工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

-.z.閥的種類及計(jì)算選型在化工裝置的管線系統(tǒng)中，閥是一個(gè)很重要的部件。其種類繁多，下面列出一些最常見的閥。球閥最普通；隔膜閥有破裂的可能；閘閥的使用場合有限；閥桿的上下位移有可能導(dǎo)致流體的泄漏。正是由于各種閥特性的原因，工程師在選擇閥時(shí)要格外注意。尤其在當(dāng)前許多精細(xì)化工，制藥，生物工程中，絕對不允許因?yàn)殚y泄漏的原因而使產(chǎn)品或環(huán)境受到污染。球閥(BallValves)球閥適用于經(jīng)常關(guān)閉的公用工程/工藝流體場合。流體直接通過球閥，并產(chǎn)生壓降。大多數(shù)球閥的密封圈是由起密封作用的尼龍或PTFE(聚四氟乙烯)制成，但要注意最大操作溫度及磨蝕流體對其的影響，否則采用石墨密封圈。閘閥(GateValves)閘閥通常有兩種形式：楔形閘板和平行閘板?？梢园惭b：暗閥桿(nonrisingstems),明閥桿內(nèi)螺紋(inside-risingstems)明閥桿外螺紋(outsiderisingstems)當(dāng)閥開啟時(shí)可以得到最小的壓降。閘閥用來阻止流體的流動，對流量不做任何調(diào)節(jié)。采用這種閥要注意當(dāng)閥關(guān)閉時(shí)，流體壓力的積累升高。這是由于冷流體的受熱膨脹，或流體內(nèi)部的化學(xué)反響引起流體和壁之間壓力的積累升高。解決方法是安裝泄壓閥。上圖中陰影局部是動作閥桿，升降式止回閥(LiftCheckValves〕止回閥通常用在嚴(yán)禁流體反向倒流的場合，或者用來降低流體壓力。當(dāng)上游壓力比下游壓力高(>0.35Kg/cm2)時(shí)，止回閥受力開啟。上游連續(xù)的高壓使止回閥保持開啟。如果流體停頓流動或反向倒流，彈簧或提升活塞使得止回閥關(guān)閉。一旦提升活塞封閉，較高的下游壓力使止回閥保持關(guān)閉。通常在提升活塞上放置一個(gè)較輕的彈簧，來幫助提升活塞封閉。升降式止回閥有三種設(shè)計(jì)：截止，立式和角式。立式升降式止回閥用在垂直管線中流體向上流動的場合。截止止回閥用在水平管線的場合。升降式止回閥不能用在流體中含有懸浮固體的場合。截止止回閥(GlobeCheckValves)立式止回閥(VerticalCheckValves)角式止回閥〔AngleCheckValves〕圖中箭頭所示為流體流動方向，虛線為閥體的位移運(yùn)動。碟閥(Butterflyvalves)占地面積小，密封好，扭距小。相對閘閥其壓降較大。圖中實(shí)體為操作閥桿，虛線箭頭所示為閥件轉(zhuǎn)動位置，實(shí)線所示為關(guān)閉位置，虛線所示為開啟位置。隔膜閥(DiaphragmValves)隔膜閥利用一個(gè)隔膜作為關(guān)閉器件。因?yàn)楦裟げ牧鲜腔瘜W(xué)降解的，所以要注意操作條件限于低壓及溫度范圍。隔膜閥可以調(diào)節(jié)大多數(shù)氣體和液體的流量。有堰式和直通式兩種。由于隔膜的磨損及破裂，調(diào)節(jié)用的隔膜閥需要經(jīng)常維護(hù)。當(dāng)使用隔膜閥時(shí)，要清楚操作壓力和溫度是否在隔膜材料的使用范圍之內(nèi)。對于工藝要求閥件內(nèi)不能有死角的場合，選用隔膜閥較好。直通式隔膜閥壓降小。堰式(WeirConfiguration)直通式(Straight-throughConfiguration)隔膜止回閥(Diaphragmcheckvalve)還有許多用于不同場合,不同功能的閥：切斷閥(Stopvalve)底閥(FootValve)平安閥(SafetyValve)管道盲板閥(LineBlindValve)減壓閥(ReducingValve)調(diào)節(jié)閥(RegulatingValve)換向閥(ChangeValve)三通閥(T-portValve)針閥(NeedleValve)旋塞閥(CockValve)蓋閥(FlatValve)快開/關(guān)閥(QuickOpening/ClosingValve)軟管閥(PinchValve)放凈閥(OutletValve)自動排液閥(Self-drainingValve)電磁閥(SolenoidValve)滴流閥(trickleValve)旁通閥(BypassValve)同徑閥(FullwayValve)泄壓閥(ReliefValve)熱膨脹閥(ThermoE*pansionValve)計(jì)算孔板口徑與壓降的關(guān)系：參見"控制閥選型計(jì)算Cv〞參見"限流孔板計(jì)算程序試用版〞-.z.計(jì)算不可壓縮流體管道的管徑(一)管徑的初步選擇(1)根據(jù)流體的性質(zhì)，按照工藝過程的要求，可從表"流體的流速和壓力降推薦值〞或?qū)嶋H經(jīng)歷數(shù)據(jù)選定流速及允許壓力降值，同時(shí)，估計(jì)管道的長度(包括管件的當(dāng)量長度)，初選管徑。(2)據(jù)SHJ35-91規(guī)定，當(dāng)采用流體輸送設(shè)備(如泵、壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)或通風(fēng)機(jī))或管道一端的壓力由管道的阻力降確定時(shí)，管道的內(nèi)徑應(yīng)根據(jù)每百米計(jì)算管長的最大阻力降控制值計(jì)算，并選取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的管徑。(二)阻力降的計(jì)算和管徑確實(shí)定(1)阻力降的計(jì)算：管徑在初步選擇后，可計(jì)算管道的阻力降。對于允許阻力降限制比擬嚴(yán)格的管道，須進(jìn)展詳細(xì)的管道阻力降計(jì)算，應(yīng)進(jìn)展直管阻力降和閥門、管件等的局部阻力降計(jì)算。(2)直管的阻力系數(shù)應(yīng)根據(jù)雷諾數(shù)和管壁的絕對粗糙度求取或按公式計(jì)算。①流體流動狀態(tài)確實(shí)定，流動狀態(tài)可用雷諾數(shù)Re表示。②直管的阻力系數(shù)可根據(jù)雷諾數(shù)計(jì)算。③管壁的絕對粗糙度可按表取值。(3)局部阻力降計(jì)算：①閥門和管件的局部阻力降可按當(dāng)量長度法或局部阻力系數(shù)法計(jì)算。a.當(dāng)量長度法：因局部阻力而導(dǎo)致的壓力降，相當(dāng)于流體通過其一樣管徑的*一長度直管的壓力降，此直管長度稱為當(dāng)量長度。b．局部阻力系數(shù)法:②調(diào)節(jié)閥的阻力降宜取正常流量下管道系統(tǒng)阻力降的30％，但在流量比擬平穩(wěn)的管系中可取管道系統(tǒng)阻力降的20％。有特殊要求的調(diào)節(jié)閥，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)條件和調(diào)節(jié)閥的特性確定其阻力降。③按正常生產(chǎn)條件下的最大流量計(jì)算管道的阻力降，當(dāng)不能確定設(shè)計(jì)的最大流量時(shí)，可根據(jù)正常流量計(jì)算的直管的阻力降與閥門管件等的局部阻力降之和的1.2倍。④流體由管道進(jìn)入容器(出管口)或由容器進(jìn)入管道(入管口)處的壓力降可按公式計(jì)算。(三)最終管徑確實(shí)定管徑應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的管線長度和閥門、管件數(shù)量及初選的管徑，經(jīng)過阻力降計(jì)算并與管道的允許阻力降比擬后確定。當(dāng)計(jì)算的管道阻力降小于管道允許的阻力降時(shí)，初選的管徑即可以采用，否則應(yīng)向較大規(guī)風(fēng)格整管徑，并進(jìn)展阻力降復(fù)核。計(jì)算可壓縮流體管道的管徑氣體在管道內(nèi)的流動過程，因速度高而導(dǎo)致壓力降較大時(shí)，氣體的密度將產(chǎn)生顯著的變化，當(dāng)管道末端的壓力小于始端壓力的80％時(shí)，應(yīng)按可壓縮流體的計(jì)算方法選擇管徑和計(jì)算壓力降。理想氣體在溫度不變的情況下流動時(shí)，稱之為等溫流動，當(dāng)管內(nèi)氣體和管壁間的熱交換可以忽略不計(jì)時(shí)，稱之為絕熱流動。實(shí)際上，氣體在管內(nèi)的流動既非等溫、又非絕熱，而是一種多變過程。管長大于1000倍管內(nèi)徑的不隔熱管道，應(yīng)按氣體在管內(nèi)進(jìn)展等溫流動計(jì)算；隔熱管道和長度小于1000倍管內(nèi)徑且不隔熱的管道，可按絕熱流動計(jì)算。在同一管道內(nèi)，氣體按等溫或絕熱流動計(jì)算所得到的流通能力是不同的。