設備管理_化工設備設計及設備圖

第五章化工設備設計及設備圖Chart5Thedesignofchemicalequipment 5 1概述5 2化工設備的選用和設計方法5 2 1物料輸送設備5 2 2貯罐5 2 3換熱設備5 2 4分離設備5 2 5傳質設備5 2 6化學反應器5 3化工設備圖 分離設備 5 1概述 化工設備的設計包括標準設備設計和非標準設備設計 一 化工設備設計分類 1 標準設備設計 常用標準設備 泵 風機 冷凍機 過濾機 離心機 攪拌器 壓縮機等 生產廠家 型號都很多 可選擇范圍很大 標準設備設計 根據工藝要求 計算特征尺寸 查閱相關產品目錄或樣本手冊 列出設備的規(guī)格 型號 基本性能參數和廠家 選擇合適設備型號 標準設備選型 2 非標準設備設計 常用非標準設備 容器 中壓 低壓 高壓 換熱器 塔器 干燥設備 攪拌設備和除塵設備等 非標準設備設計 根據工藝要求 完成工藝計算 提出設備型式 材料 尺寸和其他要求 再經過機械計算及設計 由相關工廠制造 必須遵循設備設計的相關標準和規(guī)定 化工設備設計向標準化推進 有些原來屬于非標準設備的化工裝置 已逐步走向系列化 定型化 已形成了一些標準圖紙 有些還有了定點生產廠家 如換熱器系列 容器系列 搪玻璃設備系列等 因此 在非標準設備設計時 應盡量采用已標準化的圖紙 3 化工設備標準化 二 化工設備設計的原則 1 合理性 2 先進性 3 經濟性 4 安全性 5 2典型化工設備的選用和設計方法 5 2 1泵的選用與設計程序 1 收集基礎數據 介質物性操作條件泵所在位置情況 1 泵的流量 考慮上限 2 揚程的確定和計算 2 確定泵的流量和揚程 3 選擇泵型及泵的具體型號 從工藝角度選擇泵類型 流量大 揚程不高時 可選單級離心泵 流程不大 揚程高時 宜選往復泵或多級離心泵 輸送有腐蝕介質 選耐腐蝕泵 輸送昂貴液體 劇毒或放射性液體應用完全不泄漏無軸封的屏蔽泵 當要求精確進料時 應選用計量泵或柱塞泵 輸送高溫介質時可考慮選用熱油泵 4 核算泵的性能 若輸送液體的物理性質與水有較大差異 則應對泵的揚程 流量進行核算 并與工藝要求進行對比 確定所選泵是否可用 5 確定泵的安裝高度 6 計算泵的軸功率7 選定泵的材料和軸封8 確定冷卻水或加熱蒸汽耗量9 選用驅動裝置 電動機或蒸汽透平10 確定泵的臺數和備用率11 填寫泵規(guī)格表 作為泵訂貨依據和選泵過程中各項數據的匯總 流體輸送設備 離心泵 往復泵 轉子泵比較 離心泵 往復泵 轉子泵比較 5 2 2貯罐的選型和設計 一 貯罐的分類及存貯量的確定 根據用途 貯罐可分為 原料 成品 中間貯罐 回流罐 計量罐 緩沖罐 混合罐 閃蒸罐 包裝罐等 貯罐存貯量 即貯存物料總容積 隨貯罐的用途而異 1 原料貯罐全廠性貯罐一般主張至少有1 3個月的耗用量貯存 車間的原料貯罐一般至少半個月的用量貯存 2 成品貯罐按工廠短期停車仍能保證滿足市場需求來確定存貯量 液體產品貯罐常按至少貯存一周的產品產量設計 液體貯罐的裝載系數一般取0 8 3 中間貯罐對連續(xù)過程視情況貯存幾小時至幾天的用量 對間歇生產過程 至少應考慮存貯一個班的生產用量 4 計量罐一般考慮最少為10 15min 多則2h或4h產量 計量罐的裝料系數一般取0 6 0 7 刻度的使用度常為滿量程的80 85 5 