化工設備的工藝設計與選型【稻香書屋】

1、第四章 設備的工藝設計與選型,分類： 1）一類稱標準設備或定型設備； 2）一類稱非標準設備或非定型設備。 化工設備工藝設計，對于定型和標準設備來說就是選型，對于非標準設備來說就是通過化工計算，提出型式、材料、尺寸和其它一些要求，由化工設備專業(yè)進行工程機械加工設計，由有關機械加工廠制造,1,學習幻燈,設備工藝設計與選型原則,1合理性； 2可靠性，先進性； 3安全性： 4經(jīng)濟性。 全面貫徹先進、適用、高效、安全、可靠、經(jīng)濟儉省的原則，審慎地研究，認真地設計,2,學習幻燈,設備工藝設計的主要工作和方法,1結合流程確定化工單元操作所需設備類型； 2確定設備材質； 3確定設備的設計參數(shù)； 4確定標準設備

2、的型號和臺數(shù)； 5確定標準圖的圖號和型號； 6非標設備，向(機械設計)專業(yè)提設計條件； 7匯總列出設備一覽表。 8.同設備專業(yè)設計人員進行圖紙會簽。 大陰司 http:/,3,學習幻燈,第二節(jié) 化工設備的材料和選材原則,材料分類： 1金屬； 2非金屬； 3復合材料,4,學習幻燈,第二節(jié) 化工設備的材料和選材原則,選材一般原則： 1滿足工藝及設備要求； 2材質可靠，使用安全； 3易于加工； 4立足市場，立足國內(nèi)，立足當?shù)刭Y源； 5綜合經(jīng)濟指標核算。 尸姐 末日詩人 http:/,5,學習幻燈,第三節(jié) 泵的設計與選型,1.泵的分類,6,學習幻燈,各種泵的特性,7,學習幻燈,第三節(jié) 泵的設計與選型,

3、2.泵的技術指標： 1型號； 2揚程； 3流量； 4必需汽蝕余量； 5功率與效率,8,學習幻燈,2 、化工生產(chǎn)常用泵,9,學習幻燈,螺桿泵,10,學習幻燈,往復泵,11,學習幻燈,塑料泵,12,學習幻燈,噴射器（左）液下泵（右,13,學習幻燈,屏蔽泵,屏蔽泵由于沒有轉軸密封，可以做到絕對無泄漏，因而在化工裝置中的使用已愈來愈普遍。屏蔽泵的原理和結構特點普通離心泵的驅動是通過聯(lián)軸器將泵的葉輪軸與電動軸相連接，使葉輪與電動機一起旋轉而工作，而屏蔽泵是一種無密封泵，泵和驅動電機都被密封在一個被泵送介質充滿的壓力容器內(nèi)，此壓力容器只有靜密封，并由一個電線組來提供旋轉磁場并驅動轉子。這種結構取消了傳統(tǒng)離

4、心泵具有的旋轉軸密封裝置，故能做到完全無泄漏。屏蔽泵把泵和電機連在一起，電動機的轉子和泵的葉輪固定在同一根軸上，利用屏蔽套將電機的轉子和定子隔開，轉子在被輸送的介質中運轉，其動力通過定子磁場傳給轉子,14,學習幻燈,隔膜泵,隔膜泵是利用螺桿的回轉來吸排液體的。隔膜泵中間螺桿為主動螺桿，由原動機帶動回轉，兩邊的螺桿為從動螺桿，隨主動螺桿作反向旋轉。主、從動螺桿的螺紋均為雙頭螺紋。 由于各螺桿的相互嚙合以及螺桿與襯筒內(nèi)壁的緊密配合，在泵的吸入口和排出口之間，就會被分隔成一個或多個密封空間。隨著螺桿的轉動和嚙合，這些密封空間在泵的吸入端不斷形成，將吸入室中的液體封入其中，并自吸入室沿螺桿軸向連續(xù)地推

