化工設(shè)備設(shè)計(jì)及化工設(shè)備圖全解課件

1、第五章 化工設(shè)備設(shè)計(jì)及設(shè)備圖Chart5 The design of chemical equipment5.1 概述5.2 化工設(shè)備的選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)5.2.1 物料輸送設(shè)備5.2.2 貯罐5.2.3 換熱設(shè)備5.2.4 分離設(shè)備5.2.5 傳質(zhì)設(shè)備5.2.6 化學(xué)反應(yīng)器 5.3 化工設(shè)備圖分離設(shè)備5.1 概 述從設(shè)計(jì)角度分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備(定型設(shè)備)成批生產(chǎn)，直接訂貨非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備由工藝專(zhuān)業(yè)提供設(shè)計(jì)條件，由設(shè)備專(zhuān)業(yè)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，由廠家專(zhuān)門(mén)制造的設(shè)備?；ぴO(shè)備的設(shè)計(jì)包括標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì)和非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì)。 一、化工設(shè)備設(shè)計(jì)分類(lèi) 1. 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì) 常用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備：泵、風(fēng)機(jī)、冷凍機(jī)、過(guò)濾機(jī)、離心機(jī)、攪拌器、壓縮機(jī)等，生

2、產(chǎn)廠家、型號(hào)都很多，可選擇范圍很大。 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì)：根據(jù)工藝要求，計(jì)算特征尺寸，查閱相關(guān)產(chǎn)品目錄或樣本手冊(cè)(列出設(shè)備的規(guī)格、型號(hào)、基本性能參數(shù)和廠家)，選擇合適設(shè)備型號(hào)。 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備選型2. 非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì) 常用非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備：容器(中壓、低壓、高壓)、換熱器、塔器、干燥設(shè)備、攪拌設(shè)備和除塵設(shè)備等。 非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì)：根據(jù)工藝要求，完成工藝計(jì)算，提出設(shè)備型式、材料、尺寸和其他要求，再經(jīng)過(guò)機(jī)械計(jì)算及設(shè)計(jì)，由相關(guān)工廠制造。必須遵循設(shè)備設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。 化工設(shè)備設(shè)計(jì)向標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)，有些原來(lái)屬于非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的化工裝置，已逐步走向系列化、定型化，已形成了一些標(biāo)準(zhǔn)圖紙，有些還有了定點(diǎn)生產(chǎn)廠家，如換熱器系列、容器

3、系列、搪玻璃設(shè)備系列等。因此，在非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量采用已標(biāo)準(zhǔn)化的圖紙。 3. 化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化二、化工設(shè)備設(shè)計(jì)的原則 (1) 合理性(2) 先進(jìn)性 (3) 經(jīng)濟(jì)性(4) 安全性1、明確設(shè)計(jì)任務(wù)與條件原料（或進(jìn)料）與產(chǎn)品（或出料）的流量、組成、狀態(tài)（溫度、壓力、相態(tài)等）、物化性質(zhì)、流量波動(dòng)范圍等；設(shè)計(jì)目的、要求，設(shè)備功能；公用工程條件，如冷卻水溫度，加熱蒸汽壓力，氣溫、濕度等；其他特殊要求。三、化工設(shè)備設(shè)計(jì)方法與步驟 2、調(diào)查待設(shè)計(jì)設(shè)備國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)、有關(guān)新技術(shù)及專(zhuān)利狀況，設(shè)計(jì)計(jì)算方法等4、確定方案確定設(shè)備的操作條件，如溫度、壓力、流比等確定設(shè)備結(jié)構(gòu)型式，評(píng)比各類(lèi)設(shè)備結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合

4、本設(shè)計(jì)的具體情況，選擇高效、可靠的設(shè)備型式確定單元設(shè)備的流程3、收集有關(guān)物料的物性數(shù)據(jù)、腐蝕性質(zhì)等三、化工設(shè)備設(shè)計(jì)方法與步驟 全設(shè)備物料與能量衡算 設(shè)備特性尺寸計(jì)算 如：精餾設(shè)備的理論級(jí)數(shù)、塔徑、塔高 換熱設(shè)備的傳熱面積 流體力學(xué)計(jì)算 如：流動(dòng)阻力與操作范圍計(jì)算5、工藝計(jì)算三、化工設(shè)備設(shè)計(jì)方法與步驟 在設(shè)備型式及主要尺寸已定的基礎(chǔ)上，根據(jù)各種設(shè)備常用結(jié)構(gòu)，參考有關(guān)資料與規(guī)范，詳細(xì)設(shè)計(jì)設(shè)備各零部件的結(jié)構(gòu)尺寸：如填料塔要設(shè)計(jì)液體分布器、再分布器、填料支承、填料壓板和各種接口，各種構(gòu)件的材料選擇、壁厚計(jì)算，塔板、塔盤(pán)等的機(jī)械設(shè)計(jì)，各種輔助結(jié)構(gòu)如支座、保溫支架的設(shè)計(jì)，總裝配圖及零件圖繪制，設(shè)備材料表等

