第4章 设备设计与选择

null第四章 设备设计与选择 第四章 设备设计与选择 一、选择设备的基本要求 二、设备设计—定型设备的选择 三、设备设计—非定型设备的设计与计算本章内容 在初步设计或扩大初步设计中，工艺路线选择、工艺流程设计、物料衡算、热量衡算后，就可以着手设备的工艺设计计算。工艺设备的设计与选择的目的工艺设备的设计与选择的目的决定车间内所有工艺设备的台数，型式和主要尺寸 据此，着手进行车间布置设计，并为下一步 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 图设计以及其他非工艺设计项目提供足够的相关条件。化工设备设计与选择的主要任务化工设备设计与选择的主要任务 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 设备或定型设备选择（规格、型号） 非标准设备或非定型设备的设计（主要尺寸、给设备设计人员提条件） 编制化工设备一览 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 对成批系列生产的设备，可以从产品目录或样本 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 中查阅其规格与型号，直接从生产厂家购货。非标设备是需要专门设计的特殊设备，根据工艺要求，由工艺设计人员和设备设计人员共同完成设计，交由相关工厂制造。表4.1 工艺设备一览表表4.1 工艺设备一览表第一节 选择设备的基本要求第一节 选择设备的基本要求原则：技术先进、操作安全、经济合理 技术经济指标 设备结构的要求 主要考虑技术经济指标和设备结构要求。设备结构特点首先要满足工艺要求，符合工艺特点，运行操作过程中能够发挥设备的优势。一、技术先进一、技术先进要求设备运转可靠，控制水平、生产能力、转化率、收率、效益等要尽可能的达到先进水平 设备必须满足工艺的一般要求；与工艺流程、生产规模、工艺操作条件、工艺控制水平相适应，并充分发挥设备的能力二、操作安全工人在操作时，劳动强度要小，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辅料 设备要运转可靠、操作稳定、弹性好、无事故隐患，对工艺和建筑、地基、厂房等无苛刻要求三、经济合理三、经济合理设备投资省，易于加工、维修和更新，没有特殊的维护要求，运行费用少。 引进设备要考察设备性能及报价，考虑是否易于被国内吸收和改造利用，避免盲目性4.1.1 技术经济指标4.1.1 技术经济指标1. 单位生产能力 2. 消耗系数 3. 设备价格 4. 管理费用 5. 产品总成本化工设备的主要技术经济指标有以上五项1. 单位生产能力1. 单位生产能力设备在单位体积（单位重量或单位面积）上，单位时间内完成的任务。 设备的生产能力要与流程设计的生产能力相适应，且效率高。设备的生产能力越高越好。2. 消耗系数指生产单位重量或单位体积产品消耗的原料和能量，其中包括原材料、燃料、蒸汽、机电等。一般消耗系数越低越好。3. 设备价格3. 设备价格设备价格直接影响建设工程的投资。在满足生产要求的条件下，一般要选择价格便宜、制造容易、结构简单的设备。4. 管理费用设备的管理费用包括劳动工资、维护检修费用。要尽量选择管理费用低的设备，以降低产品的成本。5. 产品总成本是化工企业经济效益的综合反映，也是上述各项指标的综合反映。一般要求产品的总成本越低越好。4.1.2 设备结构的要求4.1.2 设备结构的要求强度：合理的强度，保证设备的安全运行 刚度：设备及其构件在外压的作用下，保持原有状况的能力 耐久性：设备的使用年限，一般化工设备的使用年限为10-12年，高压设备为20-25年 密封性：根据有毒物质在车间内允许的浓度来确定。