第四章-设备的工艺设计及化工设备图课件

第四章设备的工艺设计与选型

分类：

1）一类称标准设备或定型设备；2）一类称非标准设备或非定型设备。

化工设备工艺设计，对于定型和标准设备来说就是选型，对于非标准设备来说就是通过化工计算，提出型式、材料、尺寸和其它一些要求，由化工设备专业进行工程机械加工设计，由有关机械加工厂制造。

1.标准设备或定型设备，是成批系列生产的设备，可现成购买。标准设备有产品目录或手册样本，有各种型号，有不同生产厂家。工艺设计的任务是根据生产需要，计算并选择某种型号，以便订货。2.非定型标准设备，需专门设计和特殊设备。非标准设备也是化工厂生产中大量存在的设备，它是化工厂生产的一种特色，非标准设备工艺设计就是根据工艺要求，通过工艺计算提出、材料、尺寸和其他一些具体要求。再由化工设备专业进行机械设计，由有关工厂进行制造。在设计非标准设备时，应尽量采用已经标准化的图纸。第四章设备的工艺设计与选型分类：1.标准设备或定型设1设备工艺设计的内容

1．结合流程确定化工单元操作所需设备类型；

2．确定设备材质；3．确定设备的设计参数；4．确定标准设备的型号和台数；

5．确定标准图的图号和型号；6．非标设备，向(机械设计)专业提设计条件；7．汇总列出设备一览表。8.同设备专业设计人员进行图纸会签。

设备工艺设计的内容1．结合流程确定化工单元操作所需设备2第二节物料输送设备分类液体物料输送设备各种泵2.气体物料输送、压缩、制冷设备风机、压缩机、真空泵、制冷机等3.液体物料输送设备第二节物料输送设备分类3第三节泵的设计与选型通常把提升液体、输送液体或使液体增加压力，即把原动机的机械能变为液体能量从而达到抽送液体目的的机器统称为泵。第三节泵的设计与选型通常把提升液体、输送液体或使4（1）泵型（1）泵型5泵的不同用途、不同的输送液体介质、不同流量、扬程的范围，泵的结构型式也不一样，材料也不同。选用时考虑物料基本性质、生产的工艺过程和动力、环境等流量大而扬程不高→单级离心泵流量不大而扬程高→多级离心泵或往复泵输送有腐蚀性介质→耐腐蚀泵输送昂贵液体、剧毒或具有放射性能的液体→完全不泄漏、无轴封的屏蔽泵要求精确进料→计量泵或塞住泵泵的不同用途、不同的输送液体介质、不同流量、扬程的范围，泵的6（2）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，正常流量乘安全系数。②扬程的确定和计算单位重量液体通过泵所获得的能量叫扬程。即用来克服两端（进出口）容器的位能差，两端容器上静压力差，两端全系统的管道、管件和装置的阻力损失，以及两端的速度差引起的动能差。（伯努利方程计算）计算结果要放大5%~10%。（2）选泵的流量和扬程7（3）确定泵的安装高度（4）确定泵的台数和备用率一般只设一台泵。输送泥浆或含有固体颗粒及其他杂质的泵和一些重要操作岗位用泵应设有备用泵。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。（3）确定泵的安装高度8（5）校核泵的轴功率泵的样本上给定的功率和效率是水试验结果，输送介质不是清水时，应考虑密度、粘度、等对泵的流量、扬程性能的影响。离心泵的轴功率是指电机输入到泵轴的功率。流体从泵获得的实际功率为泵的有效功率，由泵的流量和扬程求得有效功率与轴功率的比值为离心泵的效率（5）校核泵的轴功率有效功率与轴功率的比值为离心泵的效率9各种泵的特性各种泵的特性10第三节泵的设计与选型泵的技术指标：

1．型号；2．扬程；3．流量；4．必需汽蚀余量；5．功率与效率。第三节泵的设计与选型泵的技术指标：11选泵的工作方法和基本程序1．列出选泵的岗位和介质的基础数据；2.确定选泵的流量和扬程；3．选择泵的类型，确定具体型号；

4．换算泵的性能；

5．确定泵的安装高度；

6．确定泵的台数和备用率；7．校核泵的轴功率选定泵的材料及轴封；8．确定冷却水或驱动蒸汽的耗用量；9．选用电动机；10．填写选泵规格表。

选泵的工作方法和基本程序1．列出选泵的岗位和介质的基础数据12第四节气体输送、压缩设备的设计与选型

一、分类(1)通风机(压力<0.115MPa,分轴流风机和离心风机）(2)鼓风机(压力0.115～0.4MPa,罗茨鼓风机和离心鼓风机）(3)压缩机(压力>0.4MPa,离心式、螺杆式、往复式）

(4)制冷机(压力>0.4MPa,活塞式、离心式、螺杆式、溴化锂吸收式、氨吸收式）(5)真空泵(压力接近0MPa,往复式、水环、液环、旋片、喷射）第四节气体输送、压缩设备的设计与选型一、分类13通风机通风机14通风机的选用

一、主要用途用于通风、干燥过程；轴流风机因风压小，流量大，只用于通风换气，如凉水塔，空冷器的通风。二、主要技术参数1）风量m3/h2)风压Pa3)功率kw4)效率%

通风机的选用一、主要用途15鼓风机鼓风机16压缩机压缩机17制冷机制冷机18第五节换热设备的设计与选型第五节换热设备的设计与选型19换热器换热器201.按换热器作用原理分类（1）直接接触（混合）式换热器换热时，热冷流体发生接触和混合，如凉水塔、喷射冷凝器等（2）间壁式换热器如管壳式换热器、板式换热器等。（3）蓄热式换热器热、冷流体交替与固体蓄热体发生接触传热。如回转式空气预热器等。（4）中间载热体式换热器通过载热体在两个间壁式换热器之间循环，实现热量传递。如热管式换热器。

一、换热器的分类1.按换热器作用原理分类一、换热器的分类212.按传热面形状和结构分类（1）管式换热器热冷流体通过管子壁面进行传热。如管壳式、套管式、蛇管式换热器等。（2）板式换热器热冷流体通过板面进行传热。如平板式、螺旋板式、板翅式换热器等。（3）特殊形式换热器根据工艺特殊要求设计。

一、换热器的分类2.按传热面形状和结构分类一、换热器的分类22换热器性能比较表5.5换热器性能比较表5.523换热器设计的一般原则（1）基本要求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等要求换热器设计的一般原则24（2）流速①流速较高，可提高传热效率，有利于冲刷污垢和沉积；②但流速不能过大，流速过大磨损严重，甚至造成设备振动，影响操作和使用寿命，能量消耗也将增加。流体在直管内的常见流速可查看相关经验数据。（2）流速25（3）介质流程清洗方便------易结垢流体走管程流体压力------高压流体走管程减少腐蚀机会------腐蚀性大的流体走管程毒性物质的泄漏------毒性大的走管程热能的合理利用------冷却时，热流体走壳程蒸汽加热情况------蒸汽走壳程：排不凝气、冷凝液，洁净，减少热应力。流体的粘性------粘性大者走壳程，利用折流挡板增大湍动。（3）介质流程26（4）终端温差考虑换热器的经济合理和传热效率：①终端的温差应在20℃以上；②用水或其他冷却介质冷却时，冷端温差可以小一些，但不要低于5℃；③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5℃以上；④空冷器的最小温差应大于20℃；⑤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5℃。（4）终端温差27（5）压力降压力降一般随操作压力不同而有一个大致的范围，参见相关数据。（6）传热系数传热面两侧的传热膜系数相差很大时，a值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，应设法增大该侧的a。计算传热面积时，常以a小的一侧为准。（7）污垢系数（8）尽量选用标准设计和标准系列（5）压力降28管壳式换热器的设计和系列选用管壳式换热器是一种传统的标准换热设备，它具有制造方便、选材面广、适应性强、处理量大、清洗方便、运行可靠、能承受高温高压等优点，是工厂中应用最广泛的换热设备管壳式换热器的设计和系列选用管壳式换热器是一种传统29第四章--设备的工艺设计及化工设备图课件30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。第六节塔设备的设计与选型塔器的选型与设计第六节塔设备的设计与选型31塔的类型：按接触方式分连续接触式，填料塔逐级接触式，板式塔第六节塔设备的设计与选型1．板式塔诸如筛板塔、栅板塔、舌形板塔、斜孔板塔、波纹板塔、泡罩塔、浮阀塔、喷射板塔、穿流板塔、浮动喷射板塔等。