絕熱流動的能力比等溫流動的能力大20％左右，但等溫流動計(jì)算方法較簡單，在工程設(shè)計(jì)時(shí)，如果用等溫流動計(jì)算絕熱流動管道，其結(jié)果偏于平安，也是允許的。(SHJ35-91只要求按等溫流動進(jìn)展計(jì)算)。(一)管徑的初步選擇1．馬赫(Mach)數(shù)的控制值可壓縮流體在管道內(nèi)流動時(shí)，流速和馬赫數(shù)隨始端距離的增長而增大，初選管徑時(shí)，先要按馬赫數(shù)的控制值計(jì)算氣體質(zhì)量流速?？蓧嚎s氣體在一般常用管道末端的馬赫數(shù)控制值小于0.3；在特殊管道和緊急泄放管道末端的馬赫數(shù)控制值不應(yīng)大于0.7。2．氣體流動的馬赫數(shù)氣體在管道內(nèi)流動時(shí)的馬赫數(shù)是氣體介質(zhì)流速與聲速之比。馬赫數(shù)與相應(yīng)的壓力有關(guān)，可由氣體在管道末端的馬赫數(shù)控制值計(jì)算出管道始端的馬赫數(shù)控制值。3．管徑最小控制值根據(jù)馬赫數(shù)控制值求得的氣體質(zhì)量流速，再按公式計(jì)算管徑最小控制值。按管徑最小控制值，圓整到管材的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，確定試選管徑，然后按公式計(jì)算氣體的質(zhì)量流速。當(dāng)管道上設(shè)置截面收縮的閥門(如截止閥、角閥等)或孔板時(shí)，應(yīng)按公式核算截面收縮處所能通過的最大質(zhì)量流量。閥門或孔板前所能通過的最大質(zhì)量流量必須大于或等于設(shè)計(jì)的質(zhì)量流量。(二)最終確定管徑按所選管徑計(jì)算的質(zhì)量流速應(yīng)滿足公式要求。如能滿足上述要求，即為最終確定管徑，否則應(yīng)另選較大規(guī)格的管徑進(jìn)展核算；直到滿足要求。計(jì)算輸送氣體、其他介質(zhì)管道的管徑據(jù)SHJ35-91的規(guī)定，應(yīng)按以下原則選擇：(1)當(dāng)輸送氣體管道進(jìn)出口端的壓差小于進(jìn)口端絕對壓力的20％時(shí)，可按不可壓縮流體計(jì)算管徑。流體的密度或比容按規(guī)定取值。①管道進(jìn)出口端壓差小于進(jìn)口絕對壓力的10％時(shí)，可取進(jìn)口端或出口端的密度或比容值；②管道進(jìn)出口端壓差大于進(jìn)口絕對壓力的10％時(shí)，應(yīng)取平均壓力下的密度或比容值。(2)當(dāng)輸送氣體管道進(jìn)出口端的壓差大于進(jìn)口端絕對壓力的20％時(shí)，管徑應(yīng)按可壓縮流體的計(jì)算方法計(jì)算。(3)當(dāng)輸送有聚合、分解、化合反響而可能發(fā)生危險(xiǎn)的介質(zhì)時(shí)，應(yīng)按平安流速計(jì)算管徑，平安流速應(yīng)根據(jù)有關(guān)平安規(guī)定或生產(chǎn)經(jīng)歷數(shù)據(jù)選定；(4)當(dāng)輸送懸浮固體顆粒的液體時(shí)，管道應(yīng)按常用流速計(jì)算管徑，常用流速應(yīng)符合要求。(5)裝置范圍內(nèi)，汽車罐車裝油管的流速應(yīng)滿足要求。流體在管道內(nèi)的流速、最大壓力損失推薦值在設(shè)計(jì)工作中，要根據(jù)不同的適用場合、范圍，參考、選取以下標(biāo)準(zhǔn)、手冊中推薦的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。(1)"工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)"(GB50316)規(guī)定的常用管內(nèi)流速范圍。(2)"石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊"的流體的流速和壓力降推薦值。(3)"石油化工企業(yè)工藝裝置管徑選擇導(dǎo)則"(SHJ35-91)規(guī)定：每百米管長的最大阻力降控制值；輸送腐蝕性介質(zhì)的管道，應(yīng)采用最大流速計(jì)算管徑，即腐蝕性介質(zhì)的最大流速；輸送低于大氣壓的蒸汽管道，宜按最大流速計(jì)算管徑，即低于大氣壓的蒸汽管道最大流速；由于尚不具備條件，這里沒有規(guī)定平安流速數(shù)據(jù)。(4)"化學(xué)工程手冊"關(guān)于"流體流動〞的篇章中提供了一些氣體的流動數(shù)據(jù)：乙烯、乙炔氣、氫、氧氣、乙醚、苯、二硫化碳、甲醇、乙醇、汽油及丙酮。(5)"石油庫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)"(GB50074-2000)中提供了一些液體的流動數(shù)據(jù)：汽油、煤油、輕柴油、重柴油、重油、成品油及可燃性液體。(6)"液體石油產(chǎn)品靜電平安規(guī)程"(GB13348-92)中提供了一些液體石油產(chǎn)品的裝油速度：油罐注油、汽車罐車注油、鐵路油罐車的裝油及飛機(jī)注油。(7)"油庫設(shè)計(jì)"里提供了不同粘度的油品，在管路中的經(jīng)濟(jì)流速，即油品在管路中的經(jīng)濟(jì)流速。管徑和管道壓力損失計(jì)算的準(zhǔn)則(1)管徑確實(shí)定應(yīng)按正常生產(chǎn)條件下介質(zhì)的最大流量考慮，其最大壓力損失應(yīng)不超過工藝允許值，其流速應(yīng)位于根據(jù)介質(zhì)的特性所確定的平安流速的范圍內(nèi)。(2)綜合權(quán)衡建立費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用。一般應(yīng)在允許壓力損失的前提下盡可能選用較小管徑，特別是對大直徑、厚壁、合金鋼等管道，管徑更需慎重對待以節(jié)省投資。但是管徑太小則介質(zhì)流速增高、摩擦阻力增大、增加了機(jī)、泵的投資和功率消耗，從而增加運(yùn)行費(fèi)用，因此應(yīng)進(jìn)展比擬，取其最正確值。(3)不同流體按其性質(zhì)、狀態(tài)和操作要求的不同，宜選用不同的流速。粘度較高的液體摩擦阻力較大，宜選用較低的流速；允許壓力損失較小的管道，例如常壓自流管道和輸送泡點(diǎn)狀態(tài)液體的泵入口管道，宜選用較低流速；允許壓力損失較大或介質(zhì)粘度較小的管道一般選用較高流速。對容易堵塞的流體不宜采用DN<25mm的管道；為防止因流速過高而引起管道的沖蝕、磨損、振動和噪聲等現(xiàn)象，液體流速一般不宜超過4m/s；氣體流速一般不超過其臨界速度的85％；真空下最大流速不超過lOOm/s；含有固體物質(zhì)的流體其流速不應(yīng)過低，以免固體沉積在管內(nèi)而堵塞管道，但也不應(yīng)過高，以免加速管道的磨損或沖蝕。(4)當(dāng)允許壓力損失一樣時(shí)，小流率介質(zhì)管道應(yīng)選用較小流速；大流率可選用較高流速。(5)選用符合管材的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。對于工藝管道，不推薦選用DN32、65、125的管子。平安閥的公稱壓力、開啟壓力、排放壓力、回座壓力、啟閉壓差？鍋爐壓力容器平安閥的開啟壓力是如何規(guī)定的？平安閥的公稱壓力表示平安閥在常溫狀態(tài)下的最高許用壓力，高溫設(shè)備用的平安閥不應(yīng)考慮高溫下材料許用應(yīng)力的降低。平安閥是按公稱壓力標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展設(shè)計(jì)制造的。開啟壓力：也叫整定壓力，是平安閥閥瓣在運(yùn)行條件下開場升起時(shí)的介質(zhì)壓力。排放壓力：閥瓣到達(dá)規(guī)定開啟高度時(shí)進(jìn)口側(cè)的壓力。回座壓力：平安閥排放后，閥瓣重新壓緊閥座，介質(zhì)停頓排出時(shí)的進(jìn)口壓力?；刈鶋毫κ潜碚髌桨查y使用品質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù)，一般要求它至少為工作壓力的80％，上限以不產(chǎn)生閥瓣頻繁跳動為宜。啟閉壓差：開啟壓力和回座壓力之差。對鍋爐和過熱器的平安閥的開啟壓力規(guī)定如下：(1)額定蒸汽壓力小于1.27MPa時(shí)，開啟壓力分別為工作壓力+0.02MPa和工作壓力+0.04MPa；(2)額定蒸汽壓力大于1.27MPa，但小于3.82MPa時(shí)，開啟壓力分別為1.04倍的工作壓力和1.06倍的工作壓力；(3)額定蒸汽壓力大于3.82MPa時(shí)，開啟壓力分別為1.05倍工作壓力和1.08倍工作壓力。省煤器平安閥的開啟壓力為省煤器工作壓力的1.5倍。壓力容器平安閥的開啟壓力不得超過壓力容器的設(shè)計(jì)壓力。