它对处理易燃易爆及有毒介质非常重要 用材和制造：尽量少用贵重材料，避免复杂的加工工序 操作和检修：考虑操作、安装和日常维修的方便 运输方便：尺寸与形状设计时要注意运输方便与否，设备的直径、长度、重量要符合公路、铁路、水运的运输规定第二节 设备设计的基本内容第二节 设备设计的基本内容定型（或标准）设备的选择 非定型设备的设计与计算 设备设计的基本内容是定型设备的选择、非定型设备的工艺设计计算，在设计过程中，应根据设备设计计算的结果尽量选用定型设备定型设备的选择方法及原则定型设备的选择方法及原则根据设计项目规定的生产能力和生产周期考虑设备台数，设备选型依据有关手册和生产厂家的产品目录 在选用设备同时，要注意设备备件的供应情况，对供应紧张的备件，最好在订货时也订购备件 定型设备的选择，按其生产能力，一般偏高一个等级选用，也可以按工厂的近期发展要求选配 设备的设计与选择设备的设计与选择4.2.1 物料输送设备的选择 4.2.2 容器类设备的选择 4.2.3 换热设备的选择 4.2.4 塔器设备的选型与设计 4.2.5 反应器的选型与设计 4.2.6 非定型设备设计的主要程序4.2.1 物料输送设备的选择4.2.1 物料输送设备的选择液体物料输送设备：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、制冷机等 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 其它：惰性气体压送或真空吸送液体以及气体输送固体等4.2.1.1 液体物料输送设备--泵的选择4.2.1.1 液体物料输送设备--泵的选择泵按其作用于液体原理的不同，分三类： 1. 容积式流体输送泵 2. 叶片式输送泵 3. 流体动力泵 也可以按泵的用途命名，如水泵、油泵、泥浆泵、砂泵、耐腐蚀泵、冷凝泵；或以其结构特点命名如：悬臂水泵、齿轮泵、螺杆泵、液下泵等图4.1 泵的分类图4.1 泵的分类图4.2 几种典型泵的图片图4.2 几种典型泵的图片水环式真空泵高压水泵污物潜水泵电子隔膜计量泵双 缸 隔 膜 泥 浆 泵null高温磁力泵自动搅匀排污泵D型系列多级离心泵W型水力喷射器2X型双级旋片式系列真空泵GF型不锈钢单螺杆泵容积式流体输送泵容积式流体输送泵利用泵内活塞或转子运动，使泵内工作室的容积产生周期性变化，对流体产生挤压作用，进而将其吸入或压出。如往复泵、齿轮泵、转子泵电动往复泵齿轮泵转子泵叶片式输送泵叶片式输送泵利用泵内叶片在旋转时产生的离心作用，给流体以离心力或轴向力将液体吸入或压出。如离心泵、轴流泵、旋涡泵单级离心泵立式轴流泵系列产品离心旋涡泵流体动力泵流体动力泵依靠另一种所谓“工作流体”作为动力来输送液体。如喷射泵水喷射泵大气喷射泵机组各类泵的特点各类泵的特点离心泵：流量大、扬程低 往复泵、旋流泵：流量较小、扬程较高 转子泵：可输送粘度较高的液体 喷射泵：可用来抽吸液体或气体表4.2 各种泵的性能对比表4.2 各种泵的性能对比表4.2 各种泵的性能对比续1表4.2 各种泵的性能对比续1表4.2 各种泵的性能对比续2表4.2 各种泵的性能对比续2泵的选择泵的选择泵的选择依据 选择泵的一般步骤 泵的选择经验 确定泵的台数和备用率（1）泵的选择依据（1）泵的选择依据生产工艺对液体输送量的要求 装置扬程的高度要求 液体的性质 操作条件 地理位置(装置系统的管路布置条件)等流量流量泵在单位时间抽排液体的体积数。它是泵选择的重要依据之一，与整个装置的生产能力要求相协调 叶片式泵的流量与扬程有关，这种关系叫做离心泵的特征曲线 容积式泵的流量与扬程无关，几乎为常数 泵的操作流量指泵的扬程流量特征曲线与管网系统所需的扬程、流量曲线相交处的流量值扬程扬程指泵在输送单位液体时，泵的进口至出口的能量增加值，包括液体静压力、动压头和几何位能的总和。