5、移至排出端，將封閉在各空間中的液體不斷排出,15,學習幻燈,二、選泵的原則,1、基本泵型和泵的材料； 2、揚程和流量要求； 3、有效汽蝕余量和安裝高度； 4、泵的臺數(shù)和備用率,16,學習幻燈,選泵的工作方法和基本程序,1列出選泵的崗位和介質的基礎數(shù)據(jù)； 2. 確定選泵的流量和揚程； 3選擇泵的類型，確定具體型號； 4換算泵的性能； 5確定泵的安裝高度； 6確定泵的臺數(shù)和備用率； 7校核泵的軸功率選定泵的材料及軸封； 8確定冷卻水或驅動蒸汽的耗用量； 9選用電動機； 10填寫選泵規(guī)格表,17,學習幻燈,第四節(jié) 氣體輸送、壓縮設備的設計與選型,一、分類 (1)通風機(壓力0.4MPa,離心式、螺桿

6、式、往復式） (4)制冷機(壓力0.4MPa,活塞式、離心式、螺桿式、溴化鋰 吸收式、氨吸收式） (5)真空泵(壓力接近0MPa,往復式、水環(huán)、液環(huán)、旋片、噴射,18,學習幻燈,通風機,19,學習幻燈,通風機的選用,一、主要用途 用于通風、干燥過程；軸流風機因風壓小，流量大，只用于通風換氣，如涼水塔，空冷器的通風。 二、主要技術參數(shù) 1）風量m3/h 2) 風壓Pa 3) 功率kw 4) 效率,20,學習幻燈,離心通風機的選擇步驟,1)了解工程工況、輸送氣體性質(如清潔空氣、煙 氣、含塵空氣或易燃易爆氣體)等。 (2)根據(jù)柏努利方程式，計算輸送系統(tǒng)所需的實際風壓， 再加上一個附加值，并換算成試

7、驗條件下的風壓P0。 (3)把實際風量Q(以風機進口狀態(tài)計)乘一安全因數(shù)，并 換算成試驗條件下的風量Q0。 (4)按試驗條件下的風量Q0和風壓P0，從風機的產(chǎn)品樣 本中的特性曲線或性能表選擇合適的機號。 (5)根據(jù)風機安裝位置，確定風機旋轉方向和風口角度。 (6)若所輸送氣體的密度大于1.2 kg/m3時，則須核算軸 功率,21,學習幻燈,鼓風機,22,學習幻燈,鼓風機,23,學習幻燈,羅茨風機的選用,一、工作原理 工作原理與齒輪泵相識，兩個旋轉方向相反的“8”字輪。氣體一側吸入，另一側排出。 二、注意事項 1）出口安裝氣柜與安全閥 2) 流量用旁路調(diào)節(jié) 3) 出口閥不可完全關閉 三、選用方法

8、 同通風機 獸血沸騰2殺破狼 http:/ 我和妹子那些事24k http:/,24,學習幻燈,壓縮機,25,學習幻燈,壓縮機分類,一、按結構形式分類 活塞式和離心式。 二、常用壓縮機 1）活塞式壓縮機 2) 離心式壓縮機 3) 螺桿式壓縮機 三、壓縮機的選擇 1）壓縮機的選用原則 2) 離心式壓縮機的型號選擇 3)活塞式壓縮機的型號選擇,26,學習幻燈,制冷機,27,學習幻燈,真空泵,一、主要技術指標 1）真空度 2) 抽氣速率 3) 極限真空 4）抽氣時間 二、常用真空泵 1）往復式真空泵 2) 水環(huán)真空泵 3) 液環(huán)真空泵 4）旋片真空泵 5）噴射真空泵,28,學習幻燈,真空泵,29,學