2．填料塔如金属鲍尔环填料塔、波网填料塔。常用的填料有拉西环、鲍尔环、矩鞍型填料、阶梯型填料、波纹填料、波网(丝网)填料、螺旋环、十字环填料等。塔的类型：第六节塔设备的设计与选型1．板式塔2．填料塔32浮阀塔浮阀塔33板式塔第六节塔设备的设计与选型板式塔第六节塔设备的设计与选型34波纹填料鲍尔环填料填料塔第六节塔设备的设计与选型波纹填料鲍尔环填料填料塔第六节塔设备的设计与选型351．塔型选择基本原则①生产能力大，弹性好。②满足工艺要求，分离效率高。③运转可靠性高，操作、维修方便。④结构简单，加工方便，造价较低。⑤塔压降小。对于真空塔或要求塔压降低的塔来说，压降小的意义更为明显。通常选择塔型未必能满足所有的原则，应抓住主要矛盾，最大限度满足工艺要求。第六节塔设备的设计与选型1．塔型选择基本原则第六节塔设备的设计与选型36第六节塔设备的设计与选型（三）设计一般步骤1．确定基础数据（进料量、组成，状态；产品的质量和收率；物性数据等）。

2．选择合适的工艺流程。

3．选择塔设备的形式。

4．确定塔的操作压力及温度。

5．计算塔高塔径。

6．塔结构的设计。7．塔的流体力学计算。第六节塔设备的设计与选型（三）设计一般步骤372．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。填料是填料塔内汽一液接触的核心元件。填料类型和填料层的高度直接影响传质效果。因而，选择填料是填料塔设计的一个重要内容。(3)确定塔径D

式中

V——气体的体积流量，m3/s；u——操作气速，m/s。（4）计算填料塔压降。（5）验算。塔内的喷淋密度应按实际塔径验算塔内的喷淋密度是否大于最小喷淋密度。如果喷淋密度太小，将不能保证填料充分润湿，应重新调整计算。第六节塔设备的设计与选型2．填料塔设计程序式中

V——气体的体积流量，m3/s；u38（7）计算塔的总高度HH=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，m

Hb——塔底空间高度，m

n——填料层分层数。(6）计算填料层高度Z。填料层高度的计算是填料塔设计中重要的一环。有许多计算方法和经验公式，通常采用“传质单元法”和“等板高度法”。第六节塔设备的设计与选型（7）计算塔的总高度HH=Hd+Z+(n-1)Hf+Hb式中39(8）塔的其他附件设计和选定①支撑板。填料层底部支撑板常被设计者忽视，而造成阻力过大，特别是孔板式支撑尤为明显。一般要求满足两个条件，即自由截面积不小于填料的空隙率，支撑板强度足以支承填料重量。②液体喷淋装置。它直接影响到塔内填料表面的有效利用率。喷淋装置形式很多，常见的有弯管式、缺口管式、多孔直管式、莲蓬头式喷洒器、分布盘等。③液体再分布装置。为了防止液相沿塔壁运行，每隔一定高度要有液体再分布装置。常见的有截锥式和升气管式分布器。④气体分布器。为保证气体分布的均匀性，对于价500mm以下的小塔，进气管可伸至塔中心，末端截成45o向下，使气流转折而上；对于大塔，可以制成向下的喇叭形扩大口，或制成盘管式。⑤除雾器。当空塔气速较大时，塔顶喷淋装置可能产生溅液或者工艺过程严格要求气相中不允许夹带雾沫，则应设计除雾装置。常用除雾装置有折板除雾器、丝网除雾器、旋流板除雾器，或者在液相喷淋装置与气体出口之间装有一段干填料实施填料除雾等。(9)绘制塔设备结构图，向设备专业提供工艺设计条件绘制塔设备简图，并标注必要的尺寸，注明各管口的位置等。第六节塔设备的设计与选型(8）塔的其他附件设计和选定第六节塔设备的设计与选型403．板式塔设计程序(1)汇总设计参数和物性数据。(2)选择板式塔的塔板结构常根据物料特性、分离要求来确定塔板结构。

为了便于设备设计和制造，在满足工艺要求条件下，原化工部有关部门将一些塔板结构参数加以系列化，设计时可以直接选用。(3)进行工艺计算(4)塔径计算(5)塔节上人孔、手孔的确定。(6)塔高确定。(7)塔内流体力学核算，作负荷性能图。(8)辅助装置选型设计。(9)绘制塔设备草图和设备设计条件图，包括支承、开口方位、人孔、手孔位置等。第六节塔设备的设计与选型3．板式塔设计程序第六节塔设备的设计与选型41第七节贮罐容器的设计与选型一、贮罐的类型

1.根据形状来划分（方形贮罐、圆筒形罐、球形罐和特殊形贮罐(如椭圆形、半椭圆形)每种型式又按封头形式不同，分为若干种型式。常见的封头有平板、锥形、球形、碟形、椭圆形等。有些容器如气柜、浮顶式贮罐、其顶部(封头)是可以升降浮动的。）

2.按制造材质分（有钢，有色金属和非金属材质之分。）

3.按用途分（贮存，计量，回流，中间周转，缓冲，混合等）第七节贮罐容器的设计与选型一、贮罐的类型42平底平盖贮罐例如：立式平底平盖容器，设计压力为常压，公称容积VN0.06m2，公称直径DN400。标记为：R21A-00-1平底平盖贮罐例如：43平底锥盖贮罐平底锥盖贮罐44立式圆底圆盖贮罐立式圆底圆盖贮罐45立式锥底椭圆盖贮罐立式锥底椭圆盖贮罐46卧式椭圆封头贮罐卧式椭圆封头贮罐47卧式椭圆封头贮罐卧式椭圆封头贮罐48贮罐设计的一般程序1.汇集工艺设计数据2.选择容器材料3.容器型式的选用4.容积计算5.确定贮罐基本尺寸6.选择标准型号7.开口和支座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贮罐设计的一般程序1.汇集工艺设计数据49第八节反应器选型设计第八节反应器选型设计50反应器设计要点

在反应器设计时，除了通常说的要求“合理、先进、安全、经济”的原则，还要，考虑下列设计要点：

1．保证物料转化率和反应时间。2．满足物料和反应的热传递要求。3．设计适当的搅拌器和类似作用的机构。4．注意材质选用和机械加工要求。反应器设计要点在反应器设计时，除了通常说的要求“合理51在化工生产中，化学反应的种类很多，操作条件差异很大，物料的聚集状态也各不相同，使用反应器的种类也是多种多样。一般可按用途、操作方式、结构型式等进行分类，最常见的是按结构型式分类，可分为釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等。反应设备的类型在化工生产中，化学反应的种类很多，操作条件差异很大，物料的聚521.釜式反应器

