化工設(shè)計 第六章 設(shè)備的選型及其工藝設(shè)計.ppt

1、,1,設(shè)計概論與化工制圖,2,工廠基本建設(shè)過程,1、可行性研究 2、初步設(shè)計 3、施工圖設(shè)計 4、施工、試車、 驗收,1、廠址選擇 2、總平面設(shè)計 3、工藝設(shè)計,1、工藝流程設(shè)計 2、化工計算 3、設(shè)備的選型與設(shè)計 4、車間布置設(shè)計 5、管道設(shè)計 6、公用工程 7、向有關(guān)專業(yè)提供條件 8、工程概預(yù)算 9、技術(shù)經(jīng)濟分析 10、安全生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù),3,工藝流程設(shè)計是工廠設(shè)計的核心；而設(shè)備選型及其工藝設(shè)計，是工藝流程設(shè)計的主體。 本章主要從工藝設(shè)計的角度對設(shè)備的選型原則、設(shè)計計算的一般程序及有關(guān)注意問題作扼要介紹。以確定設(shè)備的類型、規(guī)格、尺寸和臺數(shù)。 關(guān)于設(shè)備設(shè)計的方法可參考有關(guān)化學(xué)工程書籍。,第六

2、章 設(shè)備選型及其工藝設(shè)計,4,第一節(jié) 設(shè)備分類與選型原則 一、設(shè)備分類 1、專用設(shè)備:主物料,半成品,產(chǎn)品直接經(jīng)過的,有技術(shù)參數(shù)要求的設(shè)備。 2、通用設(shè)備:機械工業(yè)部主管生產(chǎn)的泵,通風(fēng)機,壓縮機, 離心機,輸送機。 3、非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備:規(guī)格和材質(zhì)都不固定的輔助設(shè)備。 二、選型原則 1、滿足工藝要求:力求技術(shù)先進(jìn),經(jīng)濟合理。 2、設(shè)備成熟可靠:設(shè)備成熟,設(shè)備材質(zhì)可靠。 3、盡量采用國產(chǎn)設(shè)備:節(jié)約外匯,促進(jìn)機械制造業(yè)發(fā)展。,5,第二節(jié) 泵的選擇,6,一、泵的分類和特性 1、泵的分類 1)根據(jù)作用于液體的原理,泵可分為兩種類型 容積式類型:如往復(fù)泵,齒輪泵,螺桿泵,水環(huán)泵 葉片式類型:離心泵,旋渦泵,軸

3、流泵。 2)按使用性能分類 水泵,油泵,砂泵,泥漿泵。 3)按結(jié)構(gòu)特點分類 齒輪泵,螺桿泵,立式泵,臥式泵。 還有一種噴射泵:特點無運動部件,結(jié)構(gòu)簡單不易損壞。,7,2、泵的特性(離心泵) 1)液體排出狀態(tài):流率的均勻性。 2)液體品質(zhì):流體的均勻性。 3)允許吸入真空高度:4-8米。 4)揚程:6-600米。 5)體積流量:流量的大小。 6)流量與揚程的關(guān)系:流量小揚程大。 7)構(gòu)造特點:體積大小,運行平穩(wěn),簡單易修。 8)流量與軸功率關(guān)系:流量減小,軸功率減小。,8,二、選泵的原則和程序 1、選泵原則 1)綜合考慮泵流量:變化范圍富裕能力最大流量。 2)根據(jù)要求確定揚程:取正常揚程的1.0

4、5-1.1倍。 3)根據(jù)流體輸送設(shè)備的特性曲線確定泵型: 離心泵:流量大,揚程低,粘度不大于6.5 旋渦泵:流量小,揚程低,粘度不大于0.35 容積泵:流量小,揚程高,粘度不大于0.01 4)計算裝置的有效氣蝕余量:必須使泵入口的壓頭高于物料在輸送條件下的飽和蒸汽壓相應(yīng)的壓頭,減壓塔塔底泵氣蝕安全系數(shù)至少取1.3。,9,需要效氣蝕余量計算公式:,10,2、選泵的方法及步驟(參考附錄2選泵) 1)確定基本參數(shù):介質(zhì)物性,操作條件,位置。 2)確定流量和揚程:流量1.2倍,大于所需揚程。 3)選擇泵型和型號:根據(jù)樣本和說明書選泵型。 4)核算泵的性能:符合工藝要求。 5)確定泵的安裝高度:不發(fā)生氣