回流罐一般考慮5 10min左右的液體保存量 作冷凝器液封之用 6 緩沖罐緩沖罐存貯量常是下游設備5 10min的用量 有時可超過15min用量 以備緊急時有充裕時間處理故障 調節(jié)流程或關停機器 7 汽化罐汽化罐的汽化空間通常是總容積的一半 汽化空間的體積可根據物料汽化速度來估計 一般希望汽化空間足夠下游崗位3min以上的使用量 至少在2min左右 8 閃蒸罐液體在閃蒸罐的停留時間應考慮使液體在罐內有充分時間接近氣液平衡狀態(tài) 應視工藝要求選擇液體在罐內的停留時間 9 混合 拼料罐混拼罐的大小 根據工藝條件而定 考慮若干批的產量 裝料系數約70 10 包裝罐包裝罐可視同于中間貯罐 要根據工藝條件和要求 貯存條件等決定其有效容積 不同場合 裝料系數不一樣 一般為0 6 0 8 二 貯罐設計的一般程序 匯集工藝設計參數2 貯罐材質的選擇3 貯罐型式的確定4 確定需要貯存的物料總體積5 確定貯罐的臺數和基本尺寸6 選擇標準型號7 貯罐的管口方位和支承方式的確定8 繪制設備草圖 標注尺寸 提出設計條件和訂貨要求 符合規(guī)定的工藝操作條件2 安全可靠3 安裝 操作及維修方便4 經濟合理5 盡量選用標準設計和標準系列 5 2 3換熱設備的選用 一 換熱設備設計和選用的一般原則 二 管殼式換熱器的設計步驟 1 分析設計任務 匯總設計數據2 設計換熱流程3 選擇換熱器的材質4 確定換熱器類型5 確定冷熱流體的流向6 計算平均傳熱溫差 tm7 計算熱負荷Q8 估計污垢熱阻系數9 初算總傳熱面積A10 參照標準系列 初選換熱器11 校核12 驗算換熱器的壓力降13 畫出換熱器設備草圖 例題 可以達到要求 5 2 4 1塔設備的選型與設計 一 塔設備設計的基本要求 生產能力大 氣液處理量大 具有較高的傳質 傳熱效率 保證氣液兩相良好接觸 操作穩(wěn)定 操作彈性大 氣液負荷有較大波動時仍能在較高的傳質效率下穩(wěn)定操作 且能長期連續(xù)運轉 流體流動的阻力或壓力降小 降低生產中的動力消耗和經常性的操作費用的要求 結構簡單可靠 材料耗用量小 制造安裝容易 設備的投資費用低 耐腐蝕 不易堵塞 操作方便 易于檢修 抓住主要矛盾 最大限度滿足工藝要求 二 塔類型的選擇 填料塔和板式塔主要性能對比 新型填料及規(guī)整填料塔競爭力較強 三 填料塔設計程序 1 匯總設計參數和物性數據 2 選用填料 填料是填料塔內汽一液接觸的核心元件 填料類型和填料層的高度直接影響傳質效果 因而 選擇填料是填料塔設計的一個重要內容 3 確定塔徑D 4 計算填料塔壓降 5 驗算 保證U Umin 負責重新調整計算 6 計算填料層高度Z 7 計算塔的總高度HH Hd Z n 1 Hf Hb 8 塔內附件的設計和選定 支撐板 自由截面積 填料空隙率 支撐板強度足以支承填料重量 液體噴淋裝置 彎管式 多孔直管式 蓮蓬頭式 分布盤液體再分布裝置 截錐式和升氣管式分布器氣體分布器除霧器 折板除霧器 絲網除霧器 旋流板除霧器或干填料層 9 繪制塔設備結構圖 向設備專業(yè)提供工藝設計條件繪制塔設備簡圖 并標注必要的尺寸 注明各管口的位置等 1 匯總設計參數和物性數據 2 根據物料特性 分離要求確定塔板結構 3 進行工藝計算 4 塔徑計算 四 板式塔設計程序 5 塔節(jié)上人孔 手孔的確定 6 塔高確定 