化工设备的工艺设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,引言,:,化工设备是组成化工装置的基本单元，也是工程设计的基础。化学工程师应对化工单元设备了如指掌。,本章主要介绍,:,化工设备工艺设计的内容,方法与程序以及各种化工设备的概况和技术指标等,其目的是,:,熟悉设备工艺设计的基本知识,并从工程角度了解和掌握化工设备的计算及选型。,第四章 化工设备的工艺设,计,确定化工单元操作所用设备的类型,这项工作应与工艺流程设计结合起来进行。,例如,:,工艺过程中需要使液固混合物分离,就要考虑是用过滤机,还是用离心机,;,要实现气固分离,就要考虑是使用旋风分离器，还是用沉降槽；使液体混合物各组分分离，是采用萃取方法，或是采用蒸馏方法；实现气固催化反应，是使用固定床反应器，还是流化床反应器等。,确定设备的材质,根据工艺操作条件,(,温度、压力、介质的性质,),和对设备的工艺要求确定符合要求的设备材质，这项工作应与设备设计专业人员共同完成。,一、化工设备工艺设计的内容,确定设备的设计参数,设备的设计参数是由工艺流程设计、物料衡算、热量衡算、设备的工艺计算多项工作得到的。,对不同的设备,它们有不同的设计参数。,换热器,热负荷，换热面积，热载体的种类，冷、热流体的流量，温度和压力,泵,流量，扬程，轴功率，允许吸上高度。,风机,风量和风压。,吸收塔,气体的流量、组成、压力和温度,吸收剂种类、流量、温度和压力，塔径、筒体的材质、塔板的材质、塔板的类型和板数,(,对板式塔,),填料种类、规格、填料总高度，每段填料的高度和段数,(,对填料塔,),。,一、化工设备工艺设计的内容,蒸馏塔,进料物料、塔顶产品、塔釜产品的流量、组成和温度,塔的操作压力、塔径、筒体的材质、塔扳的材质、塔扳类型和板数,(,对塔式塔,),，填料种类、规格、填料总高度每段填料高度和段数,(,对填料塔,),，加料口位置，塔顶冷凝器的热负荷及冷却介质的种类、流量、温度和压力再沸器的热负荷及加热介质的种类、流量、温度和压力，灵敏板位置。,一、化工设备工艺设计的内容,反应器,反应器的类型，进、出口物料的流量、组成、温度和压力，催化剂的种类、规格，数量和性能参数，反应器内换热装置的型式、热负荷以及热载体的种类、数量、压力和温度，反应器的主要尺寸、换热式固定床催化反应器的温度、浓度沿床层的轴向,(,对大直径床还包括径向,),分布，冷激式多段绝热固定床反应器的冷激气用量、组成和温度。,一、化工设备工艺设计的内容,确定标淮设备,(,即定型设备,),的型号或牌号,并确定台数,标准设备是一些加工厂成批、成系列生产的设备,即那些能直接向生产厂家订货或购买的现成的设备。在标难设备中，一些类型的设备是除化工行业外,其他行业也能或可能广泛采用的设备，,例如,泵、风机、电动机、压缩机、减速机和起重运输装置等，这种类型的设备有众多的生产厂家,型号很多,可选择的范围很大。另外一些是化工行业常用的标准设备,它们是冷冻机、除尘设备、过滤机、离心机和骄拌器等。,标准设备可从国家机电产品目录或样本中查到，,产品目录或样本中列出设备的规格、型号、基本性能参数和生产厂家等多项内容，,设计人员可从中选择符合工艺要求的型号。,一、化工设备工艺设计的内容,对已有标准图纸的设备，确定标准图的图号和型号,如换热器系列、容器系列、搪玻璃设备系列以及圆泡罩、,F,1,型浮阀和浮阀塔塔盘系列,等已经有了国家标准。还有一些虽末列人国家标准，但已有标准施工图和相应的生产厂家，例如上海医药设计院设计的发酵罐系列和立式薄壁常压容器系列。,一、化工设备工艺设计的内容,对已有标准图纸的设备，设计人员只需根据工艺需要确定标准图图号和型号便可以了，不必自己设计。,随着化学工业的发展，,设备的标准化程度将越来越高，所以在设计非标准设备时应尽量采用已经标准化的图纸，,以节省非标准设备施工图的设计工作量。