工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之二十五：孔板流量計(jì)早期的文丘里流量計(jì)是一種可靠的流量測試裝置。而且，它只有很微小的壓力損失。因此它被廣泛的應(yīng)用，尤其適用于大體積容量的液體和氣體工況。但是這種流量計(jì)在構(gòu)造上相對復(fù)雜，造價(jià)較高。所以在小管線上的測量，由于本錢原因更少采用。因此更簡單的孔板流量計(jì)應(yīng)運(yùn)而生?？装辶髁坑?jì)包括一個(gè)扁平的、帶有圓形鉆孔的孔板?？装宓纳?、下游位置上分別設(shè)置有取壓點(diǎn)。流量系數(shù)就取決于取壓點(diǎn)的位置。取壓點(diǎn)類型上游取壓點(diǎn)距孔板面的距離下游取壓點(diǎn)距孔板面的距離法蘭一英寸一英寸縮脈一個(gè)管徑(實(shí)際內(nèi)徑)0.3到0.8個(gè)管徑，取決于值管子2.5倍公稱管徑8倍公稱管徑孔板流量計(jì)原理與文丘里流量計(jì)是一樣的。流動介質(zhì)在通過孔板時(shí)，橫截面積縮小導(dǎo)致消耗壓頭的速度頭增大，壓力計(jì)測量出取壓點(diǎn)之間的壓力降值，伯努利方程說明了速度頭的增加與壓頭減少的關(guān)聯(lián)：這里β=Db/Da=(Ab/Aa)0.5不同于文丘里流量計(jì)的是，流通面積從截面"a〞處的Aa減少至孔板開口橫截面(Ao)，再到縮脈斷面Ab通過關(guān)聯(lián)式中的縮脈系數(shù)Cc可以從孔板面積得出縮脈面積。Cc=Ab/Ao因此vbAb=voAo,i.e.,vo=vbCc將值A(chǔ)b=CcAo代入前式：用出口系數(shù)(孔板系數(shù))計(jì)算出流量計(jì)中的摩擦損失和參數(shù)Cc、通過管子的流量Q：Co是隨著Ao/Aa比值幾雷諾數(shù)變化的。雖然在低雷諾數(shù)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)孔板系數(shù)(Co)變化很大，但可以取雷諾數(shù)超過10000時(shí)的值為0.61。恒定的壓力損失取決于β值(β=Do/Da)，當(dāng)=0.5時(shí)，損失的壓頭約占孔板總壓降73%。工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之二十：反響器1．反響速率數(shù)據(jù)必須由實(shí)驗(yàn)室的研究工作得出，停留時(shí)間和空速數(shù)據(jù)的最終確定必須在試驗(yàn)臺上取得。2．催化劑顆粒的尺寸：流化床一般為0.1mm，泥漿床一般為1mm，固定床一般為2~5mm。3．對于均相全混釜反響器，輸入攪拌漿的功率應(yīng)該為0.1~0.3kW/m3。然而如果有傳熱發(fā)生，則所需功率應(yīng)該三倍于上述數(shù)值。4．當(dāng)平均停留時(shí)間到達(dá)組分均一所需時(shí)間的5~10倍時(shí)，就到達(dá)了CSTR的理想狀態(tài)。適當(dāng)設(shè)計(jì)的攪拌約500~2000次旋轉(zhuǎn)，才能到達(dá)組分均一。5．液體或者淤漿介質(zhì)間相當(dāng)慢的反響，通常最經(jīng)濟(jì)的配置應(yīng)該采用3~5個(gè)全混釜反響器串聯(lián)。6．平推流反響器的典型應(yīng)用，在高流率產(chǎn)出物及短停留時(shí)間，當(dāng)需要明顯的熱量傳遞時(shí)選擇它。7．當(dāng)?shù)竭_(dá)平衡條件下95%的轉(zhuǎn)化率時(shí)，一個(gè)5級全混釜反響器相當(dāng)于一個(gè)活塞流反響器的性能。8．溫度升高10oC，通常反響速率會加快一倍。9．非均相反響的反響速率經(jīng)常是由傳熱或傳質(zhì)因素控制的，而不是化學(xué)動力學(xué)。10．有時(shí)，改善催化劑選擇性能比增加反響速率更有效。工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之十九：填料塔1.填料塔的壓降總是比相應(yīng)的板式塔要低。2.經(jīng)常采用規(guī)整填料來改造現(xiàn)有板式塔，以提高產(chǎn)能或者別離要求。3.對于氣相流率為14m3/min時(shí)，宜選用25mm規(guī)格的填料；對于氣相流率為57m4.塔徑與填料直徑的比值通常應(yīng)該大于15。5.為防止被壓扁，塑料填料層單段高度宜限制在3~4m，而金屬填料床層單段可高達(dá)6~7.66.對于鮑爾環(huán)填料，沿塔高每間隔5~10倍塔徑時(shí)，就應(yīng)該設(shè)置液體再分布器；對于其它散堆填料，每間隔6.5m7.大于900mm塔徑的液體再分布器噴淋頭，約為塔截面積上86~130個(gè)/m2；小塔中的噴嘴密度還應(yīng)更大些。8.填料塔操作泛點(diǎn)率應(yīng)該在70%左右。9.對于氣液吸收塔的理論板當(dāng)量高度(HETS)，25mm鮑爾環(huán)為0.4~0.56m；50mm鮑爾環(huán)為0.76~0.910.設(shè)計(jì)壓降：工況壓降，Bar/m填料吸收和再生塔不發(fā)泡體系中等發(fā)泡體系0.002~0.0030.001~0.002氣體洗滌塔水為溶劑化學(xué)品溶劑0.003~0.0050.002~0.003常壓或加壓蒸餾塔0.003~0.007減壓蒸餾塔0.001~0.003任何體系的最大值0.008工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之十八：板式塔1。對于理想混合物，其相對揮發(fā)度可以取其純組分蒸汽壓的比值。2。塔的操作壓力主要取決于冷凝器中冷劑的冷凝溫度，以及再沸器中為防止工藝物流熱降解而允許的最高溫度。3。對于順序別離精餾塔系列：首先進(jìn)展最容易的別離(采用最小塔板數(shù)及最小回流比)如果相對揮發(fā)度及進(jìn)料組成變化不是很大，可一次將需要的產(chǎn)品精餾出塔頂。如果相對揮發(fā)度及進(jìn)料組成變化很明顯，按照其揮發(fā)度的降序排列，依次精餾出所需產(chǎn)品。如果進(jìn)料濃度變化很明顯，但是相對揮發(fā)度相差不多，按照其濃度的降序排列，依次精餾出所需產(chǎn)品。4。最經(jīng)濟(jì)的回流比通常在最小回流比的1.2~1.5倍之間。5。最經(jīng)濟(jì)的塔板數(shù)通常取最小理論板數(shù)的兩倍，而最小理論板數(shù)是由Fenske-Underwood關(guān)聯(lián)式?jīng)Q定的。6。通常塔盤設(shè)計(jì)中實(shí)際塔盤數(shù)目要比計(jì)算值充裕出10%。7。板間距應(yīng)該取450~610mm8。塔盤效率最高值通常在中等壓力下蒸氣線速度為0.6m/s真空條件下蒸氣線速度為1.8m/s。9。每塊塔盤的典型壓降為0.007bar。10。水溶液物系精餾的塔盤效率通常在60~90%，而氣體吸收和汽提塔的塔盤效率接近于10~20%。12。最常見的三類塔盤為浮閥、篩板和泡罩。泡罩適用于要求低漏液率的工況，其壓降比浮閥和篩板塔盤還要低。13。篩板塔盤篩孔直徑約為6~13mm，開孔面積約占塔盤總鼓泡面積的10%14。浮閥塔盤閥孔直徑為38mm，每平方米鼓泡面積中約設(shè)置130~15015。最普通的堰高為50~76mm，典型的堰長取塔徑值的75%16?；亓鞅玫妮斔湍芰?yīng)該有至少10%的設(shè)計(jì)余量。17。適宜的Kremser吸收因子通常在1.25~2.00之間。18?；亓鞴尥ǔＪ桥P式安裝，設(shè)計(jì)停留時(shí)間為5分鐘時(shí)充滿罐容積的一半。19。對大多數(shù)的塔，直徑至少為0.9m，其頂部應(yīng)該留1.2m底部應(yīng)該留1.8m高度的釜液累積排放和再沸器返回接口空間。20。由于風(fēng)載和根底的原因，塔高不宜超過為60m21。塔的長徑比一般不超過30，最好低于20。22。根據(jù)塔徑粗估再沸器熱負(fù)荷：Q=1.36×D2對于加壓精餾塔；Q=0.8×D2對于常壓精餾塔；Q=0.4×D2對于真空精餾塔。其中熱負(fù)荷Q，106kcak/hr；塔徑D，m工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之十七：換熱器1。熱交換器計(jì)算式Q=U×A×F×(LMTD)中LMTD的校正因子可取F=0.9。2。最常見的換熱管外徑為19、25、38mm，三角形排列，管長6000、3000、90003。當(dāng)管外徑為25mm，管長為6m，雙程固定管板式殼徑300mm的換熱器面積約為28殼徑600mm的換熱器面積約為119殼徑900mm的換熱器面積約為2834。換熱管內(nèi)液體流速應(yīng)該為1~3m/s；氣體流速應(yīng)該為9~30m5。帶有腐蝕、污濁、銹蝕或者高壓的流體通常安排在管內(nèi)側(cè)。6。粘性和冷凝的流體通常安排在管外殼側(cè)。