1、*設計概論化工制圖 1*設計概論化工制圖 2工廠基本建設過程工廠基本建設過程 1 1、可、可行行性研究性研究 2 2、初步設計、初步設計 3 3、施工圖設計、施工圖設計 4 4、施工、試車、施工、試車、 驗收驗收 1 1、廠址選擇、廠址選擇 2 2、總平面設計、總平面設計 3 3、工藝設計、工藝設計1 1、工藝流程設計、工藝流程設計2 2、化工計算、化工計算3 3、設備的選型與設計、設備的選型與設計4 4、車間布置設計、車間布置設計5 5、管道設計、管道設計6 6、公用工程、公用工程7 7、向有關專業提供條件、向有關專業提供條件8 8、工程概預算、工程概預算9 9、技術經濟分析、技術經濟分析1

2、010、安全生產與環境保護、安全生產與環境保護*設計概論化工制圖 3 工藝流程設計是工廠設計的核心；而設備工藝流程設計是工廠設計的核心；而設備選型及其工藝設計，是工藝流程設計的主體選型及其工藝設計，是工藝流程設計的主體。 本章主要從工藝設計的角度對本章主要從工藝設計的角度對設備的選型設備的選型原則、原則、設計計算的一般程序及有關注意問題設計計算的一般程序及有關注意問題作扼要介紹作扼要介紹。以確定設備的類型、規格、尺。以確定設備的類型、規格、尺寸和臺數。寸和臺數。 關于設備設計的方法可參考有關化學工程關于設備設計的方法可參考有關化學工程書籍。書籍。 第六章第六章 設備選型及其工藝設計設備選型及其

3、工藝設計*設計概論化工制圖 4 第一節第一節 設備分類與選型原則設備分類與選型原則一、設備分類一、設備分類1 1、專用設備、專用設備: :主物料主物料, ,半成品半成品, ,產品直接經過的產品直接經過的, ,有技術參數要求的設備。有技術參數要求的設備。2 2、通用設備、通用設備: :機械工業部主管生產的泵機械工業部主管生產的泵, ,通風機通風機, ,壓縮機壓縮機, , 離心機離心機, ,輸送機。輸送機。3 3、非標準設備、非標準設備: :規格和材質都不固定的輔助設備。規格和材質都不固定的輔助設備。二、選型原則二、選型原則1 1、滿足工藝要求、滿足工藝要求: :力求技術先進力求技術先進, ,經濟

4、合理。經濟合理。2 2、設備成熟可靠、設備成熟可靠: :設備成熟設備成熟, ,設備材質可靠。設備材質可靠。3 3、盡量采用國產設備、盡量采用國產設備: :節約外匯節約外匯, ,促進機械制造促進機械制造業發展。業發展。*設計概論化工制圖 5 第二節第二節 泵的選擇泵的選擇*設計概論化工制圖 6一一、泵的分類和特性、泵的分類和特性1 1、泵的分類、泵的分類 1)1)根據作用于液體的原理根據作用于液體的原理, ,泵可分為兩種類型泵可分為兩種類型 容積式類型容積式類型: :如往復泵如往復泵, ,齒輪泵齒輪泵, ,螺桿泵螺桿泵, ,水環泵水環泵 葉片式類型葉片式類型: :離心泵離心泵, ,旋渦泵旋渦泵,

5、 ,軸流泵。軸流泵。 2)2)按使用性能分類按使用性能分類 水泵水泵, ,油泵油泵, ,砂泵砂泵, ,泥漿泵。泥漿泵。 3)3)按結構特點分類按結構特點分類 齒輪泵齒輪泵, ,螺桿泵螺桿泵, ,立式泵立式泵, ,臥式泵。臥式泵。還有一種噴射泵還有一種噴射泵: :特點無運動部件特點無運動部件, ,結構簡單不易損壞。結構簡單不易損壞。*設計概論化工制圖 7 2 2、泵的特性、泵的特性( (離心泵離心泵) ) 1) 1)液體排出狀態液體排出狀態: :流率的均勻性。流率的均勻性。 2) 2)液體品質液體品質: :流體的均勻性。流體的均勻性。 3) 3)允許吸入真空高度允許吸入真空高度:4-8:4-8米