5、。7、制造技術(shù)要求與規(guī)范6、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三、化工設(shè)備設(shè)計(jì)方法與步驟 5.2 典型化工設(shè)備的選用和設(shè)計(jì)方法5.2.1 物料輸送設(shè)備 1. 收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)介質(zhì)物性操作條件泵所在位置情況（一）泵的選用與設(shè)計(jì)程序 (1) 泵的流量（考慮上限）(2) 揚(yáng)程的確定和計(jì)算2. 確定泵的流量和揚(yáng)程3. 選擇泵型及泵的具體型號(hào)從工藝角度選擇泵類(lèi)型： 流量大，揚(yáng)程不高時(shí)，可選單級(jí)離心泵； 流程不大，揚(yáng)程高時(shí)，宜選往復(fù)泵或多級(jí)離心泵； 輸送有腐蝕介質(zhì)，選耐腐蝕泵； 輸送昂貴液體、劇毒或放射性液體應(yīng)用完全不泄漏無(wú)軸封的屏蔽泵； 當(dāng)要求精確進(jìn)料時(shí)，應(yīng)選用計(jì)量泵或柱塞泵。 輸送高溫介質(zhì)時(shí)可考慮選用熱油泵。 再?gòu)挠嘘P(guān)泵制造廠提供

6、的樣本和技術(shù)資料選擇泵的具體型號(hào)，列出所選型號(hào)泵以清水為基準(zhǔn)的性能參數(shù)。 4. 核算泵的性能 若輸送液體的物理性質(zhì)與水有較大差異，則應(yīng)對(duì)泵的流量、揚(yáng)程進(jìn)行核算。并與工藝要求進(jìn)行對(duì)比，確定所選泵是否可用。5. 確定泵的安裝高度 允許吸上高度 +-2.212hhggPgPHBCnBCtBCwrr 式中： tP-操作溫度下被吸送液體的飽和蒸汽壓。 BCw-泵吸入管內(nèi)液體的流速。 BCnh.-吸入管路中的壓頭損失。 2h-避免汽蝕現(xiàn)象（在離心泵中），或防止由于慣性 力造成活塞與液體脫離（在活塞泵中）的壓頭 余量。 6. 計(jì)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

7、用驅(qū)動(dòng)裝置電動(dòng)機(jī)或蒸汽透平 10. 確定泵的臺(tái)數(shù)和備用率11. 填寫(xiě)泵規(guī)格表，作為泵訂貨依據(jù)和選泵過(guò)程中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的匯總。 流體輸送設(shè)備離心泵、往復(fù)泵、轉(zhuǎn)子泵比較指標(biāo)離心泵往復(fù)泵轉(zhuǎn)子泵流量，m3/h均勻、不穩(wěn)定1.630000不均勻、恒定0600比較均勻、恒定1600揚(yáng)程 ，m定流量揚(yáng)程102600揚(yáng)程與流量無(wú)關(guān)0.2100MPa揚(yáng)程與流量無(wú)關(guān)0.260MPa效率設(shè)計(jì)點(diǎn)最高，偏離越遠(yuǎn)效率越低0.50.8揚(yáng)程高效率降低很少0.70.85揚(yáng)程高效率降低較大0.60.8結(jié)構(gòu)特點(diǎn)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、體積小、安裝方便復(fù)雜、振動(dòng)大、體積大、造價(jià)高簡(jiǎn)單、造價(jià)低、體積小、安裝方便指標(biāo)離心泵往復(fù)泵轉(zhuǎn)子泵流量調(diào)節(jié)出口截流

8、、旁路、轉(zhuǎn)速旁路、轉(zhuǎn)速、沖程旁路、轉(zhuǎn)速自吸一般沒(méi)有有有啟動(dòng)關(guān)閉調(diào)節(jié)閥全開(kāi)全開(kāi)適用范圍粘度較低的各種介質(zhì)高壓力小流量清潔介質(zhì)中壓力小流量尤其是高粘度離心泵、往復(fù)泵、轉(zhuǎn)子泵比較選擇條件2 硝基苯1200/m3 進(jìn)料量為30103/h 反應(yīng)器內(nèi)保持0.1atm（表壓）；管路為不銹鋼管，總長(zhǎng)45m， 4個(gè)彎頭12H=15m8941（二）離心耐酸泵選擇示例即計(jì)算流量Qe和揚(yáng)程He，其計(jì)算思路如下:Qe=1.5Qmax=1.5體積流量=1.5質(zhì)量流量密度He=1.1Hmax有用功eg柏努利方程選擇計(jì)算根據(jù)ed（相對(duì)粗糙度）圖查出，為局部阻力系數(shù)之和其計(jì)算過(guò)程:已知Z1=0;Z2=15m p1=0(表壓);

