化工工艺设计要点二十四点Word文件下载.docx

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本期从几个方面陈列一些常用的工程数据，供化学工程师参考。

常用物质的物理性质数据有机物液体密度与温度的关联式：

ρL∝（Tc-T）0.3有机物气体密度可按下式计算：

ρG=（MW×

P）÷

（Z×

R×

T）水的沸点是压力的函数：

Tbp（oC）=（压力MPa×

109）0.25其他常用的工程常数：

在空气中的声速=346m/s光速=3.0×

108m/s重力常数=980.665gmcm/gfs2阿佛迦德罗常数=6.02×

1023/mol普适气体定律常数R=1.9872gcal/gmolK=8.31434J/molK=8.31434m3Pa/molK质-能关系=8.99×

1016J/kg=913.5MeV/u介电常数=8.85×

10-12F/m=1.26×

10-6H/m普朗克（Planck）常数=6.63×

10-34Js=4.14x10-15eVs波尔兹曼（Boltzmann）常数=1.38×

10-23J/K=8.62×

10-5eV/K元素电荷=1.60×

10-19C电子静质量=9.11×

10-31kg质子静质量=1.67×

10-27kg玻尔（Bohr）半径=5.29×

10-11m玻尔（Bohr）磁子=9.27×

10-24J/T=5.79×

10-5eV/T其他常见的无因次数群：

雷诺数（Reynolds）表示惯性力与粘滞力之比；

普兰德数（Prandtl）表示流体物性对传热的影响；

施密特数（Schmidt）表示流体物性对传质的影响；

努塞尔数（Nusselt）表示给热系数；

欧拉数（Euler）表示压差；

马赫数（Mach）表示线速与声速之比；

施伍德数（Sherwood）表示传质系数；

史坦顿数（Stanton）表示传递热量与流体热容量之比；

韦勃数（Weber）表示惯性力与表面张力之比；

弗鲁德数（Froude）表示重力对流动过程的影响；

伽利略数（Galileo）表示重力与粘滞力的关系；

格拉斯霍夫数（Grashof）表示自然对流对传热的影响；

路易斯数（Lewis）表示物性对传热和传质的影响；

彼克列数（Peclet）表示总体传热量与扩散传质量之比。

本文来自:

博研石油论坛详细出处参考

工艺设计要点之二：

精馏塔和管壳式换热器

精馏塔和管壳式换热器精馏塔1。

填料塔：

（a）根据每米填料层高度的压降，来判断是否会液泛。

通常每米填料的液泛压降为0.017～0.025Kg/cm2（b）而在载点以下操作，则是正常稳定的操作条件。

通常每米填料的载点压降为0.0043～0.009Kg/cm2在此操作条件下的填料等板高度HETP是最低的，也即分离效率最高。

2。

由于风载和地基等原因，塔的高度一般不超过53米。

3。

对于小于900mm直径的小塔，通常采用填料塔。

这是基于小直径板式塔制造费用高昂的考虑。

4。

典型的全塔效率通常在60～90%之间。

5。

通常筛板塔盘间距为300～400mm；

真空塔盘间距为500～750mm。

如果考虑方便维修，相应的板间距要大一些，机械设计上的最低要求为460mm。

管壳式换热器1。

换热介质的流向配置：

（a）将腐蚀性强的流体安排在管内，这样只需少量的贵重合金管材即可。

如果壳间走腐蚀性流体，不仅需要昂贵的壳体材料，而且壳内的管子也需耐腐材料。

（b）将易结垢的流体安排在管内，通过流速控制可以适当清除污垢。

检修期间，不用抽出管束就可以机械清洗直管段。

（c）对于高温/高压操作的流体安排在管内，可以省却特殊、昂贵的制造材料。

（d）将较低流速的介质安排在壳侧，可以体现出其经济性能。

因为低流速流体在壳侧比在管内更易产生有利于传热的湍流现象。

在各种操作压力条件下，换热器中较为合理的压降如下：

操作压力合理的压降真空～常压操作绝压的十分之一1～1.7Kg/cm2操作表压的二分之一1.7kg/cm2以上0.35Kg/cm2或更高3。

当冷却粘度较大流体时，顺流操作比逆流换热要好。

因为冷流体可以获得较高的传热系数。

壳径与列管根数的经验关联式为：

D=1.75×

d×

（n×

Np）0.47其中D为壳内径，mmd为管外径,mmn为每程的列管根数Np为每壳程内的管程数。

工艺设计要点之三：

材料选择

优点缺点碳钢便宜、易成型、最常用、耐微碱性环境不耐酸、强碱物料、相对易脆（尤其低温环境下）不锈钢相对便宜、易成型、相对碳钢更适合于各种酸、碱性环境不耐含氯物料、在高温环境下降低性能参数254SMO中等价格、相对易成型、相对不锈钢更适合于各种酸、碱性环境稍耐含氯物料、在高温环境下稍降低性能参数钛合金耐含氯物料（海水环境）、高强度薄材稍昂贵、难成型、焊接难铅钛合金耐含氯物料（高温、海水环境）非常昂贵、难成型镍耐碱性物料（高温、海水环境）昂贵、焊接难哈氏合金耐酸性物料（适应范围广）相当昂贵、易焊接石墨耐弱盐酸性物料