7。對于蒸發(fā)工況，壓降約為0.1bar；其他工況約為0.2~0.68bar。8。管殼式換熱器中對于同端面管內(nèi)外流體的最小溫差約為10oC；對于冷劑約為5oC。9。涼水塔出口溫度通常為30oC，返水溫度不高于45oC。10。從參考文獻(xiàn)中可以找到許多管殼式換熱器中傳熱系數(shù)的估算式，參見本園地2000-12-22刊發(fā)的"如何設(shè)計(jì)換熱器及平均總傳熱系數(shù)U的初估〞。11。對于換熱面積為10~20m12。螺旋板換熱器通常用于泥漿及含有固體物料的工況。13。帶墊片的板式換熱器溫度可高達(dá)160oC，由于其高效傳熱及"交織溫差〞的特性，而被廣泛應(yīng)用。工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之十六：壓縮機(jī)和真空設(shè)備1。根據(jù)以下圖選擇壓縮機(jī)類型：2。風(fēng)扇用來升高壓力約3%；鼓風(fēng)機(jī)只能升高壓力不到2.75bar(表)；壓縮機(jī)則可以升到更高的壓力。3。理論上可逆絕熱功率估算式：功率=m×z1×R×T1×[(P2÷P1)a-1]÷a其中： T1為入口溫度；P1、P2為進(jìn)出口壓力；R為氣體普適常數(shù)∴z1為壓縮因子；m為摩爾流率；a=(k-1)/k，及k=Cp/Cv4。絕熱可逆流體的出口溫度T2=T1×(P2÷P1)a5。出口溫度不應(yīng)該超過204oC。6。對于雙原子氣體(Cp/Cv=1.4)的壓縮比約為4。7。對于多級壓縮，每一級的壓縮比應(yīng)該接近一樣。壓縮比=(Pn/P1)1/n共有n級壓縮。8。往復(fù)式壓縮機(jī)的效率：壓縮比為1.5時(shí)的效率為65%；壓縮比為2時(shí)的效率為75%；壓縮比為3~6時(shí)的效率為80~85%。9。入口流率為2.8~47m3/s的大型離心式壓縮機(jī)效率約為76~7810。活塞往復(fù)真空泵可以抽真空到1torr(絕)；活塞旋轉(zhuǎn)真空泵可以抽真空到0.001torr(絕).11。單級噴射泵可以抽真空到100torr(絕)；雙級可達(dá)10torr(絕)；三級可達(dá)1torr(絕)；五級可達(dá)0.05torr(絕)。12。三級噴射泵維持抽真空在1torr(絕)，每kg空氣需要100kg13。泄露進(jìn)真空設(shè)備中的空氣量=k×V2/3其中當(dāng)壓力大于90torr時(shí)，k=4.8；壓力在3～20torr時(shí)，k=1.9；壓力小于1torr時(shí)，k=0.6； V為真空設(shè)備的容積，m3；泄露進(jìn)真空設(shè)備的空氣量，kg/h工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之十五：泵1。用泵輸送液體所需要的功率：kW=1.67×[流率(m3/min)]×[壓降(bar)]÷效率2。NPSH=(在葉輪眼處的蒸氣壓力)÷(密度×重力常數(shù))通常為1.2~6.1m液柱的壓頭3。GPSA工程數(shù)據(jù)手冊的效率估算式：效率=80-0.2855××F×G2+0.000539×F2-0.000000639×F2×G+0.0000000004×F2×G2其中：F為壓頭，ft；G為流率，GPM。應(yīng)用范圍在F=50~300ft；G=100~1000GPM；偏差為3.5%4。離心泵：單級流量為0.057~18.9m3/min時(shí)，最大壓頭流量為0.076~41.6m3/min時(shí)采用多級，最大壓頭1675在流量為0.378m3/min時(shí)，效率為45%在流量為1.89m3/min時(shí)，效率為70%在流量為37.8m3/min時(shí)，效率為80%5。軸流泵用于流量為0.076~378m3壓頭可高達(dá)12m液柱，效率約為65~85%。6。旋轉(zhuǎn)泵用于流量為0.00378~18.9m3壓頭可高達(dá)15,200m液柱，效率約為7。往復(fù)泵用于流量為0.0378~37.8m3/min壓頭可高達(dá)300,000m功率為7.46kW時(shí)的效率約為70%；功率為37.3kW時(shí)的效率約為85%；功率為373kW時(shí)的效率約為90%。工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之十四：管道1。對于液體管線尺寸設(shè)計(jì):適宜的流速為1.5+0.004×Dm/s，泵出口端壓降約為0.04kg/cm2/100m管線。在泵入口端，流速為0.4+0.002×Dm/s，壓降約為0.008kg/cm2/100m管線。其中D為管線直徑，mm。2。對于蒸汽或者氣體管線尺寸設(shè)計(jì)：適宜的流速為0.24×Dm/s，壓降約為0.01kg/cm2/100m管線。3。過熱、干蒸汽、氣體管線的流速限制在61m/s及壓降0.1kg/cm2/飽和蒸汽管線的流速限制在37m/s以防止沖蝕。4。對于型鋼管線的壓降估算式：ΔP=35×M1.2μ0.2/(D4.2ρ)其中： P為摩擦阻力降，kg/cm2/100m當(dāng)量管線 M為質(zhì)量流率，kg/hrμ為管內(nèi)流體粘度，cPρ為管內(nèi)流體密度，kg/m3 D為管線內(nèi)徑，mm。對于光滑的換熱器鋼管，須用30替換35。5。對于兩相流，通常采用lockhart/Martinelli估算式，首先計(jì)算管線內(nèi)每一相單獨(dú)存在時(shí)的壓降，然后計(jì)算：*=[ΔPL/ΔPG]0.5則，總壓降計(jì)算如下：ΔP總=YLΔPL或者YGΔPG其中：YL=4.6*-1.78+12.5*-0.68+0.65 YG=*2YL6?？刂崎y至少需要0.69bar的壓降來正常地操作。7。管道法蘭的公稱壓力等級有10，20，40，103和175bar。8。截止閥通常適用于需要嚴(yán)密阻斷氣體介質(zhì)的場合，閘閥適用于其他大多數(shù)場合。9。螺紋管件適用于小于50mm10。管道表號為：其中 P為管道設(shè)計(jì)壓力，Psiσ為管材的許用工作壓力，Psi常用的管道表號為Sch=40。工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之十三：壓力容器和貯罐1。在-30oC到345oC之間的設(shè)計(jì)溫度，取最大操作溫度加上25oC的余量。2。一般情況下，設(shè)計(jì)壓力取最大操作壓力的110%或者在最大操作壓力值上再加0.69～1.7bar，取大者。最大操作壓力取正常操作壓力值加上1.7bar。3。對于真空操作，設(shè)計(jì)壓力取相對于全真空的1bar(表)壓力。4。保證罐體構(gòu)造平安的最小壁厚為：對于直徑為1.07m及以下尺寸的罐，壁厚取6.4mm對于直徑為1.07~1.52m尺寸的罐，壁厚取8.1m對于直徑為1.52m以上尺寸的罐，壁厚取9.7mm5。許用工作應(yīng)力取材料強(qiáng)度極限的1/4。6。最大許用工作應(yīng)力：溫度范圍-30~345oC400oC455oC540oC碳鋼SA2031290bar1070bar686bar273bar不銹鋼302SS1290bar1290bar1100bar431bar7。容器壁厚估算式：壁厚=(壓力×外曲率半徑)÷(許用應(yīng)力×焊接效率-0.6×壓力)+腐蝕余量其中：壓力為psi(表)；曲率半徑為英寸；應(yīng)力為psi；腐蝕余量為英寸。初始設(shè)計(jì)工況的焊接效率通常取0.85。8。腐蝕余量取值：腐蝕性介質(zhì)9mm非腐蝕性介質(zhì)4mm蒸汽罐或空氣槽1.5mm9。小于3.8m10。3.8～38m11。大于38m12。貯存低蒸氣壓的液體，采用浮頂罐。13。原料貯罐通常按30天供料設(shè)計(jì)。14。貯罐容積應(yīng)該設(shè)計(jì)為貨運(yùn)槽車容積的1.5倍。工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之十二：混合與攪拌1。中等攪拌程度的流體外表速度為0.03～0.06m/s，而強(qiáng)烈攪拌的流速為0.2～0.3m2。測量有擋板攪拌槽內(nèi)的攪拌強(qiáng)度，主要依據(jù)是所需動力和葉輪尖端速度：動力輸入葉端線速kW/m3m/s摻混0.033～0.082-均相反響0.082～0.2472.29～3.05帶傳熱的反響0.247～0.8243.05～4.57液～液混合0.8244.57～6.09氣～液混合0.824～1.6474.57～6.09淤漿1.647-3。各種攪拌槽的幾何尺寸都與其容器的直徑(D)有關(guān)：液位=D渦輪葉片的直徑=D/3葉輪距槽底距離=D/3葉片寬度=D/15四直葉擋板寬度=D/104。對于需要沉降速度為9m/s對于需要沉降速度為46m/s的場合，則采用強(qiáng)化攪拌的推進(jìn)式葉輪設(shè)計(jì)；5。