7922

455.22/501.740.2529/0.2788375/377.45250/251.00185/187.78

80511000

178.20/196.380.0990/0.1091295/295.40195/196.44145/146.96

6302

367.02/404.460.2039/0.2248305/304.3200/202.36150/151.39

6491900

138.06/152.100.0767/0.0845230/228.81150/152.16115/113.83

4882

288.90/318.600.1605/0.1770240/239.60160/159.16120/119.20

5111800

101.16/111.600.0562/0.0620165/167.85110/111.6285/83.51

3582

214.38/236.340.0091/0.1313175/177.71120/118.1790/88.41

3791700

75.24/83.980.0418/0.0461125/14.7280/82.9460/32.05

2662

152.10/167.760.0845/0.0932125/126.1385/83.8860/62.7

2691600

50.94/56.160.0283/0.031285/86.7455/57.6840/41.99

1802

104.58/115.380.0581/0.064185/86.7455/57.6845/4.15

18515002.531.14/34.200.0173/0.019050/51.5834/34.2026/25.6617/17.0213/12.701102

1.667.32/74.160.0374/0.041255/55.837/37.1028/27.7618/18.4114/13.4711914001.015.84/17.460.0088/0.009736/26.2617/17.4613/13.059/8.666/6.47562

0.633.84/37.440.0188/0.020828/28.1319/18.7114/14.009/9.287/6.936013252.511.24/12.420.0063/0.006919/18.7612/12.479/9.336/6.195/4.62402

1.624.84/27.360.0138/0.015221/20.6314/13.7210/10.267/5.185/5.084412731.07.38/8.010.0041/0.0045

8/8.816/6.064/4.023/3.002620.614.76/16.200.0082/0.0090

8/8.16/6.064/4.023/3.002612190.257.92/8.820.0044/0.0049

33.2722.171.51.62141159φ25×260004000300020001500φ25×2.5管子长度（m）公称压力管程通道截面积管程通道流速为0.5m/sec时的流量m/hr换热面积公称值/计算值管子数量管程数公称直径

点击放大223.92/246.960.12481列管式换热器的型号与规格1．基本参数列管换热器的基本参数主要有：①公称换热面积SN；②公称直径DN；③公称压力pN；④换热管规格；⑤换热管长度L；⑥管子数量n；⑦管程数Np；等等。2．型号表示方法列管换热器的型号由五部分组成。

—

—123451——换热器代号；2——公称直径DN，mm；3——管程数Np，Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ；4——公称压力pN，MPa；5——公称换热面积SN，m2例如，公称直径为600mm，公称压力为1.6MPa，公称换热面积为55m2，双管程固定管板式换热器的型号为：G600Ⅱ－1.6－55，其中G为固定管板式换热器的代号。列管式换热器的型号与规格82主体设备：蒸发器-----主要由加热室和蒸发室组成。辅助设备：除沫器、冷凝器。减压操作时还需真空装置。1.蒸发器的结构和特点按溶液在蒸发器中的运动情况，大致可分为以下两大类：（1）循环型蒸发器

特点：

溶液在蒸发器中做循环流动，蒸发器内溶液浓度基本相同，接近于完成液的浓度，操作稳定。根据引起循环的原因不同，又可分为自然循环和强制循环。蒸发设备主体设备：蒸发器-----主要由加热室和蒸发室组成。1.蒸83自然循环蒸发器①中央循环管式蒸发器完成液二次蒸气料液加热蒸气冷凝水123451-外壳；2-加热室；3-中央循环管；4-蒸发室；5-除沫器中央循环管式蒸发器优点：结构紧凑、制造方便、传热较好、操作可靠；缺点：循环速度在0.4~0.5m/s以下、清洗和维修不方便。自然循环蒸发器①中央循环管式蒸发器完成液二次蒸气料液加热蒸84②悬筐式蒸发器优点：循环速度可稍大、易于检修、热损失较小；缺点：结构复杂、单位传热面的金属消耗量大；适用：易结晶、结垢溶液的蒸发。1－外壳2－加热蒸气管3－除沫器4－加热室5－液沫回流罐②悬筐式蒸发器优点：循环速度可稍大、易于检修、热损失较小；85③外热式蒸发器优点：降低了蒸发器的高度、便于清洗和更换、循环速度较大。外热式蒸发器③外热式蒸发器优点：降低了蒸发器的高度、便于清洗和更换、循86④列文式蒸发器优点：