7 塔內流體力學核算 作負荷性能圖 8 輔助裝置選型設計 9 繪制塔設備草圖和設備設計條件圖 包括支承 開口方位 人孔 手孔位置等 5 2 4 2干燥設備的選型與設計 固體除濕方法機械除濕 物料濕分較多時 可先用離心過濾等機械分離方法以除去大量的濕分 吸附除濕 用某種平衡水汽分壓很低的干燥劑 如CaCl2 硅膠等 與濕物料并存 使物料中的濕分相繼經氣相而轉入干燥劑內 供熱除濕 干燥 用熱空氣或其它高溫氣體為介質 使之流過物料表面 介質向物料供熱并帶走汽化的濕分 干燥的分類 按操作壓力分常壓干燥真空干燥 適于處理熱敏性及易氧化的物料 或要求成品中含濕量低的場合 按操作方式分連續(xù)式 生產能力大 產品質量均勻 熱效率高 勞動條件好 間歇式 適于處理小批量 多品種 干燥時間長的物料 根據供熱方式不同 干燥可分為傳導干燥 間接加熱干燥 熱能通過壁面以傳導方式加熱物料 對流干燥 直接加熱干燥 干燥介質與濕物料直接接觸 并以對流方式加熱濕物料 輻射干燥 熱能以電磁波的形式輻射到濕物料表面 介電加熱干燥 將濕物料置于高頻電場內 使其被加熱 干燥器的主要型式 1 箱式干燥器 板式干燥器 2 洞道式干燥器3 帶式干燥器4 轉筒干燥器5 氣流干燥器6 流化床干燥器 沸騰床干燥器 7 噴霧干燥器8 滾筒干燥器9 真空耙式干燥器 選擇干燥器大致可按以下三個步驟進行 考慮可操作性 列出能處理被干燥物料的各種干燥器 這就需要從濕物料的性能出發(fā) 參考各種干燥設備在工業(yè)中常使用的范圍來選擇 依據濕物料的特性 處理量以及對產品的質量及其它特殊要求 篩選出最適宜的幾種干燥器 這一步需考慮一些具體因素 如物料的熱敏性 易碎性 對污染的要求 含水量的大小 濕法去除的難易程度等 對初選的設備形式依據其優(yōu)缺點及適應性能作進一步篩選 同時依據處理量選定操作方式 一般處理量小于50kg h時 常采用間歇操作 當大于1000kg h時 常采用連續(xù)裝置 估計干燥器的設備成本和操作費用 作最終的的選擇 5 2 5反應器的選型與設計 一 反應器分類 二 反應器設計的基本內容及設計要點 反應器設計基本內容 根據化學反應動力學特性來選擇合適的反應器形式 結合反應動力學和反應器傳遞特性確定反應器型式及操作方式 根據給定生產規(guī)模對反應器進行設計 確定反應器的幾何尺寸 反應器設計要點 保證物料轉化率和反應時間 滿足反應的熱傳遞要求 設計適當的攪拌器或類似作用的機構 注意材質選用和機械加工要求 三 釜式反應器設計程序 1 根據工藝流程的特點 確定反應釜操作方式 2 匯總設計基礎數據 生產規(guī)模 反應時間 溫度 裝填系數 物料性質等 3 計算反應釜體積 4 確定反應釜設計 選用 體積和臺數 5 反應釜直徑和筒體高度 封頭確定 6 傳熱面積計算和校核 夾套和加熱盤管 7 攪拌器設計 8 管口和開孔設計 9 畫出反應器設計草圖 四 固定床反應器設計 1 匯總物料衡算和物性數據 2 計算床體體積 3 計算床高和直徑 假設床層D 根據床層有效體積核算床層H 再估算催化劑堆積高度 驗算氣速 保證反應的停留時間 如果假設不合理 重新假設再試算 4 驗算流體阻力和傳熱系數K 阻力 床層D 動力消耗 實踐中寧可增加催化劑體積 也不主張流體阻力偏大 以免影響整個操作體系 傳熱系數K一般取經驗值或中試值 5 