是装置系统所需的扬程，与管路系统的具体布置情况有关 选泵的扬程值应该注意：最低吸入液面和最高送液高度，同时留有余量，一般取系统扬程的1.05-1.1倍作为依据液体的性质液体的性质液体的性质包括物理性质和化学性质 物理性质指温度、重度、粘度、以及介质中固体颗粒的直径和含量、气体的含量等，涉及到泵的类型选择、扬程的确定 化学性质指介质的化学腐蚀性和毒性，是考虑泵的材质和轴封形式的重要依据系统的管路布置条件系统的管路布置条件指送液高度、送液路线、送液走向、吸入侧的最低液面、排出侧的最高液面及管道规格、材料、管件规格、数量等 是计算系统扬程的依据，当已经给定系统的扬程时，可以不必进行计算操作条件操作条件操作条件的内容包括：操作温度、饱和蒸气压、吸入侧容器内的压力、排出侧容器内的压力、环境温度、操作是连续还是间断、泵的地理位置等 化工用泵的类型有很多，每一类泵只能适用于一定的范围和操作条件，各类泵的性能以及适用范围在一般的化工手册以及产品样本中均有说明可供选择时参考。（2）选择泵的一般步骤（2）选择泵的一般步骤选择类型 选择系列和材料 确定泵的具体型号 确定泵的台数和备用率（3）泵的选择经验（3）泵的选择经验流量较大，扬程较低，液体粘度小，液体中气体体积含量低于5%时，宜选用离心泵 流量较小，扬程较高，介质粘度大，且有润滑性可选用转子泵 粘度特别大的液体，应选用高粘度齿轮泵、螺杆泵或往复泵等容积泵 对易燃易爆的液体，应考虑用蒸汽驱动的往复泵或电机防爆的其它类型的泵 对剧毒、有放射性物品、贵重介质，宜用密封性能很好的屏蔽泵（4）确定泵的台数和备用率（4）确定泵的台数和备用率作为正常运行时使用的泵，一般只用一台。 在下列情况时，可以考虑两台泵并联 1. 在流量很大，一台泵达不到所需流量 2. 对于需要50%备用率的大型泵可改用两台泵并联，一台备用（共三台） 3. 对某些更大型的泵，可选用能满足70%流量要求的泵并联工作，不用备用泵。 对于重要场合泵的备用率50-100%；对一般连续操 作的泵35-50%备用率即可；间歇式操作的泵，一般 不用备用泵 null 在一台大泵与并联工作（泵并联工作时，能增加流量）的两台小泵在流量和扬程相当时，大泵的效率高于小泵的效率，故从能量的角度讲，宁可选用一台大泵而不用两台小泵。 泵的备用率可以从该泵的工艺流程中的重要型、操作的连续与间歇、泵产品的长期运转可靠性（相对于操作条件的苛刻程度）以及维修能力、泵的价格等各方面加以考虑。对工作条件恶劣的泵、纯度要求高的产品的泵、加热炉进料泵、燃料油泵等，需要100%的备用率；对其他一般连续操作的产品泵、回流泵、循环泵等，要有33-50%的备用率。对于间歇操作的泵，一般可以不设备用泵，以减少投资，充分利用现有设备。图4.3 各类泵的性能范围图4.3 各类泵的性能范围按水介质绘制4.2.1.2 气体输送、压缩设备4.2.1.2 气体输送、压缩设备 风机按其作用原理可以分为容积式和透平式两类。 容积式：靠活塞作用在气缸内作往复或旋转运 动，使气体体积缩小而提高压力。 透平式：靠高速旋转的叶轮提高气速和压力，然 后在扩压器中使速度降下来，把动能转 化为静压能。风机的分类1风机的分类1风机的分类2风机的分类2按机械所能达到的压力大小分类为通风机、鼓风机、压缩机、真空泵 通风机：排气压力小于0.115MPa, 输送气体 鼓风机：排气压力0.115-0.4MPa, 输送气体 压缩机：排气压力大于0.4MPa, 提高压力 真空泵：排气压力接近0MPa 在化工厂中，常常根据风机在生产工艺中的位置和作用以及输送介质的不同而命名，如引风机、排风机、空气鼓风机等。目前，风机类产品已经标准化，除特殊要求外，一般都根据产品样本选型。