,一、化工设备工艺设计的内容,对非标准设备,向化工设备专业设计人员提出设计条件和设备草图,明确设备的型式,材质,基本设计参数,管口、维修、安装要求,支承要求及其他要求,(,如防爆口、人孔、手孔、卸料口、液面计接口,等,),。,编制工艺设备一览表,在初步设计或扩大初步设计阶段,根据设备工艺设计的结果,编制工艺设备一览表,可按非定型工艺设备和定型工艺设备两类编制。施工图设计阶段的工艺设备一览表是施工图设计阶段的主要设计成品之一。在施工图设计阶段，由于非标准设备的施工图纸已经完成,工艺设备一览表已可以填写得十分准确和足够地详尽。,一、化工设备工艺设计的内容,会签,当工艺设备的施工图纸完成后，与化工设备的专业设计人员进行会签。,设备工艺一览表,1.,明确设计任务与条件,原料,(,或进料,),与产品,(,或出料,),物理化 学性质、流量波动范围；,设计目的、要求，设备功能,公用工程条件，如冷却水温度,其他特殊要求。,二、设备设计方法与程序,2.,调查待设计设备国内外现状及发展趋势、有关新技术及专利状况，设计计算方法等,3.,收集有关物料的物性数据、腐蚀性质等,4.,确定方案,确定设备的操作条件,如温度、压力、流比等,确定设备结构型式，评比各类设备结构的优缺点结合本设计的具体情况，选择高效、可靠的设备型式,确定单元设备的流程,二、设备设计方法与程序,5.,工艺计算,全设备物料与热量衡算；,设备特性尺寸计算，如精馏设备的理论级数、塔径、塔高，换热设备的传热面积等，可根据有关设备规范和不同结构设备的流体力学、传质传热动力学计算公式来计算；,流体力学计算，如流动阻力与操作范围计算。,6.,结构设计,在设备型式及主要尺寸已定的基础上，根据各种设备常用结构，参考有关资料与规范，详细设计设备各零部件的结构尺寸。如填料塔要设计液体分布器、再分布器、填料支承、填料压板和各种接口等；板式塔要确定塔板布置、溢流管、各种进出料口结构、塔板支承、液体收集器与侧线出入口和破沫网等。还有各种构件的材料选择、壁厚计算，塔板、塔盘等的机械设计；各种辅助结构如支座、吊架、保温支架等的设计；内件与管口方位设计；全设备总装配图及零件图绘制；全设备材料表。,二、设备设计方法与程序,7.,制造技术要求与规范,要做好设备设计，除了要有坚实的理论基础和专业知识外，还应了解有关设备的新技术、新材料,了解设计规范与有关规定，熟悉有关结构性能，具有足够的工程机械知识和技术经济知识，熟悉优化方法。,有时工艺计算的结果要求重新进行方案确定，有时要选择几个方案进行技术经济比较，择优而取。,二、设备设计方法与程序,从化工设计角度来看输送设备可分为：,三、物料输送设备,液体物料输送设备:,常规的设备为各种泵,气体物料输送、压缩、制冷设备:,常规的设备为风机、压缩机、真空泵、制冷机,固体物料输送设备:,常规的设备为各种给料机械设备、气流输送设备,可用惰性气体压送或用真空吸送液体物料,按泵作用于液体的原理可分为：,叶片式泵:,由泵内的叶片在旋转时产生的离心力作用将液体吸入和压出.,容积式泵:,由泵的活塞或转子在往复或旋转运动中产生挤压作用将液体吸入和压出.,3.1,液体输送设备,也常按泵的用途命名,如水泵、油泵、泥浆泵、砂泵、耐腐蚀泵、冷凝液泵等,容积式泵,往复泵(活入泵、柱塞泵、隔膜泵、计量泵),转子泵(齿轮泵、螺杆泵、滑片泵、罗茨泵、蠕动泵、液环泵)。,叶片式泵因泵内叶片结构形式不同分为,离心泵(屏蔽泵、管道泵、自吸泵、无堵塞泵)、,轴流泵,旋涡泵,液体输送泵的结构,电动机,(提供动力部件),底板,(安装部件),泵头(主要工作部件),离心泵适用于流量大，扬程低的液体输送，液体的粘度小于650cm,2,s，液体中气体体积百分率低于5，固体颗粒含量3以下。,一些圆型离心泵的技术性能参数如,下表所示,。