气化在沸腾室进行、循环速度大，有利于减轻或避免加热管表面的结晶和结垢、传热效果好。缺点：

温差损失大、设备庞大、消耗材料多、需要高大厂房。列文式蒸发器二次蒸汽加热蒸汽冷凝水料液完成液12376541-加热室；2-加热管；3-循环管；4-蒸发室5-除沫器；6-挡板；7-沸腾室④列文式蒸发器优点：列文式蒸发器二次蒸汽加热蒸汽冷凝水料液87强制循环式蒸发器优点：

适用于粘度大、易结晶、易结垢物料的蒸发循环速度大小可调节，传热系数较大。缺点：

能量消耗大。强制循环蒸发器加热蒸气冷凝水完成液123451-加热室2-循环泵3-循环管4-蒸发室5-除沫器二次蒸气强制循环式蒸发器优点：强制循环蒸发器加热蒸气冷凝水完成液1288（2）单程型蒸发器

特点：溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环。

优点：溶液停留时间短，故特别适用于热敏性物料的蒸发；温度差损失较小，表面传热系数较大。

①升膜式蒸发器说明：不适于较浓溶液、粘度大、易结晶、易结垢物料的蒸发。缺点：设计或操作不当时不易成膜，热流量将明显下降；不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。（2）单程型蒸发器①升膜式蒸发器说明：不适于较浓溶液、粘度89②降膜式蒸发器优点：

传热系数较高，与升膜相比，可以蒸发浓度较高的溶液，对粘度较大的物料也能适用。缺点：

结构较复杂。②降膜式蒸发器优点：90（3）直接接触传热蒸发器优点：

结构简单，适用于易结晶、易结垢和具有腐蚀性物料的蒸发。传热效果好，热利用率高。缺点：

不适用于不可被烟气污染物料的处理，且二次蒸汽利用受到限制。直接接触传热(浸没燃烧)蒸发器气汽混合物燃料气空气出料进料14231-外壳2-燃烧室3-点火口4-测温管（3）直接接触传热蒸发器优点：直接接触传热(浸没燃烧)蒸发器91除沫器、冷凝器和真空装置（1）除沫器作用：利用液体的惯性使气液分离，以除去液沫。型式：除沫器、冷凝器和真空装置（1）除沫器作用：利用液体的惯性使气92（2）冷凝器和真空装置冷凝器：冷凝二次蒸汽。多采用气液直接接触的混合式冷凝器，如逆流高位冷凝器。真空装置：排除少量不凝性气体，维持蒸发所需要的真空度。水环式真空泵、喷射泵、往复式真空泵。（2）冷凝器和真空装置冷凝器：冷凝二次蒸汽。多采用气液直接接93(三)贮罐容器的选型和设计

按使用目的的不同，可分为贮存容器的计量、回流、中间周转、缓冲、混合等工艺容器。

(三)贮罐容器的选型和设计94⒈设计贮罐的一般程序

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，最大使用压力、最高使用温度、最低使用温度，腐蚀性、毒性、蒸汽压、进出量、贮罐的工艺方案等。②选择容器材料。对有腐蚀性的物料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、衬聚四氟乙烯等。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。容积计算是贮罐工艺设计和尺寸设计的核心，它随容器的用途而异。⒈设计贮罐的一般程序①汇集工艺设计数据。95⑤确定贮罐基本尺寸。根据物料密度、卧式或立式的基本要求、安装场地的大小，确定贮罐的大体直径。依据国家规定的设备零部件即筒体与封头的规范，确定一个尺寸。据此计算贮罐的长度，核实长径比，如长径比太大（即偏长）或太小（即偏圆），应重新调整，直到大体满意。⑥选择标准型号。各类容器有通用设计图系列，根据计算初步确定它的直径、长度和容积，在有关手册中查出与之符合或基本相符的标准型号。⑦开口和支座。在选择标准图纸之后，要设计并核对设备的管口。⑧绘制设备草图（条件图）,标注尺寸，提出设计条件和订货要求。⑤确定贮罐基本尺寸。96①单纯用于贮存原料和成品的贮罐。

原料的贮存为全厂性原料库存和车间工段性原料贮存。根据以上要求，可计算出原料、产品的最大贮存量。2.容积计算全厂性贮存：一般要有一个月的贮存量；车间性贮存：一般要有半个月的贮存量；液体产品：至少有一个星期的贮存量；待包装：最多考虑半个月的贮存量；