非常昂贵、易脆、难成型钽其他材料的替代品（非常苛刻的场合）极其昂贵、慎重选用本文来自:

工艺设计要点之四：

凉水塔

1。

在工业凉水塔设计中，取决于空气的温度和湿含量，湿球温度就是水可以被冷却到的最低理想温度，实际上可以达到环境饱和空气90%左右的冷却等级。

凉水塔的尺寸大小是与水温、湿球温度有关的。

其相对大小比例如下：

T水-T湿，oF相对尺寸大小52.4151.0250.553。

循环水量通常在5～10m3/hr-m2，空气速度通常在1.5～2m/s4。

逆流诱导式通风塔是最常见的。

这些塔的操作条件可达湿球温度的1oC之内，通常在3～6oC的温差之内。

对于需要每冷却6oC左右的凉水塔，约有1%的循环量损失。

飘散损失约占循环量的0.25%左右，排放约占循环量的3%左右，以防止氯盐类物质等化学品在系统中的累积。

工艺设计要点之五：

输送装置

对于大于120m长距离、大通量物质传递的场合，选用气流输送装置是最适宜的。

还适用于多个输送源、多个目的地的工况。

对于真空或低压系统0.4～0.8Bar），输送空气速度为10～37m/s。

输送空气量约在0.03～0.5m3/m3输送固体。

拖曳型刮板输送机是全封闭的，适合于短距离输送物质。

块料尺寸约为75～480mm，输送速度为0.2～1.3m/s,所需动力比其他形式的输送装置要大。

斗式提升机常用于垂直输送物料的场合，且物质是比较粘稠、研磨的物料。

500×

500mm容量抓斗的处理能力可达28m3/hr，提升速度为0.5m/s，最快速度可达1.5m/s4。

带式输送机用于长距离、大通量输送。

倾斜度最大为30o角，600mm宽的皮带输送能力达85m3/hr，输送速度约为0.5m/s，最快速度可达3m/s所需动力相对要小些。

螺旋输送机用于粘稠、研磨物料的长达46m距离的输送。

倾斜度最大为20o角，300mm直径螺旋板的输送能力达85m3/hr，转速为40～60转/分时的输送能力可达28～85m3/hr

工艺设计要点之六：

结晶器

大多数结晶过程中，C/Csat（浓度/饱和浓度）之比保持在1.02～1.05之间。

晶体生长速度和晶粒大小取决于溶液的过饱和度。

在冷却结晶过程中，溶液温度保持在给定浓度的饱和点以下0.5～1.2oC较合适。

常见的晶体生长速度约为0.1～0.8mm/hr本文来自:

工艺设计要点之七：

电机与透平

电机马达的效率一般在85~95%；

蒸汽透平的效率一般在42~78%；

燃气透平的效率一般在28~38%。

对于75kW（100hp）以下的用户，通常采用电机，最高可用于15000kW（20000hp）的用户。

最常用的是感应电动机。

例如转速低达150转/分的同步电动机，其额定功率为37kW（50hp）左右。

适用于低转速往复压缩机。

蒸汽透平机很少用于75kW（100hp）以下的用户，其转速可以控制。

采用气体膨胀机可以回收上百马力的能量，同时也是获取低温的手段。

膨胀机每产生100kW的功率，相当于移去了360kJ/h的热量。

6。

由下式估算透平机的功耗：

其中ΔH=实际可用功，Btu/lbCp=常压热容，Btu/lboFT1=入口温度，oRP1=入口压力，psiaP2=出口压力，psiaK=Cp/Cv本文来自:

