化工设备的工艺设计与选型

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。

设备工艺设计与选型原则

1．合理性；

2．可靠性，先进性；

3．安全性：

4．经济性。

全面贯彻先进、适用、高效、安全、可靠、经济俭省的原则，审慎地研究，认真地设计。设备工艺设计的主要工作和方法第二节化工设备的材料和选材原则材料分类：

1．金属；

2．非金属；

3．复合材料。

第二节化工设备的材料和选材原则第三节泵的设计与选型1.泵的分类；

各种泵的特性第三节泵的设计与选型2.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。2、化工生产常用泵螺杆泵往复泵泵塑料泵泵喷射器器（左左）液液下泵泵（右右）屏蔽泵泵屏蔽泵泵由于于没有有转轴轴密封封，可可以做做到绝绝对无无泄漏漏，因因而在在化工工装置置中的的使用用已愈愈来愈愈普遍遍。屏屏蔽泵泵的原原理和和结构构特点点普通通离心心泵的的驱动动是通通过联联轴器器将泵泵的叶叶轮轴轴与电电动轴轴相连连接，，使叶叶轮与与电动动机一一起旋旋转而而工作作，而而屏蔽蔽泵是是一种种无密密封泵泵，泵泵和驱驱动电电机都都被密密封在在一个个被泵泵送介介质充充满的的压力力容器器内，，此压压力容容器只只有静静密封封，并并由一一个电电线组组来提提供旋旋转磁磁场并并驱动动转子子。这这种结结构取取消了了传统统离心心泵具具有的的旋转转轴密密封装装置，，故能能做到到完全全无泄泄漏。。屏蔽蔽泵把把泵和和电机机连在在一起起，电电动机机的转转子和和泵的的叶轮轮固定定在同同一根根轴上上，利利用屏屏蔽套套将电电机的的转子子和定定子隔隔开，，转子子在被被输送送的介介质中中运转转，其其动力力通过过定子子磁场场传给给转子子。隔膜泵泵隔膜泵泵是利利用螺螺杆的的回转转来吸吸排液液体的的。隔隔膜泵泵中间间螺杆杆为主主动螺螺杆，，由原原动机机带动动回转转，两两边的的螺杆杆为从从动螺螺杆，，随主主动螺螺杆作作反向向旋转转。主主、从从动螺螺杆的的螺纹纹均为为双头头螺纹纹。由由于于各螺螺杆的的相互互啮合合以及及螺杆杆与衬衬筒内内壁的的紧密密配合合，在在泵的的吸入入口和和排出出口之之间，，就会会被分分隔成成一个个或多多个密密封空空间。。随着着螺杆杆的转转动和和啮合合，这这些密密封空空间在在泵的的吸入入端不不断形形成，，将吸吸入室室中的的液体体封入入其中中，并并自吸吸入室室沿螺螺杆轴轴向连连续地地推移移至排排出端端，将将封闭闭在各各空间间中的的液体体不断断排出出。二、、选选泵泵的的原原则则1、基基本本泵泵型型和和泵泵的的材材料料；；2、扬程程和流流量量要要求求；；3、有效效汽汽蚀蚀余余量量和安装装高高度度；4、泵泵的的台台数数和和备备用用率率。。选泵泵的的工工作作方方法法和和基基本本程程序序1．列列出出选选泵泵的的岗岗位位和和介介质质的的基基础础数数据据；；2.确定定选选泵泵的的流流量量和和扬扬程程；3．选选择择泵泵的的类类型型，，确确定定具具体体型型号号；4．换换算算泵泵的的性性能能；5．确确定定泵泵的的安安装装高高度度；6．确确定定泵泵的的台台数数和和备备用用率率；7．校校核核泵泵的的轴轴功功率率选选定定泵泵的的材材料料及及轴轴封封；；8．确确定定冷冷却却水水或或驱驱动动蒸蒸汽汽的的耗耗用用量量；；9．选选用用电电动动机机；；10．填填写写选选泵泵规规格格表表。。第四四节节气气体体输输送送、、压压缩缩设设备备的的设设计计与与选选型型一、分类(1)通风机(压力<0.115MPa,分轴流风机和和离心风机））(2)鼓风机(压力0.115～0.4MPa,罗茨鼓风机和和离心鼓风机机）(3)压缩机(压力>0.4MPa,离心式、螺杆杆式、往复式式）(4)制冷机(压力>0.4MPa,活塞式、离心心式、螺杆式式、溴化锂吸收式、氨吸吸收式）(5)真空泵(压力接近0MPa,往复式、水环环、液环、旋旋片、喷射））通风机通风机的选用用一、主要用途途用于通风、干干燥过程；轴轴流风机因风风压小，流量量大，只用于于通风换气，，如凉水塔，，空冷器的通通风。