化工设备设计

第五章化工设备设计及设备图Chart5Thedesignofchemicalequipment5.1概述5.2化工设备的选用和设计方法物料输送设备贮罐换热设备分离设备传质设备化学反应器

5.3化工设备图分

离

设

备5.1概述从设计角度分标准设备(定型设备)—成批生产，直接订货非标准设备—由工艺提供设计条件，由设备专业专门设计，由厂家专门制造的设备。化工设备的设计包括标准设备设计和非标准设备设计。

一、化工设备设计分类

1.标准设备设计

常用标准设备：泵、风机、冷冻机、过滤机、离心机、搅拌器、压缩机等，生产厂家、型号都很多，可选择范围很大。标准设备设计：根据工艺要求，计算特征尺寸，查阅相关产品目录或样本手册(列出设备的规格、型号、基本性能参数和厂家)，选择合适设备型号。——标准设备选型2.非标准设备设计

常用非标准设备：容器(中压、低压、高压)、换热器、塔器、干燥设备、搅拌设备和除尘设备等。非标准设备设计：根据工艺要求，完成工艺计算，提出设备型式、材料、尺寸和其他要求，再经过机械计算及设计，由相关工厂制造。必须遵循设备设计的相关标准和规定。

化工设备设计向标准化推进，有些原来属于非标准设备的化工装置，已逐步走向系列化、定型化，已形成了一些标准图纸，有些还有了定点生产厂家，如换热器系列、容器系列、搪玻璃设备系列等。因此，在非标准设备设计时，应尽量采用已标准化的图纸。3.化工设备标准化二、化工设备设计的原则

(1)合理性(2)先进性

(3)经济性(4)安全性5.2典型化工设备的选用和设计方法5.2.1泵的选用与设计程序

1.收集基础数据介质物性操作条件泵所在位置情况(1)泵的流量（考虑上限）(2)扬程的确定和计算2.确定泵的流量和扬程3.选择泵型及泵的具体型号

从工艺角度选择泵类型：①流量大，扬程不高时，可选单级离心泵；②流程不大，扬程高时，宜选往复泵或多级离心泵；③输送有腐蚀介质，选耐腐蚀泵；④输送昂贵液体、剧毒或放射性液体应用完全不泄漏无轴封的屏蔽泵；⑤当要求精确进料时，应选用计量泵或柱塞泵。

⑥输送高温介质时可考虑选用热油泵。

4.核算泵的性能

若输送液体的物理性质与水有较大差异，则应对泵的扬程、流量进行核算。并与工艺要求进行对比，确定所选泵是否可用。5.确定泵的安装高度

允许吸入高度

øöççèæ+++-£2.212hhggPgPHBCnBCtBCwrr

式中：

tP-操作温度下被吸送液体的饱和蒸汽压。

BCw-泵吸入管内液体的流速。

BCnh.-吸入管路中的压头损失。

2h-避免汽蚀现象（在离心泵中），或防止由于惯性

力造成活塞与液体脱离（在活塞羹中）的压头

余量。

6.计算泵的轴功率

7.选定泵的材料和轴封

8.确定冷却水或加热蒸汽耗量9.选用驱动装置——电动机或蒸汽透平

10.确定泵的台数和备用率11.填写泵规格表，作为泵订货依据和选泵过程中各项数据的汇总。

流体输送设备离心泵、往复泵、转子泵比较指标离心泵往复泵转子泵流量，m3/h均匀、不稳定、1.6~30000不均匀、恒定0~600比较均匀、恒定、1~600扬程，m定流量→扬程10~2600扬程与流量无关0.2~100MP扬程与流量无关0.2~60MP效率设计点最高，偏离越远效率越低0.5~0.8扬程高效率降低很少0.7~0.85扬程高效率降低较大0.6~0.8结构特点简单、造价低、体积小、安装方便复杂、振动大、体积大、造价高简单、造价低、体积小、安装方便指标离心泵往复泵转子泵流量调节出口截流、转速、叶轮旁路、转速、冲程旁路自吸一般没有有有启动关闭调节阀全开全开适用范围粘度较低的各种介质高压力小流量清洁介质中压力小流量尤其是高粘度离心泵、往复泵、转子泵比较5.2.2贮罐的选型和设计一、贮罐的分类及存贮量的确定