贮罐的装载系数通常达80％。①单纯用于贮存原料和成品的贮罐。

原料的贮存为全厂性97②中间贮罐中间贮罐一般使用场合为当贮存的物料离工艺场地远时，中间体间歇供应调节时，需测试检验确定去向时（返回系统或作产品），或工艺流程中要求切换、翻罐挪转等。这类贮罐有时称“昼夜罐”。贮存量应按一昼夜考虑。③计量罐，回流罐

计量罐的容积按最少则10－15min，多则2小时的产量的贮存，装载系数60％－70％。回流罐一般考虑5－10min左右的液体保有量，做冷凝器的液封之用。②中间贮罐98④缓冲罐，汽化罐：

缓冲罐：使气体有一定数量的积累，保持压力比较稳定，从而保证工艺气体流量流定，容量通常为5-10min的用量。有时可超过15min，以备化学急用情况有充裕的时间处理故障,调节流程或关停机。

汽化罐：可加热或不加热物料汽化空间是贮罐的一半，保证下游使用量3分钟左右。⑤混合、拼料罐:化工生产中很多工艺间歇生产，产品批次产量不同、出产前需混合、拼料、俗称“混批”。考虑若干批的产量，装载系数为70％。⑥包装罐：

一般为中间罐，原则是昼夜罐，对于及时包装的罐，定期清洗的罐，容积可考虑偏小。装载系数可根据不同需要和场合，一般考虑60%—80%。④缓冲罐，汽化罐：993.贮罐基本尺寸的确定①对定型设备，根据计算的容积，由手册查出标准化设备的有关尺寸。②对非定型设备，根据计算的容积，考虑装料系数和高径比。装料系数Ø

计量槽、贮槽Ø=0.8～0.9；搅拌反应器Ø=0.7～0.85；沸腾操作或易发泡的反应设备Ø=0.4～0.6。高径比

一般取H/D=1～2。4.管口方位的确定贮槽的管口有：进料、出料、放空、液面计、排液、放净以及人孔、手孔、吊装等，并有一定数目的备用孔。根据贮槽的大小及进出流量决定管口的尺寸与数量。管口方位的确定有利于工艺管道的布置。

3.贮罐基本尺寸的确定100本系列产品采用国际先进的旋塑设备及工艺一次性模制成型，产品具有整体一次成型无接缝、抗冲击、抗老化、重量轻、不渗漏、耐酸碱、寿命长、符合卫生标准等优点，使用性能大大优于传统的玻璃钢容器、塑料焊接容器、钢衬橡胶等容器，在相当大的范围内可取代不锈钢、钛等金属制品容器，是当今最理想的化工液体的耐腐蚀储运设备。整体一次成型

防腐蚀耐酸碱

聚乙烯(PE)材质，符合卫生标准。

主要产品规格：1－50立方

聚乙烯立式储罐本系列产品采用国际先进的旋塑设备及工艺一次性模制成型，产品具101化工设计第四章设备设计课件102【技术参数（厂标准参数）】【技术参数（厂标准参数）】103(四)塔器的选型与设计

塔设备是一种应用极为广泛的气液，液液传质设备，主要应用于化工、医药等行业中的吸收、精馏、萃取等工段。

(四)塔器的选型与设计塔设备是一种应用104填料塔

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、热交换，两相的组成沿塔高连续变化。

填料塔在圆柱形壳体内装填一定高度的填料，液体经塔顶105板式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，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。气、液在塔内逐板接触进行质、热交换，故两相的组成沿塔高呈阶跃式变化。板式塔在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若干层塔板，液106填料塔和板式塔的主要对比板式塔填料塔压降较大小尺寸填料较大；大尺寸填料及规整填料较小空塔气速较大小尺寸填料较小；大尺寸填料及规整填料较大塔效率较稳定，效率较高传统填料低；新型乱堆及规整填料高持液量较大较小液气比适应范围较大对液量有一定要求安装检修较易较难材质常用金属材料金属及非金属材料均可造价大直径时较低新型填料投资较大新型填料及规整填料塔竞争力较强。