釜式反应器也称槽式、锅式反应器，它是各类反应器中结构较为简单且应用较广的一种。主要应用于液—液均相反应过程。在化工生产中，既适用于间歇操作过程，又可单釜或多釜串联用于连续操作过程，但在间歇生产过程应用最多。釜式反应器具有适用的温度和压力范围宽、适应性强、操作弹性大、连续操作时温度浓度容易控制、产品质量均一等特点。但用在较高转化率工艺要求时，需要较大容积。通常在操作条件比较缓和的情况下操作，如常压、温度较低且低于物料沸点时，应用此类反应器最为普遍。1.釜式反应器

532.管式反应器

管式反应器主要用于气相、液相、气—液相连续反应过程。操作时，物料自一端连续加入，在管中连续反应，从另一端连续流出，便达到了要求的转化率。由于管式反应器能承受较高的压力，故用于加压反应尤为合适。此种反应器具有容积小、比表面大、返混少、反应混合物连续性变化、易于控制等优点。但若反应速度较慢时，则有所需管子长、压降较大等不足。管式反应器的长径比较大，与釜式反应器相比在结构上差异较大，有直管式、盘管式、多管式等。2.管式反应器

54管式反应器结构示意图管式反应器结构示意图553.塔式反应器塔式反应器的长径比介于釜式和管式之间。主要用于气—液反应，常用的有鼓泡塔、填料塔、板式塔。最常用的是鼓泡塔式反应器。3.塔式反应器561—分布格板；2—夹套；3—气体分布器；4—塔体；5—挡板；6—塔外换热器；7—液体捕集器；8—扩大段鼓泡塔反应器结构示意图1—分布格板；2—夹套；3—气体分布器；4—塔体；鼓泡塔反应57

4.固定床反应器固定床反应器是指流体通过静止不动的固体物料所形成的床层而进行化学反应的设备。以气-固反应的固定床反应器最常见。

4.固定床反应器585.流化床反应器细小的固体颗粒被流动着的流体携带，具有像流体一样自由流动的性质，此种现象称为固体的流态化。一般把反应器和在其中呈流态化的固体催化剂颗粒合在一起，称为流化床反应器。流化床反应器多用于气-固反应过程。当原料气通过反应器催化剂床层时，催化剂颗粒受气流作用而悬浮起来呈翻滚沸腾状，原料气在处于流态化的催化剂表面进行化学反应，此时的催化剂床层即为流化床，也叫沸腾床。流化床反应器的形式很多，但一般都有壳体、内部构件、固体颗粒装卸设备及气体分布、传热、气固分离装置等构成。流化床反应器也可根据床层结构分为圆筒式、圆锥式和多管式等类型。5.流化床反应器59釜式反应器的结构和设计1.釜式反应器结构(1)釜体及封头(2)换热装置(3)搅拌器(4)轴密封装置(5)工艺接管釜式反应器的结构和设计1.釜式反应器结构60釜式反应器的结构和设计2.釜式反应器的选型设计步骤(1)确定反应釜操作方式(2)汇总设计基础数据(3)计算反应釜体积(4)确定反应釜体积和台数(5)反应釜直径和筒体高度、封头确定(6)传热面积计算和核校(7)搅拌器设计(8)管口和开孔设计，确定其它设施(9)轴密封装置(10)画出反应器工艺设计草图(条件图)，或选出型号。釜式反应器的结构和设计2.釜式反应器的选型设计步骤61经验法计算反应器体积1.间歇槽式反应器体积的计算

VR＝V0τ/或VR＝Gτ//ρ

VR——反应器的有效体积，m3；V0——平均每小时加入物料的体积，m3／h；τ/——每批操作所需的时间，h;G——平均每小时加入物料的质量，kg／h；ρ——反应物料的密度，kg／m3。经验法计算反应器体积1.间歇槽式反应器体积的计算62经验法计算反应器体积反应器的体积：

VP＝VR/ψ

式中：VP——反应器体积，m3；ψ一装填系数。通常由经验确定。一般采用0.7～0.75。经验法计算反应器体积反应器的体积：631.筒体的高径比夹套反应器罐体尺寸示意

搅拌反应器的高径比种类罐内物料类型高径比H/Di一般搅拌罐液-液相、液-固相1～1.3气-液相1～2聚合釜悬浮液、乳化液2.08～3.85发酵罐类发酵液1.7～2.5在已知反应器的操作容积后，首先要确定罐体适宜的高径比，这需要考虑以下几点。（1）由于搅拌功率在一定条件下与搅拌器直径的5次方成正比，所以从减少搅拌功率的角度考虑，高径比可取得大一些。（2）若采用夹套传热结构，从传热角度看，希望高径比可取得大一些；当容积一定时，高径比大、罐体就高，盛料部分表面积大、传热面积也就大。（3）要考虑物料的状态，对发酵类物料，为了使通入罐内的空气与发酵物料充分接触，高径比应取得大一些。1.筒体的高径比夹套反应器罐体尺寸示意搅拌反应器的高径比罐64为了便于计算，在初步确定H/Di后，可先忽略封头的容积，近似计算出罐体的容积。即≈由此导出内直径为：

将式（1）计算的结果圆整为标准直径，再代入式（2）中计算出罐体的高度，即

式中V—罐体容积，mm3；

V0—罐体操作容积，V0=ηV，mm3；

η—装料系数；

Vk—两封头容积，mm3。再将按式（2）计算出来的H值圆整，看H/Di是否符合表5-2的要求，若差别较大，则需要重新调整直径和高度，直至满足一切为止。（1）（2）2.直径及高度确定为了便于计算，在初步确定H/Di后，可先忽略封头的容积，近似65第九节分离设备的选型主要分离设备1）离心机；2）过滤机；3）除尘器。第九节分离设备的选型66第四章设备的工艺设计及化工设备图第四章设备的工艺设计及化工设备图67第三节化工设备图一、化工设备图的基本知识

(1)工程图表示设备的化工工艺特性、使用特性、制造要求的图纸。它依据工艺数据表编成，用于基础设计审核、设备询价、订货和制造，以及向相关专业提出设计条件。图纸布置见图4-1.

第三节化工设备图一、化工设备图的基本知识(1)工程图68图4-1工程图的布置图4-1工程图的布置69图4-2装配图的布置图4-2装配图的布置70(2)施工图供设备制造、安装、生产使用的图纸(最终使用为竣工图)，施工图由下列部分组成：a.装配图表示设备的全貌、组成和特性的图样，它表达设备各主要部分的结构特征、装配和连接关系、特征尺寸、外形尺寸、安装尺寸及对外连接尺寸、技术要求等。b.部件图表示可拆或不可拆部件的结构、尺寸，以及所属零部件之间的关系、技术特性和技术要求等资料的图样。(2)施工图71（a）（b）图4-3部件图的布置（a）（b）图4-3部件图的布置72c.零件图

表示零件的形状、尺寸、加工，以及热处理和检验等资料的图样。

图4-4零件图的布置（a）（b）c.零件图

表示零件的形状、尺寸、加工，以及热73d.零部件图

由零件图、部件图组成的图样。 图4-5零部件图的布置 图4-6特殊工具图的布置d.零部件图

由零件图、部件图组成的图样。74e.表格图用表格表示多个形状相同．尺寸不同的零件的图样。f.特殊工具图表示设备安装、试压和维修时使用的特殊工具的图样。

e.表格图用表格表示多个形状相同．尺寸不同的零件的图样。75g.标准图(或通用图)

