第四章1设备的工艺设计及化工设备图课件

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,*,第四章 设备的工艺设计及化工设备图,化工设计,基本要求：,掌握化工设备选用（设计）原则,熟练进行化工设备的选用或设计,掌握化工设备图的绘制及表示方法,设备工艺及设备图的计算机辅助设计,第四章 设备的工艺设计及化工设备图化工设计,1,第一节 化工设备选用的一般原则,化工设计,化工设备分为两类：,标准设备或定型设备,非标准设备或非定型设备,化工设备选用,（选型和工艺设计）,第一节 化工设备选用的一般原则化工设计化工设备选用（选型,2,第一节 化工设备选用的一般原则,化工设计,一、设备分类（两类）,标准设备或定型设备,是成批系列生产的设备，可现成购买。标准设备有产品目录或手册样本，有各种型号，有不同生产厂家。工艺设计的任务是根据生产需要，计算并选择某种型号，以便订货。,非标准设备或非定型设备,需专门设计和特殊设备。,非标准设备也是化工厂生产中大量存在的设备，它是化工厂生产的一种特色，非标准设备工艺设计就是根据工艺要求，通过工艺计算提出、材料、尺寸和其他一些具体要求。再由化工设备专业进行机械设计，由有关工厂进行制造。在设计非标准设备时，应尽量采用已经标准化的图纸。,第一节 化工设备选用的一般原则化工设计一、设备分类（两类,3,第一节 化工设备选用的一般原则,化工设计,二、选型和工艺设计的原则：,合理性,：即设备必须满足工艺要求，设备与工艺流程、生产规模、工艺操作条件、工艺控制水平相适应，又能充分发挥设备的能力。,先进性：,要求设备的运转可靠性、自控水平、生产能力、转化率、收率、效率要尽可能达到先进水平。,第一节 化工设备选用的一般原则化工设计二、选型和工艺设计,4,第一节 化工设备选用的一般原则,安全性：,要求安全可靠、操作稳定、弹性好、无事故隐患。对工艺和建筑、地基、厂房等无苛刻要求；工人在操作时，劳动强度小，尽量避免高温高压高空作业，尽量不用有毒有害的设备附件附料。,经济性：,设备投资节省，设备易于加工、维修、更新，没有特殊的维护要求，运行费用减少。引进先进设备，亦应反复对比报价，考察设备性能，并易于被国内消化吸收改进利用，避免盲目性。,化工设计,第一节 化工设备选用的一般原则安全性：要求安全可靠、操作稳定,5,第一节 化工设备选用的一般原则,化工设计,系统性：,化工过程是一个完整的系统，设备设计时不能仅关注单一设备，避免因个别设备妨碍整个系统优化；注重经济性的同时，还应通盘考虑，保留适当裕量，以免在日后扩产和工艺调整时成为系统“瓶颈”。,设备选型和工艺设计的原则：,综合考虑合理性、先进性、安全性、经济性和系统性的原则，审慎研究，认真设计。,第一节 化工设备选用的一般原则化工设计系统性：化工过程是,6,第二节 化工设备的选用,化工设计,标准设备或定型设备,是成批系列生产的设备，有产品目录或手册样本，有各种型号，有不同生产厂家。工艺设计的任务是根据生产需要，计算并选择和确定某种型号。,为正确、方便地进行化工设备的工艺设计，介绍常用的化工设备的选用及设计,方法,:,第二节 化工设备的选用化工设计标准设备或定型设备 是成,7,第二节 化工设备的选用,化工设计,一、泵的选用与设计程序,(1）确定泵型,(2）确定选泵的流量和扬程,(3）确定泵的安装高度。,(4）确定泵的台数和备用率。,（5）校核泵的功率,（6）确定驱动形式,（7）选用电动机,（8）填写选泵规格表,第二节 化工设备的选用化工设计一、泵的选用与设计程序,8,第二节 化工设备的选用,化工设计,二 换热设备的设计和选用,1 换热器设计的,一般原则,：,(1）基本要求；(2）介质流程；,(3）终端温差；(4）流速；,(5）压力降；(6）传热系数；,(7）污垢系数；(8）尽量选用标准设计和标准系列,第二节 化工设备的选用化工设计二 换热设备的设计和选用,9,第二节 化工设备的选用,化工设计,2,管壳式,换热器的设计和系列选用,（1）汇总设计数据、分析设计任务,根据工艺衡算和工艺物料的要求、特性，获得物料流量、温度、压力和化学性质、物性参数，取得有关设备的负荷、流程中的地位与流程中其他设备的关系等数据。