根据用途，贮罐可分为：原料、成品、中间贮罐，回流罐、计量罐、缓冲罐、混合罐、闪蒸罐、包装罐等。贮罐存贮量：即贮存物料总容积，随贮罐的用途而异。1.原料贮罐

全厂性贮罐一般主张至少有1~3个月的耗用量贮存，车间的原料贮罐一般至少半个月的用量贮存。2.成品贮罐按工厂短期停车仍能保证满足市场需求来确定存贮量；液体产品贮罐常按至少贮存一周的产品产量设计。液体贮罐的装载系数一般取0.8。3.中间贮罐对连续过程视情况贮存几小时至几天的用量，对间歇生产过程，至少应考虑存贮一个班的生产用量。4.计量罐一般考虑最少为10~15min，多则2h或4h产量。计量罐的装料系数一般取0.6~0.7，刻度的使用度常为满量程的80%~85%。5.回流罐一般考虑5~10min左右的液体保存量，作冷凝器液封之用。6.缓冲罐缓冲罐存贮量常是下游设备5~10min的用量，有时可超过15min用量，以备紧急时有充裕时间处理故障、调节流程或关停机器。7.汽化罐汽化罐的汽化空间通常是总容积的一半。汽化空间的体积可根据物料汽化速度来估计，一般希望汽化空间足够下游岗位3min以上的使用量，至少在2min左右。8.闪蒸罐液体在闪蒸罐的停留时间应考虑使液体在罐内有充分时间接近气液平衡状态，应视工艺要求选择液体在罐内的停留时间。9.混合、拼料罐混拼罐的大小，根据工艺条件而定，考虑若干批的产量，装料系数约70%。10.包装罐包装罐可视同于中间贮罐。要根据工艺条件和要求，贮存条件等决定其有效容积。不同场合，装料系数不一样，一般为0.6~0.8。二、贮罐设计的一般程序

汇集工艺设计参数2.贮罐材质的选择3.贮罐型式的确定4.确定需要贮存的物料总体积5.确定贮罐的台数和基本尺寸6.选择标准型号7.贮罐的管口方位和支承方式的确定8.绘制设备草图，标注尺寸，提出设计条件和订货要求。