,技术指标,型号,:,以圆型单级单吸离心泵为例说明泵的型号标志如下,:,扬程：,泵在输送单位液体量时,泵出口能量的增加值,包括液体静压头、速度头及几何位能等能量增加值总和，以,m,液柱表示,流量：,泵在单位时间内抽吸或排送液体的体积数称为流量，以,m,3,/h,或,L/s,表示。必需汽蚀余量,(,NPSH,r,),：为使泵在工作时不产生汽蚀现象，泵进口处必需具有超过输送温度下液体的汽化压力的能量使泵在工作时不产生汽蚀现象所必需具有的富余能量称为必需汽蚀余量。必需汽蚀余量，国际上普遍称为必需的净正吸入压头单位为,m,。,功率与效率：,有效功率指单位时间内泵对液体所作的功；轴功率指原动机传结泵的功率；效率指泵的有效功率与轴功率之比。,油泵,:,输送石油产品的泵称为油泵。由于油品易燃易爆，因此油泵应具有良好的密封性能,热油泵在轴承和轴封处设置冷却装置,运转时可通冷水冷却。,耐腐蚀泵,:,当输送酸碱和浓氨水等腐蚀性液体时,与腐蚀性液体接触的泵的部件都须用耐腐蚀材料制造。如,FV,型离心泵适用于一般的酸碱盐类物质的输送，,FV,型玻璃钢耐腐蚀泵适用于各种腐蚀性液体的输送。,其他形式的泵,液下泵,:,右图所示,液下泵经常安装在液体贮槽内,对轴封要求不高,适于输送化工过程中各种腐蚀性液体,泄漏的液体仍流人贮槽内,既节省了空间又改善了操作环境,其缺点是效率不高。高效产品DW系列液下泵是一种新型泵,适宜于输送各种温度和浓度的硫酸、硝酸、盐酸和磷酸等无机酸和有机酸,。,屏蔽泵,:,屏蔽泵是一种无泄露。常输送易燃、易爆、剧毒及放射性的液体,其缺点是效率低。,隔膜泵,:,系借弹性薄膜将活柱与被输送液体隔开,.,可输送腐蚀性液体或悬浮液,不使活柱,和缸体受到损伤,.,计量泵,:,能够输送流量恒定的液体或按比例输送几种液体。,齿轮泵,:,这是一种正位移泵，泵壳中有一对相互啮合的齿轮，将泵内空间分成互不相通的吸入腔和排出腔。齿轮旋转时，封闭在齿穴和泵壳间的液体被强行压出。大多用来输送粘稠液体甚至膏糊状物料，但不宜输送台有固体颗粒的悬浮汲，如,2CY,KCB,型齿轮油泵,.,螺杆泵,:,属内啮合的密闭式泵,为转子式容积泵。螺杆泵输送扬程高，效率较齿轮泵高，运转时无噪音、无振动、流量均匀，特别适用于高粘度液体的输送，例如,G,型单螺杆泵广泛应用于原油、污油、矿浆、泥浆等的输送。,旋涡泵,:,是一种叶片式泵,(,也称涡流泵,),，是由星形叶轮和有环形流道的泵壳组成，依靠离心力作用输送液体。适用于功率小，扬程高,(5-250m),，流量小,(0.1-11L/s),，夹带气体大于,5,(,体积,),的场合,.,轴流泵,:,是利用高速旋转螺旋桨将液体推进而达到输送目的。适用于大流量，低扬程。,按出口压力大小可分为四类,:,通风机,:,简称为风机，压力,0.115MPa,以下，它又可分为,轴,流风机和离心风机。用于通风、干燥等过程，使用较普遍。压缩比为1,-1.15,。,鼓风机,:,压力在,0.115-0.4,MPa，它又可分为罗茨鼓风机和离心鼓风机。一般用于生产中要求相当压力的原料气的压缩，液体物料的原送、,固体,物料的气流输送。压缩比小于4。,压缩机,:,压力在,0.4,MPa以上，又可分为离心式、螺杆式和往复式压缩机。可用于工艺气体、气动仪表用气，压料过滤，吹扫管道等。压缩比大于,4,。,真空泵,:,用于减压，出口极限压力接近,0,MPa，其压缩比由真空度决定,。,3.2,气体输送与压缩设备,工业上常用的通风机有轴流式和离心式两类。,轴流式通风机：,排送量大，但所产生的风压甚小，一般只用来通风换气，而不用来输送气体。化工生产中，在空冷器和冷却水塔的通风方面，轴流式通风机的应用还是很广的。,离心式通风机,：结构与离心泵相似包括蜗壳叶轮、电机和底座三部分，如图,5-30,离心式通风机根据所产生的压头大小可分为：,低压离心通风机,:,风压,1KPa,中压离心通风机,:,风压,1-3KPa,高压离心通风机,:,风压,3-15KPa,3.2.1,通风机,蜗壳叶轮,电机,底座,通风机型号表示如下：,高压离心通风机的技术指标如下表示所示：,化工厂中常用的鼓风机有旋转式和离心式两类。