6、。米。 4) 4)揚程揚程:6-600:6-600米。米。 5) 5)體積流量體積流量: :流量的大小。流量的大小。 6) 6)流量與揚程的關系流量與揚程的關系: :流量小揚程大。流量小揚程大。 7) 7)構造特點構造特點: :體積大小體積大小, ,運行平穩運行平穩, ,簡單易修。簡單易修。 8) 8)流量與軸功率關系流量與軸功率關系: :流量減小流量減小, ,軸功率減小。軸功率減小。*設計概論化工制圖 8二、選二、選泵的原則和程序泵的原則和程序1 1、選、選泵原則泵原則1)1)綜合考慮泵流量綜合考慮泵流量: :變化范圍富裕能力最大流量變化范圍富裕能力最大流量。2)2)根據要求確定揚程根據要求

7、確定揚程: :取正常揚程的取正常揚程的1.05-1.11.05-1.1倍倍。3)3)根據流體輸送設備的特性曲線確定泵型根據流體輸送設備的特性曲線確定泵型: : 離心泵離心泵: :流量大流量大, ,揚程低揚程低, ,粘度不大于粘度不大于6.56.5 旋渦泵旋渦泵: :流量小流量小, ,揚程低揚程低, ,粘度不大于粘度不大于0.350.35 容積泵容積泵: :流量小流量小, ,揚程高揚程高, ,粘度不大于粘度不大于0.010.014)4)計算裝置的有效氣蝕余量計算裝置的有效氣蝕余量: :必須使泵入口的壓必須使泵入口的壓頭高于物料在輸送條件下的飽和蒸汽壓相應頭高于物料在輸送條件下的飽和蒸汽壓相應的壓

8、頭的壓頭, ,減壓塔塔底泵氣蝕安全系數至少取減壓塔塔底泵氣蝕安全系數至少取1.31.3。sm /1024sm /2sm /1024*設計概論化工制圖 9 需要效氣蝕余量計算公式需要效氣蝕余量計算公式: :hZgPP00需要氣蝕余量0pZ*設計概論化工制圖 102 2、選、選泵的方法及步驟泵的方法及步驟( (參考附錄參考附錄2 2選選泵泵) ) 1) 1)確定基本參數確定基本參數: :介質物性介質物性, ,操作條件操作條件, ,位置。位置。 2) 2)確定流量和揚程確定流量和揚程: :流量流量1.21.2倍倍, ,大于所需揚程。大于所需揚程。 3) 3)選擇泵型和型號選擇泵型和型號: :根據樣本

9、和說明書選泵型。根據樣本和說明書選泵型。 4) 4)核算泵的性能核算泵的性能: :符合工藝要求。符合工藝要求。 5) 5)確定泵的安裝高度確定泵的安裝高度: :不發生氣蝕。不發生氣蝕。 6) 6)選擇泵的材料和軸封選擇泵的材料和軸封: :根據介質腐蝕性選擇。根據介質腐蝕性選擇。 7) 7)計算泵的軸功率計算泵的軸功率: : 8) 8)確定冷卻水耗用量確定冷卻水耗用量: : 9) 9)選用電動機選用電動機: : 10) 10)確定泵的臺數確定泵的臺數: :考慮備臺?？紤]備臺。 11) 11)填寫泵規格表填寫泵規格表: :各項數據匯總。各項數據匯總。*設計概論化工制圖 11 第三節第三節 換熱器的

10、選型及其工藝設計換熱器的選型及其工藝設計 *設計概論化工制圖 12一、換熱器的結構特點一、換熱器的結構特點 1 1、管殼式換熱器、管殼式換熱器: :應用最廣泛應用最廣泛, ,最成熟的換熱器最成熟的換熱器, ,管管 板板, ,浮頭浮頭,U,U型管。耐高溫高壓但結構復雜。型管。耐高溫高壓但結構復雜。 2 2、夾套式換熱器、夾套式換熱器: :結構簡單結構簡單, ,傳熱面積及系數小。傳熱面積及系數小。 3 3、套管式換熱器、套管式換熱器: :結構簡單結構簡單, ,連接處易泄漏。連接處易泄漏。 4 4、板式換熱器、板式換熱器: :傳熱系數大傳熱系數大, ,但不耐高溫高壓。但不耐高溫高壓。 5 5、螺旋板