5、蝕。 6)選擇泵的材料和軸封:根據(jù)介質(zhì)腐蝕性選擇。 7)計算泵的軸功率: 8)確定冷卻水耗用量: 9)選用電動機: 10)確定泵的臺數(shù):考慮備臺。 11)填寫泵規(guī)格表:各項數(shù)據(jù)匯總。,11,第三節(jié) 換熱器的選型及其工藝設(shè)計,12,一、換熱器的結(jié)構(gòu)特點 1、管殼式換熱器:應(yīng)用最廣泛,最成熟的換熱器,管 板,浮頭,U型管。耐高溫高壓但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 2、夾套式換熱器:結(jié)構(gòu)簡單,傳熱面積及系數(shù)小。 3、套管式換熱器:結(jié)構(gòu)簡單,連接處易泄漏。 4、板式換熱器:傳熱系數(shù)大,但不耐高溫高壓。 5、螺旋板式換熱器:傳熱系數(shù)大,但不易檢修。 二、管殼式換熱器選擇中應(yīng)注意的問題 1、流體在管內(nèi)外的選擇 管程:1)不

6、清潔粘度大流體 2)腐蝕性強流體 3)有壓力的流體 4)流量小流體 5)與外界溫差大的流體 殼程:飽和蒸汽宜走殼程,13,2、熱補償?shù)倪x擇 補償方法:補償圈,U形管,浮頭,一般采用U形 膨脹節(jié)。 3、管程數(shù)、殼程數(shù)的選擇 管程數(shù):1,2,4,6,8,10,12七種。 殼程數(shù):多達(dá)6 管殼。 4、管殼長徑比的選擇 臥式:6-10最常見 立式:4-6為宜 5、折流板的選擇 折流板有弓型和圓型兩種,弓型分單弓,雙弓,三弓三種,高度為直徑的20-45,折流板間距不應(yīng)小于圓筒內(nèi)徑的五分之一,且不小于50mm。,14,三、管殼式換熱器設(shè)計中有關(guān)參數(shù)的確定 1、傳熱系數(shù)K:K-A給熱校核K。 2、傳熱面積A

7、:應(yīng)比計算值大10-20。 3、污垢熱阻系數(shù)RS :盡可能引用經(jīng)驗數(shù)據(jù)。 4、傳熱壁溫與定性溫度:壁溫決定定性溫度。 5、流速選擇:參照常用速度范圍,高振動耗能。 6、流體進(jìn)、出口溫度的確定:冷卻水進(jìn)、出 溫升5-10。,15,四、管殼式換熱器的選用 1、標(biāo)準(zhǔn)換熱器型號的表示方法 AES500-1.6-54-6/25-4I 2、標(biāo)準(zhǔn)換熱器的選用程序 1)確定基本參數(shù):流量,溫度,壓力,物性數(shù)據(jù)。 2)選擇換熱器類型 3)確定流體在空間的流向 4)計算定性溫度及在該溫度下的有關(guān)物性數(shù)據(jù) 5)計算熱負(fù)荷 6)選用傳熱系數(shù)K值或計算K值 7)計算有效平均溫差 8)計算所需傳熱面積:10-20的安全系

8、數(shù) 9)確定所需設(shè)備臺數(shù):根據(jù)傳熱面積確定設(shè)備臺數(shù)。 10)計算壓力降:在工藝允許范圍內(nèi)。,16,五、管殼式換熱器的工藝設(shè)計 1、計算定性溫度、查出定性溫度下有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 2、計算熱負(fù)荷Q 3、確定在空間的流向 4、計算有效平均溫差 5、選取傳熱系數(shù)或假設(shè)一個傳熱系數(shù)K值 6、計算傳熱面積 7、由傳熱面積初定設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸 1)選用換熱管規(guī)格,算出換熱管總長。 2)確定換熱管段長,求出換熱管數(shù)。 3)已知管程流量,確定管程流速。,17,4)確定管子排列形式,定管心距,求出殼內(nèi)徑,并圓整。 5)確定折流板的形式,規(guī)格,板間距,數(shù)量,拉桿位置。 6)確定實際換熱管數(shù),驗證流速是否符合要求。 7)計