氣～液混合所需的動力比完全液體混合所需的動力約小25～50%。1。通常依據(jù)實(shí)驗(yàn)室真空濾葉試驗(yàn)的形成濾餅時(shí)間來分類的，0.1～10cm/s0.1～10cm/min0.1～12。如果5分鐘之內(nèi)不能形成3mm厚的濾餅，則不應(yīng)采用連續(xù)過濾方法。3。對于需要快速過濾的場合，最好選擇帶卸料、頂加料的轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)和加壓式離心過濾機(jī)。4。對于需要中速過濾的場合，最好選擇帶真空鼓式和邊沿式離心過濾機(jī)。5。對于需要慢速過濾的場合，最好選擇壓濾機(jī)或者澄清式離心過濾機(jī)。6。對于需要過濾微細(xì)砂礦石的場合，轉(zhuǎn)鼓速率為7335kg/day-m2，轉(zhuǎn)速20轉(zhuǎn)/hr，真空度457～635mmHg。7。對于需要過濾礦脈固體和結(jié)晶的場合，轉(zhuǎn)鼓速率為29340kg/day-m2，轉(zhuǎn)速20轉(zhuǎn)/hr，真空度51～152mmHg。0cm/hr為慢速；工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之十：蒸發(fā)器1。最常見的類型是垂直長管自然或強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器。管徑在19～63mm之間，管長在3.6～9.1m之間。2。強(qiáng)制循環(huán)速度一般在4.5～6m/s3。溶液沸點(diǎn)溫度升高(BoilingPointRise或B.P.Elevation)是由于溶液中存在不揮發(fā)溶質(zhì)的作用，而導(dǎo)致溶液溫度與飽和蒸汽溫度的差異。4。當(dāng)BPR大于4oC時(shí)，較經(jīng)濟(jì)的做法是采用4～6效串聯(lián)蒸發(fā)器設(shè)計(jì)。溫差愈小，采用取決于蒸汽消耗本錢的串聯(lián)設(shè)計(jì)，其經(jīng)濟(jì)效果愈加明顯。5。增加多效之間的蒸汽壓力，可以采用噴射器(20～30%效率)，或者機(jī)械壓縮機(jī)(70～75%效率)。工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之九：罐式容器1。液體罐通常是臥式的，氣液別離罐通常是立式的。2。適宜的長度/直徑比為3，范圍在2.5~5。3。半充滿回流罐的停留時(shí)間為5分鐘；氣液別離罐進(jìn)料到另一個(gè)塔之間的設(shè)計(jì)停留時(shí)間為5~10分鐘。4。爐前進(jìn)料罐的停留時(shí)間最好是30分鐘。5。壓縮機(jī)前氣液別離罐的設(shè)計(jì)停留時(shí)間應(yīng)該為每分鐘液體體積通量的10倍。6。液液別離器的設(shè)計(jì)停留時(shí)間應(yīng)該維持沉降速度為0.85~1.3mm7。氣液別離罐中氣體臨界速度=0.048(液體密度/氣體密度-1)0.5密度為kg/m3，臨界速度為m/s8。除沫器中絲網(wǎng)層厚度通常為150mm9。對于正壓別離系統(tǒng)，絲網(wǎng)層之前的別離空間為150～450mm絲網(wǎng)層之后的別離空間為300mm。工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之八：固體枯燥1。噴霧枯燥只需幾秒鐘的時(shí)間，而轉(zhuǎn)筒式枯燥時(shí)間則需幾分鐘，乃至一個(gè)小時(shí)。2。處理3～15mm球粒狀物料枯燥的連續(xù)板/帶式枯燥器的枯燥時(shí)間約為10～2003。用于處理高粘度流體物料的鼓式枯燥器接觸時(shí)間約為3～12秒，產(chǎn)品片厚約1～3mm。轉(zhuǎn)鼓直徑約0.5～1.5m，轉(zhuǎn)速約為2～10轉(zhuǎn)/分。最大蒸發(fā)能力約為1363kg/hr4。轉(zhuǎn)筒式枯燥器操作的空氣流速為1.5～3m/s，最高達(dá)11m停留時(shí)間約5～90分鐘。對于新設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)筒枯燥器，需要85%的橫截面積空間。采用逆流操作的設(shè)計(jì)，出口氣體溫度高于固體溫度約10～20oC。而并流操作的設(shè)計(jì)，要保證固體物料出口溫度為100oC。轉(zhuǎn)速通常為4～5轉(zhuǎn)/分，轉(zhuǎn)速與筒徑(m)的乘積約為4.6～7.6。5。氣流輸送枯燥器適用于1～3mm的顆?？菰?，甚至大至10空氣速度約為10～30m/s，典型的單程枯燥停留時(shí)間接近1分鐘。設(shè)備尺寸約為直徑0.2～0.3m，長1～38m。6。流化床式枯燥器適合處理4mm氣速的設(shè)計(jì)參數(shù)為最小流化速度的1.7～2倍。一般連續(xù)操作的枯燥時(shí)間取1～2分鐘就足夠了。工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之七：電機(jī)與透平1。電機(jī)馬達(dá)的效率一般在85~95%；蒸汽透平的效率一般在42~78%；燃?xì)馔钙降男室话阍?8~38%。2。對于75kW(100hp)以下的用戶，通常采用電機(jī)，最高可用于15000kW(20000hp)的用戶。3。最常用的是感應(yīng)電動機(jī)。例如轉(zhuǎn)速低達(dá)150轉(zhuǎn)/分的同步電動機(jī)，其額定功率為37kW(50hp)左右。適用于低轉(zhuǎn)速往復(fù)壓縮機(jī)。4。蒸汽透平機(jī)很少用于75kW(100hp)以下的用戶，其轉(zhuǎn)速可以控制。5。采用氣體膨脹機(jī)可以回收上百馬力的能量，同時(shí)也是獲取低溫的手段。膨脹機(jī)每產(chǎn)生100kW的功率，相當(dāng)于移去了360kJ/h的熱量。6。由下式估算透平機(jī)的功耗：其中ΔH=實(shí)際可用功，Btu/lbCp=常壓熱容，Btu/lboFT1=入口溫度，oRP1=入口壓力，psiaP2=出口壓力，psiaK=Cp/Cv工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之六：結(jié)晶器1。大多數(shù)結(jié)晶過程中，C/Csat(濃度/飽和濃度)之比保持在1.02～1.05之間。2。晶體生長速度和晶粒大小取決于溶液的過飽和度。3。在冷卻結(jié)晶過程中，溶液溫度保持在給定濃度的飽和點(diǎn)以下0.5～1.2oC較適宜。4。常見的晶體生長速度約為0.1～0.8mm工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之五：輸送裝置1。對于大于120m還適用于多個(gè)輸送源、多個(gè)目的地的工況。對于真空或低壓系統(tǒng)(0.4～0.8Bar)，輸送空氣速度為10～37m/s。輸送空氣量約在0.03～0.5m3/m3輸送固體。2。拖曳型刮板輸送機(jī)是全封閉的，適合于短距離輸送物質(zhì)。塊料尺寸約為75～480mm，輸送速度為0.2～1.3m/s,所需動力比其他形式的輸送裝置要大。3。斗式提升機(jī)常用于垂直輸送物料的場合，且物質(zhì)是比擬粘稠、研磨的物料。500×500mm容量抓斗的處理能力可達(dá)28m提升速度為0.5m/s，最快速度可達(dá)1.5m/s4。帶式輸送機(jī)用于長距離、大通量輸送。傾斜度最大為30o角，600mm寬的皮帶輸送能力達(dá)85m3/hr，輸送速度約為0.5m/s，最快速度可達(dá)3m/s所需動力相對要小些。5。螺旋輸送機(jī)用于粘稠、研磨物料的長達(dá)46m距離的輸送。傾斜度最大為20o角，300mm直徑螺旋板的輸送能力達(dá)85m3/hr，轉(zhuǎn)速為40～60轉(zhuǎn)/分時(shí)的輸送能力可達(dá)28～85m3/hr工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之四：涼水塔1。在工業(yè)涼水塔設(shè)計(jì)中，取決于空氣的溫度和濕含量，濕球溫度就是水可以被冷卻到的最低理想溫度，實(shí)際上可以到達(dá)環(huán)境飽和空氣90%左右的冷卻等級。2。涼水塔的尺寸大小是與水溫、濕球溫度有關(guān)的。其相對大小比例如下：T水-T濕，oF相對尺寸大小52.4151.0250.553。循環(huán)水量通常在5～10m3/hr-m2，空氣速度通常在1.5～2m/s4。逆流誘導(dǎo)式通風(fēng)塔是最常見的。這些塔的操作條件可達(dá)濕球溫度的1℃之內(nèi)，通常在3～65。對于需要每冷卻6℃左右的涼水塔，約有1%的循環(huán)量損失。