9、p2=0.19.81104=9810N/m2 (表壓)硝基苯的粘度為2.1cP，所以不銹鋼的絕對(duì)粗糙度0.2mm，故相對(duì)粗糙度 /d=0.2/81=0.00247由ed圖查出0.0027hf=(貯槽進(jìn)入管中孔板閥門(mén)彎頭）0.51+8.251+0.172+0.754=12.09Qe=1.5Qmax=1.5體積流量=1.5質(zhì)量流量密度=1.5 30000/1200=37.5m3/h He=1.1Hmax=1.1eg=1.1181/9.81=20.3m選擇型號(hào)因輸送管材是不銹鋼的，所以泵流過(guò)部件零件也應(yīng)為不銹鋼制造F型耐腐蝕離心泵是這種材質(zhì)的，其性能范圍:流量Q為2400m3/h;揚(yáng)程H為15105

10、m所選泵的流量和揚(yáng)程在其性能范圍內(nèi)查F型泵性能范圍圖，得具體型號(hào)為80F-24從泵類(lèi)產(chǎn)品樣本查可知該泵的主要參數(shù):轉(zhuǎn)速n=2960r/min，允許吸上高度HS=5.06.0；效率=6472%；軸功率為3.845.35kw；所配電機(jī)功率為7.5kwF型耐腐蝕離心泵性能范圍圖離心耐腐蝕泵的型號(hào)意義及外形圖F型泵的主要參數(shù)選擇驗(yàn)算泵的理論功率：泵的實(shí)際功率：則在軸功率范圍內(nèi)，故選擇適合。20時(shí)，硝基苯的運(yùn)動(dòng)粘度為故粘度對(duì)流量、揚(yáng)程和效率的影響，可忽略不計(jì)，所選80F-24型耐腐蝕離心泵是適合的。20cSt（三）選擇設(shè)備解析、選擇設(shè)備的基本要求（1）滿足工藝要求。主要包括質(zhì)量、產(chǎn)量、有合理的溫度等參數(shù)

11、 的檢測(cè)與控制系統(tǒng)，操作方便可靠。（2）設(shè)備結(jié)構(gòu)上的要求：合理的強(qiáng)度，足夠的剛度，良好的耐腐蝕性，可靠的密封性。（3）技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：生產(chǎn)強(qiáng)度，消耗系數(shù)，設(shè)備價(jià)格，管理費(fèi)用。2、選擇設(shè)備的具體任務(wù)（1）正確選用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，提出具體的規(guī)格、型號(hào)（2）全車(chē)間乃至全廠的設(shè)備能力平衡統(tǒng)計(jì)（4）提供設(shè)備平面立體布置、管道等施工圖階段設(shè)計(jì)的詳細(xì)資料（3）編制設(shè)備一覽表（三）選擇設(shè)備解析3、選擇設(shè)備的步驟與計(jì)算方法選擇設(shè)備的步驟 選擇類(lèi)型：同功能的設(shè)備常有多種，從中選取合適類(lèi)型 確定規(guī)格：按物料衡算、能量衡算數(shù)據(jù)和設(shè)備初步配置方案等，確定設(shè)備規(guī)格。同時(shí)還要考慮臺(tái)數(shù)。 檢驗(yàn)計(jì)算：對(duì)設(shè)備的某些關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)算 考慮

12、特殊事項(xiàng)：即提出在安裝、操作、維護(hù)等過(guò)程中必須注意的特殊事項(xiàng)臺(tái)數(shù)的計(jì)算方法（三）選擇設(shè)備解析5.2.2 貯罐的選型和設(shè)計(jì)一、貯罐的分類(lèi)及存貯量的確定 根據(jù)用途，貯罐可分為：原料、成品、中間貯罐，回流罐、計(jì)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?cè)莘e，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13個(gè)月的耗用量貯存，車(chē)間的原料貯罐一般至少半個(gè)月的用量貯存。 2. 成品貯罐 按工廠短期停車(chē)仍能保證滿足市場(chǎng)需求來(lái)確定存貯量；液體產(chǎn)品貯罐常按至少貯存一周的產(chǎn)品產(chǎn)量設(shè)計(jì)。液體貯罐的裝載系數(shù)一般取0.8。 3. 中間貯罐 對(duì)連續(xù)過(guò)程視情況貯存幾小時(shí)至幾天的用量，對(duì)間

13、歇生產(chǎn)過(guò)程，至少應(yīng)考慮存貯一個(gè)班的生產(chǎn)用量。 4. 計(jì)量罐 一般考慮最少為1015min，多則2h或4h產(chǎn)量。計(jì)量罐的裝料系數(shù)一般取0.60.7，刻度的使用度常為滿量程的80%85%。 5. 回流罐 一般考慮510min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(shè)備510min的用量，有時(shí)可超過(guò)15min用量，以備緊急時(shí)有充裕時(shí)間處理故障、調(diào)節(jié)流程或關(guān)停機(jī)器。 7. 汽化罐 汽化罐的汽化空間通常是總?cè)莘e的一半。汽化空間的體積可根據(jù)物料汽化速度來(lái)估計(jì)，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(shí)間應(yīng)考慮使