9、算殼程流通面積,驗證殼程流速。 8)計算初定設(shè)備管,殼程流體的給熱系數(shù)。 9)選取管,殼程的污垢熱阻系數(shù)。 10)計算初定設(shè)備的傳熱系數(shù)。 11)計算傳熱面積,10-20的安全系數(shù)。 12)確定換熱器的進(jìn),出口尺寸。 13)計算管,殼程壓力降。 14)確定膨脹節(jié)的形式。 15)確定支坐,前端管箱,后端結(jié)構(gòu),殼體法蘭等。,18,塔設(shè)備是一種應(yīng)用極為廣泛的氣液，液液傳質(zhì)設(shè)備，主要應(yīng)用于化工、醫(yī)藥等行業(yè)中的吸收、精餾、萃取等工段。,第四節(jié) 塔設(shè)備的選型及其工藝設(shè)計,19,填料塔,在圓柱形殼體內(nèi)裝填一定高度的填料，液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均勻分布于填料層頂部上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流經(jīng)填料層后自塔

10、底排出；氣體則在壓強差推動下穿過填料層的空隙，由塔的一端流向另一端。氣液在填料表面接觸進(jìn)行質(zhì)量、熱量交換，兩相的組成沿塔高連續(xù)變化。,散裝填料 塑料鮑爾環(huán)填料,規(guī)整填料 塑料絲網(wǎng)波紋填料,20,板式塔,在圓柱形殼體內(nèi)按一定間距水平設(shè)置若干層塔板，液體靠重力作用自上而下流經(jīng)各層板后從塔底排出，各層塔板上保持有一定厚度的流動液層；氣體則在壓強差的推動下，自塔底向上依次穿過各塔板上的液層上升至塔頂排出。氣、液在塔內(nèi)逐板接觸進(jìn)行質(zhì)量、熱量交換，故兩相的組成沿塔高呈階躍式變化。,DJ 塔盤,新型塔板、填料,21,一、塔設(shè)備的性能比較 1、填料塔:填料為拉西環(huán),鮑爾環(huán),環(huán),網(wǎng) 2、板式塔:泡罩塔,篩板塔,

11、浮閥塔,小直徑,小壓降。 二、塔設(shè)備的選型要求 1、要求：生產(chǎn)能力大，可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單等。 2、盡量滿足主要方面的要求 三、塔設(shè)備的精餾、冷凝、再沸器方案的設(shè)計 1、精餾方案的設(shè)計 1)能源利用好,單耗低。 2)盡量降低設(shè)備投資。 3)保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。,22,23,2、冷凝方案的設(shè)計 1)整體式 2)自流式 3)強制循環(huán)式 3、再沸器方案的設(shè)計 1)立式再沸器 2)臥式再沸器 3)插入式再沸器 4)強制循環(huán)式再沸器 5)特殊溢流裝置再沸器,24,四、塔設(shè)備的工藝設(shè)計 1、填料塔的工藝設(shè)計 1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù):溫度,壓力,氣液相密度,擴散系數(shù)。 2)選擇填料 3)確定操作速度:為泛液速度的60-

12、80 4)計算塔徑:圓整為公稱直徑。 5)校核:噴淋密度,填料表面濕潤率。 6)計算壓降 7)計算填料層高 8)確定填料的分段數(shù),填料的裝卸形式。 9)計算柵板結(jié)構(gòu),噴淋裝置,再分配器,除霧器。 10)計算進(jìn)出口接管直徑,25,2、浮閥塔的工藝設(shè)計 1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù):溫度,壓力,密度,表面張力,粘度。 2)塔徑計算:推薦用初選塔徑用的算圖 3)板面布置設(shè)計:液流型式,降液管及堰尺寸。 4)塔板上浮閥布置:孔速,浮閥個數(shù),浮閥布置圖。 5)計算板壓降:干板壓降,液層阻力,塔板壓降。 6)淹塔情況:降液管液面,停留時間,塔板間距。 7)霧沫夾帶:驗算泛點 8)確定負(fù)荷的允許上下限 9)計算進(jìn)出口接管直

