化工设计课件设备的工艺设计.ppt

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设备的工艺设计基本要求

（1）掌握化工设备的选用和设计的一般原则

（2）掌握进行化工设备的选用（设计）的步骤教学重点：

设备的选型教学难点：

非定型设备设计第一节化工设备选用及工艺设计的一般原则n一化工设备设计分类n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（非定型设备）：

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。

n化工设备的设计包括标准设备设计和非标准设备设计。

n1.标准设备设计n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。

n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。

n标准设备选型n2.非标准设备设计n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。

n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。

n3.化工设备标准化n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。

二、化工设备设计的原则n

（1）合理性即满足工艺过程对设备的要求，设备与工艺流程、生产规模、操作条件、控制水平相适应，同时又能充分发挥设备能力。

n

（2）先进性即设备的生产能力、转化率、收率、效率、自控水平等尽可能达到先进水平；且设备的操作范围宽，易于调节，控制方便。

n（3）安全性即安全可靠，操作稳定，弹性大，劳动强度小，无事故隐患；对工艺和建筑、地基、厂房等无苛刻要求；尽量避免高温高压高空作业n（4）经济性即投资省，消耗低，生产费用和运行费用低，结构简单，节约材料，易于制造、安装操作维修方便，三废少。

n（5）系统性化工过程是一个完整的系统，设备设计时不能关注仅关注单一设备，避免个别设备妨碍整个系统系统优化；注重经济性的同时，还应通盘考虑，保留适当裕量，以免成为系统瓶颈。

第二节典型化工设备的选用和设计方法n一、泵的选用与设计程序n1收集基础数据n2确定泵的流量和扬程n3选择泵型及泵的具体型号n4核算泵的性能n5确定泵的安装高度n6计算泵的轴功率n7选定泵的材料和轴封n8确定冷却水或加热蒸汽耗量n9选用驱动装置-电动机或蒸汽透平n10确定泵的台数及备用率n11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。

1收集基础数据n介质物性：

介质名称、输送条件下的物理性质（如粘度、蒸汽压、腐蚀性、毒性及易燃易爆等）；介质中所含固体颗粒直径和含量；介质中气体的含量。

n操作条件：

T、p、操作温度下的ps、间歇或连续操作等。

n泵所在位置情况：

环境温度，海拔高度，装置平立面要求，送液高度，送液路程，进口和排出侧设备液面至泵中心距离及管线当量长度等。

2.确定泵的流量和扬程n

（1）泵的流量n泵的流量决定于物料衡算，确定泵流量应考虑装置的富余能力及装置各设备能力的协调平衡；如果给出流量范围，选泵时以最大流量为基础；如果只给出正常流量，应选用适当的安全系数1.11.2。

流量通常必须换算成体积流量。

n

（2）扬程的确定和计算n按泵的布置情况，液体的输送距离及高度，利用柏努利方程计算泵的扬程，再考虑采用1.051.1的安全系数。

n如果有现场实际数据应尽可能采用。

3.选择泵型及泵的具体型号n根据确定的流量、扬程，按泵型的确定原则和泵的工作范围初步确定泵的类型。

根据介质特性（腐蚀性）选择泵的材质。

n从工艺角度选择泵类型：

n流量大，扬程不高时，可选单级离心泵；n流程不大，扬程高时，宜选往复泵或多级离心泵；输送有腐蚀介质，选耐腐蚀泵；n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；n当要求精确进料时，应选用计量泵或柱塞泵。

输送高温介质时可考虑选用热油泵。

n再从有关泵制造厂提供的样本和技术资料选择泵的具体型号，列出所选型号泵以清水为基准的性能参数。

n耐腐蚀问题：

据有关统计，化工设备的破坏约有60%是由于腐蚀引起的，因此在化工泵选型时特别要注意选材的科学性。

n1.硫酸:

氟塑料具有较好的耐硫酸性能，采用衬氟泵n是一种更为经济的选择。

n2.盐酸:

内衬橡胶泵和塑料泵（如聚丙烯、氟塑料等）是输送盐酸的最好选择。

n3.硝酸:

不锈钢是应用最广的耐硝酸材料，对常温下一切浓度的硝酸都有良好的耐蚀性，对于高温硝酸，通常采用钛及钛合金材料。

n4.醋酸:

不锈钢是优良的耐醋酸材料，高温高浓醋酸或含有其它腐蚀介质等苛刻要求时，可选用高合金不锈钢或氟塑料泵。

n5.碱（氢氧化钠）:

钢铁广泛应用于80以下、30%浓度内的氢氧化钠溶液。

对于高温碱液多采用钛及钛合金或者高合金不锈钢。

n6.氨:

只有铜和铜合金不宜使用。

n7.盐水（海水）:

普通钢铁在氯化钠溶液和海水、咸水中腐蚀率不太高，一般须采用涂料保护。

n8.醇类、酮类、酯类、醚类:

基本没有腐蚀性，常用材料均可适用。

酮、酯、醚对多种橡胶有溶解性，在选择密封材料时避免出错。

利用离心泵的特性曲线选用泵的型号n性能参数：

流量Vm3/s压头HmH2O轴功率NkW效率%n特性曲线：

HV曲线NV曲线V曲线n离心泵的特性曲线由制造厂附于产品样本中，是指导正确选择和操作离心泵的主要依据。

n具体步骤n利用泵特性曲线，在横坐标上找到所需流量值，在纵坐标上找到所需扬程值，从两值分别向上和向右引垂线或水平线，两线交点正好落在特性曲线上，则该泵就是要选用的泵，但是这种理想情况一般不会很少，通常会碰上下列几种情况：

n、第一种：

交点在特性曲线上方，这说明流量满足要求，但扬程不够，此时，若扬程相差不多，或相差左右，仍可选用，若扬程相差很多，则选扬程较大的泵。

n、第二种：

交点在特性曲线下方，在泵特性曲线扇状梯形范围内，就初步定下此型号，然后根据扬程相差多少，来决定是否切割叶轮直径，若扬程相差很小，就不切割，若扬程相差很大，切割叶轮直径。

n若交点不落在扇状梯形范围内，应选扬程较小的泵。

n4.核算泵的性能n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。

n5.确定泵的安装高度n确定泵的型号后，计算泵的允许吸上高度，核对泵的安装高度。

n泵的安装高度必须低于泵的允许吸上高度。

n安装高度应比计算出来的允许吸上高度低0.51m。

n6泵的台数和备用率泵的台数和备用率n泵的台数，考虑一开一备是合理的，但如为大型泵，一开一备的配置并不经济，这种情况下可设两台较小的泵供正常操作使用，另设一台同样大小的泵作备用。

n一般来说，一些重要岗位的泵、高温操作或其他苛刻条件下使用的泵，均应设备用泵，备用率一般取100，而其他情况下连续操作的泵，可考虑用50%的备用率。

在连续操作的大型装置中使用的泵应考虑较大的备用率。

气体输送、压缩设备n1.、通风机n压力在0.115MPa以下，由于通风、干燥等过程。

压缩比为1-1.5。

n2、鼓风机n压力在0.115MPa-0.4MPa，用于原料气的压缩、液体物料的压送、固体物料的气流输送。

压缩比小于4。

n3、压缩机n压力在0.4MPa以上，用于气动仪表用气、压料过滤，吹扫管道。

压缩比大于4。

n4、真空泵n用于减压。

压缩比由真空度决定。

固体搬运及粉碎设备n1、起重设备n吊钩、起重机等。

n2、仓储设备n装卸车、液压升降台、装载机。

n3、运输设备n移动式皮带输送机、气垫带式输送机、斗式提升机。

n4、破碎设备n5、计量包装设备n台秤、地磅、自动称量机。

二贮罐n1立式贮罐平底平盖系列平底锥盖系列90无折边锥形底、平盖系列立式、无折边球形封头系列90折边锥形底、椭圆形盖系列立式椭圆形封头系列常压下使用，贮存非易燃易爆、非剧毒的化工液体。