二、主要技术术参数1）风量m3/h2)风压Pa3)功率kw4)效率%离心通风机的的选择步骤(1)了解工程工况况、输送气体体性质(如清洁空气、、烟气、含尘空气气或易燃易爆爆气体)等。(2)根据柏努利方方程式，计算算输送系统所所需的实际风风压，再加上一个附附加值，并换换算成试验条条件下的风压压△P0。(3)把实际风量Q(以风机进口状状态计)乘一安全因数数，并换算成试验条条件下的风量量Q0。(4)按试验条件下下的风量Q0和风压△P0，从风机的产产品样本中的特性曲曲线或性能表表选择合适的的机号。(5)根据风机安装装位置，确定定风机旋转方方向和风口角角度。(6)若所输送气体体的密度大于于1.2kg/m3时，则须核算算轴功率。鼓风机鼓风机罗茨风机的选选用压缩机压缩机分类一、按结构形形式分类活塞式和离心心式。二、常用压缩缩机1）活塞式压缩缩机2)离心式压缩机机3)螺杆式压缩机机三、压缩机的的选择1）压缩机的选选用原则2)离心式压缩机机的型号选择择3)活塞式压缩机机的型号选择择制冷机真空泵一、主要技术术指标1）真空度2)抽气速率3)极限真空4）抽气时间二、常用真空空泵1）往复式真空空泵2)水环真空泵3)液环真空泵4）旋片真空泵泵5）喷射真空泵泵真空泵真空泵水环泵第五节换热热设备的设计计与选型一、换热器的的分类1．按工艺功能能分类(1)冷却器(2)加热器(3)再沸器(4)冷凝器(5)蒸发器(6)过热器(7)废热锅炉(8)换热器2．按传热方式式和结构分类类根据热量传递递方法不同，，可以分间壁壁式，直接式式和蓄热式。。二、常用的换换热器夹套式换热器，蛇管式换热器，套管式换热器，管壳式换热器，板式换热器，螺旋板式等等。换热器换热热器器换热热器器三、、管管壳壳式式换换热热器器的的选选用用标准准换换热热器器型型式式：：固固定定管管板板式式，，浮浮头头式式，，U形管管式式和和填填料料函函式式。。标准准换换热热器器型型号号的的表表示示方方法法：：×××××DN-P1/P2-A-LN/d-Nt/NsⅠⅠ(或Ⅱ)×××××———由三三个个字字母母组组成成，，第第一一个个字字母母表表示示前前端端管管箱箱形形式式；；第第二二个个字字母母代代表表管管壳壳形形式式；；第第三三个个字字母母代代表表后后端端结结构构形形式式，，参参见见图图例例(图4.2)。DN———公称称直直径径(mm)对重重沸沸器器用用分分数数表表示示，，分分子子为为管管箱箱内内直直径径，，分分母母为为圆圆筒筒内内直直径径。。P1／P2———管程程／／壳壳程程设设计计压压力力(MPa)、压压力力相相等等时时，，只只写写管管程程设设计计压压力力(MPa)。A———公称称换换热热面面积积(m2)。LN／d———LN为公公称称长长度度(m)，d为换换热热管管外外径径(mm)。Nt/Nt———管程程／／壳壳程程数数，，单单程程时时只只写写Nt。I(或Ⅱ)———I级(或Ⅱ级)换热热器器。。部件件分分类类三、、管管壳壳式式换换热热器器的的型型号号表表示示例1固定定管管板板换换热热器器，，封封头头管管箱箱，，公公称称直直径径700mm，设设计计管管程程压压力力2.5MPa，壳壳程程压压力力1.6Mpa，公公称称换换热热面面积积200m2，较较高高级级冷冷拔拔换换热热管管外外径径25mm，管管长长9m，4管程程，，单单壳壳程程，，其其型型号号为为：：BEM700-2.5/1.6-200-9/25-4ⅠⅠ第六六节节贮贮罐罐容容器器的的设设计计与与选选型型一、、贮贮罐罐的的类类型型1.根据据形形状状来来划划分分（方方形形贮贮罐罐、、圆圆筒筒形形罐罐、、球球形形罐罐和和特特殊殊形形贮贮罐罐(如椭椭圆圆形形、、半半椭椭圆圆形形)每种种型型式式又又按按封封头头形形式式不不同同，，分分为为若若干干种种型型式式。。