,罗茨鼓风机是旋转式鼓风机中应用最广的一种,外形如图,5-4,所示,.,罗茨鼓风机的风量为,2-500m,3,min,，出口压强不超过,81KPa(,表压,),。出口压强大高,则泄漏量增加,效率降低。罗茨鼓风机工作时,温度不能超,85,否则易田转子受热膨胀而发生卡住现象。,3.2.2,鼓风机,3.2.3,压缩机,压缩机型号表示如下：,压缩机技术指标：,排气量、排气压力、进出口气体温度、冷却水用量、功率等见表,5-4,所示。,活塞式氨压缩制冷机,其技术性能指标有：标准工况产冷量、汽缸直径、汽缸个数、活塞行程等。,离心式制冷机,近年来在石油化工、大型空调工程中得到了推广和应用。,螺杆式制冷机,3.2.4,制冷机,化工生产中常用的制冷机,真空泵是用来维持工艺系统要求的真空状态,真空度,:,一般有以下几种表示方法,以绝对压力,p,表示,单位,kPa,；,以真空度,p,v,表示,单位,kPa,Hg,主要技术指标,抽气速率,:S,指单位时间内,真空泵吸入的气体体积,(,指吸入压力和温度下的体积流量,),。单位是,m,3,/h,m,3,/min,。,极限真空,:,指真空泵抽气时能达到的稳定最低压力值。极限真空也称最大真空度。,抽气时间,:,指真空泵将需抽真空的系统容积,按抽气速率,S,从初始压力抽到终了压力所耗费的时间,(min),。,3.2.5,真空泵,真空泵技术指标实例,往复式真空泵,水环真空泵,液环真空泵,旋片真空泵,喷射真空泵,真空泵类型,图5,-,11为水喷射真空泵机组，,IH,型离心水泵，水箱，液位计，尾管，泵架，喷射泵，水管，气管，溢流口，真空表，,(11),真空吸,入,口,(12),贮气筒。,起重设备：,有吊钩、手拉葫芦、电动葫芦、电动单梁起重机、桥式起重机等。指标有：跨度,(m),、最大起重重量,(t),、运行速度,(m/min),、起重机自重等。,仓储设备：,有叉式装卸车、手动液压装卸车、圆筒搬运车、无轨巷道堆垛机、桥式堆垛机、桥式联合堆包机、液压升降台、装载机等。技术指标有：起重重量,(t),、升起高度,(mm),、空载行走速度,(km/h),等。,3.3,固体搬运及粉碎设备,固体物料运输设备,移动式皮带输送机,(,适用于矿山、工厂、建筑工地、车站、码头输送散状或成件物体物品,),；,气垫带式输送机,(,特点：运行平稳、安全可靠。适用于堆积密度为,0.5-2.5t/m,3,的各种块状、粒状、粉状等散状固体物料，也可输送成件物品,),带倾角的挡边带式输送机、斗式提升机,(,用于垂直或倾斜时输送粉状、颗粒状及小块状物料,),螺旋输送机,(,用于输送粉状、颗粒状及小块状物料，对易变质、粘性大和易结块的物料不宜采用,),载货电梯,3.3,固体搬运及粉碎设备,3.3,固体搬运及粉碎设备,给料设备：,固体物料经过输送后，加入到反应器或干燥机之前要使用给料设备。,给料设备要求具有以下性能：,定量供料，不漏料和不漏气，不破坏物料形状；结构简单可靠，功耗低，外形小，加料方便，计量精确，并有防止粉料成拱不能下落和喷粉的措施等。,给料设备主要有：,各种电磁振动给料机、振动料斗等。,技术指标为：,料斗尺寸,(,进料口直径、出料口直径、锥高,),、激振电动机型号与功率,(,kw,),、激振力,(),。,3.3,固体搬运及粉碎设备,破碎设备：,有粗碎颚式破碎机、环锤式破碎机、锤式破碎机等。,技术指标为：,最大进料粒度,(,目,),、排料粒度,(,目,),、公称排料口的处理能力,(m,3,/h),、配用电机型号与功率,(,kw,),生产厂家有：,上海建设机器厂、湖北长阳发电设备厂、上海建设路桥机械设备有限公司,.,气流粉碎，,它适用于聚乙烯、醋酸纤维塑料、环氧树脂、石灰石、碳酸钙、硫磺、活性炭、石墨、橡胶、钛白粉、氧化铁等化工原料。整套气流粉碎设备一般要包括料斗、电磁振动供料机、高速涡流粉碎机、旋风分离器、旋转阀和除尘器。