指国家部门和各设计单位编制的化工设备上常用零部件的标准图和通用图。图4-7标准图的布置 g.标准图(或通用图)

指国家部门和各设计单位编制的76h.梯子平台图

支承于设备外壁上的梯子、平台结构的图样。图4-8梯子平台图和预焊件图的布置h.梯子平台图

支承于设备外壁上的梯子、平台结构77i.预焊件图设备外壁上保温、梯子、平台、管线支架等安装前在设备外壁上需预先焊接的零件的图样。j.管口方位图设备上管口、支耳、吊耳、人孔吊柱、板式塔降液波板、换热器折流板缺口位置；地脚螺栓、接地板、梯子及铭牌等方位的图样。k.技术要求设备在制造、试验、验收时应遵守的条款和文件。i.预焊件图78l.计算书设备强度、刚度等的计算文件。当用计算机计算时，应将输入数据和计算结果作为计算文件。m.说明书设备结构原理、技术特性、制造、安装、运输、使用、维护、检修及其它需说明的文件。n.图纸目录每个设备的图纸及技术文件的全套设计文件的清单。l.计算书79(3)图纸的幅面和文字

工程图一般为A2或A3；施工图一般为A1，A1、A2、A3、A4的加长或加宽幅面尽量不用。A3幅面不允许单独竖放，A4幅面不允许横放，A5幅面不允许单独存在。字体应符合GB/T14691规定，采用下列字体。a．文字、汉字为仿宋体，拉丁字母(英文字母)为B型直体。b．阿拉伯数字为B型直体1、2、3……。c．放大图序号为B型直体罗马数字I、II、III……。d．焊缝序号为阿拉伯数字。e.焊缝符号及代号按国标或行业标准。f．标题放大图用汉字表示。g．剖视图、向视图符号以大写英文字母表示：如A向、A—A、B—B等。(3)图纸的幅面和文字工程图一般为A2或A3；80表4-6常用管口符号管口名称或用途手孔液位计口液位开关口液位变送器口人孔压力计口压力变送器口在线分析口安全阀接口温度计口温度计口(现场)裙座排气口裙座入口管口符号HWLSLTMPIPTQESVTETIVSWh．管口符号以大写的英文字母A、B、C……表示。常用管口符号推荐按表所示。同一用途、规格的管口，数量以下标1、2、3表示．如TI1~2、LG1~2等。表4-6常用管口符号手孔液位计口液位开关口液位变送器口人孔81二、化工设备图的基本内容

一份完整的化工设备图，除绘有设备本身的各种视图外，应有如下基本内容:

1.标题栏2.明细栏3.管口表4.设计数据表5.技术要求6.签署栏7.注8.其他二、化工设备图的基本内容一份完整的化工设821．标题栏

本栏主要为说明本张图纸的主题，包括：设计单位名称，设备(项目)名称，本张图纸名称，图号，资质等级，比例，图纸张数(共

张、第

张)等，可分为4种。图4-9（a）标题栏1的内容和尺寸标题栏1（又名图纸标题栏）。1．标题栏

本栏主要为说明本张图纸的主题，包括：设计单位名称83b.标题栏2（又名技术文件标题栏），用于技术文件(专用技术要求、计算书、说明书、图纸目录等)的首页。图4-9（b）标题栏2的内容和尺寸b.标题栏2（又名技术文件标题栏），用于技术文件(专用技术要84c.标题栏3(又名工程图标题栏)，用于工程图。图4-9（c）标题栏3的内容和尺寸c.标题栏3(又名工程图标题栏)，用于工程图。图4-9（c）85d.标题栏4(又名标准图标题栏)，用于标准图(复用图)。

图4-9（d）标题栏4的内容和尺寸d.标题栏4(又名标准图标题栏)，用于标准图(复用图)。图862.明细栏

明细表是说明组成本张图纸的各部件的详细情况，分为3种。

明细栏1，用于装配图及零件图。2.明细栏

明细表是说明组成本张图纸的各部件的详细情87b.明细栏2，用于零部件图。c.明细栏3，用于管口零件明细栏。b.明细栏2，用于零部件图。c.明细栏3，用于管口零件明细栏883.管口表管口表是将本设备的各管口用英文小写字母从上至下按顺序填入表中，以明确各管的位置和规格等，具体见下表（两个尺寸中，小尺寸用于工程图，大尺寸用于施工图，下同）：3.管口表894.设计数据表设计数据表是化工设备图的一个重要组成部分，补充替代了以往“技术特性表”。它将设备的主要设计、制造、使用的主要参数(设计压力、工作压力、设计温度、工作温度、各部件的材质、焊缝系数、腐蚀裕度、物料名称、容器类别及专用化工设备的接触物料的特性等)技术特性以以列表供施工、检验、生产中执行。又分为工程图用和施工图用设计数据表。4.设计数据表设计数据表是化工设备图的一个重要组成部分，补90第四章--设备的工艺设计及化工设备图课件915.技术要求(1)通用技术条件通用技术条件是同类化工设备在加工、制造、焊接、装配、检验、包装、防腐、运输等方面的技术规范，已形成标准，在技术要求中直接引用。在书写时，只需注写“本设备按×××××(具体写上某标准的名称及代号)制造、试验和验收”即可。(2)焊接要求化工设备的焊接工艺十分广泛，在技术要求中，通常对焊接接头型式，焊接方法，焊条(焊丝)、焊剂等提出要求。(3)设备的检验一般有对主体设备的水压和气密性进行试验，对焊缝的射线探伤，超声波探伤、磁粉探伤等，这些项目都有相应的试验规范和技术指标。(4)其它要求a.机械加工和装配方面的规定和要求。b.设备的油漆、防腐、保温(冷)、运输和安装、填料等要求。5.技术要求926.签署栏6.签署栏937.注常写在技术要求的下方。用来补充说明技术要求范围外，但又必须作出交待的问题。8.其他(1)一些图纸中列有修改表和选用表，供在设备修改及选用时填写，以便随时掌握设备变更和选用的情况。(2)相关的图纸简单目录，方便检索。(3)为明确责任，便于联系多数图纸还在图左上侧内外轮廓线间，列出描图、校核、及会签签字栏。(4)具体细节请参照GB4457-84、GB4458-84、GB4459-84、GB4460-84（机械制图和技术制图相关的国家标准）和HG/T20668-2000（化工设备设计文件编制规定）。

7.注常写在技术要求的下方。用来补充说明技术要求范94三、化工设备图的表达特点(一)化工设备的基本结构特点1.基本形体以回转体为主2.各部结构尺寸大小相差悬殊3.壳体上开孔和管口多4.广泛采用标准化零部件5.采用焊接结构多6.对材料有特殊要求7.防泄漏安全结构要求高三、化工设备图的表达特点(一)化工设备的基本结构特点1.基95(二)化工设备图的视图表达特点1.视图配置灵活2.需注意细部结构的表达(1)局部放大图(也称“节点详图”)(2)夸大画法3.管口和开口数量多4.设备长宽比例悬殊的可采用断开画法5.简化画法使用多6.化工设备表面普遍采用镀涂层或衬里加以保护7.部分设备和零件不需单独绘制图样(二)化工设备图的视图表达特点1.视图配置灵活961.视图配置灵活设备的主体结构表达：立式设备一般为主、俯视图；卧式设备一般为主、左(右)视图；在明确表示物体的前提下，使视图数量为最少；避免使用虚线表示物体的轮廓及棱线，避免重复；结构形状简单，易于表达的零件，其零件图可直接画在装配图中适当位置。