风机风机离心风机罗茨风机轴流风机斜流风机锅炉引风机无动力风机null往复式空气压缩机往复式空气压缩机往复式空气压缩机离心压缩机离心压缩机离心压缩机离心压缩机风机的选择风机的选择选择风机依据工艺条件、物料特性（腐蚀、爆炸、有无毒性、含尘量）、排气温度、排气量、排气压力等参数选择 在同一型号中，效率最高、能耗最小、价格便宜为最优风机选择注意事项风机选择注意事项选择风机时，风压的计算要考虑从管路的吸入口至排出口的压力降，并加必要的安全系数，3% 风机标牌上标明的风量大小为标准状态下的值，选择是应注意将使用工况下的参数换算成标准状态下的值 风机并联或串联使用时，性能会有所降低，设计时不宜采用，当必须使用时，要选择同型号同性能的风机风机选择一般经验风机选择一般经验一般低压操作，排气压力<50mmH2O时，宜用轴流式风机（流量大） 风压0.15-0.5kg/cm2时采用罗茨鼓风机 风压<0.15kg/cm2时采用离心鼓风机 风压>0.5kg/cm2时采用往复式压缩机，大流量时采用离心式压缩机4.2.2 容器类设备的选择4.2.2 容器类设备的选择立式储罐 平底平盖系列(HG5-1572-85) 立式球形封头系列(HG5-1578-85) 900折边锥形底椭圆形盖系列(HG5-1577-85) 卧式储罐 卧式有折边椭圆封头系列(HG5-1580-85) 立式圆筒形固定顶储罐系列(HG21502.1-92) 低压湿式气柜系列(HG21549-92) 在化工生产中，原料、中间体、产品都需要储存，容器类设备包括各种型式的储罐、储槽、计量罐、气柜等。这些设备已经有标准设计可供设计者选用。储罐设计储罐设计1. 设计参数 2. 容积 3. 储罐尺寸的确定 4. 管口方位的确定 5. 确定容器的支撑方式 6. 绘制设备草图（条件图）1. 设计参数1. 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: 通常根据储存物料的流量及储存时间，加上 20% 的安全系数 公称直径: 参照常规储罐的高径比或查阅已有的储罐系列 腐蚀裕度: 根据储罐介质决定 设计载荷: 包括风载、雪载荷、灌顶附加载荷及抗震烈度 材质选择: 根据介质物性、工艺条件选择碳钢、不锈钢、 搪瓷、或非金属材料 储罐形式: 根据介质物性、工艺条件及容积确定 储罐台数: 由生产产量决定2. 容积2. 容积确定容积的依据 物料的流量 储存时间 1) 原料的来源与运输方法 2) 储罐使用的场合 容积设计的依据流量M3/H,储存时间，影响储存时间的因素 ， 不同的工艺要求储罐的容量差别很大不同的工艺要求储罐的容量不同的工艺要求储罐的容量1. 储存原料或产品，全厂性的储罐至少一个月的储量；车间储罐至少半个月的储量 2. 液体产品储罐一般设计至少一周的产品量 3. 气柜可以设计两天或多天的产量 4.中间产品储罐一般考虑一昼夜的储量 5. 计量罐：一般用于间歇生产，容积根据每一批次 物料的存放量及存放时间定 6. 回流罐：一般考虑5-10min左右的液体保存量,做冷凝液封用3. 储罐尺寸的确定3. 储罐尺寸的确定1) 定型设备：根据计算的容积，手册中查标准化设备的有关尺寸 2) 非定型设备：根据计算容积，考虑装料系数和高径比装料系数与高径比装料系数与高径比装料系数是防止物料溢出的安全系数，与物料种类和操作条件相关。一般储槽、计量槽取0.8-0.9，搅拌反应器取0.7-0.85，对沸腾操作或易发泡的反应器取0.4-0.6。 高径比一般取 H:D = 1 ~ 2nullnull椭圆封头锥形封头null4. 管口方位的确定4. 管口方位的确定储罐的管口主要有：进料、出料、温度、压力（真空）、放空、液面计、排液、以及人孔、手孔等 根据储罐的大小及进出口流量决定各管口尺寸与数量 管口方位的安排应该有利于工艺管道的布置null管口方位5. 确定容器的支撑方式5. 确定容器的支撑方式 容器分为立式和卧式 裙座：支撑重量较大的立式容器 鞍座：支撑重量较大的卧式容器 三角支座：支撑重量较小的立式容器 悬挂式支座：支撑重量、容积小的立式 容器 null群座null鞍式支座null悬挂式支座7. 