填料塔和板式塔的主要对比板式塔填料塔压降较大小尺寸填料较大；107塔型选择塔径在0.6~0.7米以上的塔，过去一般优先选用板式塔。随着低压降高效率轻材质填料的开发，大塔也开始采用各种新型填料作为传质构件，显示了明显的优越性。塔型选择主要需考虑以下几个方面的基本性能指标：(1)生产能力即为单位时间单位塔截面上的处理量；(2)分离效率对板式塔指每层塔板的分离程度；对填料塔指单位高度填料层所达到的分离程度；(3)操作弹性指在负荷波动时维持操作稳定且保持较高分离效率的能力，通常以最大气速负荷与最小气速负荷之比表示；(4)压强降指气相通过每层塔板或单位高度填料的压强降；(5)结构繁简及制造成本。塔型选择塔径在0.6~0.7米以上的塔，过去一般优先选用板式1081.填料塔设计程序①汇总设计参数和物性数据处理。②选用填料;③确定塔径D;④计算填料塔压降;⑤计算填料层高度Z;⑥计算塔的总高度H;⑦塔的其他附件设计和选定;⑧绘制塔设备结构图。1.填料塔设计程序109特性(1)比表面积同一种类的填料，尺寸愈小，则比表面积愈大。(2)空隙率填料的空隙率大，气液通过能力大且气体流动阻力小。(3)填料因子填料因子表示填料的流体力学性能。填料因子小，表明流动阻力小，液泛速度可以提高。

填料

特性填料110化工设计第四章设备设计课件111填料的类型

填料实体填料网体填料:由金属丝网制成的各种填料，如鞍形网、波纹网填料等栅板、波纹板填料鞍形填料:如弧鞍、矩鞍环形填料:拉西环、鲍尔环及阶梯环填料的装填方式整砌填料:各种新型组合填料，如波纹板、波纹网;但直径100mm以上的大尺寸的拉西环。

乱堆填料:各种颗粒型填料多属乱堆填料，如拉西环、鞍形、Θ网环填料的类型填料实体填料网体填料:由金属丝网制成的各种112填料种类的选择传质效率要高。一般规整填料的传质效率高于散装填料。通量要大在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。填料层的压降要低。填料抗污堵性能强，拆装、检修方便。填料种类的选择传质效率要高。一般规整填料的传质效率高于散装填113优点：易于制造，价格低廉，且对它的研究较为充分，所以在过去较长的时间内得到了广泛的应用。缺点：高径比大，堆积时填料间易形成线接触，故液体常存在严重的沟流和壁流现象。且拉西环填料的内表面润湿率较低，因而传质速率也不高。拉西环（Raschigring）填料最早使用的一种填料，为高径比相等的陶瓷和金属等制成的空心圆环。在拉西环基础上衍生了θ环、十字环及螺旋环等，其基本改进是在拉西环内增加一结构，以增大填料的比表面积。优点：易于制造，价格低廉，且对它的研究较为充分，所以在过去较114鲍尔环（Pallring）填料在环的侧壁上开一层或两层长方形小孔，小孔的母材并不脱离侧壁而是形成向内弯的叶片。上下两层长方形小孔位置交错。鲍尔环填料的优良性能使它一直为工业所重视，应用十分广泛。可由陶瓷、金属或塑料制成。同尺寸的鲍尔环与拉西环虽有相同的比表面积和空隙率，但鲍尔环在其侧壁上的小孔可供气液流通，使环的内壁面得以充分利用。比之拉西环，鲍尔环不仅具有较大的生产能力和较低的压降，且分离效率较高，沟流现象也大大降低。鲍尔环（Pallring）填料在环的侧壁上开一层或两层长方115这样的结构使得阶梯环填料的性能在鲍尔环的基础上又有提高，其生产能力可提高约10%，压降则可降低25%，且由于填料间呈多点接触，床层均匀，较好地避免了沟流现象。阶梯环填料（Stairring）阶梯环填料的结构与鲍尔环填料相似，环壁上开有长方形小孔，环内有两层交错45°的十字形叶片，环的高度为直径的一半，环的一端成喇叭口形状的翻边。阶梯环一般由塑料和金属制成，由于其性能优于其它侧壁上开孔的填料，因此获得广泛的应用。这样的结构使得阶梯环填料的性能在鲍尔环的基础上又有提高，其生116弧鞍形(Berlsaddle)矩鞍形(Intaloxsaddle)填料一种表面全部展开的具有马鞍形状的瓷质型填料(马鞍填料)。弧鞍填料在塔内呈相互搭接状态，形成弧形气体通道。优点：空隙率高，气体阻力小，液体分布性能较好，填料性能优于拉西环。矩鞍填料的两端为矩形，且填料两面大小不等。克服了弧鞍填料相互重叠的缺点，填料的均匀性得到改善。液体分布均匀，气液传质速率得到提高。瓷矩鞍填料是目前采用最多的一种瓷质填料。缺点：相邻填料易相互套叠，使填料有效表面降低，从而影响传质速率。弧鞍形(Berlsaddle)矩鞍形(Intaloxsa117优点：网丝细密，空隙很高，比表面积很大。由于毛细管作用，填料表面润湿性能很好。故网体填料气体阻力小，传质速率高。缺点：造价很高，故多用于实验室中难分离物系的分离。