飄散損失約占循環(huán)量的0.25%左右，排放約占循環(huán)量的3%工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之二：精餾塔和管殼式換熱器精餾塔1。填料塔：(a)根據(jù)每米填料層高度的壓降，來判斷是否會液泛。通常每米填料的液泛壓降為0.017～0.025Kg/cm2(b)而在載點(diǎn)以下操作，則是正常穩(wěn)定的操作條件。通常每米填料的載點(diǎn)壓降為0.0043～0.009Kg/cm2在此操作條件下的填料等板高度HETP是最低的，也即別離效率最高。2。由于風(fēng)載和地基等原因，塔的高度一般不超過53米3。對于小于900mm這是基于小直徑板式塔制造費(fèi)用高昂的考慮。4。典型的全塔效率通常在60～90%之間。5。通常篩板塔盤間距為300～400mm；真空塔盤間距為500～750如果考慮方便維修，相應(yīng)的板間距要大一些，機(jī)械設(shè)計(jì)上的最低要求為460mm。管殼式換熱器1。換熱介質(zhì)的流向配置：(a)將腐蝕性強(qiáng)的流體安排在管內(nèi)，這樣只需少量的貴重合金管材即可。如果殼間走腐蝕性流體，不僅需要昂貴的殼體材料，而且殼內(nèi)的管子也需耐腐材料。(b)將易結(jié)垢的流體安排在管內(nèi)，通過流速控制可以適當(dāng)去除污垢。檢修期間，不用抽出管束就可以機(jī)械清洗直管段。(c)對于高溫/高壓操作的流體安排在管內(nèi)，可以省卻特殊、昂貴的制造材料。(d)將較低流速的介質(zhì)安排在殼側(cè)，可以表達(dá)出其經(jīng)濟(jì)性能。因?yàn)榈土魉倭黧w在殼側(cè)比在管內(nèi)更易產(chǎn)生有利于傳熱的湍流現(xiàn)象。2。在各種操作壓力條件下，換熱器中較為合理的壓降如下：操作壓力合理的壓降真空～常壓操作絕壓的十分之一1～1.7Kg/cm2操作表壓的二分之一1.7kg/cm2以上0.35Kg/cm2或更高3。當(dāng)冷卻粘度較大流體時(shí)，順流操作比逆流換熱要好。因?yàn)槔淞黧w可以獲得較高的傳熱系數(shù)。4。殼徑與列管根數(shù)的經(jīng)歷關(guān)聯(lián)式為：D=1.75×d×(n×Np)0.47其中 D為殼內(nèi)徑，mm d為管外徑,mm n為每程的列管根數(shù) Np為每殼程內(nèi)的管程數(shù)。油品的恩氏粘度有時(shí)工程設(shè)計(jì)當(dāng)中會遇到恩氏粘度的換算問題，如*工程的數(shù)據(jù)表中粘度為3～12Engler，如何換算呢？過去煉油工業(yè)中常用恩氏粘度也有稱恩格拉粘度(Engler)，作為石油產(chǎn)品的一個(gè)指標(biāo)，它表示*一溫度下200cm3油品與同體積20℃純水，從恩氏粘度計(jì)中流出所需時(shí)間之比，無單位量綱。恩氏粘度(oE)與運(yùn)動粘度(mm2/s)的關(guān)系可按經(jīng)歷公式換算。運(yùn)動粘度υ(mm2/s)=7.31*恩氏粘度-6.31/恩氏粘度而我們平常工程設(shè)計(jì)中常用的粘度也有稱之為流體的動力粘度η。它與同溫度下該流體的密度ρ的比值稱為運(yùn)動粘度υ(也有稱動粘度的)。它的物理意義是這種流體在重力作用下流動阻力的度量。在國際單位制(SI)中，運(yùn)動粘度的單位是m2/s。也有采用斯(托克斯)表示的：1St=10-4m過去通常使用厘斯(cSt)作運(yùn)動粘度的單位，1厘斯(cSt)=10-6m2/s=1mm由運(yùn)動粘度換算成(動力)粘度：η=ρ.υ式中η-動力粘度，Pa.sρ-密度，kg/m3

υ-運(yùn)動粘度，m2/s上例中：恩氏粘度為3oE，換算為運(yùn)動粘度：7.31*3-6.31/3=19.8267mm2/s(cSt)恩氏粘度為12oE，換算為運(yùn)動粘度：7.31*12-6.31/12=87.1942mm2/s(cSt)則粘度為3～12Engler油品的運(yùn)動粘度為19.83～87.19厘斯。粘度的度量方法分為絕對粘度和相對粘度兩大類。絕對粘度分為動力粘度和運(yùn)動粘度兩種；相對粘度有恩氏粘度、賽氏粘度和雷氏粘度等幾種表示方法。賽氏粘度也稱賽氏通用粘度(SayboltUniversalViscosity)。美國多習(xí)慣用這種粘度單位，美國標(biāo)準(zhǔn)方法為ASTMD88。其定義是在*規(guī)定溫度下從賽氏粘度計(jì)流出60ml液體所需時(shí)間，單位為秒。賽氏粘度(S)與運(yùn)動粘度(mm2/s)的關(guān)系可按下式換算。運(yùn)動粘度υ(mm2/s)=0.225*賽氏粘度當(dāng)S>285秒(sec)時(shí)適用上式。雷氏粘度也稱雷氏通用粘度(Redwood)。此粘度主要在英國和日本沿用。其定義是以50ml試油在規(guī)定溫度60℃或98.9℃下流過雷氏粘度計(jì)所需時(shí)間，單位為秒。雷氏粘度(R)與運(yùn)動粘度(mm2/s)的關(guān)系可按下式換算。運(yùn)動粘度υ(mm2/s)=0.26*雷氏粘度-172/雷氏粘度當(dāng)R>225秒(sec)時(shí),則用下式：運(yùn)動粘度υ(mm2/s)=0.26*雷氏粘度化學(xué)組分熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算在工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要用到許多根底物性數(shù)據(jù)，其來源可以有以下幾種：專利商提供的工藝包；由工藝模擬計(jì)算軟件PRO/II、ASPEN根據(jù)特定的熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)得出；從工程設(shè)計(jì)手冊、圖表中內(nèi)插、外延計(jì)算得出；用一些簡便小型計(jì)算程序估算得出。下面推薦一些計(jì)算程序，可以用來計(jì)算：空氣、水、氨及水溶液、理想氣體、氧氣、氮?dú)狻⒎锇?、以及甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯等純組分或混合物的熱力學(xué)性質(zhì)(平衡溫度、壓力、比容、熱焓等)。對于混合物，可以先算出單組分的性質(zhì)，再通過混合規(guī)則計(jì)算混合物的物性。要注意的是，所有計(jì)算出來的物性值必須與操作數(shù)據(jù)比照驗(yàn)證，才能用于工程設(shè)計(jì)當(dāng)中。再沸器安裝高度計(jì)算在設(shè)計(jì)塔底熱虹吸式(自循環(huán))再沸器時(shí)，工藝工程師要計(jì)算出塔底裙座與再沸器的相對標(biāo)高。現(xiàn)在這一工作，通常在做換熱器設(shè)計(jì)時(shí)，由專門的程序(HTRI或HTFS)計(jì)算出來，無需再手工計(jì)算。了解其中的依據(jù)、原理，就可以快捷、方便地校核、驗(yàn)證有關(guān)外來的數(shù)據(jù)。熱虹吸式再沸器是利用入口段液相與出口段氣液混相的密度差實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)操作的。以立式熱虹吸為例,只有當(dāng)阻力小于推動力時(shí)，熱虹吸再沸器才能自然循環(huán)、動平衡運(yùn)轉(zhuǎn)起來。系統(tǒng)的阻力=△Pin+△Pch-in+△Psc+△Ptp+△Pch-out+△Pout式中△Pin為塔釜至再沸器入口管線中的壓降，Kg/cm2△Pch-in為再沸器入口管箱內(nèi)的壓降，Kg/cm2△Psc為再沸器中過冷段中的壓降，Kg/cm2△Ptp為再沸器中兩相汽化段中的壓降，Kg/cm2△Pch-out為再沸器出口管箱內(nèi)的壓降，Kg/cm2△Pout為再沸器出口至塔入口管線中的壓降，Kg/cm2系統(tǒng)的推動力為塔釜液面至再沸器中汽化面上的靜壓頭,Pa根據(jù)壓頭轉(zhuǎn)換式得靜壓頭=HD×ρ×g式中HD為塔釜液面至再沸器中汽化面的垂直距離,mρ為釜液的密度，Kg/m3g為重力加速度，9.8067(m/s2)在工程設(shè)計(jì)中簡單為靜壓頭,Kg/cm2靜壓頭=HD×ρ/10000根據(jù)HD(m)的值就可以設(shè)計(jì)、確定再沸器安裝標(biāo)高了。工程設(shè)計(jì)中常取HD的1.0～1.25倍作為平安裕量。長管路中的水錘現(xiàn)象分析計(jì)算近來在管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會遇到業(yè)主要求提供*管路的瞬間水力學(xué)水錘沖擊分析(TransientHydraulicHammerSurgeAnalysis)報(bào)告，隨著進(jìn)入WTO，為使設(shè)計(jì)工作更加與國際接軌，從裝置操作平安、穩(wěn)定角度考慮，這方面設(shè)計(jì)分析和系統(tǒng)計(jì)算的需求就顯得日益重要和迫切。