1.视图配置灵活设备的主体结构表达：立式设备一般为主、俯视图972.需注意细部结构的表达使用局部放大图和夸大画法来表达这些细部结构并标注尺寸。(1)局部放大图(也称“节点详图”)表达细部结构时，可画成局部视图、剖视或剖面等形式。放大比例可按规定比例，也可不按比例作适当放大，但都要标注清楚。(2)夸大画法对于折流板、管板、壳体壁厚、垫片及各种管壁厚，在按总体比例缩小。难以表达其厚度，可作适当的夸大画出。2.需注意细部结构的表达使用局部放大图和夸大画法来表达这些细983.断开和分层画法

塔、换热器及贮罐等设备，使用断开画法如内部结构仍未表达清楚，可将某塔节(层)用局部放大的方法表达。如设备总体形象表达不完整时，可用缩小比例、单线条画出设备的整体外形图或剖视图。在整体图上，应标注总高尺寸、各主要零部件的定位尺寸及各管口的标高尺寸。塔盘应按顺序从下至上编号，且应注明塔盘间距尺寸。3.断开和分层画法塔、换热器及贮罐等设备，使用断开画法99简化塔和断开画法简化塔和断开画法1004.多次旋转的表达方法管口、开口及其它附件，使用多次旋转的表达方法。将设备周向分布的接管及其它附件，分别按不同方向旋转到与正投影面平行的位置，得到反映它们实形的视图。在不同的视图中同一接管或附件应用相同的大写英文字母编号。被旋转的接管及其它附件在主视图上不应相互重叠。4.多次旋转的表达方法管口、开口及其它附件，使用多次旋转的1015.管口方位的表达方法

化工设备壳体上众多的管口和附件方位的确定，在安装、制造等方面都至关重要。（各管口的方位表达参看章末附图）用基本视图和一些辅助视图可表达清楚化工设备的基本结构形状的，可用管口方位图来表达设备的各管口及其它附件如地脚螺栓等的分布的情况，并注写管口方位见图号××管口方位图。5.管口方位的表达方法化工设备壳体上众多的管口和附件方位的1026.简化画法采用了各种简化画法可减少绘图工作量，提高绘图效率法兰连接面型式的画法6.简化画法采用了各种简化画法可减少绘图工作量，提高绘图效率103带薄衬层的接管法兰（以局部剖视图表示）法兰连接的螺栓、螺母和垫片的画法带薄衬层的接管法兰（以局部剖视图表示）法兰连接的螺栓、螺母104(2)标准化零部件已有标准图，不必详细画出，可按比例画出反映其特征外形的简图。在明细表中注写其名称、规格、标准号等。(3)外购部件只画其外形轮廓简图。要求在明细表中注写名称、规格、主要性能参数和“外购”字样等。(2)标准化零部件105液面计的画法和标注(4)液面计可用点划线示意表达，并用粗实线画出“＋”符号表示其安装位置。

液面计的画法和标注(4)液面计106(5)有规律分布的重复结构按同心圆排列的管板、折流板或塔板的孔眼画法按规则排列的孔眼画法(5)有规律分布的重复结构按同心圆排列的管板、折流板或塔板的107对孔数要求不严格的多孔板画法（必须用局部放大图表示孔眼的排列和大小）对孔数要求不严格的多孔板画法（必须用局部放大图表示孔眼的排列108填料、填充物的画法（a、b为同一规格和堆放方法，c为不同规格或堆放方法）填料、填充物的画法（a、b为同一规格和堆放方法，c为不同规格1097.化工设备镀涂层和衬里剖面的画法

(1)薄涂层

(2)薄衬层7.化工设备镀涂层和衬里剖面的画法(1)薄涂层(2)薄110(3)厚涂层(4)厚衬层(3)厚涂层(4)厚衬层1118.不需单独绘制图样的部分设备和零件采用国家标准、专业标准等标准的零部件和外购件；铆焊件、浇铸件、胶合件等；需要一起备模划线、分块铸造的蓖子板和分块焊接的蓖子板等铸件，在部件上表示出为制造零件所需的一切资料。尺寸符合标准的螺栓、螺母、垫圈、法兰等连接零件，在明细栏中注明规格和材料，并在备注栏内注明“尺寸按xxx标准”字样。两个简单的对称零件，在不致造成施工错误的情况下，可以只画出其中一个。形状相同、结构简单可用同一图样表示清楚的，一般不超过10个不同可变参数的零件，可用表格图绘制；8.不需单独绘制图样的部分设备和零件112(三)化工设备单线图1.单线图中壳体厚度标注(三)化工设备单线图1.单线图中壳体厚度标注1132.法兰连接、接管补强板等的单线图2.法兰连接、接管补强板等的单线图1143、法兰、法兰盖、螺栓、螺母、垫片的单线图3、法兰、法兰盖、螺栓、螺母、垫片的单线图1154、吊耳、环首螺丝、顶丝4、吊耳、环首螺丝、顶丝1165.吊柱5.吊柱1176.支座、接地板6.支座、接地板1187、换热器7、换热器119U形管的表达和列表格式U形管的表达和列表格式120U形管装配图的侧视图U形管装配图的侧视图1218.塔器塔盘简化法进料管画法梯子简化法8.塔器塔盘简化法进料管画法梯子简化法122气囱简化法塔底引出管话支撑筋的简化法地脚螺栓座的简化法气囱简化法塔底引出管话支撑筋的简化法地脚螺栓座的简化法123三、化工设备图的件号和尺寸件号和尺寸标注标注应符合国标机械制图规定(GB4458.2和GB4458.4)件号:应尽量编排在主视图上，并由其左下方开始，按件号顺序顺时针整齐地沿垂直方向或水平排列；可布满四周，但应尽量编排在图形的左方和上方，并安排在外形尺寸线的内侧。若有遗漏或增添的件号应在外圈编排补足。

三、化工设备图的件号和尺寸件号和尺寸标注标注应符合国标机械制124尺寸标注

化工设备标注尺寸类型尺寸标注化工设备标注尺寸类型125厚度尺寸标注方法接管伸出长度的尺寸标注倾斜设备的尺寸标注厚度尺寸标注方法接管伸出长度的尺寸标注倾斜设备的尺寸标注126四、化工设备图的绘制(一)化工设备图的视图选择1.选择主视图2.确定其他基本视图3.选择辅助视图和各种表达方法四、化工设备图的绘制(一)化工设备图的视图选择127(二)化工设备图的绘制方法及步骤1.确定绘图比例、选择图幅、布图2.画图3.尺寸和焊缝代号标注4.编写零部件序号和管口符号5.填写明细栏和管口表6.填写设计数据表、标题栏等。(二)化工设备图的绘制方法及步骤1.确定绘图比例、选择图幅、128五、化工设备图的阅读（一）化工设备图阅读的基本要求了解设备的性能，作用和工作原理；了解设备的总体结构、局部结构及各零件之间的装配关系和安装要求；了解设备各零部件的主要形状、材料、结构尺寸及强度尺寸和制造要求；了解设备在设计、制造、检验和安装等方面的技术要求。五、化工设备图的阅读（一）化工设备图阅读的基本要求129（二）阅读化工设备图的方法和步骤1.概括了解通过标题栏，了解设备名称、规格、材料、重量、绘图比例等内容。通过明细栏、管口表、设计数据表及技术要求等，了解设备零部件和接管的名称、数量，了解设备在设计、施工方面的要求。对照零部件序号和管口符号在设备图上查找到其所在位置。2.视图分析对视图进行分析了解表达设备所采用的视图数量和表达方法，找出各视图、剖视等的位置及各自的表达重点。从设备图的主视图入手，结合其他基本视图、详细了解设备的装配关系、形状、结构、各接管及零部件方位。并结合辅助视图了解各局部相应部位的形状、结构的细节。（二）阅读化工设备图的方法和步骤1303．零部件分析按明细表中的序号，将零部件逐一从视图中找出，了解其主要结构、形状、尺寸、与主体或其他零部件的装配关系等。对组合体应从其部件装配图中了解其结构。4．设备分析通过对视图和零部件的分析、对设备的总体结构全面了解，并结合有关技术资料，进一步了解设备的结构特点、工作原理和操作过程等内容。化工设备图阅读举例