9、習幻燈,真空泵,30,學習幻燈,水環(huán)泵,31,學習幻燈,第五節(jié) 換熱設備的設計與選型,一、換熱器的分類 1按工藝功能分類 (1)冷卻器 (2)加熱器(3)再沸器(4)冷凝器 (5)蒸發(fā)器 (6)過熱器 (7)廢熱鍋爐 (8)換熱器 2按傳熱方式和結構分類 根據(jù)熱量傳遞方法不同，可以分間壁式，直接式和蓄熱式。 二、常用的換熱器 夾套式換熱器，蛇管式換熱器，套管式換熱器，管殼式換熱器，板式換熱器，螺旋板式等,32,學習幻燈,換熱器,33,學習幻燈,換熱器,34,學習幻燈,換熱器,35,學習幻燈,三、管殼式換熱器的選用,標準換熱器型式：固定管板式，浮頭式，U形管式和填料函式。 標準換熱器型號的表示方

10、法： DN-P1/P2-A-LN/d-Nt/Ns (或) 由三個字母組成，第一個字母表示前端管箱形式；第二個字母代表管殼形式；第三個字母代表后端結構形式，參見圖例(圖4.2)。 DN公稱直徑(mm)對重沸器用分數(shù)表示，分子為管箱內(nèi)直徑，分母為圓筒內(nèi)直徑。 P1P2管程殼程設計壓力(MPa)、壓力相等時，只寫管程設計壓力(MPa)。 A公稱換熱面積(m2)。 LNdLN為公稱長度(m)，d為換熱管外徑(mm)。 Nt/Nt管程殼程數(shù)，單程時只寫Nt。 I(或)I級(或級)換熱器,36,學習幻燈,部件分類,37,學習幻燈,三、管殼式換熱器的型號表示,例1 固定管板換熱器，封頭管箱，公稱直徑700m

11、m，設計管程壓力2.5MPa，殼程壓力1.6Mpa，公稱換熱面積200m2，較高級冷拔換熱管外徑25mm，管長9m，4管程，單殼程，其型號為： BEM700-2.5/1.6-200-9/25-4,38,學習幻燈,第六節(jié) 貯罐容器的設計與選型,一、貯罐的類型 1.根據(jù)形狀來劃分（方形貯罐、圓筒形罐、球形罐和特殊形貯罐(如橢圓形、半橢圓形)每種型式又按封頭形式不同，分為若干種型式。常見的封頭有平板、錐形、球形、碟形、橢圓形等。有些容器如氣柜、浮頂式貯罐、其頂部(封頭)是可以升降浮動的。） 2.按制造材質分（有鋼，有色金屬和非金屬材質之分。） 3.按用途分（貯存，計量，回流，中間周轉，緩沖，混合等,

12、39,學習幻燈,平底平蓋貯罐,例如： 立式平底平蓋容器， 設計壓力為常壓， 公稱容積VN0.06m2， 公稱直徑DN400。 標記為： R21A-00-1,40,學習幻燈,平底錐蓋貯罐,41,學習幻燈,立式圓底圓蓋貯罐,42,學習幻燈,立式錐底橢圓蓋貯罐,43,學習幻燈,臥式橢圓封頭貯罐,44,學習幻燈,臥式橢圓封頭貯罐,45,學習幻燈,臥式無折邊球形貯罐,46,學習幻燈,貯罐設計的一般程序,1.匯集工藝設計數(shù)據(jù) 2.選擇容器材料 3.容器型式的選用 4.容積計算 5.確定貯罐基本尺寸 6.選擇標準型號 7.開口和支座 8.繪制設備草圖(條件圖)標注尺寸，提出設計條件和訂貨要求,47,學習幻燈

13、,第七節(jié) 塔設備的設計與選型,一）塔的分類 1板式塔 諸如篩板塔、柵板塔、舌形板塔、斜孔板塔、波紋板塔、泡罩塔、浮閥塔、噴射板塔、穿流板塔、浮動噴射板塔等,48,學習幻燈,浮閥塔,49,學習幻燈,第七節(jié) 塔設備的設計與選型,一）塔的分類 2填料塔 如金屬鮑爾環(huán)填料塔、波網(wǎng)填料塔。常用的填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、矩鞍型填料、階梯型填料、波紋填料、波網(wǎng)(絲網(wǎng))填料、螺旋環(huán)、十字環(huán)填料等。 我的萌寵鬼夫 http:/ 來自陰間的快遞 http:/,50,學習幻燈,第七節(jié) 塔設備的設計與選型,二）選用塔的基本原則 1. 要滿足工藝要求，分離效率高。 2生產(chǎn)能力要大，有足夠的操作彈性。 3運轉可靠性高，操作