,计量包装设备：,计量设备有：台秆、地磅、配料秤、自动称量机等。固体物料整套自动计量包装设备包括：自动给料机、自动称量系统、落料斗、吸尘口、夹袋机、称量控制器、皮带输送机、缝包卷边机、电控仪表箱、支架等。,3.3,固体搬运及粉碎设备,输送设备一般都属定型设备，在工艺设计中按物料性质和操作要求选用。,选择泵的方法和步骤,列出基础数据,介质的物性：介质名称、输送条件下的密度、粘度、蒸汽压、腐蚀性、毒性及易燃易爆等；介质中所含的固体颗粒直径和含量；介质中气体的含量。,操作条件：温度、压力、饱和蒸汽压、环境温度、间歇或连续操作等。,泵所在的位置：装置平、立面要求了解泵的送液高度、送液路程、进口和排出侧设备液面至泵中心距离及管线当量长度等。,3.4,输送设备选择,选择泵的方法和步骤,列出基础数据,确定流量及扬程,装置设计中，流量由物料衡算得到。如果给出正常、最大、最小流量，选泵时应按最大流量考虑；如果只给出正常流量，则应按装置及工艺过程的具体情况采用适当的安全系数。,扬程或管路压降。根据泵的布置位置，所需输送液体的距离及高度的压降，由此确定所需的扬程，并考虑安全系数,1.05-1.10,。,3.4,输送设备选择,选择泵的方法和步骤,(1),列出基础数据,(2),确定流量及扬程,(3),选择泵的型号,根据装置所需的流量和扬程,按泵的分类及适用范围初步确定泵的类型。,根据输送介质的腐蚀性,选择泵的材质。,根据泵厂提供的样本及有关技术资料确定泵的型号。,(4),选择驱动机,对装置中的大型泵或需调速等特殊要求的泵，可选用汽轮机。,对中小型泵可选用电机，根据输送介质的特性或车间等级选择防爆或不防爆电机。,3.4,输送设备选择,选择泵的方法和步骤,(1),列出基础数据,(2),确定流量及扬程,(3),选择泵的型号,(4),选择驱动机,(5),选择泵的轴封,(6),确定泵的备用率和台数,(7),填写泵的规格表,作为泵订货的依据和选泵过程中各项数据的汇总。,3.4,输送设备选择,选泵,:,离心耐酸泵选择示例,选择条件,1,2,2,H=15m,894,1,硝基苯,1200,/m,3,进料量为30,10,3,/h,反应器内保持0.1atm（表压）；管路为不锈钢管，总长45m,4个弯头,3.4,输送设备选择,即计算流量,Q,e,和扬程,H,e,其计算思路如下,:,Q,e,=1.5Q,max,=,1.5,体积流量,=,1.5,质量流量密度,H,e,=1.1H,max,有用功,e,g,柏努利方程,选泵,:,离心耐酸泵选择示例,选择计算,根据,(,摩擦阻力系数,),e,d,（相对粗糙度）图查出,，,为局部阻力系数之和,其计算过程,:,已知,Z,1,=0;Z,2,=15m,p,1,=0(,表压,);p,2,=0.19.8110,4,=9810N/m,2,(,表压,),硝基苯的粘度为,2.1cP,，所以,不锈钢的绝对粗糙度,0.2mm,故,相对粗糙度,/d=0.2/81=0.00247,由,e,d,图查出,0.0027,(,贮槽进入管中孔板阀门弯头,),0.5,1+8.251+0.172+0.75,4=12.09,Qe=1.5Qmax,=,1.5体积流量,=,1.5质量流量密度=1.5 30000/1200=37.5m,3,/h,He=1.1Hmax=1.1eg=1.1181/9.81=20.3m,因输送管材是不锈钢的,所以泵过流部件零件也应为不锈钢制造,F,型耐腐蚀离心泵是这种材质的,其性能范围,:,流量,Q,为,2,400m,3,/h;,扬程,H,为,15,105m,所选泵的流量和扬程在其性能范围内,查,F,型泵性能范围图,得具体型号为,80F-24,从泵类产品样本查可知该泵的主要参数,:,转速,n=2960r/min,允许吸上高度,H,S,=5.0,6.0;,效率,=64,72%;,轴功率为,3.84,5.35kw;,所配电机功率为,7.5kw,选泵,:,离心耐酸泵选择示例,选择型号,F型耐腐蚀离心泵性能范围图,F型泵的主要参数,离心耐腐蚀泵的型号意义及外形图,泵的理论功率：,泵的实际功率：,则在轴功率范围内，故选择适合。