符合规定的工艺操作条件2.安全可靠3.安装、操作及维修方便4.经济合理5.尽量选用标准设计和标准系列

5.2.3换热设备的选用一、换热设备设计和选用的一般原则二、管壳誉式换热器漫的设计步近骤1.分析设淘计任务家，汇总蝴设计数掏据2.设计换挨热流程3.选择换热庸器的材质4.确定换热断器类型5.确定冷热氏流体的流虽向6.计算平赵均传热裙温差tm7.计算热负滴荷Q8.估计污饿垢热阻塞系数9.初算总传侵热面积A10.参照标准火系列，初搁选换热器11.校核12.验算换热严器的压力它降13.画出换甘热器设牵备草图套。例题可以达员到要求鲁。5.2.满4.1塔设备炎的选型耍与设计按接触方式连续（微分）接触式—填料塔逐级接触式—板式塔一、塔设眼备设计的节基本要求生产能力孙大，气液处理扭量大。具有较紧高的传遵质、传役热效率台，保证气液两相裳良好接触。操作稳睛定，操作弹性明大，气液负淋荷有较大抬波动时仍铸能在较高馆的传质效而率下稳定耗操作，且城能长期连迁续运转。流体流动茫的阻力或漂压力降安小，降低辰生产中轨的动力拘消耗和刊经常性复的操作第费用的迎要求。结构简单庙可靠，材料耗缴用量小，盾制造安装己容易，设豆备的投资浇费用低。耐腐蚀，顿不易堵塞，操作腐方便，照易于检迟修。抓住主要留矛盾，最顾大限度满协足工艺要宽求。二、塔耕类型的堆选择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填料塔绢和板式老塔主要竞性能对展比新型填料蜂及规整填结料塔竞争描力较强。三、填行料塔设聚计程序(1)汇总设计参恒数和物搜性数据。(2)选用填料。填料是请填料塔内桨汽一液接或触的核心集元件。填燥料类型和队填料层的岗高度直接幼影响传质变效果。因绿而，选择键填料是填旺料塔设计风的一个重卖要内容。(3)确定塔排径D(4)计算填料塔飘压降(5)验算。保证U>Umin，负责重因新调整计姜算。(6)计算填赤料层高踪蝶度Z。(7)计算塔的列总高度H奖H=Hd+Z+(n-1)Hf+Hb(8)塔内附饭件的设计和云选定支撑板—自由截磨面积>填料空蜘隙率，迎支撑板上强度足停以支承巨填料重写量。液体喷擦淋装置—弯管式陡、多孔殖直管式油、莲蓬菊头式、政分布盘液体再位分布装污置—截锥式和洞升气管式裂分布器气体分遮布器除雾器—折板除倚雾器、虏丝网除温雾器、发旋流板有除雾器级或干填备料层(9)绘制塔设爆备结构图—向设备避专业提恳供工艺饺设计条涂件绘制肠塔设备婶简图，段并标注苏必要的网尺寸，陶注明各糟管口的腐位置等慢。(1)汇总设计鸦参数和物银性数据。(2)根据物料克特性、分稳离要求确定塔纳板结构。(3)进行工朵艺计算(4)塔径计杨算四、板肉式塔设社计程序(5)塔节上人毛孔、手孔菠的确定。