化工容器的设计与选型课件

化工容器的设计与选型欢迎来到化工容器设计与选型课程！本课程旨在全面讲解化工容器的设计原理、选型方法和实际应用，助您掌握化工生产中关键设备的核心技术。通过系统学习，您将能够独立完成化工容器的设计任务，并为化工生产的安全、稳定和经济运行提供有力保障。课程目标与大纲1课程目标使学员掌握化工容器的设计原理、选型方法和实际应用，具备独立完成化工容器设计任务的能力。提升学员在化工生产中解决实际问题的能力，为化工生产的安全、稳定和经济运行提供有力保障。2课程大纲课程内容涵盖化工容器概述、分类、材料选择、设计基础、结构设计、搅拌器、换热器、塔器的选型与设计，以及案例分析、总结与展望等多个方面。通过理论学习与实践相结合，全面提升学员的专业技能。3考核方式课程结束后，将进行综合考核，包括理论考试和设计报告。理论考试考察学员对知识点的掌握程度，设计报告考察学员的实际应用能力。综合考核成绩将作为学员学习成果的重要评价依据。化工容器概述定义化工容器是指用于完成化工单元操作的设备，如反应、传热、分离、储存等。它是化工生产中的关键设备，其性能直接影响生产效率和产品质量。作用化工容器在化工生产中起着至关重要的作用，它不仅是完成化工反应的场所，也是实现物料传递和能量转换的重要载体。其设计和选型直接影响生产过程的安全性、稳定性和经济性。重要性化工容器的安全运行对于保障化工生产的安全至关重要。其设计和制造质量必须符合相关标准和规范，以防止泄漏、爆炸等事故的发生，确保生产过程的稳定运行。化工容器的分类按用途分类反应容器、换热容器、分离容器、储存容器等，不同用途的容器在设计和选型上有着不同的侧重点。按承受压力分类常压容器、低压容器、中压容器、高压容器等，不同压力等级的容器在材料选择和结构设计上有着不同的要求。按结构形式分类立式容器、卧式容器、球形容器等，不同的结构形式适用于不同的工艺条件和场地布置。按用途分类反应容器用于进行化学反应的容器，通常需要考虑反应温度、压力、搅拌等因素。常见的反应容器包括反应釜、反应塔等。换热容器用于进行热量传递的容器，通常需要考虑换热效率、压降等因素。常见的换热容器包括换热器、冷凝器等。分离容器用于进行物料分离的容器，通常需要考虑分离效率、物料性质等因素。常见的分离容器包括分离器、精馏塔等。储存容器用于储存物料的容器，通常需要考虑储存容量、物料性质等因素。常见的储存容器包括储罐、储槽等。按承受压力分类常压容器承受压力低于0.1MPa的容器，通常用于储存或进行一些简单的化学反应。1低压容器承受压力在0.1MPa~1.6MPa之间的容器，应用广泛，涉及多种化工生产过程。2中压容器承受压力在1.6MPa~10MPa之间的容器，通常用于一些较为复杂的化学反应或高温高压的场合。3高压容器承受压力高于10MPa的容器，通常用于一些特殊的化学反应或超临界状态的场合，设计和制造要求非常高。4按结构形式分类立式容器容器主体呈立式结构，占地面积小，适用于场地空间有限的场合。常用于反应、分离等过程。卧式容器容器主体呈卧式结构，稳定性好，适用于储存等过程。常用于储存液体或气体物料。球形容器容器主体呈球形结构，受力均匀，适用于储存高压气体或液体物料。常用于储存液化石油气、液氨等。化工容器材料的选择1安全可靠满足强度、塑性、韧性等要求，确保容器在各种工况下的安全运行。2耐腐蚀性能够抵抗介质的腐蚀，延长容器的使用寿命。3经济性在满足性能要求的前提下，尽量选择价格合理的材料，降低生产成本。常用金属材料不锈钢具有良好的耐腐蚀性和力学性能，广泛应用于各种化工容器的制造。碳钢价格低廉，力学性能良好，但耐腐蚀性较差，通常需要采取防腐措施。有色金属如铝、铜、钛等，具有特殊的性能，适用于一些特殊的化工介质。不锈钢优点优异的耐腐蚀性，可抵抗多种化工介质的腐蚀；良好的力学性能，强度高、塑性好；良好的焊接性能，易于加工制造；表面光洁，易于清洗。