14、液體在罐內(nèi)有充分時(shí)間接近氣液平衡狀態(tài)，應(yīng)視工藝要求選擇液體在罐內(nèi)的停留時(shí)間。 9. 混合、拼料罐 混拼罐的大小，根據(jù)工藝條件而定，考慮若干批的產(chǎn)量，裝料系數(shù)約70%。 10. 包裝罐 包裝罐可視同于中間貯罐。要根據(jù)工藝條件和要求，貯存條件等決定其有效容積。不同場(chǎng)合，裝料系數(shù)不一樣，一般為0.60.8。 二、貯罐設(shè)計(jì)的一般程序 1. 匯集工藝設(shè)計(jì)參數(shù)2. 貯罐材質(zhì)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(tái)數(shù)和基本尺寸6. 選擇標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)7. 貯罐的管口方位和支承方式的確定8. 繪制設(shè)備草圖，標(biāo)注尺寸，提出設(shè)計(jì)條件和訂貨要求。1. 符合規(guī)定的工藝操作條件 2. 安全可

15、靠3. 安裝、操作及維修方便4. 經(jīng)濟(jì)合理5. 盡量選用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)系列 5.2.3 換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)和選用一、換熱器設(shè)計(jì)和選用的一般原則5.2.3 換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)和選用二、換熱器的類(lèi)型及性能比較5.2.3 換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)和選用二、換熱器的類(lèi)型及性能比較由于換熱設(shè)備應(yīng)用廣泛，國(guó)家現(xiàn)在己將多種換熱器包括管殼式、板式換熱器和石墨換熱器系列化，采用標(biāo)準(zhǔn)圖紙進(jìn)行系列化生產(chǎn)。各型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)圖紙可到有關(guān)設(shè)計(jì)單位購(gòu)買(mǎi)，有的化工機(jī)械廠已有系列標(biāo)準(zhǔn)的各式換熱器供應(yīng)，這給換熱器的選型帶來(lái)了很多方便。三、換熱器的系列化5.2.3 換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)和選用已形成標(biāo)準(zhǔn)系列的換熱器有：固定管板式換熱器(JBT471592)、立式

16、熱虹吸式重沸器(JBT4716一92)、鋼制固定式薄管板列管換熱器(HG 2150392)、浮頭式換熱器和冷凝器(JBT471492)、U型管式換熱器(JB471792)、螺旋板式換熱器(JBT472392)、列管式石墨換熱器(HG5132080)、YRA型圓塊孔式石墨換熱器(HG 5132180)、矩形塊孔式石墨換熱器(HG 5132280)。5.2.3 換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)和選用三、換熱器的系列化在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)系列換熱器，這樣做不僅給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)方便，對(duì)于工程進(jìn)度和投資也是有利的。其選用的大致程序如下：四、系列標(biāo)準(zhǔn)換熱器的選用1、分析設(shè)計(jì)任務(wù)即根據(jù)工藝特點(diǎn)，掌握基本數(shù)據(jù)，如流量、進(jìn)

17、出口溫度、操作壓力、物性數(shù)據(jù)及流體的腐蝕性與懸浮物含量等。5.2.3 換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)和選用2、制定設(shè)計(jì)方案即選擇換熱器的型式；確定哪股流體走管程，哪股流體走殼程3、設(shè)計(jì)計(jì)算確定和計(jì)算平均溫差t m，即確定終端溫差，根據(jù)化學(xué)工程有關(guān)公式，算出平均溫差；計(jì)算熱負(fù)荷Q；估計(jì)污垢熱阻系數(shù)并初算出傳熱系數(shù)K；算出總傳熱面積A；調(diào)整溫度差，再算一次傳熱面積。 4、選用系列換熱器，并驗(yàn)算換熱器的壓力降 四、系列標(biāo)準(zhǔn)換熱器的選用5.2.3 換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)和選用五、非系列標(biāo)準(zhǔn)換熱器的設(shè)計(jì)1、分析設(shè)計(jì)任務(wù)2、制定設(shè)計(jì)方案3、設(shè)計(jì)計(jì)算 計(jì)算兩股流體的定性溫度，查出定性下有關(guān)的物性數(shù)據(jù) 計(jì)算熱負(fù)荷Q 計(jì)算平均溫差tm

18、 假定傳熱系數(shù)K 由Q、tm及K值計(jì)算所需傳熱面積A5.2.3 換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)和選用3、設(shè)計(jì)計(jì)算由A初定設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸：如管數(shù)、管板厚度、殼方流通面積等。計(jì)算初定設(shè)備的管方、殼方流體的對(duì)流給熱系數(shù)選取管方及殼方的污垢熱阻系數(shù)計(jì)算初定設(shè)備內(nèi)的傳熱系數(shù)確定換熱器進(jìn)出口尺寸驗(yàn)算流體壓力降，如超出許可值就要修改設(shè)計(jì)重新計(jì)算5.2.3 換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)和選用五、非系列標(biāo)準(zhǔn)換熱器的設(shè)計(jì)六、管殼式換熱器的設(shè)計(jì)步驟1. 分析設(shè)計(jì)任務(wù)，匯總設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)2. 設(shè)計(jì)換熱流程3. 選擇換熱器的材質(zhì)4. 確定換熱器類(lèi)型5. 確定冷熱流體的流向6. 計(jì)算平均傳熱溫差tm7. 計(jì)算熱負(fù)荷Q8. 估計(jì)污垢熱阻系數(shù)9. 初算總傳熱面積