常常见见的的封封头头有有平平板板、、锥锥形形、、球球形形、、碟碟形形、、椭椭圆圆形形等等。。有有些些容容器器如如气气柜柜、、浮浮顶顶式式贮贮罐罐、、其其顶顶部部(封头)是可以以升降降浮动动的。。）2.按制造造材质质分（有钢钢，有有色金金属和和非金金属材材质之之分。。）3.按用途途分（贮存存，计计量，，回流流，中中间周周转，，缓冲冲，混混合等等）平底平平盖贮贮罐例如：：立式平平底平平盖容容器，，设计压压力为为常压压，公称容容积VN0.06m2，公称直直径DN400。标记为为：R21A-00-1平底锥锥盖贮贮罐立式圆圆底圆圆盖贮贮罐立式锥锥底椭椭圆盖盖贮罐罐卧式椭椭圆封封头贮贮罐卧式椭椭圆封封头贮贮罐卧式无无折边边球形形贮罐罐贮罐设设计的的一般般程序序1.汇集工工艺设设计数数据2.选择容容器材材料3.容器型型式的的选用用4.容积计计算5.确定贮贮罐基基本尺尺寸6.选择标标准型型号7.开口和和支座座8.绘制设设备草草图(条件图图)标注尺尺寸，，提出出设计计条件件和订订货要要求第七节节塔塔设备备的设设计与与选型型（一））塔的的分类类1．板式式塔诸如筛筛板塔塔、栅栅板塔塔、舌舌形板板塔、、斜孔孔板塔塔、波波纹板板塔、、泡罩罩塔、、浮阀阀塔、、喷射射板塔塔、穿穿流板板塔、、浮动动喷射射板塔塔等。。浮阀塔塔第七节节塔塔设备备的设设计与与选型型第七节节塔塔设备备的设设计与与选型型（二））选用用塔的的基本本原则则1.要满足足工艺艺要求求，分分离效效率高高。2．生产产能力力要大大，有有足够够的操操作弹弹性。。3．运转转可靠靠性高高，操操作、、维修修方便便，少少出故障。。4．结构构简单单，易于制制造加工，，造价价较低低。5．塔压压降小小。第七节节塔塔设备备的设设计与与选型型（三））设计计一般般步骤骤1．确定基基础数数据（（进料料量、、组成成，状状态；；产品品的质量和和收率率；物物性数数据等等）。2．选择合合适的的工艺艺流程程。3．选择塔塔设备备的形形式。。4．确定塔塔的操操作压压力及及温度度。5．计算塔塔高塔塔径。6．塔结构的设设计。7．塔的流体力力学计算。。第八节反反应器选选型设计（一）反应应器分类分类釜式反应器器通用性很大大，造价不不高，用途途最广。它它可以连续续操作，也也可以间歇歇操作。国国家已有K型和F型两类反应应釜列成标标准。K型是有上盖盖的釜，形形状上偏于于“矮胖型”(长径比较小小)。F型没有上盖盖，形状则则偏于“瘦长型”(长径比较大大)，材质有碳碳钢、不锈锈钢、搪玻玻璃等几种种。釜式反应器器比较灵活活通用，在在间歇操作作时，只要要设计好搅搅拌，可以以使釜温均均一，浓度度均匀，反反应时间可可以长、可可以短，可可以常压、、加压、减减压操作，，范围较大大，而且反反应结束后后，出料容容易，釜的的清洗方便便，其机械械设计亦十十分成熟。。釜式反应器器可用于串串联操作，，使物料一一端流入，，另一端出出料，形成成连续流动动。管式反应器器传热面积大大，反应可可以连续化化，流体流流动快，停停留时间短短，经过一一定的控制制手段，可可以使管式式反应器有有一定的温温度梯度和和浓度梯度度。管式反应器可可以用于连续续生产，也可可以用于间歇歇操作。固定床反应器器主要应用于气气固相反应，，其结构简单单，操作稳定定，便于控制制，易于实现现连续化，床床型可以是多多种多样，易易于大型化。。它可以设计计较大的传热热面积，可以以有较高的气气体流速，传传热和传质系系数可以较高高。加热的方方式比较灵活活，可以有较较高的反应温温度。但是，固定床床反应器床层层的温度分布布不容易均匀匀。流化床反应器器流化床的特点点是细的或粗粗的粒子在床床内不是静止止不动，而是是在高速流体体的作用下，，床内固体粒粒子被扰动悬悬浮起来，剧剧烈运动，固固体的运动形形态，接近于于可以流动的的流体，故称称流化床流化床反应器器的最大优点点是传热面积积大，传热系系数高，传热热效果好。缺点由于流化床体体系内物料返返混严重，粒粒子磨损严重重，此外，通通常要有粒子子回收和集尘尘的装置。