种类奥氏体不锈钢（如304、316）：应用最广泛的不锈钢，具有良好的耐腐蚀性和焊接性能；铁素体不锈钢（如430）：价格较低，但耐腐蚀性较差；马氏体不锈钢（如410）：强度高、硬度高，但塑性较差。应用广泛应用于制造各种化工容器，尤其适用于储存和处理腐蚀性介质的场合。如反应釜、换热器、储罐等。碳钢优点价格低廉，易于获得；力学性能良好，强度高、塑性好；良好的焊接性能，易于加工制造。缺点耐腐蚀性较差，易受多种化工介质的腐蚀；易生锈，需要采取防腐措施。应用广泛应用于制造各种化工容器，但通常需要采取防腐措施，如涂覆防腐涂层、衬里等。适用于储存和处理非腐蚀性介质的场合。有色金属1铝密度小、耐腐蚀性好，适用于制造轻型化工容器。但强度较低，不适用于高压场合。2铜导热性好、耐腐蚀性好，适用于制造换热器。但价格较高，不适用于大面积使用。3钛耐腐蚀性极好，适用于制造处理强腐蚀性介质的化工容器。但价格昂贵，加工难度大。常用非金属材料塑料耐腐蚀性好、重量轻、易于加工，但强度较低、耐温性差。橡胶弹性好、耐磨性好、耐腐蚀性好，但耐温性差、易老化。玻璃钢强度高、耐腐蚀性好、重量轻，但易脆、不耐冲击。塑料优点优异的耐腐蚀性，可抵抗多种化工介质的腐蚀；重量轻，易于搬运和安装；易于加工成型，可制成各种形状的容器；价格低廉。1缺点强度较低，不适用于高压场合；耐温性较差，不适用于高温场合；易老化，使用寿命有限。2应用广泛应用于制造储存腐蚀性介质的化工容器，如酸碱储罐、反应釜衬里等。但需要注意其强度和耐温性限制。3橡胶1优点优异的弹性，可吸收冲击和振动；良好的耐磨性，使用寿命长；良好的耐腐蚀性，可抵抗多种化工介质的腐蚀。2缺点耐温性较差，不适用于高温场合；易老化，使用寿命有限；易受有机溶剂的侵蚀。3应用常用于制造化工容器的密封件、衬里等。如法兰垫片、管道衬里等。需要注意其耐温性和耐溶剂性限制。玻璃钢1优点强度高，可承受一定的压力；耐腐蚀性好，可抵抗多种化工介质的腐蚀；重量轻，易于搬运和安装。2缺点易脆，不耐冲击；耐温性较差，不适用于高温场合；易老化，使用寿命有限。3应用常用于制造储存腐蚀性介质的化工容器，如储罐、管道等。但需要注意其耐冲击性和耐温性限制。材料的性能要求强度材料抵抗塑性变形和断裂的能力，是化工容器安全运行的重要保障。塑性材料产生塑性变形而不发生断裂的能力，有利于消除应力集中，提高容器的安全性。韧性材料吸收能量而不发生断裂的能力，可提高容器抵抗冲击载荷的能力。耐腐蚀性材料抵抗介质腐蚀的能力，是保证容器长期稳定运行的关键。强度抗拉强度材料抵抗拉伸载荷的能力，是衡量材料强度的重要指标。屈服强度材料开始产生塑性变形时的应力，是设计化工容器的重要依据。抗压强度材料抵抗压缩载荷的能力，适用于承受压缩载荷的化工容器。塑性123延伸率材料在拉伸断裂后，其伸长量与原始长度之比，是衡量材料塑性的重要指标。断面收缩率材料在拉伸断裂后，其断面面积的减小量与原始面积之比，是衡量材料塑性的重要指标。冷弯性能材料在冷弯条件下抵抗断裂的能力，是衡量材料塑性的重要指标。韧性冲击吸收功材料在冲击载荷作用下断裂时所吸收的能量，是衡量材料韧性的重要指标。断裂韧性材料抵抗裂纹扩展的能力，是衡量材料韧性的重要指标。耐腐蚀性均匀腐蚀金属表面各处以大致相同的速度发生的腐蚀。局部腐蚀集中在金属表面的某些区域发生的腐蚀，如点蚀、缝隙腐蚀等。应力腐蚀在拉应力和腐蚀介质的共同作用下发生的腐蚀开裂。化工容器设计基础1设计规范与标准化工容器的设计必须符合相关的设计规范与标准，以确保其安全可靠运行。2设计计算方法化工容器的设计需要进行强度计算、稳定性计算、刚度计算等，以保证其满足使用要求。3结构设计化工容器的结构设计需要考虑筒体、封头、支座、接管等部件的设计，以确保其整体结构的合理性。设计规范与标准标准适用范围GB150压力容器HG20580钢制化工容器JB4732钢制焊接常压容器化工容器的设计必须严格遵守国家和行业的相关标准，以确保其安全可靠运行。设计人员应熟悉并掌握这些标准的内容，并在设计过程中严格执行。