绘制设备条件图7. 绘制设备条件图标注尺寸 对非标设备，绘制设备的外形轮廓图，标注一切相关尺寸，填写设计条件表，向设备设计人员提出设计条件 对定型设备，可以选用标准图系列的有关图纸，将工艺要求的管口方位、支座等与标准的管口方位及支座图进行对照，如有不符，按工艺要求的管口方位订货，提出相应的订货要求null 设备条件图（视图）null设备条件图（技术特性表）4.2.3 换热设备的选择4.2.3 换热设备的选择换热器的分类 换热器设计的基本原则 化工生产中，传热是十分普遍的，传热设备占据极为重要的地位，它是应用最为广泛的设备之一。物料的加热、冷却、蒸发、冷凝、蒸馏等都要通过传热设备进行热交换。换热器的种类很多，大都已有标准设计，可供设计者设计时选用4.2.3 -1 换热器分类4.2.3 -1 换热器分类按工艺用途分类：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器、空冷器等 根据冷热流体的热量交换方式分类：间壁式、直接式、蓄热式等三类 间壁式换热器可分为管式换热器（承压能力高）及板式换热器（承压能力低）null间壁式换热器两股流体被一种金属或非金属隔开，彼此不接触，热量传递通过设备壁面进行，间壁式换热器的结构形式有很多，可以分为板式和管式两种，管式换热器有列管式、蛇管式、套管式、喷淋式、翅片式等，板式换热器有夹套式、平板式、螺旋板式 等。 B. 直接式换热器冷热两股流体直接接触，在混合过程中进行热交换，这种换热器传热效果好，设备简单，使用方便，一般用于气体冷却、水蒸气冷凝。 C. 蓄热式换热器冷热两股流体交替通过蓄热层，以达到传热的目的，这种设备简单，可耐高温，但设备体积较大，一般用于气体的余热利用。 其中间壁式换热器是目前应用最多的。换热器图示换热器图示列管式换热器螺旋板式换热器套管式换热器喷淋管式换热器板式换热器夹套式换热器螺旋板式换热器null卧式安装立式安装4.2.3 -2 换热器设计的基本原则4.2.3 -2 换热器设计的基本原则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. 标准化原则工艺要求的传热面积 较高的传热效率 小流体阻力1. 基本要求1. 基本要求换热器设计要满足工艺操作条件，能长期运转，安全可靠，不泄漏，维修清洗方便，满足工艺要求的传热面积，尽量有较高的传热效率，流体阻力尽量小，满足工艺布置的安装尺寸要求 经济上合理2. 介质流程2. 介质流程腐蚀性介质走管程，可以降低对外壳材质的要求； 毒性介质走管程，泄漏的几率小；易结垢的介质走管程便于清洗和清扫； 压力较高的介质走管程，这样可以减少对壳体的机械强度要求； 温度高的介质走管程，可以改变材质，满足介质要求； 粘度较大、流量小的介质走壳程，可提高传热系数； 从压力降考虑，雷诺数小的走壳程3. 终端温差（经济合理和传热效率）3. 终端温差（经济合理和传热效率）热端的温差应在200C以上； 用水或其它冷却介质冷却时，冷端温差可以小一些，但不要低于50C； 当用冷却剂冷凝工艺流体时，冷却剂的进口温度应当高于工艺流体中最高凝点组分的凝点50C以上； 空冷器的最小温差应大于200C； 冷凝含有惰性气体的流体时，冷却剂出口温度至少比冷凝组分的露点低50C。4. 流速4. 流速在换热器内，一般希望采用较高的流速，这样可以提高传热效率，有利于冲刷污垢和沉积。但流速过大，磨损严重，甚至造成设备震动，影响操作和使用寿命，能量消耗也将增加。因此，比较适宜的流速应该经过经济核算来确定。a. 流体在直管内常见的流速a. 流体在直管内常见的流速b. 壳程内常见适宜流速b. 壳程内常见适宜流速5. 压力降5. 压力降压力降一般随着操作压力的不同而有一个大致的范围，压力降的影响因素有很多, 视具体工艺要求而定。6. 传热系数6. 