目前，國際上流行的應(yīng)用軟件有：Surge5HytranImpulsePipenetARTS...這些程序軟件可以用來對管路系統(tǒng)進(jìn)展分析計(jì)算。管路中閥門的突然翻開或關(guān)閉；泵輸送系統(tǒng)中機(jī)泵的啟動或停頓；由于操作工況改變而引起管路中流動介質(zhì)的流量突然增加；由于設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)故障而引起的操作失誤；...由于上述種種原因，流動介質(zhì)流速(動量)的突然變化可能會在管路中產(chǎn)生瞬間的壓力變化，這一非穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象的后果是管道破裂、損壞(管路、容器上的)儀表，如果沒有防范措施會導(dǎo)致管路系統(tǒng)的破壞。工藝系統(tǒng)、水處理、機(jī)泵專業(yè)的工程師在設(shè)計(jì)管路時(shí)應(yīng)格外注意，以確保因?yàn)樗N現(xiàn)象而引起的壓力沖擊小于管道材料可以承受的允許值內(nèi)，同時(shí)在設(shè)計(jì)中采取防范措施，以盡快減緩、吸收水錘現(xiàn)象帶來的瞬間沖擊壓力波。在沒有專門程序軟件來做分析計(jì)算的情況下，工程上通常采用簡單的估算式：△P=-ρ×△V×C式中△P為壓力的變化，Paρ為流體介質(zhì)的密度，kg/m3△V為流速的變化，m/sC為波速，即在流體介質(zhì)中的聲速，m/s例如泵出口設(shè)置一段長290m的輸送丙烯酸管路，流量為85m3/h，管徑為100mm，操作壓力為500kPa，操作溫度為20oC，如果管路末端的閥門突然關(guān)閉，管路系統(tǒng)是否能平安操作？根據(jù)工藝計(jì)算，得知500kPa，20oC條件下丙烯酸的密度為1055.7kg/m3操作工況下管路中的正常流速為V0=85/(3600×π×(0.1/2)2)=3m/s閥門關(guān)閉后管路中的流速為V1=0m/s從下表中查得在丙烯酸(Acrylicacid)介質(zhì)中的聲速為870m/s則壓力升高為△P=-1055.7×(0-3)×870=2755377Pa對管路的沖擊壓力為P1=500000+2755377=3255377Pa=3.3MPa為減少沖擊壓力波對管路的破壞，須采取防范措施來吸收瞬間的壓力波。在管路設(shè)計(jì)中采取的防范措施有：選擇慢開/關(guān)閥門，合理設(shè)計(jì)管路系統(tǒng)中各個(gè)閥門的操作順序；增加管徑，減小△V；增加管道支架以吸收壓力波；增大管道材料等級，選擇適宜的管材；在管路中設(shè)置平安泄壓閥；在管路中設(shè)置緩沖器以吸收壓力波；...假設(shè)產(chǎn)生的壓力波傳到管路末端關(guān)閉閥后，再返回到泵出口時(shí)沖擊壓力波在往返一次路程上所需時(shí)間為t=2×L/C式中t為閥門的關(guān)閉時(shí)間，secL為管路的長度，mC為波速，即在流體介質(zhì)中的聲速，m/s工程上也有用更大裕量的公式t=6×L/C來確定閥門在2秒時(shí)間內(nèi)關(guān)閉，使得動態(tài)壓力波大大地降低。工業(yè)上常見的各種流體介質(zhì)的聲速(SonicVelocity)C值表Liquidm/secGasesm/secAceticacid1173Air(Dry)331.46Acetone1203Air346Acrylicacid870Ammonia415Aniline1640Argon323Argon813Carbonmono*ide338Benzene1310Carbondio*ide259Bismuth1651Chlorine206Bromobenzene1169Deuterium890Butane1034Ethane3121-Butanol1258Ethylene331n-Butanol1242Helium965Caesium980Hydrogen1310Carbondisulphide1140Hydrogenbromide200Carbontetrachloride921Hydrogenchloride296Chlorobenzene1311Hydrogeniodide157Chloroform984Hydrogensulfide289Cyclohe*ane1280Methana450Cyclohe*anol1465Neon4351-Decene1250Nitrico*ide325Diethylether976Nitrogen353Ethane1326Nitrouso*ide263Ethanol1162O*ygen330Ethanolamide1724Sulfurdio*ide213Ethylalcohol1145Steam473Ethylether985Ethylene1309Ethyleneglycol1658Fluorobenzene1183Freon524Glycerol1904Helium180Heptane11621-Heptene1128He*ane1083n-He*anol1303Hydrogen1101Indium2313Iodobenzene1114Kerosene1324Lead1766Mercury1450Methane1337Methanol1121Naphthalene1248Neon540Nitrobenzene1463Nitrogen9391-Nonene1218Octane11971-Octene1184Oil(castor)1490Oil(lubricating)1461Oil(sperm)1411O*ygen9061-Pentadecene1351Pentane1008n-Pentanol1277Potassium1869Propane11581-Propanol1223n-Propanol1207Pyridine1417Rubidium1247Sodium2520Tetrachloromethane930Tin2471Toluene1306Trichloromethane987Turpentine12551-Undecene1275Water1497Water(heavy)1384water(sea)1535*ylenehe*aflouride879zinc2780同樣道理，在突然啟動管路輸送系統(tǒng)的操作時(shí)，也會發(fā)生瞬間壓力波的現(xiàn)象。尤其在產(chǎn)生負(fù)壓的情況下，還要格外注意泵入口處NPSHa值的變化。工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之一：物性數(shù)據(jù)*些工程設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)歷是十分珍貴的。聽說*資深工程師在現(xiàn)場轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，瞄著一根管線和旁邊流量計(jì)的讀數(shù)，就能估算出其壓降來，不超過5%誤差；不要做什么復(fù)雜的計(jì)算，就能目測出容器的大概尺寸；向裸管上吐一口唾沫，能估計(jì)出其外表溫度；這些專業(yè)特技絕活非一日之功，都是經(jīng)過長期的實(shí)踐和體會摸索得來的。除了已經(jīng)定式的一些概念、數(shù)據(jù)之外，肯定還有一些簡便的算法、規(guī)則在其腦海里。但要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，這些經(jīng)歷公式只是用于估算，在*些場合下不能替代嚴(yán)格設(shè)計(jì)計(jì)算。它只適用于遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)本部的施工現(xiàn)場，手頭又沒有嚴(yán)格正規(guī)的設(shè)計(jì)計(jì)算程序、手冊。這時(shí)，憑經(jīng)歷和這些設(shè)計(jì)要點(diǎn)可以省卻很多時(shí)間。實(shí)際工程經(jīng)歷的積累是從一個(gè)普通工程師到資深工程師的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。對一個(gè)化學(xué)工程師來說，實(shí)際工程經(jīng)歷是十分重要的。估算在*些時(shí)候、*些場合要比嚴(yán)格計(jì)算更加實(shí)惠、便捷。在以后不定期刊發(fā)的"工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)之...〞系列選輯中，將匯編一些工程設(shè)計(jì)中常見的數(shù)據(jù)、圖表和關(guān)聯(lián)式。希望廣闊設(shè)計(jì)人員，尤其是工藝系統(tǒng)工程師們搜集工作中的點(diǎn)滴經(jīng)歷、體會，奉獻(xiàn)出來，取長補(bǔ)短，共同提高我們的設(shè)計(jì)水平的技能。