(6)塔高确定锁。(7)塔内流体抛力学核算声，作负荷饮性能图。(8)辅助装厅置选型氏设计。(9)绘制塔设锦备草图和苏设备设计匀条件图，者包括支承鸭、开口方轧位、人孔巨、手孔位故置等。5.2.犯4.2干燥设前备的选妹型与设宣计固体除面湿方法机械除脑湿。物下料湿分卷较多时昼，可先稿用离心状过滤等宏机械分家离方法领以除去养大量的即湿分；吸附除重湿。用皆某种平踩衡水汽命分压很径低的干洗燥剂（两如CaCl2、硅胶等榴）与湿若物料并赞存，使溉物料中锤的湿分娱相继经秆气相而敢转入干止燥剂内选；供热除湿姨(干燥)。用热崖空气或其垦它高温气牌体为介质骆，使之流哈过物料表棍面，介质浊向物料供陵热并带走乎汽化的湿模分。干燥的分幼类按操作胖压力分常压干燥真空干言燥。适罚于处理笋热敏性堤及易氧所化的物蒙料，或铃要求成武品中含祥湿量低吼的场合肯。按操作友方式分连续式。娃生产能力乐大、产品狱质量均匀匆、热效率尤高、劳动歪条件好。间歇式。韵适于处理紫小批量、危多品种、邮干燥时间陈长的物料扣。根据供热起方式不同慰，干燥可密分为传导干燥拼（间接加砖热干燥）权。热能通存过壁面以贺传导方式雪加热物料香。对流干燥鲜（直接加蹈热干燥）没。干燥介歼质与湿物炕料直接接疑触，并以娇对流方式粪加热湿物玻料。辐射干查燥。热狮能以电码磁波的罗形式辐抬射到湿丛物料表粗面。介电加热误干燥。将猛湿物料置摄于高频电准场内，使驰其被加热唇。干燥器的驳主要型式1.箱式氏干燥器(厕板式干燥惊器)2.洞道式干鸽燥器3.带式促干燥器4.转仔筒干燥悬器5.气镇流干燥夺器6.流化震床干燥器(沸腾床干笋燥器)7.喷习雾干燥熊器8.滚妹筒干燥宏器9.真空耙昼式干燥奏器选择干殖燥器大攀致可按组以下三耐个步骤船进行：考虑可操虹作性——列出能处笑理被干燥挎物料的各彩种干燥器斩，这就需女要从湿物翼料的性能玻出发，参质考各种干然燥设备在椒工业中常榜使用的范贫围来选择茂。依据湿征物料的爹特性，难处理量笋以及对定产品的交质量及滤其它特哀殊要求因，筛选出最势适宜的几可种干燥器。这一步雀需考虑一粗些具体因挨素，如物饶料的热敏泡性、易碎夏性、对污耽染的要求似，含水量腰的大小、要湿法去除涌的难易程胜度等，对俱初选的设纳备形式依壶据其优缺凑点及适应膝性能作进轰一步筛选损。同时依木据处理量板选定操作活方式，一蓬般处理量鸡小于50kg/h时，常完采用间回歇操作凑，当大哨于100狸0kg/h时，常怖采用连包续装置誉。估计干启燥器的设备成本剧和操作费拉用，作最终竟的的选择逢。5.2.胆5反应器呆的选型摄与设计一、反应索器分类管式反应器釜式反应器塔式反应器按反应器的几何构形分类按反应物的相态分类均相反应器：如气相均相、液相均相反应器非均相反应器：气固相反应器按操作方式分类连续式反应器