19、A 10. 參照標(biāo)準(zhǔn)系列，初選換熱器11. 校核12. 驗(yàn)算換熱器的壓力降13. 畫(huà)出換熱器設(shè)備草圖5.2.3 換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)和選用例題：可以達(dá)到要求。5.2.4.1塔設(shè)備的選型與設(shè)計(jì)按接觸方式連續(xù)（微分）接觸式填料塔逐級(jí)接觸式板式塔一、塔設(shè)備設(shè)計(jì)的基本要求 生產(chǎn)能力大，氣液處理量大。 具有較高的傳質(zhì)、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(fù)荷有較大波動(dòng)時(shí)仍能在較高的傳質(zhì)效率下穩(wěn)定操作，且能長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 流體流動(dòng)的阻力或壓力降小，降低生產(chǎn)中的動(dòng)力消耗和經(jīng)常性的操作費(fèi)用的要求。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，材料耗用量小，制造安裝容易，設(shè)備的投資費(fèi)用低。 耐腐蝕，不易堵塞，操作方便，易于檢

20、修。 抓住主要矛盾，最大限度滿足工藝要求二、塔類(lèi)型的選擇板式塔填料塔壓降較大小尺寸填料較大；大尺寸填料及規(guī)整填料較小空塔氣速較大小尺寸填料較??；大尺寸填料及規(guī)整填料較大塔效率較穩(wěn)定，效率較高傳統(tǒng)填料低；新型亂堆及規(guī)整填料高持液量較大較小液氣比適應(yīng)范圍較大對(duì)液量有一定要求安裝檢修較易較難材質(zhì)常用金屬材料金屬及非金屬材料均可造價(jià)大直徑時(shí)較低新型填料投資較大填料塔和板式塔主要性能對(duì)比新型填料塔及規(guī)整填料塔競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)。 三、填料塔設(shè)計(jì)程序 (1) 匯總設(shè)計(jì)參數(shù)和物性數(shù)據(jù)。(2) 選用填料。填料是填料塔內(nèi)汽一液接觸的核心元件。填料類(lèi)型和填料層的高度直接影響傳質(zhì)效果。因而，選擇填料是填料塔設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)

21、容。(3) 確定塔徑D (4) 計(jì)算填料塔壓降 (5) 驗(yàn)算。 保證UUmin，負(fù)責(zé)重新調(diào)整計(jì)算。(6) 計(jì)算填料層高度Z。(7) 計(jì)算塔的總高度H H=Hd+Z+(n-1)Hf+Hb支撐板自由截面積填料空隙率，支撐板強(qiáng)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(pán)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(wǎng)除霧器、旋流板除霧器或干填料層 (9) 繪制塔設(shè)備結(jié)構(gòu)圖向設(shè)備專(zhuān)業(yè)提供工藝設(shè)計(jì)條件，繪制塔設(shè)備簡(jiǎn)圖，并標(biāo)注必要的尺寸，注明各管口的位置等。 (8) 塔內(nèi)附件的設(shè)計(jì)和選定三、填料塔設(shè)計(jì)程序 (5) 塔節(jié)上人孔、手孔的確定。(6) 塔高確定。(7)

22、 塔內(nèi)流體力學(xué)核算，作負(fù)荷性能圖。(8) 輔助裝置選型設(shè)計(jì)。(9) 繪制塔設(shè)備草圖和設(shè)備設(shè)計(jì)條件圖，包括支承、開(kāi)口方位、人孔、手孔位置等。(1) 匯總設(shè)計(jì)參數(shù)和物性數(shù)據(jù)。(2) 根據(jù)物料特性、分離要求確定塔板結(jié)構(gòu)。(3) 進(jìn)行工藝計(jì)算(4) 塔徑計(jì)算 四、板式塔設(shè)計(jì)程序5.2.4.2 干燥設(shè)備的選型與設(shè)計(jì)固體除濕方法機(jī)械除濕。物料濕分較多時(shí)，可先用離心、過(guò)濾等機(jī)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(jīng)氣相而轉(zhuǎn)入干燥劑內(nèi)； 供熱除濕(干燥)。用熱空氣或其它高溫氣體為介質(zhì)，使之流過(guò)物料表面，介質(zhì)向物料供熱并帶走

23、汽化的濕分。干燥的分類(lèi)按操作壓力分類(lèi)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(chǎng)合。按操作方式分類(lèi)連續(xù)式。生產(chǎn)能力大、產(chǎn)品質(zhì)量均勻、熱效率高、勞動(dòng)條件好。間歇式。適于處理小批量、多品種、干燥時(shí)間長(zhǎng)的物料。按供熱方式分類(lèi)傳導(dǎo)干燥（間接加熱干燥）。熱能通過(guò)壁面以傳導(dǎo)方式加熱濕物料。對(duì)流干燥（直接加熱干燥）。干燥介質(zhì)與濕物料直接接觸，并以對(duì)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(chǎng)內(nèi)，使其被加熱。干燥的分類(lèi)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(zhuǎn)筒干燥器5.氣流干燥器6.流化床