3．零部件分析化工设备图阅读举例131第四章--设备的工艺设计及化工设备图课件132作业1．请画出化工厂设计的工作程序示意图。2．可行性研究报告包含哪些内容？3.某管道标注为“PG1310-300A1A-H”，表示什么意思？4.丙烷充分燃烧时要使空气过量25％，燃烧反应方程式为：试计算得到100摩尔燃烧产物（又称烟道气）需要加入的空气的摩尔量。作业133第四章设备的工艺设计与选型

分类：

1）一类称标准设备或定型设备；2）一类称非标准设备或非定型设备。

化工设备工艺设计，对于定型和标准设备来说就是选型，对于非标准设备来说就是通过化工计算，提出型式、材料、尺寸和其它一些要求，由化工设备专业进行工程机械加工设计，由有关机械加工厂制造。

1.标准设备或定型设备，是成批系列生产的设备，可现成购买。标准设备有产品目录或手册样本，有各种型号，有不同生产厂家。工艺设计的任务是根据生产需要，计算并选择某种型号，以便订货。2.非定型标准设备，需专门设计和特殊设备。非标准设备也是化工厂生产中大量存在的设备，它是化工厂生产的一种特色，非标准设备工艺设计就是根据工艺要求，通过工艺计算提出、材料、尺寸和其他一些具体要求。再由化工设备专业进行机械设计，由有关工厂进行制造。在设计非标准设备时，应尽量采用已经标准化的图纸。第四章设备的工艺设计与选型分类：1.标准设备或定型设134设备工艺设计的内容

1．结合流程确定化工单元操作所需设备类型；

2．确定设备材质；3．确定设备的设计参数；4．确定标准设备的型号和台数；

5．确定标准图的图号和型号；6．非标设备，向(机械设计)专业提设计条件；7．汇总列出设备一览表。8.同设备专业设计人员进行图纸会签。

设备工艺设计的内容1．结合流程确定化工单元操作所需设备135第二节物料输送设备分类液体物料输送设备各种泵2.气体物料输送、压缩、制冷设备风机、压缩机、真空泵、制冷机等3.液体物料输送设备第二节物料输送设备分类136第三节泵的设计与选型通常把提升液体、输送液体或使液体增加压力，即把原动机的机械能变为液体能量从而达到抽送液体目的的机器统称为泵。第三节泵的设计与选型通常把提升液体、输送液体或使137（1）泵型（1）泵型138泵的不同用途、不同的输送液体介质、不同流量、扬程的范围，泵的结构型式也不一样，材料也不同。选用时考虑物料基本性质、生产的工艺过程和动力、环境等流量大而扬程不高→单级离心泵流量不大而扬程高→多级离心泵或往复泵输送有腐蚀性介质→耐腐蚀泵输送昂贵液体、剧毒或具有放射性能的液体→完全不泄漏、无轴封的屏蔽泵要求精确进料→计量泵或塞住泵泵的不同用途、不同的输送液体介质、不同流量、扬程的范围，泵的139（2）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，正常流量乘安全系数。②扬程的确定和计算单位重量液体通过泵所获得的能量叫扬程。即用来克服两端（进出口）容器的位能差，两端容器上静压力差，两端全系统的管道、管件和装置的阻力损失，以及两端的速度差引起的动能差。（伯努利方程计算）计算结果要放大5%~10%。（2）选泵的流量和扬程140（3）确定泵的安装高度（4）确定泵的台数和备用率一般只设一台泵。输送泥浆或含有固体颗粒及其他杂质的泵和一些重要操作岗位用泵应设有备用泵。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。（3）确定泵的安装高度141（5）校核泵的轴功率泵的样本上给定的功率和效率是水试验结果，输送介质不是清水时，应考虑密度、粘度、等对泵的流量、扬程性能的影响。离心泵的轴功率是指电机输入到泵轴的功率。流体从泵获得的实际功率为泵的有效功率，由泵的流量和扬程求得有效功率与轴功率的比值为离心泵的效率（5）校核泵的轴功率有效功率与轴功率的比值为离心泵的效率142各种泵的特性各种泵的特性143第三节泵的设计与选型泵的技术指标：

1．型号；2．扬程；3．流量；4．必需汽蚀余量；5．功率与效率。第三节泵的设计与选型泵的技术指标：144选泵的工作方法和基本程序1．列出选泵的岗位和介质的基础数据；2.确定选泵的流量和扬程；3．选择泵的类型，确定具体型号；

4．换算泵的性能；

5．确定泵的安装高度；

6．确定泵的台数和备用率；7．校核泵的轴功率选定泵的材料及轴封；8．确定冷却水或驱动蒸汽的耗用量；9．选用电动机；10．填写选泵规格表。

选泵的工作方法和基本程序1．列出选泵的岗位和介质的基础数据145第四节气体输送、压缩设备的设计与选型

一、分类(1)通风机(压力<0.115MPa,分轴流风机和离心风机）(2)鼓风机(压力0.115～0.4MPa,罗茨鼓风机和离心鼓风机）(3)压缩机(压力>0.4MPa,离心式、螺杆式、往复式）

(4)制冷机(压力>0.4MPa,活塞式、离心式、螺杆式、溴化锂吸收式、氨吸收式）(5)真空泵(压力接近0MPa,往复式、水环、液环、旋片、喷射）第四节气体输送、压缩设备的设计与选型一、分类146通风机通风机147通风机的选用

一、主要用途用于通风、干燥过程；轴流风机因风压小，流量大，只用于通风换气，如凉水塔，空冷器的通风。二、主要技术参数1）风量m3/h2)风压Pa3)功率kw4)效率%

通风机的选用一、主要用途148鼓风机鼓风机149压缩机压缩机150制冷机制冷机151第五节换热设备的设计与选型第五节换热设备的设计与选型152换热器换热器1531.按换热器作用原理分类（1）直接接触（混合）式换热器换热时，热冷流体发生接触和混合，如凉水塔、喷射冷凝器等（2）间壁式换热器如管壳式换热器、板式换热器等。（3）蓄热式换热器热、冷流体交替与固体蓄热体发生接触传热。如回转式空气预热器等。（4）中间载热体式换热器通过载热体在两个间壁式换热器之间循环，实现热量传递。如热管式换热器。

一、换热器的分类1.按换热器作用原理分类一、换热器的分类1542.按传热面形状和结构分类（1）管式换热器热冷流体通过管子壁面进行传热。如管壳式、套管式、蛇管式换热器等。（2）板式换热器热冷流体通过板面进行传热。如平板式、螺旋板式、板翅式换热器等。（3）特殊形式换热器根据工艺特殊要求设计。