,（,2）设计换热流程,在换热设计时，应将换热的工艺流程仔细探讨，以利于充分利用热量，充分利用热源。,第二节 化工设备的选用化工设计2 管壳式换热器的设计,10,第二节 化工设备的选用,化工设计,（3）选择换热器的材质,根据介质的腐蚀性能和其他有关性能，按照操作压力，温度，材料规格和制造价格，综合选择。,（4）选择换热器类型,根据热负荷和选用的换热器材料，选定某一种类型。,（5）确定换热器中冷热流体的流向,据热载体的性质，换热任务和换热器的结构，决定采用并流，逆流或错流折流等。,第二节 化工设备的选用化工设计（3）选择换热器的材,11,第二节 化工设备的选用,化工设计,（6）确定和计算平均温差Atm,确定终端温差，根据化学工程有关公式，算出平均温差。,（7）计算热负荷Q、流体给热系数a,可用粗略估计的方法，估算管内和管间流体的给热系数a 1、a2。,（8）估计污垢热阻系数并初算出传热系数K,在有关书中已详细叙述，利用现有各种工艺算图，将公式和经验汇集在一起，可以方便地求取K。在许多设计工作中，K 常常选取一些经验值，作为粗算或试算的依据，许多手册书籍中都罗列出各种条件下的K 的经验值。但经验值所列的数据范围较宽，应作试算，并与K 值的计算公式结果参照比较。,第二节 化工设备的选用化工设计（6）确定和计算平均,12,第二节 化工设备的选用,化工设计,（9）算出总传热面积A。,（10）调整温度差，再算一次传热面积。,在工艺的允许范围内，调整介质的进出口温度，或者考虑到生产的特殊情况，重新计算Atm，并重新计算A 值。,（,11）选用系列换热器。,根据两次或三次改变温度算出的传热面积A，并考虑有10 一25%的安全系数，确定换热器的选用传热面积A。从国家标准系列换热器型号中，选择符合工艺要求和车间布置（立式或卧式）的换热器，并确定设备的台数。,第二节 化工设备的选用化工设计（9）算出总传热面,13,第二节 化工设备的选用,化工设计,（12）验算换热器的压力降。,一般利用工艺算图或由摩擦系数通过化学工程的公式计算。如果核算的压力降不在工艺的允许范围之内，应重选设备。,（13）校核传热系数K,（14）画出换热器设备草图。,由设备机械设计人员完成换热器的详细部件设计。,第二节 化工设备的选用化工设计（12）验算换热器的,14,第二节 化工设备的选用,化工设计,三、贮罐容器的选型和设计,（一）贮罐的选择,按使用目的的不同，可分为贮存容器的计量、回流、中间周转、缓冲、混合等工艺容器。,（二）设计贮罐的一般,程序,（1）汇集工艺设计数据。,包括物料衡算和热量衡算，贮存物料的温度、压力，最大使用压力、最高使用温度、最低使用温度，腐蚀性、毒性、蒸汽压、进出量、贮罐的工艺方案等。,第二节 化工设备的选用化工设计三、贮罐容器的选型和设计,15,第二节 化工设备的选用,化工设计,（,2）选择容器材料。,对有腐蚀性的物料可选用不锈钢等金属材料，在温度压力允许时可用非金属贮罐、搪瓷容器或由钢制压力容器衬胶、搪瓷、衬聚四氟乙烯等。,(3）容器型式的选用。,我国已有许多化工贮罐实现了系列化和标准化。在贮罐型式选用时，应尽量选择已经标准化的产品。,(4）容积计算。,容积计算是贮罐工艺设计和尺寸设计的核心，它随容器的用途而异。,第二节 化工设备的选用化工设计（2）选择容器材料。,16,第二节 化工设备的选用,化工设计,(5）确定贮罐基本尺寸,根据物料密度、卧式或立式的基本要求、安装场地的大小，确定贮罐的大体直径。依据国家规定的设备零部件即筒体与封头的规范，确定一个尺寸。据此计算贮罐的长度，核实长径比，如长径比太大，应重新调整，直到大体满意。,(6）选择标准型号,各类容器有通用设计图系列。根据计算初步确定它的直径、长度和容积，在有关手册中查出与之符合或基本相符的标准型号。