,20,时，硝基苯的运动粘度为,故粘度对流量、扬程和效率的影响，可忽略不计，所选,80F-24,型耐腐蚀离心泵是适合的,.,20cSt,选泵,:,离心耐酸泵选择示例,选择验算,在化工生产中，原料、中间体、产品都需要贮存。用于气体、液体的容积设备，国内己形成了系列标准。这个系列可分为以下五类：,四、贮罐,立式贮罐,卧式贮罐,立式圆筒形固定顶贮罐系列,立式圆筒形内浮顶贮罐系列,球罐系列,立式贮罐,平底平盖系列,(HG5-1572-85);,平底锥顶系列,(HG5-1574-85),；,90,折边锥形底平盖系列,(HG5-1575-85);,立式球形封头系列,(HG5-1578-85),；,90,折边锥形底、椭圆形盖系列,(HG5-1577-85),；,立式椭圆形封头系列,(HG5-1579-85),。,以上系列适用于常压，贮存非易燃易爆、非剧毒的化工液体。技术参数为容积,(m,3,),公称直径,(,),筒,体高度,(),。,4.1,贮罐系列,卧式贮罐,卧式无折边球形封头系列，用于,p,0.07MPa,，贮存非易燃易爆、非剧毒的化工液。,卧式有折边椭圆形封头系列,(HG5-1580-85),，用于,p,0.25-4.0MPa,，贮存化工液体。,立式圆筒形固定顶贮罐系列,(HG21502.1-92),适用于贮存石油、石油产品及化工产品。用于设计压力,2kPa,设计温度,-19-80,公称容积,100-30000m,3,，公称直径,;4500-44000,。,立式圆筒形内浮顶贮罐系列,(HG21502.2-92),适用于贮存易挥发的石油、石油产品及化工产品。用于设计压力常压设计温度,-19-80,，公称容积,100-30000m,3,，公称直径,4500-44000,。,4.1,贮罐系列,球罐系列,适用于贮存石油化工气体、石油产品、化工原料、公用气体等。占地面积小，贮存容积大。,设计压力,:4MPa,以下,公称容积,:,50-10000m,3,。,结构形式有橘瓣型和混合型及三带至七带球罐,.,结构形式见图,5-13,及图,5-14,。,4.1,贮罐系列,球罐系列结构形式,低压湿式气柜系列,(HG21549-92),适用于化工、石油化工气体的贮存、缓冲、稳压、混合等气柜的设计。,设计压力,4000Pa,以下,公称容积,: 50-10000m,3,按导轨形式分为螺旋气拒、外导架直升式气柜、无外导架直升式气柜。按活动塔节的节数分为单塔节气柜、多塔节气柜。,4.1,贮罐系列,设计参数,设计压力,由工艺提出；,设计温度,由工艺提出；,公称容积,通常根据贮存物料的流量及贮存时间,再乘以,20,的的安全系数算得；,公称直径,参照常规贮罐的高径比,或查阅已有贮罐系列；,4.2,贮罐设计,设计参数,腐蚀裕量,根据贮罐介质决定；,设计载荷,包括风载荷、雪载荷、罐顶附加载荷及抗震烈度等；,材质选择,根据介质物性及工艺选择碳钢、不锈钢、搪瓷、钢内衬材料或非金属等；,贮罐形式,根据介质物性、工艺条件及容积确定,加大型贮罐选择卧式贮槽或球罐；,贮罐台数。,4.2,贮罐设计,容积设计的依据为：,物料流量,m,3,h,；,贮存时间,影响贮存时间的因素,主要考虑,:,原料的来源与运输方法；,贮罐使用场合：,原料、产品贮罐；中间贮罐；计量罐；回流罐；缓冲罐；包装罐；根据工艺要求各种贮罐的容积相差是很大的。,4.2,贮罐设计,贮存原料和成品的贮罐。,原料的贮存有全厂性的原料，库房贮存和车间工段性的原料贮存。全厂性的贮罐一般主张至少有一个月的耗用量贮存；车间的贮罐一般考虑至少半个月的用量贮存。,液体产品贮罐一般设计至少有一周的产品产量,。如厂内使用的产品可视下工段,(,车间,),的耗量，贮存下一工段一个月以上或两个月的使用数量；如果是出厂的终端产量,作为错包装贮罐,存量可以适当小一些，最多可以考虑半个月的产量。