传热系数传热面两侧的传热膜系数α1、α2如相差很大时，α较小的一侧将成为控制传热效果的主要因素，设计换热器时，应该设法增大该侧的传热膜系数。 计算传热面积时，常以α小的一侧为准。 增加传热膜系数的方法通常是：缩小通道截面积，以增大流速；增设挡板或促进产生湍流的插入物；管壁上增加翅片，提高湍流程度也增大了传热面积；糙化传热表面，用沟槽或多孔表面，对于冷凝沸腾等有相变的传热过程来说，可以获得很大的膜系数。7. 污垢系数7. 污垢系数换热器在使用过程中，会在壁面上产生污垢，在设计换热器时要慎重考虑流速和壁温的影响。从工艺上降低污垢系数，如改进水质，消除死区，增加流速，防止局部过热等。 污垢系数又称为污垢热阻，我根据对对流传热系数的物理意义的理解，个人理解污垢系数的物理意义是单位时间内每传递1焦耳的能量，在1平方米的污垢两侧所形成的温度差。污垢系数增加会造成传热速率下降，计算传热系数K时，一般不可以忽略污垢系数 。污垢系数大小与流体的性质、流速、温度、设备结构及运行时间等因素有关。对于一定的流体，增加流速，可以减少污垢在壁面的沉积，降低污垢系数。 8. 标准化原则8. 标准化原则尽量选用标准设计或标准系列，这样可以提高工程的工作效率，缩短施工周期，降低工程投资。换热器的性能比较换热器的性能比较热交换器的传热效率、工艺性能、操作性能、紧凑性和金属用量等可以作为选择热交换器形式时的参考指标。 单位换热量的金属消耗量系以列管式交换器等于1来比较。间壁式换热器性能比较间壁式换热器性能比较4.2.3–3 热交换器的设计方法和程序1. 汇总设计数据、分析设计任务 2. 设计换热流程 3. 选择换热器的材质 4. 选择换热器的类型 5. 确定换热器中冷热流体的流向 6. 确定和计算平均温差∆tm 7. 计算热负荷Q、流体给热系数α 8. 估计污垢热阻系数并初步估算传热系数K 9. 计算总传热面积A 10. 调整温差再计算一次传热面积 11. 选用系列换热器 12. 验算换热器的压力降 13. 画出换热器设备草图4.2.3–3 热交换器的设计方法和程序1. 汇总设计数据、分析设计任务1. 汇总设计数据、分析设计任务 根据物料衡算和工艺物料的要求、特性，得到物料流量、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，与流程中其它设备的关系等数据。2. 设计换热流程 在换热设计时，应该仔细探讨换热的工艺流程，以利于充分利用热量，充分利用热源。3. 选择换热器的材质 根据介质的腐蚀性能和其他相关性能，按照操作压力、温度、材料规格和制造价格，综合选择。4. 选择换热器的类型4. 选择换热器的类型 根据热负荷和选用的换热器材料，选定某一种类型的换热器。5. 确定换热器中冷热流体的流向 根据热载体的性质、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。6. 确定和计算平均温差∆tm 确定终端温差，根据相关公式算出平均温差。7.计算热负荷Q、流体给热系数α 可用粗略估计的方法，估算管内和管间流体的给热系数。利用各种工艺算图，结合公式和经验，可以方便的求得传热系数。null 在许多设计中，K值常常选取一些经验值，作为粗算或试算的依据，许多手册中都列出各种条件下的K值的经验值，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。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，重新计算平均温差，并重新计算总传热面积A。根据两三次改变温度计算出的传热面积A，并考虑有10%-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要求的换热器，并确定设备的台数。 流体速度是设计中的一个主要因素。