金属英特洛克斯（Intalox）填料有环形与鞍形的结构特点，生产能力大、压降低、液体分布性能好、传质速率高及操作弹性大，在减压蒸馏中其优势更为显著。与实体填料对应的另一类填料为网体填料。有多种形式，如金属丝网制成的网环和鞍型网等。网体填料（Wiregauzepackings）优点：网丝细密，空隙很高，比表面积很大。由于毛细管作用，填料118规整填料规整填料一般由波纹状的金属网丝或多孔板重叠而成。使用时根据填料塔的结构尺寸，叠成圆筒形整块放入塔内或分块拼成圆筒形在塔内砌装。优点：空隙大，生产能力大，压降小。流道规则，只要液体初始分布均匀，则在全塔中分布也均匀，因此规整填料几乎无放大效应，通常具有很高的传质效率。缺点：造价较高，易堵塞难清洗，因此工业上一般用于较难分离或分离要求很高的情况。规整填料规整填料一般由波纹状的金属网丝或多孔板重叠而成。优点119规整填料CorrugatedMetalPlatesPackings6400金属板波纹规整填料300脉冲规整填料各种陶瓷规整填料规整填料CorrugatedMetal300脉冲规整填120填料规格的选择（1）散装填料规格的选择散装填料的规格常用公称尺寸表示，主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也增加很多。大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。一般塔径与填料公称直径的比值D/d应大于8。（2）规整填料规格的选择国内规整填料的规格用比表面积表示，主要有125、150、250、350、500、700等几种规格，同种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也明显增加。选用时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足技术要求，又具有经济合理性。填料规格的选择121填料材质的选择

(1)陶瓷填料很好的耐腐蚀性及耐热性，陶瓷填料价格便宜，具有很好的表面润湿性能，质脆、易碎是其最大缺点。在气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程中应用较为普遍。(2)金属填料可用多种材质制成，选择时主要考虑腐蚀问题。碳钢填料造价低，且具有良好的表面润湿性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用；不锈钢填料耐腐蚀性强，一般能耐除Cl–以外常见物系的腐蚀，但其造价较高，且表面润湿性能较差；钛材、特种合金钢等材质制成的填料造价很高，一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。

(3)塑料填料塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100°C以下使用。填料材质的选择122塔径

填料塔的直径可根据圆形管道内的流量公式计算式中：Vs——操作条件下气体体积流量，m3/s；

u——操作条件下的空塔气速，m/s。一般取u=(0.5~0.8)uf。对一定气体负荷，塔径计算关键在于空塔泛点气速的求取。当缺乏实测数据时，泛点气速uf可用埃克特(Eckert)压降关联图估算。一般填料塔的操作气速大致在0.2~1.0m/s。按上式算出的塔径，应按压力容器公称直径进行圆整，如圆整为600、800、1000、1200mm等。塔径填料塔的直径可根据圆形管道内的流量公式计算式中：Vs123验算液体喷淋密度，以确保填料能得到充分的润湿。填料塔的液体最小喷淋密度与填料的比表面积a有关，其关系为：式中：Umin——最小喷淋密度，m3/(m2s)；(Lw)min——最小润湿速率，m3/(ms)。最小润湿速率：在塔横截面上，单位长度的填料周边上润湿填料所需最少液体的体积流量。直径<75mm的拉西环及其它填料，(Lw)min=0.08m3/(mh)；直径>75mm的环形填料，(Lw)min=0.12m3/(mh)。实际喷淋密度应大于最小喷淋密度。若不能满足此条件，可采用增大回流比或液体再循环等方法加大塔内液体流量，或适当提高气速，减小塔径等。验算液体喷淋密度，以确保填料能得到充分的润湿。填料塔的液体最124载液区高液量低液量CC’BB’AA’L=0L1L2lgulgp载点气速液泛气速填料塔压降泛点：液泛开始发生，是填料塔的操作极限。泛点气速：开始发生液泛时的气速，泛点的直接表达参数。载液区高液量低液量CC’BB’AA’L=0L1L2lgul125埃克特(Eckert)压降通用关联图横坐标：GG,GL——气体和液体的质量流速，kg/(m2.s)；u——空塔气速，m/s；V,L——气体和液体的密度，kg/m3；L——液体的粘度，mPa.s；WG,WL——气体和液体的质量流量，kg/s；——湿填料因子(泛点填料因子)，1/m；Vs,Ls——气体和液体的体积流量，m3/s；g——重力加速度9.81m/s2；——液体密度校正系数(水与液相密度之比=/L)。纵坐标：埃克特(Eckert)压降通用关联图横坐标：GG,GL126埃克特(Eckert)压降通用关联图适用范围：乱堆填料(Randompackings)，如拉西环、鲍尔环、矩鞍环等。与泛点线相对应的空塔气速为空塔液泛气速。利用此图可根据选定的空塔气速求压降，或根据规定的压降求算相应的空塔气速。