14、、維修方便，少出 故障。 4結構簡單，易于制造加工，造價較低。 5塔壓降小,51,學習幻燈,第七節(jié) 塔設備的設計與選型,三）設計一般步驟 1確定基礎數(shù)據(jù)（進料量、組成，狀態(tài)；產(chǎn)品的 質量和收率；物性數(shù)據(jù)等）。 2選擇合適的工藝流程。 3選擇塔設備的形式。 4確定塔的操作壓力及溫度。 5計算塔高塔徑。 6塔結構的設計。 7塔的流體力學計算,52,學習幻燈,第八節(jié) 反應器選型設計,一）反應器分類,53,學習幻燈,分類,54,學習幻燈,釜式反應器,通用性很大，造價不高，用途最廣。它可以連續(xù)操作，也可以間歇操作。國家已有K型和F型兩類反應釜列成標準。K型是有上蓋的釜，形狀上偏于“矮胖型”(長徑比較小)

15、。F型沒有上蓋，形狀則偏于“瘦長型”(長徑比較大)，材質有碳鋼、不銹鋼、搪玻璃等幾種。 釜式反應器比較靈活通用，在間歇操作時，只要設計好攪拌，可以使釜溫均一，濃度均勻，反應時間可以長、可以短，可以常壓、加壓、減壓操作，范圍較大，而且反應結束后，出料容易，釜的清洗方便，其機械設計亦十分成熟。 釜式反應器可用于串聯(lián)操作，使物料一端流入，另一端出料，形成連續(xù)流動,55,學習幻燈,管式反應器,傳熱面積大，反應可以連續(xù)化，流體流動快，停留時間短，經(jīng)過一定的控制手段，可以使管式反應器有一定的溫度梯度和濃度梯度。 管式反應器可以用于連續(xù)生產(chǎn)，也可以用于間歇操作,56,學習幻燈,固定床反應器,主要應用于氣固相

16、反應，其結構簡單，操作穩(wěn)定，便于控制，易于實現(xiàn)連續(xù)化，床型可以是多種多樣，易于大型化。它可以設計較大的傳熱面積，可以有較高的氣體流速，傳熱和傳質系數(shù)可以較高。加熱的方式比較靈活，可以有較高的反應溫度。但是，固定床反應器床層的溫度分布不容易均勻,57,學習幻燈,流化床反應器,流化床的特點是細的或粗的粒子在床內(nèi)不是靜止不動，而是在高速流體的作用下，床內(nèi)固體粒子被擾動懸浮起來，劇烈運動，固體的運動形態(tài)，接近于可以流動的流體，故稱流化床 流化床反應器的最大優(yōu)點是傳熱面積大，傳熱系數(shù)高，傳熱效果好。缺點由于流化床體系內(nèi)物料返混嚴重，粒子磨損嚴重，此外，通常要有粒子回收和集塵的裝置。床型和構件比較復雜，操

17、作技術要求高以及造價較高等問題,58,學習幻燈,反應器設計要點,在反應器設計時，除了通常說的要求“合理、先進、安全、經(jīng)濟”的原則，還要，考慮下列設計要點： 1保證物料轉化率和反應時間。 2滿足物料和反應的熱傳遞要求。 3設計適當?shù)臄嚢杵骱皖愃谱饔玫?機構。 4注意材質選用和機械加工要求,59,學習幻燈,釜式反應器的結構和設計,1.釜式反應器結構 (1)釜體及封頭 (2)換熱裝置 (3)攪拌器 (4)軸密封裝置 (5)工藝接管,60,學習幻燈,搪玻璃反應釜,61,學習幻燈,搪玻璃反應釜,62,學習幻燈,搪玻璃反應釜,63,學習幻燈,攪拌器形狀,64,學習幻燈,攪拌器形狀,65,學習幻燈,釜式反應