13、徑 10)塔結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計:除沫器,人孔,塔體,支坐。,26,第五節(jié) 反應(yīng)器的選型及其工藝設(shè)計,一、反應(yīng)器的分類及特點 1、分類 1)按換熱情況分: A等溫 B非等溫 C絕熱 2)按物料流動情況分: A間歇操作攪拌釜 B連續(xù)操作攪拌釜 C連續(xù)操作管式反應(yīng)器 D串聯(lián)連續(xù)操作攪拌釜 3)按結(jié)構(gòu)特點區(qū)分: A.管式反應(yīng)器 B.釜式反應(yīng)器 C.固定床反應(yīng)器 D.流化床反應(yīng)器,27,2、特點 1)釜式反應(yīng)器 可連續(xù)可間歇,可單釜可多釜,停留時間可長 可短,溫度壓力可高可低。 2)管式反應(yīng)器 傳熱面積大,傳熱系數(shù)高,流體流動快,停留時間短,結(jié)構(gòu)簡單,耐高溫高壓。 3)固定床反應(yīng)器 結(jié)構(gòu)簡單,操作穩(wěn)定,便于控

14、制,傳熱面積大,傳熱傳質(zhì)系數(shù)高,便于實現(xiàn)過程連續(xù)化,自動化。 4)流化床反應(yīng)器 傳熱面積大,傳熱傳質(zhì)系數(shù)高,可避免局部過熱。,28,二、反應(yīng)器的選擇 1、根據(jù)反應(yīng)器中反應(yīng)物濃度的特點 A.間歇攪拌釜 B.管式反應(yīng)器 C.連續(xù)攪拌釜 D.多釜串聯(lián) 2、根據(jù)動力學(xué)特點選擇反應(yīng)器類型 1)簡單反應(yīng): 2)平行反應(yīng) 3)串聯(lián)反應(yīng),29,三、攪拌反應(yīng)釜的工藝設(shè)計 1、攪拌反應(yīng)釜的基本結(jié)構(gòu) 1)釜體：由筒體和上下封頭組成 2)換熱裝置：有夾套式和蛇管式 3)攪拌裝置：由馬達(dá)和減速器組成 4)軸封：有機械式，填料涵式。 5)工藝接管：進(jìn)料孔，出料孔，人孔，手 孔，測溫孔，測壓孔，防爆孔，安全閥。,30,2、

15、反應(yīng)釜的工藝設(shè)計 1)確定操作方式:連續(xù),間歇。 2)確定工藝計算依據(jù):生產(chǎn)規(guī)模,反應(yīng)時間,裝 料系數(shù)操作溫度,轉(zhuǎn)化率,壓力等。 3)收集有關(guān)物性數(shù)據(jù):反應(yīng)物,生成物物性數(shù)據(jù)。 4)反應(yīng)釜容積計算:間歇反應(yīng)釜,連續(xù)反應(yīng)釜。 5)反應(yīng)釜直徑與筒體高度:高徑比為1-3。 6)攪拌器設(shè)計:選型,尺寸及轉(zhuǎn)速,軸徑,支承條 件攪拌器軸功率,電機功率。 7)傳熱面積:有夾套式和蛇管式。 8)軸封:有機械式，填料涵式。,31,按使用目的不同， 可分為貯存容器, 計量、回流、中間周轉(zhuǎn)、 緩沖、混合等工藝容器。,第六節(jié) 非標(biāo)容器設(shè)備的選型及其工藝設(shè)計,32,一、選型 應(yīng)在已有的通用圖系列中進(jìn)行選擇,如從中可選8類系列容器: 1、立式平底平蓋容器系列 DN=400-2000mm=0.6-0.8立方米 2、立式平底錐蓋容器系列 DN=2000-4000mm=10-80立方米 3