,气柜一般可以设计得稍大些，可以达两天或略多时间的产量。,因为气柜不宜旷日持久贮存，当下一工段停止使用时，前一产气工序应考虑停车。,中间贮罐的使用场合包括原料、产品、中间产品的主要贮罐,当它们距工艺设施较远,或者原料或中间体间歇供应是作调节之用,或者需测试检验以确定去向,(,如多组分精馏确定产品合格与否的中间性贮罐,),或者工艺流程中要求切换,翻罐挪转的贮罐等。这一类贮距考虑一昼夜的产量或发生量的贮存罐。,计量罐一般用于间歇生产,容积根据每批物料量及存放时间而定。,回流罐一般考虑,5-10min,左右的液体保存量,作冷凝器液封之用。,缓冲罐,的目的是使气体有一定数量的积累，保持压力比较稳定而保证工艺流程中流量稳定。其容量通常是下游设备,5-10min,的用量,有时可以超过,15min,的用量,以备在紧急时有充裕时间处理故障，调节流程或关停机器。,汽化罐,(,可加热可不加热,),的物料汽化空间,通常是贮罐总容积的一半。汽化空间的容量大小，通常根据物料汽化速度来估计，一般希望汽化空间足够下游岗位,3min,以上的使用量,至少在,2min,左右。,贮罐尺寸的确定,对定型设备，根据计算的容积，可由手册查出标准化设备的有关尺寸。,对非标准设备，根据计算的容积，考虑装料系数和高径比。,装料系数。装料系数,是防止物料溢出的安全系数,所以,与不同物料和不同操作情况有关。一般贮槽、计量槽取,=0.8-0.9;,搅拌反应器取,=0.7-0.85 ;,对于沸腾操作或易发泡的反应设备,=0.4-0.6,。,高径比一般取,H:D,1-2,。,4.2,贮罐设计,管口方位确定,贮罐的管口主要有：进料、出料、温度、压力,(,真空,),、放空、液面计、排液、放净以及人孔、手孔、吊装等，并留有一定数目的备用孔。,根据贮罐的大小及进出口流量决定各管口尺寸与数量。管口方位的安排应有利于工艺管道的布置。,确定容器的支承方式,绘制设备草图,(,条件图,),标注尺寸。,对非标设备，向设备设计人员提出设计条件。,对定型设备，则将工艺要求的管口方位图与标准的管口方位图进行对照，如果不符，应按工艺要求的管口方位图进行定货。,4.2,贮罐设计,化学反应器是将反应物通过化学反应转化为产物的装置，是化工及其相关工业的核心设备。,由于化学反应种类繁多，性质各异，,化学反应器的构型及尺寸相差甚远，,如窑炉、釜、塔、混合器、高炉、回转窑、反应管等都可进行化学反应，但各种工艺过程完全不同，,因此考虑各工艺的特征是十分重要的。,五、化学反应器,5.1,常用反应器的形式与工艺特点,（续表）,固定床,绝热式,换热式,自热式,多段绝热式,单段绝热式,非原料气泠激式,原料气泠激式,中间间接换热式,外热式,反应器的工艺特点举例,非原料气泠激式,泠,激,剂,原料,产品,产品,原料,原料气泠激式,间接换热式,产品,原料,如,CO,变换，由于是放热反应，受到平衡的限制，因此为达到所需的转化率，必须进行换热和,3-5,段的接触，因此有,多段间接换热式和多段冷激式。,间接换热式和冷激式，,在合成氨生产中，中小型规模采用的合成塔为间接换热式，大型合成氨厂基本上采用冷激式合成塔。,轴向床,径向床,自热式固定床,（氨合成塔的结构与工况示意图）,列管式固定床,（,等温反应器,如乙烯氧化制环氧乙烷，反应热较大,为控制反应温度,采用列管式换热器,),丙烯腈流化床,费,托,合成反应器,流化床反应器,选型方法,:,先判断反应是何种相的形态,再了解在该相态下可选择何种反应器。,下表为反应相态和反应器型式的关系。,5.2,反应器的选型,选型经验：,(1),对气固相催化反应，由上表可见，主要反应器为固定床或流化床。,如果反应的,热效应较小，可选用固定床，,通过移热，反应较易控制；,如果,热效应稍大，可选用列管式固定床反应器；,对于,强放热反应器,(,如丙烯睛生产过程，放热量达,750KJ/mol),，,一般选用流化床反应器。