工艺设计要点之八：

固体干燥

喷雾干燥只需几秒钟的时间，而转筒式干燥时间则需几分钟，乃至一个小时。

处理3～15mm球粒状物料干燥的连续板/带式干燥器的干燥时间约为10～200分钟。

用于处理高粘度流体物料的鼓式干燥器接触时间约为3～12秒，产品片厚约1～3mm。

转鼓直径约0.5～1.5m，转速约为2～10转/分。

最大蒸发能力约为1363kg/hr4。

转筒式干燥器操作的空气流速为1.5～3m/s，最高达11m/s。

停留时间约5～90分钟。

对于新设计的转筒干燥器，需要85%的横截面积空间。

采用逆流操作的设计，出口气体温度高于固体温度约10～20oC。

而并流操作的设计，要保证固体物料出口温度为100oC。

转速通常为4～5转/分，转速与筒径（m）的乘积约为4.6～7.6。

气流输送干燥器适用于1～3mm的颗粒干燥，甚至大至10mm的颗粒物料。

空气速度约为10～30m/s，典型的单程干燥停留时间接近1分钟。

设备尺寸约为直径0.2～0.3m，长1～38m。

流化床式干燥器适合处理4mm以下的颗粒干燥。

气速的设计参数为最小流化速度的1.7～2倍。

一般连续操作的干燥时间取1～2分钟就足够了。

工艺设计要点之九：

罐式容器

液体罐通常是卧式的，气液分离罐通常是立式的。

适宜的长度/直径比为3，范围在2.5~5。

半充满回流罐的停留时间为5分钟；

气液分离罐进料到另一个塔之间的设计停留时间为5~10分钟。

炉前进料罐的停留时间最好是30分钟。

压缩机前气液分离罐的设计停留时间应该为每分钟液体体积通量的10倍。

液液分离器的设计停留时间应该维持沉降速度为0.85~1.3mm/s7。

气液分离罐中气体临界速度=0.048（液体密度/气体密度-1）0.5密度为kg/m3，临界速度为m/s8。

除沫器中丝网层厚度通常为150mm。

9。

对于正压分离系统，丝网层之前的分离空间为150～450mm，丝网层之后的分离空间为300mm。

工艺设计要点之十：

蒸发器

最常见的类型是垂直长管自然或强制循环蒸发器。

管径在19～63mm之间，管长在3.6～9.1m之间。

强制循环速度一般在4.5～6m/s范围内。

溶液沸点温度升高（BoilingPointRise或B.P.Elevation）是由于溶液中存在不挥发溶质的作用，而导致溶液温度与饱和蒸汽温度的差别。

当BPR大于4oC时，较经济的做法是采用4～6效串联蒸发器设计。

温差愈小，采用取决于蒸汽消耗成本的串联设计，其经济效果愈加明显。

增加多效之间的蒸汽压力，可以采用喷射器（20～30%效率），或者机械压缩机（70～75%效率）。

工艺设计要点之十一：

过滤器

通常依据实验室真空滤叶试验的形成滤饼时间来分类的，0.1～10cm/s为快速；

0.1～10cm/min为中速；

0.1～10cm/hr为慢速；

如果5分钟之内不能形成3mm厚的滤饼，则不应采用连续过滤方法。

对于需要快速过滤的场合，最好选择带卸料、顶加料的转鼓过滤机和加压式离心过滤机。

对于需要中速过滤的场合，最好选择带真空鼓式和边沿式离心过滤机。

对于需要慢速过滤的场合，最好选择压滤机或者澄清式离心过滤机。

对于需要过滤微细砂矿石的场合，转鼓速率为7335kg/day-m2，转速20转/hr，真空度457～635mmHg。

7。

对于需要过滤矿脉固体和结晶的场合，转鼓速率为29340kg/day-m2，转速20转/hr，真空度51～152mmHg。

工艺设计要点之十二：

混合与搅拌

中等搅拌程度的流体表面速度为0.03～0.06m/s，而强烈搅拌的流速为0.2～0.3m/s。

测量有挡板搅拌槽内的搅拌强度，主要依据是所需动力和叶轮尖端速度：

动力输入叶端线速kW/m3m/s掺混0.033[/size][/font][font=宋体][size=14pt]～0.082[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,544][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]-[/size][/font][/align][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,180][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]均相反应[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,208][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]0.082[/size][/font][font=宋体][size=14pt]～0.247[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,544][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]2.29[/size][/font][font=宋体][size=14pt]～3.05[/size][/font][/align][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,180][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]带传热的反应[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,208][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]0.247[/size][/font][font=宋体][size=14pt]～0.824[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,544][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]3.05[/size][/font][font=宋体][size=14pt]～4.57[/size][/font][/align][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,180][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]液～液混合[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,208][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]0.824[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,544][align=left][align=left][font=宋

体][size=14pt]4.57[/size][/font][font=宋体][size=14pt]～6.09[/size][/font][/align][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,180][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]气～液混合[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,208][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]0.824[/size][/font][font=宋体][size=14pt]～1.647[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,544][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]4.57[/size][/font][font=宋体][size=14pt]～6.09[/size][/font][/align][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,180][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]淤浆[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,208][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]1.647[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,544][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]-[/size][/font][/align][/align][/td][/tr][/table][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt][/size][/font][/align][/align][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt][/size][/font][/align][/align][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]3[/size][/font][font=宋体][size=14pt]。

各种搅拌槽的几何尺寸都与其容器的直径（[/size][/font][font=宋体][size=14pt]D[/size][/font][font=宋体][size=14pt]）[/size][/font][font=宋体][size=14pt]有关：

[/size][/font][/align][/align][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]液位=[/size][/font][font=宋体][size=14pt]D[/size][/font][/align][/align][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]涡轮叶片的直径=[/size][/font][font=宋体][size=14pt]D/3[/size][/font][/align][/align][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]叶轮距槽底距离=[/size][/font][font=宋体][size=14pt]D/3[/size][/font][/align][/align][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]叶片宽度=[/size][/font][font=宋体][size=14pt]D/15[/size][/font][/align][/align][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]四直叶挡板宽度=[/size][/font][font=宋体][size=14pt]D/10[/size][/font][/align][/align][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt][/size][/font][/align][/align][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]4[/size][/font][font=宋体][size=