本期從幾個(gè)方面陳列一些常用的工程數(shù)據(jù)，供化學(xué)工程師參考。常用物質(zhì)的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)物性單位水有機(jī)物液體蒸汽空氣有機(jī)物氣體熱容kJ/kg-oC4.21.0～2.52.01.02.0～4.0密度kg/m31000700～13001.29STP見下式潛熱kJ/kg1200～2100200～1000導(dǎo)熱系數(shù)W/m-oC0.55～0.70.1～0.20.025～0.070.025～0.050.02～0.06粘度cP1.80oC0.5750oC0.28100oC0.14200oC隨溫度變化0.01～0.030.02～0.050.01～0.03普蘭德數(shù)1～1510～10001.00.70.7～0.8Prandtl數(shù)表示流體物性對傳熱的影響。有機(jī)物液體密度與溫度的關(guān)聯(lián)式：ρL∝(Tc-T)0.3有機(jī)物氣體密度可按下式計(jì)算：ρG=(MW×P)÷(Z×R×T)水的沸點(diǎn)是壓力的函數(shù)：Tbp(oC)=(壓力MPa×109)0.25其他常用的工程常數(shù)：在空氣中的聲速=346m/s光速=3.0×108m/s重力常數(shù)=980.665gmcm/gfs2阿佛迦德羅常數(shù)=6.02×1023/mol普適氣體定律常數(shù)R=1.9872gcal/gmolK=8.31434J/molK=8.31434m3質(zhì)-能關(guān)系=8.99×1016J/kg=913.5MeV/u介電常數(shù)=8.85×10-12F/m=1.26×10-6H/m普朗克(Planck)常數(shù)=6.63×10-34Js=4.14*10-15eVs波爾茲曼(Boltzmann)常數(shù)=1.38×10-23J/K=8.62×10-5eV/K元素電荷=1.60×10-19C電子靜質(zhì)量=9.11×10-31kg質(zhì)子靜質(zhì)量=1.67×10-27kg玻爾(Bohr)半徑=5.29×10-11m玻爾(Bohr)磁子=9.27×10-24J/T=5.79×10-5eV/T其他常見的無因次數(shù)群：雷諾數(shù)(Reynolds)表示慣性力與粘滯力之比；普蘭德數(shù)(Prandtl)表示流體物性對傳熱的影響；施密特?cái)?shù)(Schmidt)表示流體物性對傳質(zhì)的影響；努塞爾數(shù)(Nusselt)表示給熱系數(shù)；歐拉數(shù)(Euler)表示壓差；馬赫數(shù)(Mach)表示線速與聲速之比；施伍德數(shù)(Sherwood)表示傳質(zhì)系數(shù)；史坦頓數(shù)(Stanton)表示傳遞熱量與流體熱容量之比；韋勃數(shù)(Weber)表示慣性力與外表*力之比；弗魯?shù)聰?shù)(Froude)表示重力對流動過程的影響；伽利略數(shù)(Galileo)表示重力與粘滯力的關(guān)系；格拉斯霍夫數(shù)(Grashof)表示自然對流對傳熱的影響；路易斯數(shù)(Lewis)表示物性對傳熱和傳質(zhì)的影響；彼克列數(shù)(Peclet)表示總體傳熱量與擴(kuò)散傳質(zhì)量之比。海水的冰點(diǎn)計(jì)算工程上有用海水做公用工程介質(zhì)的，有時(shí)需要計(jì)算海水的冰點(diǎn)，通常取-1.9oC左右即可。下面是嚴(yán)格計(jì)算海水冰點(diǎn)的公式(UNESCOReportNo.28,1978)：Tf=-0.0575*S+1.710523*10-3*S3/2-2.154996*10-4*S2-7.53*10-4*P式中：S為海水的鹽度(Salinity),P為壓力(分巴)例如：當(dāng)鹽度為40，壓力為500dbar時(shí)，上式計(jì)算結(jié)果為海水的冰點(diǎn)Tf=-2.588567oC海水的密度(kg/m3)=σt+1000當(dāng)溫度下降5oC、鹽度增加1PSU(PracticalSalinityUnits)或壓力增加200分巴時(shí)，大約密度會上升千分之一。鹽度是指單位體積中所含鹽分的數(shù)量。海水的平均鹽度是35，即每千克大洋水中的含鹽量為35克。地中**部海域鹽度到達(dá)39.58,西部受到大西洋影響，只有37。紅海海水鹽度到達(dá)40，局部地區(qū)高達(dá)42.8。死海外表的鹽度為227到275。深度40米處，海水鹽度到達(dá)281。如何設(shè)計(jì)換熱器及平均總傳熱系數(shù)U的初估在換熱器尺寸設(shè)計(jì)中，通常要以下幾個(gè)步驟1。從工藝條件中確定換熱介質(zhì)的流率和進(jìn)/出口溫度；2。計(jì)算傳熱負(fù)荷Q；3。選擇換熱器類型；4。計(jì)算有效平均溫差MTD；5。為此換熱過程假設(shè)一個(gè)總傳熱系數(shù)U；6。用假設(shè)的總傳熱系數(shù)U，計(jì)算傳熱面積A1；7。在面積A的范圍內(nèi)，確定換熱器幾何尺寸；8。計(jì)算流體通過換熱器的壓降，修改內(nèi)件尺寸以滿足壓降與換熱器尺寸間的合理匹配；9。根據(jù)流體物性，污垢系數(shù)及換熱器尺寸嚴(yán)格計(jì)算總傳熱系數(shù)U；10。再根據(jù)Q,U和MTD計(jì)算傳熱面積A211。將計(jì)算出來的A2與假設(shè)的A1進(jìn)展比擬，重復(fù)步驟6，直至A2與A1相等?；ぱb置中熱交換器所需的面積A可以由經(jīng)典的傳熱公式確定。這里：Q=傳遞的熱負(fù)荷；U=平均總傳熱系數(shù)；=平均傳熱溫差對于換熱介質(zhì)的流率和進(jìn)/出口溫度，可以直接計(jì)算出熱負(fù)荷。如果確定了流型(純逆流或并流),則對數(shù)平均溫差就能很容易地計(jì)算出來。MTD取決于流型，在初步設(shè)計(jì)階段，可以取對數(shù)平均溫差LMTD；(參見工藝園地"換熱器中不同流型對LMTD的校正計(jì)算〞)而總的傳熱系數(shù)U則不同了，推導(dǎo)計(jì)算起來很煩瑣:尤其在方案評估、可行性研究等設(shè)計(jì)初期階段時(shí)，計(jì)算U所需的根底數(shù)據(jù)還不具備。因此，典型的U值(平均總傳熱系數(shù))對于迅速估算換熱器面積就很有用了。公開發(fā)表的文獻(xiàn)中有很多這樣的可以用于工業(yè)換熱器實(shí)踐U值。(參見公司BCD.41A29-94標(biāo)準(zhǔn)"熱交換器污垢熱阻的選取〞)以下表中U數(shù)值說明了其數(shù)量級范圍，低限值適用于諸如較低流速，高粘度及附加污垢熱阻等苛刻操作條件，高限值適用于良好操作條件。實(shí)際設(shè)備的U值可能會小于或大于表中所列的范圍值。但這些值不能在換熱器最終設(shè)計(jì)階段時(shí)，作為輸入值代入嚴(yán)格傳熱計(jì)算方法中。應(yīng)該取由HTFS或HTRI等專用程序計(jì)算出來的U值。而表中所列U值則僅供參考比照。工業(yè)應(yīng)用中典型的U值，Btu/(ft2oFh)=5.67826334W/(m2K)=4.885695035Kcal/(m2oCh)類型應(yīng)用及條件U值，W/(m2K)U值，Btu/(ft2oFh)管內(nèi)外常壓氣體5-351-6管內(nèi)外高壓氣體150-50025-90管外(內(nèi))液體，管內(nèi)(外)常壓氣體15-703-15管內(nèi)高壓氣體，管外液體200-40035-70管內(nèi)外液體150-120025-200管殼式加熱或冷卻管外蒸汽，管內(nèi)液體300-120050-200類型應(yīng)用及條件U值，W/(m2K)U值，Btu/(ft2oFh)管外蒸汽，管內(nèi)冷卻水1500-4000250-700管殼式冷凝管外有機(jī)物蒸氣或氨，管內(nèi)冷卻水300-120050-200類型應(yīng)用及條件U值，W/(m2K)U值，Btu/(ft2oFh)管外蒸汽，管內(nèi)高粘液體，自然循環(huán)300-90050-150管外蒸汽，管內(nèi)低粘液體，自然循環(huán)600-1700100-300管殼式蒸發(fā)管外蒸汽，管內(nèi)液體，強(qiáng)制循環(huán)900-3000150-500類型應(yīng)用及條件U值，W/(m2K)U值，Btu/(ft2oFh)水的冷卻600-750100-130輕烴液體的冷卻400-55070-95焦油的冷卻30-605-10空氣或煙道氣的冷卻60-18010-30烴類氣體的冷卻200-45035-80低壓蒸汽的冷凝700-850125-150空氣冷卻器有機(jī)物蒸氣的冷凝350-50065-90注:上表中空氣冷卻器的U值是基于換熱器光管外外表積A。類