24、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(gè)步驟進(jìn)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(shè)備在工業(yè)中常使用的范圍來(lái)選擇。依據(jù)濕物料的特性、處理量以及對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)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(duì)污染的要求，含水量大小、濕法去除的難易程度等，對(duì)初選的設(shè)備形式依據(jù)其優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)性能作進(jìn)一步篩選。同時(shí)依據(jù)處理量選定操作方式，一般處理量小于50kg/h時(shí)，常采用間歇操作，大于1000kg/h時(shí)，常采用連續(xù)裝置。估計(jì)干燥器的設(shè)備成本和操作費(fèi)用

25、，作最終的選擇。5.2.5 化學(xué)反應(yīng)器的選型與優(yōu)化設(shè)計(jì)（一）反應(yīng)器分類(lèi)（二）工業(yè)反應(yīng)器的放大（三）反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容及設(shè)計(jì)要點(diǎn)（四）釜式反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)（五）固定床催化反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)（六）流化床反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)（一）反應(yīng)器分類(lèi)5.2.5 化學(xué)反應(yīng)器的選型與優(yōu)化設(shè)計(jì)管式反應(yīng)器 釜式反應(yīng)器塔式反應(yīng)器按反應(yīng)器的幾何構(gòu)形分類(lèi)按反應(yīng)物的相態(tài)分類(lèi)均相反應(yīng)器：如氣相均相、液相均相反應(yīng)器非均相反應(yīng)器：氣固相反應(yīng)器按操作方式分類(lèi)連續(xù)式反應(yīng)器間歇式反應(yīng)器半連續(xù)反應(yīng)器按反應(yīng)器內(nèi)物流流動(dòng)狀態(tài)分類(lèi)理想平推流反應(yīng)器理想全混流反應(yīng)器非理想流反應(yīng)器5.2.5 化學(xué)反應(yīng)器的選型與優(yōu)化設(shè)計(jì)（一）反應(yīng)器分類(lèi)常用的各類(lèi)反應(yīng)器示意圖如下

26、所示GM管式反應(yīng)器釜式反應(yīng)器板式塔填料塔鼓炮塔噴霧塔流化床固定床LGGGGGGGGGGGLLLLLLL常用反應(yīng)器適用反應(yīng)反應(yīng)器類(lèi)型 適 用 反 應(yīng)管式反應(yīng)器均相反應(yīng)，如熱裂解反應(yīng)釜式反應(yīng)器均相與多相反應(yīng)如氣液、液液、液固、氣固反應(yīng)塔式反應(yīng)器板式、填料塔用于氣液和液液反應(yīng)；鼓泡、噴霧塔用于氣液反應(yīng)固定床反應(yīng)器氣態(tài)均相-固態(tài)催化反應(yīng)；氣固、液固非催化反應(yīng)流化床反應(yīng)器氣固、液固、氣固催化或非催化反應(yīng)常用工業(yè)反應(yīng)器的類(lèi)型（二）工業(yè)反應(yīng)器的放大1、逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大模型試驗(yàn)中間試驗(yàn)工業(yè)規(guī)模 缺陷：周期長(zhǎng)且難以做到高倍數(shù)的放大2、數(shù)模放大其步驟： 實(shí)驗(yàn)室規(guī)模試驗(yàn)小型試驗(yàn)大型冷模試驗(yàn)中間試驗(yàn)上述四個(gè)階段中，都要使

27、用計(jì)算機(jī)對(duì)各步試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合和尋優(yōu)，檢驗(yàn)和修正數(shù)學(xué)模型，建立起用于設(shè)計(jì)的模型。5.2.5 化學(xué)反應(yīng)器的選型與優(yōu)化設(shè)計(jì)2C2H4+O2+4HCl 2C2H4Cl2+2H2O（三）反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容及設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1、反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容反應(yīng)器型式操作優(yōu)選條件幾何尺寸與工程放大化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性化學(xué)反應(yīng)傳遞特性生產(chǎn)規(guī)模C2H4（三）反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容及設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1、反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容2、反應(yīng)器設(shè)計(jì)要點(diǎn) 幾個(gè)關(guān)鍵詞 轉(zhuǎn)化率（收率、選擇性） 反應(yīng)時(shí)間 熱傳遞 材質(zhì) 逐級(jí)放大VS數(shù)學(xué)模型傳質(zhì)反應(yīng)傳熱優(yōu)化設(shè)計(jì)（四）釜式反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)1、釜式反應(yīng)器設(shè)計(jì)的系列化國(guó)家已有型和型反應(yīng)釜系列型釜：形狀上呈“矮胖