繪制反應器設計條件圖 決定床層和床底 床頂的開口方位 標注尺寸等 5 3化工設備圖 化工設備圖是化工設備制造 安裝 使用 維修的重要技術文件 也是進行技術交流 設備改造的工具 一 化工設備圖的分類 1 設備總圖 表示化工設備及附屬裝置全貌 組成和特性的圖樣 它應表達設備各主要部分結構特征 裝配連接關系 主要特征尺寸和外形尺寸 并寫明技術要求 技術特性等技術資料 2 裝配圖 表示化工設備的結構 尺寸 各零部件間的裝配連接關系 并寫明技術要求和技術特性等技術資料的圖樣 3 部件圖 表示可拆或不可拆部件的結構形狀 尺寸大小 技術要求和技術特性等技術資料的圖樣 4 零件圖 表示化工設備零件的結構形狀 尺寸大小及加工 熱處理 檢驗等技術資料的圖樣 6 表格圖 用綜合列表方式表示結構形狀相同 尺寸大小不同的化工設備 部件 零件的圖樣 7 標準圖 經國家有關主管部門批準的標準化或系列化設備 部件或零件的圖樣 8 通用圖 經過生產考驗 結構成熟 能重復使用的系列化設備 部件和零件的圖紙 二 化工設備圖的基本內容 1 標題欄 設計單位 設備 項目 名稱 圖紙名稱 圖號 設計階段 比例 圖紙張數 共 張 第 張 設計 制圖 校核 審核 審定等人的簽字及日期 2 明細表 說明組成本張圖紙的各部件 一般格式如下 3 管口表 將本設備各管口用英文小寫字母自上而下按順序填入表中 表明各管口的位置和規(guī)格等 4 技術特性表 將設備設計 制造 使用的主要參數 設計壓力 工作壓力 設計溫度 工作溫度 各部件的材質 焊縫系數 腐蝕裕度 物料名稱 容器類別及專用化工設備的接觸物料的特性等 技術特性以列表方式表示 供施工 檢驗 生產中執(zhí)行 5 技術要求 以文字對化工設備的技術條件 應該遵守和達到的技術指標等 逐條書寫清楚 6 注 常寫在技術要求的下方 用來補充說明技術要求范圍外 但又必須作出交待的問題 三 化工設備圖的繪制 繪制方法 對已有設備進行測繪 主要用于仿制已有設備或對現有設備進行革新改造 依據化工工藝人員提供的 設備設計條件單 進行設計和繪制 1 化工設備圖的視圖選擇 1 選擇主視圖 應按設備的工作位置 使主視圖能充分表達其工作原理 裝配關系及主要零部件的形狀結構 2 確定其他基本視圖 根據設備結構特點 確定基本視圖數量及其他基本視圖 用以補充表達設備的主要裝配關系 形狀 結構 3 選擇輔助視圖和表達方法 根據化工設備結構 可采用局部放大圖 局部視圖及剖視 剖面等表達方法來補充表達基本視圖的不足 將設備各部分的形狀結構表達清楚 2 化工設備圖繪制步驟 確定繪圖比例 選擇圖幅 布置圖面幅面代號為 A0 A1 A2 A3 A4 也允許用規(guī)定的加長幅面 2 確定視圖表達方案 畫出主要基準線 從主視圖畫起 左 俯 視圖配合一起畫 一般沿著裝配干線 先畫主體 后畫兩部件 先畫外件 后畫內件 先定位 后畫形狀 基本視圖完成后 再畫局部放大圖等輔助視圖 3 標注尺寸 不論采用何種比例 圖樣中所標注的尺寸數值都必須是機件的實際尺寸 尺寸單位為毫米 4 編寫零部件序號和管口符號 組成設備的各零部件均需編號 5 填寫明細欄和接管表明細欄的零部件序號應與圖中的零部件件號一致 接管表中管口符號與圖中接管符號應一致 6 填寫技術特性表 編寫技術要求 填標題欄填寫技術特性表 填寫設計壓力 設計溫度 工作溫度 工作壓力 物料名