,所以，这类反应器的选择主要考虑：反应的热效应，绝热温升，催化剂允许的温度范围等。,5.2,反应器的选型,选型经验：,(2),对气,固相非催化反应，可选移动床或流化床。,例如，石灰石的燃烧，选择移动床（石灰煅烧窑）较好，因为结构简单，运转费用较低。,对洁净煤技术的流化床燃烧反应，实际是流化床与火焰反应器的结合。,5.2,反应器的选型,选型经验：,(3),气液相反应器的选型主要考虑：,生产强度，即单位时间单位体积反应器的生产能力；能耗；存在副反应时，考虑反应器形式对选择性的影响；设备投资；操作性能等。关键因素是应使反应器的传递特征和反应动力学特征相适应。,在气液相反应器内，,决定其性能的重要参数有持液量、气液界面积、气液相膜内传质系数。,以持液量的大小可将气液相反应器分为两类，持液量小的有固定床、板式塔、管式反应器、喷雾塔；持液量大的有搅拌釜式和鼓泡塔。,对于反应速度较慢的反应，宜选用持液量大的搅拌釜式或鼓泡塔；对于反应速度快的反应宜选用填料塔、板式塔、湿壁塔喷雾塔等反应器。,5.2,反应器的选型,搅拌釜式反应器是一种从实验室试验到工业装置均采用的反应器，容积从,1L,至,200m,3,或更大，压力从真空到,300MPa,，温度从零下几十度至零上几百度。由于处理的物系不同，根据温度、压力、腐蚀性，可选用碳钢、不锈钢、塘玻璃、镍、钴等耐腐蚀材料。,搅拌釜式反应器的特性,(1),由于物料性质的不同，搅拌釜式反应器的釜体、搅拌桨、挡板的结构形式也不同，反应器的差别也较大。,(2),搅拌釜式反应器常设加热或冷却装置。,5.3,搅拌釜式反应器,(1),搪玻璃开式搅拌容器,搪玻璃开式搅拌容器的公称压力小于等于1.0MPa、公称容积50-5000L、介质温度为-20,200。,该容器传动装置有I型、型和型三种。,搅拌器形式有锚式、柜式、叶轮式、桨式。,5000L搪玻璃开式搅拌容器如下图所示，部分搪玻璃开式搅拌容器的技术指标如下表所示。,5.3.1,搪玻璃反应器系列,5000L,搪玻璃开式搅拌容器,搪玻璃反应釜的技术指标表,(2),搪玻璃闭式搅拌容器,可用于反应、溶解、结晶、换热等过程。,容器的公称压力 1.0MPa 、公称容积2500-20000L，介质温度为-20,200。,结构与搪玻璃开式搅拌容器相似，为不可拆式.该容器传动装置有I型、型和型三种。,搅拌器形式有锚式、柜式、叶轮式、桨式。,5.3.1,搪玻璃反应器系列,发酵罐是抗生素厂生产中的主要反应设备，其特点是容积大、功率大、消毒要求高。该系列发酵罐有,30,50,，,70,，,100m,3,四种，设备内设计压力小于,0.3MPa,，设计温度小于,142,。直径,DN,为,2600,3800,，高度与直径之比基本控制在,2-2.5,之间。,功率的选用与发酵液质量有很大关系，目前国外在发酵罐上使用的功率最已达,4kW/m,3,，国内只有,1.5-2.0 4kW/m,3,。,5.3.2,发酵罐系列,例,在间歇釜中，用醋酸和丁醇生产醋酸丁酯，反应式为,5.4,反应器应用示例,釜式反应器设计的工作内容,（）确定釜的操作方式（间歇与连续）,（）汇总设计基础数据：包括物料流量，反应时间，操作压力，操作温度，投料比，转化率，收率，物料的物性数据等,（）计算釜的体积,（）确定台数和连接方式（串联与并联）,（）确定釜的直径与筒体高度（长径比取1-3),（）确定釜的传热装置的型式与换热面积,（）选择釜的搅拌器（如浆式、框式、锚式等）,第四章设备工艺设计习题,、如何选泵？,、如何作非标准设备的设计？,、选择标准设备的具体任务是什么？,4、釜式反应器设计的工作内容如何？,5、设备工艺设计的有哪些任务？,6、贮罐设计有哪些设计参数？,7、反应器如何选型？常用的反应器有哪些？,习题1.,在间歇釜中，用醋酸和丁醇生产醋酸丁酯3600kg/d，试求间隙釜的体积（有关数据见例题）,