28、型”，長(zhǎng)徑比較小型釜：長(zhǎng)徑比較大，較瘦長(zhǎng)材質(zhì)：碳鋼、不銹鋼和搪瓷等規(guī)格：高壓反應(yīng)釜、真空反應(yīng)釜、常減壓反應(yīng)釜傳熱面積和攪拌形式都有規(guī)定。選型時(shí)，不符，可與廠家協(xié)商進(jìn)行修改。若沒(méi)有適用型號(hào)，可自行設(shè)計(jì)。5.2.5 化學(xué)反應(yīng)器的選型與優(yōu)化設(shè)計(jì)（四）釜式反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)2、設(shè)計(jì)步驟(1) 操作方式；(2) 匯總設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)； (3) 計(jì)算反應(yīng)釜體積；(4) 確定臺(tái)數(shù)和連接方式；(5) 反應(yīng)釜直徑和筒體高度、封頭確定；(6) 傳熱面積計(jì)算和校核夾套和加熱盤(pán)管；(7) 攪拌器設(shè)計(jì)如漿式、框式、錨式等；(8) 管口和開(kāi)孔設(shè)計(jì)；(9) 畫(huà)出反應(yīng)器設(shè)計(jì)草圖；3、釜式反應(yīng)器體積的計(jì)算連續(xù)反應(yīng)釜 V r = Q0V

29、 r 反應(yīng)釜有效體積，m3Q0 反應(yīng)釜入口液體的體積流量，m3/s或m3/h 空時(shí)，即物料在釜內(nèi)的平均停留時(shí)間，s ,min, h式中 CA0: 釜入口液體中關(guān)鍵組分A的濃度，mol/L; CAf: 釜出口液體中關(guān)鍵組分A的濃度，mol/L; XAf: 釜出口液體中關(guān)鍵組分A的轉(zhuǎn)化率; RAf: 反應(yīng)速率mol/(Ls或min或h).（四）釜式反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì) 4、優(yōu)化設(shè)計(jì)殼體最小表面積例：對(duì)體積為V的圓柱體，欲使其有最小的表面積，試求直徑 和高 （四）釜式反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)材料需要換熱面積風(fēng)載荷（四）釜式反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì) 4、優(yōu)化設(shè)計(jì)殼體最小表面積例：對(duì)體積為V的圓柱體，欲使其有最小的表面積，試求直

30、徑 和高 （五）固定床催化反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)1、固定床催化反應(yīng)器的類(lèi)型單段絕熱式 固定床 絕熱式 換熱式自熱式多段絕熱式非原料氣泠激式原料氣泠激式中間間接換熱式外熱式5.2.5 化學(xué)反應(yīng)器的選型與優(yōu)化設(shè)計(jì)多段絕熱式固定床催化反應(yīng)器非原料氣泠激式泠激劑原料產(chǎn)品產(chǎn)品原料原料氣泠激式間接換熱式產(chǎn)品原料（五）固定床催化反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)（五）固定床催化反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)(1) 匯總物料衡算和物性數(shù)據(jù)。(2) 計(jì)算床體體積。(3) 計(jì)算床高和直徑假設(shè)床層D，根據(jù)床層有效體積核算床層H，再估算催化劑堆積高度，驗(yàn)算氣速，保證反應(yīng)的停留時(shí)間。如果假設(shè)不合理，重新假設(shè)再試算。(4) 驗(yàn)算流體阻力和傳熱系數(shù)K。阻力，床層D，

31、動(dòng)力消耗實(shí)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(gè)操作體系。傳熱系數(shù)K一般取經(jīng)驗(yàn)值或中試值。(5) 繪制反應(yīng)器設(shè)計(jì)條件圖，決定床層和床底、床頂?shù)拈_(kāi)口方位、標(biāo)注尺寸等。、固定床催化反應(yīng)器催化劑用量的確定(1)空速法乙烯直接氧化制環(huán)氧乙烷所用的反應(yīng)器是外部換熱式固定床催化反應(yīng)器測(cè)得空速為5000m3(STP)/(m3cath)，要求所設(shè)計(jì)的反應(yīng)器進(jìn)口氣體流量為8900m3(STP)/h，求反應(yīng)器的催化劑堆體積。解：由空速計(jì)算式得（五）固定床催化反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)(2)模型法絕熱式固定床反應(yīng)器的催化劑用量用下列聯(lián)立模型方程可求解催化劑堆體積式中Vr: 催化劑的堆體積， m3（堆）或（堆

32、）;FA0: 反應(yīng)器進(jìn)口氣體中關(guān)鍵組分的摩爾流量；Kmol/h或mol/h; RA: 反應(yīng)速率，mol/（堆）hXA0: 進(jìn)口氣中關(guān)鍵組分A的轉(zhuǎn)化率 xAf:出口氣中關(guān)鍵組分A的轉(zhuǎn)化率 T0:反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度，K；:絕熱溫升（五）固定床催化反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)式中Ft:反應(yīng)氣體總摩爾流量，若忽略反應(yīng)過(guò)程中總物質(zhì)的量的變化，則等于進(jìn)口氣體總摩爾流量，kmol/h或mol/h;yA0:進(jìn)口氣體中關(guān)鍵組分A的摩爾分?jǐn)?shù);C pt氣體的平均摩爾熱容KJ/KmolK或J/molK;Hr:反應(yīng)熱，KJ/Kmol或J/mol（五）固定床催化反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì):絕熱溫升（六）流化床反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)1、流化床反應(yīng)器的構(gòu)造H