流速大，传热系数大，传递一定热量所需的传热面积就可减少；但是流速加快，流体通过热交换器的压力降亦增大，因此能量消耗增加。反之，降低流速，操作费用可以减少，但固定费用增加，所以在热交换器设计中应选择最适宜的流体速度。4.2.4 塔器设备的选型与设计4.2.4 塔器设备的选型与设计 在化学生产过程中，相之间的质量传递是极其重要的过程之一。吸收、吸附、蒸馏、干燥、气体的增湿和减湿、萃取以及流态化等操作都属于传质过程。传质设备的设计应保证相际的紧密接触。在蒸馏、吸收、气体净化和萃取等操作中，广泛应用塔设备。nullnullnullnullnull根据气液两相的接触方式不同，塔器设备可分类为： 喷淋塔：液体被喷成细雾或雨滴状分散于气流中，气液接 触在液滴的表面上进行。这类塔多用于气体的除尘、 净化和吸收等操作。 填料塔：喷淋的液体沿填料表面呈膜状下降，气液两相就在 填料的湿表面上进行接触。这类塔多用于吸收和洗 涤净化操作，也可用于蒸馏和萃取，塔的填料有环 形、螺丝型、旋桨型、鞍型、栅板型等多种。 泡罩塔：气液两相间接触是气体小泡穿过液层进行的。这类 塔多用于精馏操作，也可用于吸收操作。不适于液 体萃取。泡罩有圆形、槽形、S型和长条形等多种。各种塔型的性能比较各种塔型的性能比较null实验室蒸馏塔nullnull填料塔内部结构null填料塔内、外部结构nullnull塔器内件塔设备设计选择的基本原则塔设备设计选择的基本原则1. 技术上可靠，能满足工艺要求，产品合乎规格，生产能力大。 2. 效率高、适应性好。在气液量变化时，仍能稳定地进行操作，并维持高的效率。 3. 构造简单，易于制造和安装，价廉，机械性能可靠。 4. 操作管理方便，易于清理和检修。 5. 塔压降要小。null 工艺上要分离的液体有很多特殊的要求，如沸点低、难分离、有腐蚀性、有污垢等，对塔的选型时应该特别注意。 生产能力要求尽量大，即单位塔界面的处理量要大，以适应化工装置大型化的要求。所谓分离效率高，是指达到分离要求的塔高要低。设计中还应该考虑适当的操作弹性。 设计时，以上几点不一定能全部满足，此时应保证满足主要的要求，最大限度的满足工艺要求。 各种塔设备有各自的特点，充分掌握这些特点后，才能选择满意的结构，决定合理的尺寸。各种塔的选用顺序各种塔的选用顺序4.2.5 反应器的选型与设计4.2.5 反应器的选型与设计化学反应设备是实现化学反应过程，将原料转变为所需要产品的关键设备，是整个化工过程的核心部分。 由于化学反应的多样性，反应器的类型也是多种多样的。常用的化学反应器的类型常用的化学反应器的类型管式反应器：长度远大于直径，中空，无 任何构件 釜式反应器：又称为搅拌釜 塔式反应器：高径比大 固定床反应器：内部有静止的固体床层 流化床反应器：固体颗粒在反应器内处于 流化状态几种反应器的示意图几种反应器的示意图a -管式反应器c-板式塔d-填料塔e-鼓泡塔f-喷雾塔g-固定床反应器h-流化床反应器b -釜式反应器nullnullnull反应相态与反应器形式反应相态与反应器形式A-适用； B-少用反应器的设计与选择反应器的设计与选择熟悉化学反应的规律性 反应速率：反应类型，特征，反应机理和反应速率 选择性：反应的选择性，进而得到原料的消耗 能量的消耗：反应的热效应 掌握传递过程情况 热量传递：解决传热和移出热量的方式和装置 质量传递：各点浓度均匀，反应接触好 了解设备设计要求反应器设计 要点 综治信访维稳工作要点综治信访维稳工作要点2018综治平安建设工作要点新学期教学工作要点医院纪检监察工作要点 反应器设计要点保证物料转化率和反应时间 满足反应的热传递要求 设计适当的搅拌器或类似作用的机构 主要材质的选用和机械加工的要求4.2.5.1 反应釜的设计程序4.2.5.1 反应釜的设计程序确定反应釜的操作方式 汇总设计基础数据 计算反应釜的体积 确定反应釜设计体积和台数 反应釜直径和筒体高度、封头确定 传热面积计算和校对 搅拌器设计 管口和开孔设计 画出反应器设计草图（条件图）或选型型号1. 