一、换热器的分类2.按传热面形状和结构分类一、换热器的分类155换热器性能比较表5.5换热器性能比较表5.5156换热器设计的一般原则（1）基本要求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等要求换热器设计的一般原则157（2）流速①流速较高，可提高传热效率，有利于冲刷污垢和沉积；②但流速不能过大，流速过大磨损严重，甚至造成设备振动，影响操作和使用寿命，能量消耗也将增加。流体在直管内的常见流速可查看相关经验数据。（2）流速158（3）介质流程清洗方便------易结垢流体走管程流体压力------高压流体走管程减少腐蚀机会------腐蚀性大的流体走管程毒性物质的泄漏------毒性大的走管程热能的合理利用------冷却时，热流体走壳程蒸汽加热情况------蒸汽走壳程：排不凝气、冷凝液，洁净，减少热应力。流体的粘性------粘性大者走壳程，利用折流挡板增大湍动。（3）介质流程159（4）终端温差考虑换热器的经济合理和传热效率：①终端的温差应在20℃以上；②用水或其他冷却介质冷却时，冷端温差可以小一些，但不要低于5℃；③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5℃以上；④空冷器的最小温差应大于20℃；⑤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5℃。（4）终端温差160（5）压力降压力降一般随操作压力不同而有一个大致的范围，参见相关数据。（6）传热系数传热面两侧的传热膜系数相差很大时，a值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，应设法增大该侧的a。计算传热面积时，常以a小的一侧为准。（7）污垢系数（8）尽量选用标准设计和标准系列（5）压力降161管壳式换热器的设计和系列选用管壳式换热器是一种传统的标准换热设备，它具有制造方便、选材面广、适应性强、处理量大、清洗方便、运行可靠、能承受高温高压等优点，是工厂中应用最广泛的换热设备管壳式换热器的设计和系列选用管壳式换热器是一种传统162第四章--设备的工艺设计及化工设备图课件163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。第六节塔设备的设计与选型塔器的选型与设计第六节塔设备的设计与选型164塔的类型：按接触方式分连续接触式，填料塔逐级接触式，板式塔第六节塔设备的设计与选型1．板式塔诸如筛板塔、栅板塔、舌形板塔、斜孔板塔、波纹板塔、泡罩塔、浮阀塔、喷射板塔、穿流板塔、浮动喷射板塔等。

2．填料塔如金属鲍尔环填料塔、波网填料塔。常用的填料有拉西环、鲍尔环、矩鞍型填料、阶梯型填料、波纹填料、波网(丝网)填料、螺旋环、十字环填料等。塔的类型：第六节塔设备的设计与选型1．板式塔2．填料塔165浮阀塔浮阀塔166板式塔第六节塔设备的设计与选型板式塔第六节塔设备的设计与选型167波纹填料鲍尔环填料填料塔第六节塔设备的设计与选型波纹填料鲍尔环填料填料塔第六节塔设备的设计与选型1681．塔型选择基本原则①生产能力大，弹性好。②满足工艺要求，分离效率高。③运转可靠性高，操作、维修方便。④结构简单，加工方便，造价较低。⑤塔压降小。对于真空塔或要求塔压降低的塔来说，压降小的意义更为明显。通常选择塔型未必能满足所有的原则，应抓住主要矛盾，最大限度满足工艺要求。第六节塔设备的设计与选型1．塔型选择基本原则第六节塔设备的设计与选型169第六节塔设备的设计与选型（三）设计一般步骤1．确定基础数据（进料量、组成，状态；产品的质量和收率；物性数据等）。

2．选择合适的工艺流程。

3．选择塔设备的形式。

4．确定塔的操作压力及温度。

5．计算塔高塔径。

6．塔结构的设计。7．塔的流体力学计算。第六节塔设备的设计与选型（三）设计一般步骤1702．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。填料是填料塔内汽一液接触的核心元件。填料类型和填料层的高度直接影响传质效果。因而，选择填料是填料塔设计的一个重要内容。(3)确定塔径D

式中

V——气体的体积流量，m3/s；u——操作气速，m/s。（4）计算填料塔压降。（5）验算。塔内的喷淋密度应按实际塔径验算塔内的喷淋密度是否大于最小喷淋密度。如果喷淋密度太小，将不能保证填料充分润湿，应重新调整计算。第六节塔设备的设计与选型2．填料塔设计程序式中

V——气体的体积流量，m3/s；u171（7）计算塔的总高度HH=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，m

Hb——塔底空间高度，m

n——填料层分层数。(6）计算填料层高度Z。填料层高度的计算是填料塔设计中重要的一环。有许多计算方法和经验公式，通常采用“传质单元法”和“等板高度法”。第六节塔设备的设计与选型（7）计算塔的总高度HH=Hd+Z+(n-1)Hf+Hb式中172(8）塔的其他附件设计和选定①支撑板。填料层底部支撑板常被设计者忽视，而造成阻力过大，特别是孔板式支撑尤为明显。一般要求满足两个条件，即自由截面积不小于填料的空隙率，支撑板强度足以支承填料重量。②液体喷淋装置。它直接影响到塔内填料表面的有效利用率。喷淋装置形式很多，常见的有弯管式、缺口管式、多孔直管式、莲蓬头式喷洒器、分布盘等。③液体再分布装置。为了防止液相沿塔壁运行，每隔一定高度要有液体再分布装置。常见的有截锥式和升气管式分布器。④气体分布器。为保证气体分布的均匀性，对于价500mm以下的小塔，进气管可伸至塔中心，末端截成45o向下，使气流转折而上；对于大塔，可以制成向下的喇叭形扩大口，或制成盘管式。⑤除雾器。当空塔气速较大时，塔顶喷淋装置可能产生溅液或者工艺过程严格要求气相中不允许夹带雾沫，则应设计除雾装置。常用除雾装置有折板除雾器、丝网除雾器、旋流板除雾器，或者在液相喷淋装置与气体出口之间装有一段干填料实施填料除雾等。(9)绘制塔设备结构图，向设备专业提供工艺设计条件绘制塔设备简图，并标注必要的尺寸，注明各管口的位置等。第六节塔设备的设计与选型(8）塔的其他附件设计和选定第六节塔设备的设计与选型1733．板式塔设计程序(1)汇总设计参数和物性数据。(2)选择板式塔的塔板结构常根据物料特性、分离要求来确定塔板结构。

为了便于设备设计和制造，在满足工艺要求条件下，原化工部有关部门将一些塔板结构参数加以系列化，设计时可以直接选用。(3)进行工艺计算(4)塔径计算(5)塔节上人孔、手孔的确定。(6)塔高确定。(7)塔内流体力学核算，作负荷性能图。(8)辅助装置选型设计。(9)绘制塔设备草图和设备设计条件图，包括支承、开口方位、人孔、手孔位置等。第六节塔设备的设计与选型3．板式塔设计程序第六节塔设备的设计与选型174第七节贮罐容器的设计与选型一、贮罐的类型

1.根据形状来划分（方形贮罐、圆筒形罐、球形罐和特殊形贮罐(如椭圆形、半椭圆形)每种型式又按封头形式不同，分为若干种型式。常见的封头有平板、锥形、球形、碟形、椭圆形等。有些容器如气柜、浮顶式贮罐、其顶部(封头)是可以升降浮动的。）

2.按制造材质分（有钢，有色金属和非金属材质之分。）

3.按用途分（贮存，计量，回流，中间周转，缓冲，混合等）第七节贮罐容器的设计与选型一、贮罐的类型175平底平盖贮罐例如：立式平底平盖容器，设计压力为常压，公称容积VN0.06m2，公称直径DN400。标记为：R21A-00-1平底平盖贮罐例如：176平底锥盖贮罐平底锥盖贮罐177立式圆底圆盖贮罐立式圆底圆盖贮罐178立式锥底椭圆盖贮罐立式锥底椭圆盖贮罐179卧式椭圆封头贮罐卧式椭圆封头贮罐180卧式椭圆封头贮罐卧式椭圆封头贮罐181贮罐设计的一般程序1.汇集工艺设计数据2.选择容器材料3.容器型式的选用4.容积计算5.确定贮罐基本尺寸6.选择标准型号7.开口和支座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贮罐设计的一般程序1.汇集工艺设计数据182第八节反应器选型设计第八节反应器选型设计183反应器设计要点