33、3H2H15.2.6 化學(xué)反應(yīng)器的選型與優(yōu)化設(shè)計(jì)（1）流化床直徑D（2）擴(kuò)大段直徑D（3）濃相段高度H1（4）稀相段高度H2（5）擴(kuò)大段高度H32、流化床反應(yīng)器主要尺寸的確定（1）流化床直徑D式中D流化床直徑，m V氣體的體積流量，m3/s u空床氣速，即流化床的操作氣速，m /s流化床的操作氣速可根據(jù)生產(chǎn)或試驗(yàn)數(shù)據(jù)選取，常用的操作氣速為0.21.0m/s也可用流化數(shù)來(lái)計(jì)算操作氣速，即 u = numf式中n 流化數(shù)；u mf 臨界流化速度，m /s（六）流化床反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)流化數(shù)n常根據(jù)物料特性和工藝要求參照實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)選定如：苯酐流化床的流化數(shù)n1040; 有些反應(yīng)的流化數(shù)n100或n20

34、0300; 石油催化裂化流化床的流化數(shù)n=3001000確定臨界流化速度u mf可用實(shí)測(cè)法和計(jì)算法用計(jì)算式求出臨界流化速度時(shí)若雷諾數(shù)Re mf5時(shí)，求出的u mf不必校正若Re mf5時(shí)，求出的u mf須校正(2)擴(kuò)大段直徑D2、流化床反應(yīng)器主要尺寸的確定2、流化床反應(yīng)器主要尺寸的確定（3）濃相段高度H1靜床高式中G cat：催化劑用量，kg; B:催化劑的堆密度，kg/m3（堆） D:流化床濃相段直徑，m 臨界流化速度 下的床層高度 H mf H0膨脹比，其計(jì)算方法和經(jīng)驗(yàn)值可從有關(guān)資料中查到。如對(duì)帶有擋板苯酐流化床：（4）稀相段高度H2可從它與流化床直徑的比H2D與流化床直徑D作成的關(guān)聯(lián)圖(

35、見(jiàn)下圖)查得：2、流化床反應(yīng)器主要尺寸的確定2、流化床反應(yīng)器主要尺寸的確定（5）擴(kuò)大段高度H3擴(kuò)大段高度主要是根據(jù)內(nèi)過(guò)濾管或內(nèi)旋風(fēng)分離器的安裝、檢修的需要確定。即根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)選取H33、流化床反應(yīng)器的傳熱裝置其型式有列管、鼠籠、管束和蛇管式單管式列管換熱器套管式列管換熱器（六）流化床反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)3、流化床反應(yīng)器的傳熱裝置鼠籠式換熱器管束式換熱器蛇管式換熱器3、流化床反應(yīng)器的傳熱裝置傳熱面積的計(jì)算熱負(fù)荷Q由熱量衡算式確定；總傳熱系數(shù)K可由各給熱系數(shù)求出， 但設(shè)計(jì)時(shí)常采用總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值。例確定萘氧化生產(chǎn)苯二甲酸酐流化床反應(yīng)器的主要工藝參數(shù)。已知條件為：（六）流化床反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)臨界流速計(jì)算式

36、得帶出速度計(jì)算式得H1公由有關(guān)表5.3 化工設(shè)備圖 化工設(shè)備圖是化工設(shè)備制造、安裝、使用、維修的重要技術(shù)文件，也是進(jìn)行技術(shù)交流、設(shè)備改造的工具。 一、化工設(shè)備圖的分類(lèi)(1) 設(shè)備總圖表示化工設(shè)備及附屬裝置全貌、組成和特性的圖樣。它應(yīng)表達(dá)設(shè)備各主要部分結(jié)構(gòu)特征、裝配連接關(guān)系、主要特征尺寸和外形尺寸，并寫(xiě)明技術(shù)要求，技術(shù)特性等技術(shù)資料。 (2) 裝配圖：表示化工設(shè)備的結(jié)構(gòu)、尺寸、各零部件間的裝配連接關(guān)系，并寫(xiě)明技術(shù)要求和技術(shù)特性等技術(shù)資料的圖樣。 (3) 部件圖：表示可拆或不可拆部件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、技術(shù)要求和技術(shù)特性等技術(shù)資料的圖樣。(4) 零件圖：表示化工設(shè)備零件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小及加工、熱處理、檢驗(yàn)等技術(shù)資料的圖樣。(5) 表格圖：用綜合列表方式表示結(jié)構(gòu)形狀相同、尺寸大小不同的化工設(shè)備、部件、零件的圖樣。 (6) 標(biāo)準(zhǔn)圖：經(jīng)國(guó)家有關(guān)主管部門(mén)批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化或系列化設(shè)備、部件或零件的圖樣。(7) 通用圖：經(jīng)過(guò)生產(chǎn)考驗(yàn)，結(jié)構(gòu)成熟，能重復(fù)使用的系列化設(shè)備、部件和零件的圖紙。 二、化工設(shè)備圖的基