18、器的結構和設計,2.釜式反應器的選型設計步驟 (1)確定反應釜操作方式 (2)匯總設計基礎數(shù)據(jù) (3)計算反應釜體積 (4)確定反應釜體積和臺數(shù) (5)反應釜直徑和筒體高度、封頭確定 (6)傳熱面積計算和核校 (7)攪拌器設計 (8)管口和開孔設計，確定其它設施 (9)軸密封裝置 (10)畫出反應器工藝設計草圖(條件圖)，或選出型號,66,學習幻燈,經(jīng)驗法計算反應器體積,1.間歇槽式反應器體積的計算 VRV0/ 或VRG/ / VR反應器的有效體積，m3； V0平均每小時加入物料的體積，m3h； /每批操作所需的時間，h; G平均每小時加入物料的質量，kgh； 反應物料的密度，kgm3,67,

19、學習幻燈,經(jīng)驗法計算反應器體積,反應器的體積： VPVR / 式中：VP反應器體積，m3； 一裝填系數(shù)。通常由經(jīng)驗確定。 一般采用0.70.75,68,學習幻燈,經(jīng)驗法計算反應器體積,例1 設計年產(chǎn)量為720噸的醋酸丁酯車間， 計算所需反應器的體積。 已知條件： （1）年工作天數(shù)：300天 （2）反應物料的配比醋酸:1kg, 丁醇4.972kg (3) 醋酸轉化率為50% (4) 反應時間為34.5分 (5) 生產(chǎn)輔助時間為30分(加料、卸料、清洗等） （6）反應物的密度不變：0.75kg/升,69,學習幻燈,反應器體積計算過程,反應器體積計算如下: (1)每小時產(chǎn)量 三班制生產(chǎn) 720X10

20、00/300X24=100(kg) (2)每批生產(chǎn)時間 34.5+30=64.5(分)=1.08(小時) (3)每批生產(chǎn)的醋酸丁酯的量 100X1.08=108(kg/批) (4)醋酸和丁醇每批加料量 CH3COOH+C4H9OH= CH3COOC4H9+H2O 60 74 116 X(kg) Y(kg) 108(kg,70,學習幻燈,反應器體積計算過程,X=108X60/116=55.9(kg) Y=108X74/116=68.9(kg) 因醋酸轉化率為50%,實際上加醋酸 55.9/0.5=111.8(kg) 丁醇實際加入量為: 111.8X4.972=684(kg) 每批加料量為: 11

21、1.8+684=795.8(kg) (5)反應混合物體積 795.8/0.75=1061升,71,學習幻燈,反應器體積計算過程,6)反應器體積 設裝料系數(shù)取75%,則 1061/0.75=1420(L) (7) 查有關化工手冊(表3-15) 選1500L,72,學習幻燈,第九節(jié) 液固分離設備的選型,一、液固分離的主要方法 1）浮選； 2）重力沉降； 3）離心沉降； 4）過濾。 二、主要分離設備 1）離心機； 2）過濾機,73,學習幻燈,第九節(jié) 液固分離設備的選型,三、分離設備的選擇 1）過濾式離心機的選型原則； 2）沉降式離心機的選型原則； 3）過濾機的選型原則,74,學習幻燈,第九節(jié) 液固分離設備的選型,1、三足離心機,75,學習幻燈,第九節(jié) 液固分離設備的選型,1、三足下卸料離心機,76,學習幻燈,第九節(jié) 液固分離設備的選型,2、活塞推料離心機,77,學習幻燈,第九節(jié) 液固分離設備的選型,3、沉降離心機,78,學習幻燈,第九節(jié) 液固分離設備的選型,4、壓濾機,79,學習幻燈,第九節(jié) 液固分離設備的選型,5、轉鼓過濾機