计算反应釜的体积 （ 1 ）1. 计算反应釜的体积 （ 1 ）连续反应：由工艺规定的生产能力，确定全年的工作时数，算出每小时反应釜需要处理（或生产）的物料量V0。根据物料的平均停留时间t和设备的台数就可以算出每台釜的物料体积。在选用反应釜时，一般把选用的台数与实际操作的台数之间，用设备备用系数n关联，n通常为1.05-1.3 由物料体积 VR和装料系数Φ计算釜的体积。液相反应时通常取Φ=0.4-0.5，视具体情况而定1. 计算反应釜的体积 （ 2 ）间歇反应：从工艺设计要求的年产量决定日投料量V日，再从每釜反应所用时间（包括辅助时间等） t釜，算出24小时内釜的反应周期数（α= 24 / t釜）、每釜处理的物料体积 VR= V日/α，得到每釜的实际体积VT = VR/Φ。间歇釜的装料系数Φ，可以比连续操作再适当放宽，取上限或略大。1. 计算反应釜的体积 （ 2 ）2. 确定反应釜设计体积和台数2. 确定反应釜设计体积和台数根据计算得到的反应釜的实际体积和反应釜台数都是理论计算值，应该加以圆整。或选用系列产品的反应釜。根据规定的反应釜系列（如500L，1000L，1500L）加以圆整，连同设备台数，一并确定。 一般说，反应釜体积越小，相对传热面积越大，搅拌效果越好，物料反混激烈等，但停留时间未必符合要求。 对非标准设备的反应釜，还要决定长径比之后再校算，但可以初步确定为一个尺寸，即将直径确定为一个国家规定的容器系列尺寸。3. 传热面积计算和校对3. 传热面积计算和校对反应釜最常见的冷却和加热形式是夹套。它制造简单，不影响釜内的物流的流型，但传热面积小，传热系数也不大，釜的长径比直接影响到传热面积，传热面积计算公式和方法同一般的传热体系。 如果计算的传热面积（须以投料高度计算）足够，就认为所确定的长径比合适或所选设备合适。否则要调整尺寸。 如计算传热面积不够，则应该在釜内设置盘管、列管、回形管以增大传热面积。但釜内构件增加，将影响物料流动。易粘壁、结垢或有结晶沉淀产生的反应通常不主张设置内冷却（或传热）器。4. 搅拌器设计4. 搅拌器设计一般根据液体粘度、釜的体积、操作目的和主要影响因素来选择搅拌器形式4.2.5.2 固定床反应器介绍4.2.5.2 固定床反应器介绍汇总物料衡算和物性数据 计算床体体积 计算床高和直径 验算流体阻力和传热系数k 绘制反应器设计条件图null轴向换热式径向换热式列管式null三级绝热式径向反应器1. 计算床体体积1. 计算床体体积根据经验和生产数据，确定催化剂的时空速率u,则催化剂的体积Vc （空速=原料气体的体积流量/催化剂床层体积） Vc= Vh /u 式中Vc –催化剂体积，m3 Vh—工艺要求气体流量，m3/h u —催化剂时空速率, m3物料/(m3催化剂h)。 床体体积 V =V1+ V2+ Vc+ Vb 式中V—固定床体积， m3 V1—原料分布体积空间（下空间）m3 V2—物料分离空间（上空间）m3 Vc—催化剂体积 m3 Vb—堆积空隙体积 m32. 计算床高和直径2. 计算床高和直径假设一个圆整直径，根据床内有效体积核算床层高度，再估算催化剂堆积高度，验算气速，保证反应的停留时间。如果假设不合理，重新假设再试算。验算流体阻力和传热系数k验算流体阻力和传热系数k流体阻力过大说明床径设计太小，或床层空隙率太小，动力消耗偏大。 宁可增加催化剂体积（增加直径），而不主张流体阻力偏大，避免整个系统操作困难。 传热系数K值，经常取某个经验值或中试实测值。4.2.5.3 流化床反应器的设计4.2.5.3 流化床反应器的设计流化床反应器的特点 流化床反应器的分类 流化床反应器主体尺寸的确定 操作气速的确定null流化床反应器构造示意图工业上采用的流化床操作气速工业上采用的流化床操作气速