最上方的三条线分别为弦栅、整砌拉西环及乱堆填料的泛点线。其余为乱堆填料的等压降线。埃克特(Eckert)压降通用关联图适用范围：乱堆填料(127填料层高度取决于所需的填料层高度及塔内附属构件所需的高度。附属构件(如气液分布装置，除沫器及液体再分布器等)的高度要由所选的类型和计算的尺寸来确定。填料层的高度通常采用传质单元法或等板高度法进行计算。等板高度(HETP)：与一层理论塔板的分离效果相当的填料层高度。等板高度的大小，表明填料效率的高低。等板高度一般由实验测定，或取生产设备的经验数据。若完成分离任务所需的理论板数为N，则填料层高度Z为填料层高度取决于所需的填料层高度及塔内附属构件所需的高度。128默奇(Murch)等板高度经验公式

GG——气体的空塔质量速度，kg/(m2h)；——相对挥发度；D——塔径，m；

L——液体粘度，mPas；Z——填料层高度，m；L——液体的密度，kg/m3；c1,c2,c3——常数，取决于填料类型及尺寸。适用范围：(1)常压操作，操作气速为泛点气速的25~85%；(2)高回流比操作；(3)值不大于3的碳氢化合物蒸馏系统；(4)填料层高度为0.9~3.0m，塔径为0.5~0.75m，填料尺寸不大于塔径的1/8。默奇(Murch)等板高度经验公式GG129默奇（Murch）等板高度经验公式中的常数填料类型尺寸mmc1c2c3

陶瓷拉西环91.36×104-0.371.2412.54.48×104-0.241.24252.39×103-0.101.24

弧鞍501.5×10301.2412.52.55×104-0.451.11252.11×103-0.141.11默奇(Murch)等板高度经验公式默奇（Murch）等板高度经验公式中的常数填料类型尺寸mmc130H=Hd+Z+(n-1)Hf+Hb式中:Hd—塔顶空间高度(不包括封头)，mHf—液体再分布器的空间高度(不包括封头)，mHb—塔底空间高度(不包括封头)，mn—填料层分层数塔的总高度HH=Hd+Z+(n-1)Hf+Hb塔的总高度H131填料支承板（Packingsupportplate）主要包括：填料支承装置、液体分布及再分布装置、气体进口分布装置及出口除沫装置等。附属结构的选型、设计、安装是否正确合理，对填料塔的操作和传质分离效果都会有直接影响，应给予足够的重视。用以支承填料的部件。它应具有：(1)足够的机械强度以承受设计载荷量，支承板的设计载荷主要包括填料的重量和液泛状态下持液的重量。(2)足够的自由面积以确保气、液两相顺利通过。总开孔面积应尽可能不小于填料层的自由截面积。开孔率过小可导致液泛提前发生。一般开孔率在70%以上。常用的支承板有栅板、升气管式和气体喷射式等类型。填料塔的附属结构填料支承板（Packingsupportplate）主132填料支承板（Packingsupportplate）栅板(supportgrid)：优点是结构简单，造价低；缺点是栅板间的开孔容易被散装填料挡住，使有效开孔面积减小。填料支承板（Packingsupportplate）栅133填料支承板（Packingsupportplate）升气管式：具有气、液两相分流而行和开孔面积大的特点。气体由升气管侧面的狭缝进入填料层。填料支承板（Packingsupportplate）升134填料支承板（Packingsupportplate）气体喷射式(multibea