GB150压力容器内容GB150《压力容器》是压力容器设计、制造、检验和验收的主要依据，其内容涵盖了压力容器的材料、设计、制造、检验和安全管理等方面。重要性GB150是压力容器领域最重要的标准之一，对于保障压力容器的安全运行具有重要意义。所有压力容器的设计、制造和使用都必须符合GB150的要求。更新GB150会定期进行更新和修订，以适应技术的发展和安全要求的变化。设计人员应及时关注GB150的最新版本，并在设计中采用最新的标准。HG20580钢制化工容器内容HG20580《钢制化工容器》是钢制化工容器设计、制造和检验的主要依据，其内容涵盖了钢制化工容器的材料、设计、制造和检验等方面。适用范围HG20580适用于钢制化工容器的设计、制造和检验，但不适用于压力容器。设计人员应根据容器的类型选择合适的标准。特点HG20580对钢制化工容器的设计和制造提出了具体的要求，设计人员应严格执行，以确保容器的安全可靠运行。设计计算方法1强度计算计算容器在工作压力下承受的应力，确保其不超过材料的许用应力。2稳定性计算计算容器在工作压力下是否会发生失稳，确保其具有足够的稳定性。3刚度计算计算容器在工作压力下的变形，确保其满足使用要求。强度计算薄壳理论适用于薄壁容器的强度计算，计算简便，但精度较低。厚壳理论适用于厚壁容器的强度计算，精度较高，但计算复杂。有限元法适用于各种复杂结构的强度计算，精度高，但需要专业的软件和人员。稳定性计算线弹性稳定性理论适用于计算理想弹性体的稳定性，但忽略了材料的塑性变形。1非线性稳定性理论考虑了材料的塑性变形，适用于计算实际结构的稳定性。2实验方法通过实验确定结构的临界载荷，是验证理论计算结果的有效手段。3刚度计算1计算容器的变形包括挠度、转角等。2校核变形是否满足要求例如，管道的挠度不能过大，以免影响其正常运行。3调整设计参数如增加壁厚、加强支座等，以提高容器的刚度。化工容器结构设计筒体的设计筒体是化工容器的主要承压部件，其设计至关重要。封头的设计封头是化工容器的端盖，其设计直接影响容器的强度和稳定性。支座的设计支座是支撑化工容器的部件，其设计需要考虑容器的重量和载荷。筒体的设计参数影响因素壁厚压力、直径、材料直径工艺要求、场地条件长度工艺要求、传热面积筒体的设计需要综合考虑压力、直径、材料等因素，以确保其满足强度和稳定性的要求。同时，还需要考虑工艺要求和场地条件，以确定筒体的直径和长度。封头的设计类型球形封头、椭圆形封头、碟形封头等，不同的封头类型适用于不同的压力和直径。选择应根据压力、直径、材料等因素选择合适的封头类型，以确保其满足强度和稳定性的要求。计算需要进行强度计算，以确定封头的壁厚，确保其能够承受工作压力。支座的设计类型裙式支座、鞍式支座、耳式支座等，不同的支座类型适用于不同的容器和载荷。选择应根据容器的重量、载荷、场地条件等因素选择合适的支座类型，以确保其能够安全稳定地支撑容器。计算需要进行强度计算和稳定性计算，以确定支座的尺寸和材料，确保其能够承受容器的重量和载荷。接管的设计1类型进料接管、出料接管、排污接管、测量接管等，不同的接管类型具有不同的功能。2位置应根据工艺要求和流体力学原理确定接管的位置，以确保物料的正常进出和容器的正常运行。3尺寸应根据流量和压力降的要求确定接管的尺寸，以确保物料的正常输送。开孔补强目的弥补在容器壁上开孔后造成的强度削弱。方法在孔周围增加补强圈或补强板，以提高孔周围的强度。计算需要进行补强计算，以确定补强圈或补强板的尺寸和材料，确保孔周围的强度满足要求。搅拌器的选型与设计类型选择根据物料特性和搅拌目的选择合适的搅拌器类型。1功率计算计算搅拌器所需的功率，以确定电机的容量。2结构设计设计搅拌器的结构，包括叶轮、轴、轴封等。3搅拌器的类型推进式搅拌器适用于低粘度物料的搅拌，搅拌效果好，但剪切力较小。桨式搅拌器适用于中粘度物料的搅拌，搅拌效果一般，剪切力适中。