2卧式贮罐n卧式无折边球形封头系列用于p0.07MPa，贮存非易燃易爆、非剧毒的化工液体。

n卧式椭圆形封头系列用于p=0.25-4.0MPa，贮存化工液体。

3立式圆筒形固定顶贮罐系列n设计压力2kPa-0.5kPa,设计温度-19150。

公称容积10030000m3。

公称直径为5200-42000mm。

n用于贮存石油、石油产品及化工产品。

4立式圆筒形内浮顶贮罐系列n设计压力0kPa，设计温度-1980，公称容积100-30000m3。

公称直径为4500-44000mm。

n用于贮存易挥发的石油、石油产品及化工产品。

5球罐系列n用于贮存石油化工气体、石油产品、化工原料及公用气体等。

n特点、占地面积小，贮存容积大。

n设计压力：

4MPa以下，公称容积50-10000m3。

6钢制低压湿式气柜n设计压力4000Pa以下，公称容积5010000m3适于化工、石油化工气体的贮存、缓冲、稳压、混合等气柜用。

贮罐存贮量的确定贮罐存贮量的确定n贮罐的存贮量是贮罐设计的最基本的参数。

n1、原料贮罐。

、原料贮罐。

n全厂性原料库房贮罐。

原料存贮量要保证生产能正常进行，主要根据原料市场供应情况和供应周期而定，一般以13月的生产用量为宜，但若货源充足、运愉周期又短时则存贮量可少些。

n车间的原料贮罐一般考虑至少半个月的用量，因为车间成本核算常常是逐月进行的。

因而贮罐存贮量一般不主张超过1月。

2、成品贮罐、成品贮罐n一般主要按工厂短期停车后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。

3、中间贮罐、中间贮罐n中间贮罐的设置是考虑生产过程中在前面某一工序临时停车时仍能维持后面工段的正常生产。

所以要比原料罐的存贮量少得多。

对于连续化生产视情况贮存几小时至几天的用量，而对间歇生产过程，至少应考虑存贮一个班的生产用量。

4、回流罐、回流罐n蒸馏塔回流罐一般考虑5min至10min左右的液体保有量作冷凝器液封之用。

n以上

（1）至（4）类液体贮罐的装料系数（有效容积占贮罐总容积的百分率）一般在0.8左右，有时可高达0.85，存放气体的容器装料系数是1。

5缓冲罐缓冲罐n缓冲罐的目的是使气体有一定数量的积累，使压力稳定，从而保证工艺流程中流量的稳定，常常是下游使用设备（例如压缩机、泵）5min至10min的用量，有时可超过15min的用量，以便有充裕时间处理故障调节流程或关停机器。

6、闪蒸罐、闪蒸罐n闪蒸过程是液体的部分气化过程，是一个单级分离过程，液体在闪蒸罐的停留时间应考虑尽量使液体在闪蒸罐内有充分的时间使接近气液平衡状态，因此应视工艺过缓的不同要求选择液体在罐内的停留时间。

三、换热设备的设计和选用n一、换热设备设计和选用的一般原则n1.符合规定的工艺操作条件n介质流程、流速、终端温差、压降、传热系数、污垢系数。

n2.安全可靠n换热设备是压力容器，应按照压力容器和换热器设计有关规定和标准进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命的计算与校核。

n3.安装、操作及维修方便n设备与部件应便于运输与装拆，在厂房中移动时不会受到楼梯、梁、柱等的妨碍。

n4.经济合理n评定换热器的经济指标是：

设备费与操作费的总和为最小。

应根据这一指标来选择换热器，并确定适宜的操作条件。

n5.尽量选用标准设计和标准系列n我国已将多种换热器如管壳式换热器、板式换热器和石墨换热器系列化，采用标准图纸进行系列化生产。

管壳式换热器的设计步骤n1.分析设计任务，汇总设计数据n物料流量、温度、压力和物理化学性质，相关物性参数及设备的负荷、流程中的位置、与其他设备的关系等数据。

n2.设计换热流程n在换热设计时，应仔细探讨换热工艺流程，充分利用热量和热源。

n3.选择换热器的材质n根据操作压力、温度、介质腐蚀性及其他有关性能，材料规格，价格等综合选择换热器材质。

n4.确定换热器类型n根据热负荷和选用的换热器材料，选定类型。

换热器的分类5.确定冷热流体的流程和流向n根据热载体性质，换热任务和换热器结构，决定不同流体的流程以及采用并流，逆流或错流折流等。

6.计算平均传热温差tmn确定终端温差，根据化学工程有关公式，计算平均温差。

n考虑换热器的经济合理和传