床床型和构件比比较复杂，操操作技术要求求高以及造价价较高等问题题。反应器设计要要点在反应器设计计时，除了通通常说的要求求“合理、先进、、安全、经济济”的原则，还要要，考虑下列列设计要点：1．保证物料转转化率和反应应时间。2．满足物料和和反应的热传传递要求。3．设计适当的的搅拌器和类类似作用的机构。4．注意材质选选用和机械加加工要求。釜式反应器的的结构和设计计1.釜式反应器结结构(1)釜体及封头(2)换热装置(3)搅拌器(4)轴密封装置(5)工艺接管搪玻璃反应釜釜搪玻璃反应釜釜搪玻璃反应釜釜搅拌器形状搅拌器形状釜式反应器的的结构和设计计2.釜式反应器的的选型设计步步骤(1)确定反应釜操操作方式(2)汇总设计基础础数据(3)计算反应釜体体积(4)确定反应釜体体积和台数(5)反应釜直径和和筒体高度、、封头确定(6)传热面积计算算和核校(7)搅拌器设计(8)管口和开孔设设计，确定其其它设施(9)轴密封装置(10)画出反应器工工艺设计草图图(条件图)，或选出型号号。经验法计算反反应器体积1.间歇槽式反应应器体积的计计算VR＝V0τ/或VR＝Gτ//ρVR——反应器的有效效体积，m3；V0——平均每小时加加入物料的体体积，m3／h；τ/——每批操作所需需的时间，h;G——平均每小时加加入物料的质质量，kg／h；ρ——反应物料的密密度，kg／m3。经验法计算反反应器体积反应器的体积积：VP＝VR/ψ式中：VP——反应器体积，，m3；ψ一装填系数。。通常由经验验确定。一般采用0.7～0.75。经验法计算反反应器体积例1设计年产量为为720吨的醋酸丁酯酯车间，计算所需反应应器的体积。。已知条件：（1）年工作天数数：300天（2）反应物料的的配比醋酸:1kg,丁醇4.972kg(3)醋酸转化率为为50%(4)反应时间为34.5分(5)生产辅助时间间为30分(加料、卸料、、清洗等）（6）反应物的密密度不变：0.75kg/升反应器体积计计算过程反应器体积计计算如下:(1)每小时产量三三班制生生产720X1000/300X24=100(kg)(2)每批生产时间间34.5+30=64.5(分)=1.08(小时)(3)每批生产的醋醋酸丁酯的量量100X1.08=108(kg/批)(4)醋酸和丁醇每每批加料量CH3COOH+C4H9OH=CH3COOC4H9+H2O6074116X(kg)Y(kg)108(kg)反应器体积计计算过程X=108X60/116=55.9(kg)Y=108X74/116=68.9(kg)因醋酸转化率率为50%,实际上加醋酸酸55.9/0.5=111.8(kg)丁醇实际加入入量为:111.8X4.972=684(kg)每批加料量为为:111.8+684=795.8(kg)(5)反应混合物体体积795.8/0.75=1061升反应器体积计计算过程(6)反应器体积设装料系数取取75%,则1061/0.75=1420(L)(7)查有关化工手手册(表3-15)选1500L第九节液固固分离设备的的选型一、液固分离离的主要方法法1）浮选；2）重力沉降；；3）离心沉降；；4）过滤。二、主要分离离设备1）离心机；2）过滤机。第九节液固固分离设备的的选型三、分离设备备的选择1）过滤式离心心机的选型原原则；2）沉降式离心心机的选型原原则；3）过滤机的选选型原则。第九节液固固分离设备的的选型1、三足离心机机第九节液固固分离设备的的选型1、三足下卸料料离心机第九节液固固分离设备的的选型2、活塞推料离离心机第九节液固固分离设备的的选型3、沉降离心机机第九节液固固分离设备的的选型4、压滤机第九节液固固分离设备的的选型5、转鼓过滤机机第十节干燥燥设备的设计计与选型一、干燥器的的分类1、按操作方式式分类，分为为连续式和间间歇式。2、按热量供给给方式分类，，可分为传导导、对流、介电、、红外外线。。1）传导导供热热的干干燥器器有厢厢式真真空、、搅拌拌式、、带式式真空、、滚筒筒式、、间歇歇加热热回转转式等等。2）对流流供热热的干干