间歇式反应器

半连续反应器按反应器内物流流动状态分类理想平推流反应器

理想全混流反应器

非理想流反应器二、反渐应器设佛计的基珍本内容熊及设计止要点反应器颗设计基黎本内容筝：根据化立学反应典动力学夸特性来建选择合时适的反禽应器形鹅式；结合反应窑动力学和毯反应器传害递特性确淹定反应器恒型式及操笋作方式；根据给步定生产稍规模对途反应器循进行设温计，确击定反应但器的几掠何尺寸警。反应器诸设计要陆点：保证物料母转化率和粥反应时间薪；满足反应纳的热传递孙要求；设计适当阅的搅拌器菜或类似作误用的机构旗。注意材质凤选用和机奶械加工要晨求。三、釜式冈反应器设筝计程序(1)根据工艺演流程的特浊点，确定谅反应釜操作方陶式；(2)汇总设计糠基础数据拢：生产规伐模、反应庸时间、温市度、装填代系数、物喘料性质等捎；(3)计算反应釜体秘积；(4)确定反应祥釜设计(选用)体积和城台数；(5)反应釜直径和筒遥体高度、曲封头确定；(6)传热面飘积计算和恰校核；——夹套和加鼓热盘管(7)搅拌器设计；(8)管口和窝开孔设计；(9)画出反帮应器设适计草图惰。四、固定巩床反应器袋设计(1)汇总物料净衡算和物寺性数据。(2)计算床体体泛积。(3)计算床高和稍直径——假设床层D，根据貌床层有尊效体积念核算床然层H，再估算葛催化剂堆御积高度，验算气药速，保焰证反应倒的停留劲时间。如果假五设不合理宴，重新假叉设再试算夫。(4)验算流体阻力桃和传热系冶数K。阻力↑，港床层D↓，动力消摇耗↑——实践中宁士可增加催菌化剂体积恰，也不主闯张流体阻衔力偏大，钟以免影响比整个操作沫体系。传热系事数K一般取折经验值娱或中试裙值。(5)绘制反派应器设义计条件阳图，决旨定床层和花床底、筒床顶的匙开口方客位、标注尺他寸等。5.3化工设备搜图化工设垮备图是层化工设自备制造膊、安装浅、使用烟、维修穿的重要哄技术文穴件，也红是进行睬技术交羡流、设态备改造石的工具诸。一、化工插设备图的锄分类(1)设备总图—表示化工用设备及附着属装置全渗貌、组成委和特性的驴图样。它应表达奥设备各主要部控分结构特湾征、装配难连接关扔系、主吧要特征根尺寸和枝外形尺穗寸，并填写明技梅术要求种，技术航特性等惜技术资圾料。(2)装配图吉：表示化佩工设备王的结构熄、尺寸科、各零晕部件间弱的装配连脱接关系，并写脂明技术倦要求和送技术特肤性等技灯术资料控的图样倘。(3)部件图备：表示可混拆或不刻可拆部件的结凝构形状、尺寸梅大小、莫技术要珠求和技猎术特性抹等技术仅资料的圈图样。(4)零件图夜：表示化工设备零件从的结构形础状、尺寸争大小及刊加工、战热处理班、检验约等技术役资料的脑图样。(6)表格图遍：用综合列专表方式表历示结构形状仅相同、尺寸化大小不楼同的化由工设备遮、部件帖、零件夫的图样龟。(7)标准图盆：经国家惭有关主管部锡门批准萝的标准臂化或系犁列化设误备、部件称或零件伤的图样派。(8)通用图：经过生产筋考验，结药构成熟，唐能重复使室用的系列化国设备、部件和述零件的图韵纸。二、化工疲设备图的咐基本内容1.标题栏——设计单位沙，设备(项目)名称，图画纸名称，讯图号，设晴计阶段，犹比例，图爽纸张数(共＿张、忙第＿张)，设计驳、制图牲、校核轻、审核桂、审定掏等人的膏签字及宣日期。2.明细表—说明组成亏本张图纸洽的各部件摩，一般格渣式如下：3.管口表——将本设备醉各管口用全英文小写禽字母自上纽奉而下按顺井序填入表旱中，表明台各管口的层位置和规虽格等。4.技术特门性表——将设备划设计、刊制造、致使用的主要参数(设计压广力、工冷作压力诵、设计床温度、是工作温速度、各围部件的涂材质、育焊缝系汗数、腐坝蚀裕度御、物料败名称、滩容器类蹈别及专邪用化工鱼设备的洲接触物横料的特队性等)技术特性芒以列表方扇式表示，馆供施工、礼检验、生座产中执行吐。5.技术要暂求——以文字对叔化工设备雷的技术条示件，应该坛遵守和达毫到的技术抗指标等，膀逐条书写跨清楚。6.注—常写在页技术要层求的下虽方。用来补如充说明抗技术要慰求范围位外，但之又必须颤作出交鼻待的问刚题。三、化纽奉工设备假图的绘钥制绘制方稿法对已有设秧备进行测刊绘，主要启用于仿制胃已有设备钓或对现有真设备进行聪革新改造念。依据化工谈工艺人员狮提供的“隶设备设计麦条件单”银进行设计欣和绘制。1.化工设备败图的视图毙选择(1)选择主牙视图—应按设备资的工作位狗置，使主脊视图能充分表达桂其工作原缠理、装配东关系及主祖要零部件勇的形状结柔构。(2)确定其坐他基本复视图——根据设蝇备结构勾特点，熔确定基本视搞图数量而及其他吹基本视恶图，用以行补充表甚达设备渣的主要绝装配关茎系、形灿状、结雀构。(3)选择辅助曾视图和表金达方法——根据化工覆设备结构桑，可采用局部放大趣图，局部宁视图及剖承视、剖面等表达普方法来缸补充表口达基本盆视图的郊不足，社将设备前各部分秘的形状殿结构表雕达清楚牵。2.化工设陵备图绘捏制步骤确定绘图贿比例、选感择图幅，证布置图面幅面代罢号为：A0、A1、A2、A3、A4，也允把许用规削定的加阿长幅面(2)确定视艳图表达部方案，画出主练要基准线纱，从主视侍图画起，搅左（俯）窗视图配合脱一起画。角一般沿着慢装配干线樱，先画主挡体、后画梢两部件；犯先画外件蚕、后画内流件；先定卸位、后画项形状。基哄本视图完