在反应器设计时，除了通常说的要求“合理、先进、安全、经济”的原则，还要，考虑下列设计要点：

1．保证物料转化率和反应时间。2．满足物料和反应的热传递要求。3．设计适当的搅拌器和类似作用的机构。4．注意材质选用和机械加工要求。反应器设计要点在反应器设计时，除了通常说的要求“合理184在化工生产中，化学反应的种类很多，操作条件差异很大，物料的聚集状态也各不相同，使用反应器的种类也是多种多样。一般可按用途、操作方式、结构型式等进行分类，最常见的是按结构型式分类，可分为釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等。反应设备的类型在化工生产中，化学反应的种类很多，操作条件差异很大，物料的聚1851.釜式反应器

釜式反应器也称槽式、锅式反应器，它是各类反应器中结构较为简单且应用较广的一种。主要应用于液—液均相反应过程。在化工生产中，既适用于间歇操作过程，又可单釜或多釜串联用于连续操作过程，但在间歇生产过程应用最多。釜式反应器具有适用的温度和压力范围宽、适应性强、操作弹性大、连续操作时温度浓度容易控制、产品质量均一等特点。但用在较高转化率工艺要求时，需要较大容积。通常在操作条件比较缓和的情况下操作，如常压、温度较低且低于物料沸点时，应用此类反应器最为普遍。1.釜式反应器

1862.管式反应器

管式反应器主要用于气相、液相、气—液相连续反应过程。操作时，物料自一端连续加入，在管中连续反应，从另一端连续流出，便达到了要求的转化率。由于管式反应器能承受较高的压力，故用于加压反应尤为合适。此种反应器具有容积小、比表面大、返混少、反应混合物连续性变化、易于控制等优点。但若反应速度较慢时，则有所需管子长、压降较大等不足。管式反应器的长径比较大，与釜式反应器相比在结构上差异较大，有直管式、盘管式、多管式等。2.管式反应器

187管式反应器结构示意图管式反应器结构示意图1883.塔式反应器塔式反应器的长径比介于釜式和管式之间。主要用于气—液反应，常用的有鼓泡塔、填料塔、板式塔。最常用的是鼓泡塔式反应器。3.塔式反应器1891—分布格板；2—夹套；3—气体分布器；4—塔体；5—挡板；6—塔外换热器；7—液体捕集器；8—扩大段鼓泡塔反应器结构示意图1—分布格板；2—夹套；3—气体分布器；4—塔体；鼓泡塔反应190

4.固定床反应器固定床反应器是指流体通过静止不动的固体物料所形成的床层而进行化学反应的设备。以气-固反应的固定床反应器最常见。

4.固定床反应器1915.流化床反应器细小的固体颗粒被流动着的流体携带，具有像流体一样自由流动的性质，此种现象称为固体的流态化。一般把反应器和在其中呈流态化的固体催化剂颗粒合在一起，称为流化床反应器。流化床反应器多用于气-固反应过程。当原料气通过反应器催化剂床层时，催化剂颗粒受气流作用而悬浮起来呈翻滚沸腾状，原料气在处于流态化的催化剂表面进行化学反应，此时的催化剂床层即为流化床，也叫沸腾床。流化床反应器的形式很多，但一般都有壳体、内部构件、固体颗粒装卸设备及气体分布、传热、气固分离装置等构成。流化床反应器也可根据床层结构分为圆筒式、圆锥式和多管式等类型。5.流化床反应器192釜式反应器的结构和设计1.釜式反应器结构(1)釜体及封头(2)换热装置(3)搅拌器(4)轴密封装置(5)工艺接管釜式反应器的结构和设计1.釜式反应器结构193釜式反应器的结构和设计2.釜式反应器的选型设计步骤(1)确定反应釜操作方式(2)汇总设计基础数据(3)计算反应釜体积(4)确定反应釜体积和台数(5)反应釜直径和筒体高度、封头确定(6)传热面积计算和核校(7)搅拌器设计(8)管口和开孔设计，确定其它设施(9)轴密封装置(10)画出反应器工艺设计草图(条件图)，或选出型号。釜式反应器的结构和设计2.釜式反应器的选型设计步骤194经验法计算反应器体积1.间歇槽式反应器体积的计算

VR＝V0τ/或VR＝Gτ//ρ

VR——反应器的有效体积，m3；V0——平均每小时加入物料的体积，m3／h；τ/——每批操作所需的时间，h;G——平均每小时加入物料的质量，kg／h；ρ——反应物料的密度，kg／m3。经验法计算反应器体积1.间歇槽式反应器体积的计算195经验法计算反应器体积反应器的体积：

VP＝VR/ψ

式中：VP——反应器体积，m3；ψ一装填系数。通常由经验确定。一般采用0.7～0.75。经验法计算反应器体积反应器的体积：1961.筒体的高径比夹套反应器罐体尺寸示意

搅拌反应器的高径比种类罐内物料类型高径比H/Di一般搅拌罐液-液相、液-固相1～1.3气-液相1～2聚合釜悬浮液、乳化液2.08～3.85发酵罐类发酵液1.7～2.5在已知反应器的操作容积后，首先要确定罐体适宜的高径比，这需要考虑以下几点。（1）由于搅拌功率在一定条件下与搅拌器直径的5次方成正比，所以从减少搅拌功率的角度考虑，高径比可取得大一些。（2）若采用夹套传热结构，从传热角度看，希望高径比可取得大一些；当容积一定时，高径比大、罐体就高，盛料部分表面积大、传热面积也就大。（3）要考虑物料的状态，对发酵类物料，为了使通入罐内的空气与发酵物料充分接触，高径比应取得大一些。1.筒体的高径比夹套反应器罐体尺寸示意搅拌反应器的高径比罐197为了便于计算，在初步确定H/Di后，可先忽略封头的容积，近似计算出罐体的容积。即≈由此导出内直径为：

将式（1）计算的结果圆整为标准直径，再代入式（2）中计算出罐体的高度，即

式中V—罐体容积，mm3；

V0—罐体操作容积，V0=ηV，mm3；

η—装料系数；

Vk—两封头容积，mm3。再将按式（2）计算出来的H值圆整，看H/Di是否符合表5-2的要求，若差别较大，则需要重新调整直径和高度，直至满足一切为止。（1）（2）2.直径及高度确定为了便于计算，在初步确定H/Di后，可先忽略封头的容积，近似198第九节分离设备的选型主要分离设备1）离心机；2）过滤机；3）除尘器。第九节分离设备的选型199第四章设备的工艺设计及化工设备图第四章设备的工艺设计及化工设备图200第三节化工设备图一、化工设备图的基本知识

(1)工程图表示设备的化工工艺特性、使用特性、制造要求的图纸。它依据工艺数据表编成，用于基础设计审核、设备询价、订货和制造，以及向相关专业提出设计条件。图纸布置见图4-1.

第三节化工设备图一、化工设备图的基本知识(1)工程图201图4-1工程图的布置图4-1工程图的布置202图4-2装配图的布置图4-2装配图的布置203(2)施工图供设备制造、安装、生产使用的图纸(最终使用为竣工图)，施工图由下列部分组成：a.装配图表示设备的全