,第二节 化工设备的选用化工设计(5）确定贮罐基本尺,17,第二节 化工设备的选用,化工设计,(7）开口和支座,在选择标准图纸之后，要设计并核对设备的管口。在设备上考虑进料、出料、温度、压力（真空）、放空、液面计、排液、放净以及人孔、手孔、吊装等装置，并留有一定数目的备用孔。如标准图纸的开孔及管口方位不符合工艺要求而又必须重新设计时，可以利用标准系列型号在订货时加以说明并附有管口方位图。容器的支承方式和支座的方位在标准图系列上也是固定的，如位置和形式有变更时，则在利用标准图订货时加以说明，并附有草图。,第二节 化工设备的选用化工设计(7）开口和支座,18,第二节 化工设备的选用,化工设计,(8）绘制设备草图（条件图），标注尺寸，提出设计条件和订货要求,选用标准图系列的有关图纸，应在标准图的基础上，提出管口方位、支座等的局部修改和要求，并附有图纸，作为订货的要求。如标准图不能满足工艺要求，应重新设计，绘制设备容器的外形轮廓，标注一切有关尺寸，包括容器管口的规格，并填写“设计条件表”，由设备专业的人员，进行非标准设备设计。,第二节 化工设备的选用化工设计(8）绘制设备草图（,19,第二节 化工设备的选用,化工设计,四、塔器的选型与设计,1,塔型,选择基本原则,生产能力大，弹性好。,随着化工装置大型化，生产能力要求尽量地大，而根据生产经验，工艺流程中精馏往往是限制环节。很多精馏塔设计中考虑诸如造价、结构或压降、分离效率等因素较多，而常常未将塔的操作弹性放在重要位置，从而造成投产后设备不大适应工艺条件和生产能力的较大波动。,第二节 化工设备的选用化工设计四、塔器的选型与设计,20,第二节 化工设备的选用,化工设计,满足工艺要求，分离效率高。,工艺上要分离的液体有很多特殊要求，如沸点低、难分离、有腐蚀性、有污垢物等，对塔型要慎加选择。,运转可靠性高，操作、维修方便。,结构简单，加工方便，造价较低。,塔压降小。,对于真空塔或要求塔压降低的塔来说，压降小的意义更为明显。通常选择塔型未必能满足所有的原则，应抓住主要矛盾，最大限度满足工艺要求。,第二节 化工设备的选用化工设计 满足工艺要求，分离效,21,第二节 化工设备的选用,化工设计,2 填料塔设计程序,（1）汇总设计参数和物性数据处理。,包括全塔的物料平衡，塔的温度、压力，塔内液相和气相的流量，气液相物料的密度、粘度、扩散系数，汽液平衡数据、亨利常数、溶解度数据等；工艺要求包括工艺过程中要求塔分离后物料的纯度、工艺物料衡算中要求塔的产率等。,第二节 化工设备的选用化工设计2 填料塔设计程序,22,第二节 化工设备的选用,化工设计,（2）选用填料。,填料是填料塔内汽一液接触的核心元件。填料类型和填料层的高度直接影响传质效果。因而，选择填料是填料塔设计的一个重要内容。,（3）确定塔径D。,（4）计算填料塔压降。,（5）验算塔内的喷淋密度。,应按实际塔径验算塔内的喷淋密度是否大于最小喷淋密度。如果喷淋密度太小，将不能保证填料充分润湿，应重新调整计算。,第二节 化工设备的选用化工设计（2）选用填料。填料是,23,第二节 化工设备的选用,化工设计,（6）计算填料层高度Z。,填料层高度的计算是填料塔设计中重要的一环。有许多计算方法和经验公式，通常采用“传质单元法”和“等板高度法”。,（7）计算塔的总高度H,（8）塔的其他附件设计和选定,（9）绘制塔设备结构图,第二节 化工设备的选用化工设计（6）计算填料层高度Z,24,第二节 化工设备的选用,化工设计,3 板式塔设计程序,（1）汇总设计参数和物性数据。,（2）选择板式塔的塔板结构,常根据物料特性、分离要求来确定塔板结构。为了便于设备设计和制造，在满足工艺要求条件下，原化工部有关部门将一些塔板结构参数加以系列化，设计时可以直接选用。,第二节 化工设备的选用化工设计3 板式塔设计程序,25,第二节 化工设备的选用,化工设计,（3）进行工艺计算,（4）塔径计算,（5）塔节上人孔，手孔的确定,