涡轮式搅拌器适用于高粘度物料的搅拌，搅拌效果差，但剪切力大。搅拌器的功率计算因素影响物料粘度粘度越大，功率越大搅拌速度速度越快，功率越大容器尺寸尺寸越大，功率越大搅拌器的功率计算需要考虑物料粘度、搅拌速度、容器尺寸等因素，以确定合适的电机容量，确保搅拌器能够正常运行。搅拌器的结构设计叶轮叶轮是搅拌器的核心部件，其类型和尺寸直接影响搅拌效果。轴轴是连接叶轮和电机的部件，其强度和刚度需要满足要求。轴封轴封是防止物料泄漏的部件，其密封性能需要良好。换热器的选型与设计类型选择根据工艺要求和介质特性选择合适的换热器类型。热力计算计算换热器的换热面积和传热系数。结构设计设计换热器的结构，包括壳体、管束、折流板等。换热器的类型类型特点管壳式换热器结构简单、可靠，适用范围广板式换热器传热效率高、结构紧凑螺旋板式换热器适用于处理高粘度物料换热器的类型有很多种，应根据工艺要求和介质特性选择合适的换热器类型，以满足传热要求。换热器的热力计算计算换热面积根据传热量、传热温差和传热系数计算换热面积。计算传热系数根据介质特性、流速和换热器结构计算传热系数。校核压降计算介质在换热器内的压降，确保其不超过允许值。换热器的结构设计壳体壳体是换热器的外壳，其强度需要满足压力要求。管束管束是换热器的传热元件，其材质和排列方式影响传热效率。折流板折流板用于改变流体方向，提高传热效率。塔器的选型与设计1类型选择根据分离目的和物料特性选择合适的塔器类型。2流体力学计算计算塔内的流速和压降，以保证塔的正常运行。3结构设计设计塔的结构，包括塔体、塔板、填料等。塔器的类型板式塔具有一定的分离效率，但压降较大。填料塔压降较小，但分离效率不如板式塔。喷射塔适用于处理高粘度物料。塔器的流体力学计算计算气速根据塔截面积和气体流量计算气速，防止液泛。1计算液速根据塔截面积和液体流量计算液速，防止液沫夹带。2计算压降计算塔内气体的压降，确保其不超过允许值。3塔器的结构设计1塔体塔体是塔器的主要承压部件，其强度需要满足压力要求。2塔板塔板是塔器的分离元件，其结构和排列方式影响分离效率。3填料填料是塔器的分离元件，其类型和尺寸影响分离效率和压降。化工容器的选型1选型原则安全、适用、经济。2选型步骤初步选型、详细设计、最终确定。3考虑因素介质特性、操作条件、经济性。选型原则安全化工容器的选型必须首先考虑安全因素，确保其能够承受工作压力和温度，并且具有足够的耐腐蚀性。适用化工容器的选型必须根据工艺要求选择合适的类型和尺寸，以满足生产需要。经济化工容器的选型需要在满足安全和适用要求的前提下，尽量选择价格合理的容器，以降低生产成本。考虑介质特性腐蚀性对于腐蚀性介质，应选择耐腐蚀材料制成的容器。易燃性对于易燃介质，应选择具有防爆措施的容器。毒性对于有毒介质，应选择密封性能良好的容器，并采取相应的安全防护措施。考虑操作条件压力根据工作压力选择合适的容器类型和材料。1温度根据工作温度选择合适的容器材料，并采取相应的保温或冷却措施。2流量根据流量选择合适的容器尺寸和接管尺寸。3考虑经济性初始投资选择价格合理的容器，降低初始投资成本。运营成本选择能耗低、维护成本低的容器，降低运营成本。选型步骤初步选型根据工艺要求和介质特性，初步确定容器的类型和尺寸。详细设计对初步选型的容器进行详细设计，包括强度计算、稳定性计算、刚度计算等。最终确定根据详细设计的结果，综合考虑安全、适用、经济等因素，最终确定容器的选型。初步选型确定容器类型根据工艺要求选择反应容器、换热容器、分离容器、储存容器等。1确定容器尺寸根据流量、容量等因素确定容器的直径、高度等。2确定容器材料根据介质特性和操作条件选择合适的材料。3详细设计计算项目目的强度计算确保容器能够承受工作压力稳定性计算确保容器具有足够的稳定性刚度计算确保容器的变形满足要求详细设计需要进行强度计算、稳定性计算、刚度计算等，以确保容器的安全可靠运行。计算结果需要满足相关标准和规范的要求。最终确定综合考虑综合考虑安全、适用、经济等因素，