11、式換熱器、螺旋板式換熱器: :傳熱系數大傳熱系數大, ,但不易檢修。但不易檢修。二、管殼式換熱器選擇中應注意的問題二、管殼式換熱器選擇中應注意的問題 1 1、流體在管內外的選擇、流體在管內外的選擇 管程管程:1):1)不清潔粘度大流體不清潔粘度大流體 2)2)腐蝕性強流體腐蝕性強流體 3)3)有壓力的流體有壓力的流體 4)4)流量小流體流量小流體 5)5)與外界溫差大的流體與外界溫差大的流體 殼程殼程: :飽和蒸汽宜走殼程飽和蒸汽宜走殼程*設計概論化工制圖 13 2 2、熱補償的選擇、熱補償的選擇 補償方法補償方法: :補償圈補償圈,U,U形管形管, ,浮頭浮頭, ,一般采用一般采用U U形形

12、 膨脹節。膨脹節。3 3、管程數、殼程數的選擇、管程數、殼程數的選擇 管程數管程數:1,2,4,6,8,10,12:1,2,4,6,8,10,12七種。七種。 殼程數殼程數: :多達多達6 6 管殼。管殼。4 4、管殼長徑比的選擇、管殼長徑比的選擇 臥式臥式:6-10:6-10最常見最常見 立式立式:4-6:4-6為宜為宜5 5、折流板的選擇、折流板的選擇 折流板有弓型和圓型兩種折流板有弓型和圓型兩種, ,弓型分單弓弓型分單弓, ,雙弓雙弓, ,三弓三種三弓三種, ,高度為直徑的高度為直徑的20-4520-45, ,折流板間距折流板間距不應小于圓筒內徑的五分之一不應小于圓筒內徑的五分之一, ,

13、且不小于且不小于50mm50mm。*設計概論化工制圖 14三、管殼式換熱器設計中有關參數的確定三、管殼式換熱器設計中有關參數的確定 1 1、傳熱系數、傳熱系數K:K-AK:K-A給熱給熱校核校核K K。 2 2、傳熱面積、傳熱面積A:A:應比計算值大應比計算值大10-2010-20。 3 3、污垢熱阻系數、污垢熱阻系數R RS S : :盡可能引用經驗數據。盡可能引用經驗數據。 4 4、傳熱壁溫與定性溫度、傳熱壁溫與定性溫度: :壁溫決定定性溫度。壁溫決定定性溫度。 5 5、流速選擇、流速選擇: :參照常用速度范圍參照常用速度范圍, ,高振動耗能。高振動耗能。 6 6、流體進、出口溫度的確定、

14、流體進、出口溫度的確定: :冷卻水進、出冷卻水進、出 溫升溫升5-105-10。 *設計概論化工制圖 15四、管殼式換熱器的選用四、管殼式換熱器的選用 1 1、標準換熱器型號的表示方法、標準換熱器型號的表示方法 AES500-1.6-54-6/25-4IAES500-1.6-54-6/25-4I 2 2、標準換熱器的選用程序、標準換熱器的選用程序 1) 1)確定基本參數確定基本參數: :流量流量, ,溫度溫度, ,壓力壓力, ,物性數據。物性數據。 2)2)選擇換熱器類型選擇換熱器類型 3)3)確定流體在空間的流向確定流體在空間的流向 4)4)計算定性溫度及在該溫度下的有關物性數據計算定性溫度

15、及在該溫度下的有關物性數據 5) 5)計算熱負荷計算熱負荷 6) 6)選用傳熱系數選用傳熱系數K K值或計算值或計算K K值值 7) 7)計算有效平均溫差計算有效平均溫差 8)8)計算所需傳熱面積計算所需傳熱面積:10-20:10-20的安全系數的安全系數 9) 9)確定所需設備臺數確定所需設備臺數: :根據傳熱面積確定設備臺數。根據傳熱面積確定設備臺數。 10) 10)計算壓力降計算壓力降: :在工藝允許范圍內。在工藝允許范圍內。*設計概論化工制圖 16五、管殼式換熱器的工藝設計五、管殼式換熱器的工藝設計 1 1、計算定性溫度、查出定性溫度下有關物性、計算定性溫度、查出定性溫度下有關物性數據

16、。數據。 2 2、計算熱負荷、計算熱負荷Q Q 3 3、確定在空間的流向、確定在空間的流向 4 4、計算有效平均溫差、計算有效平均溫差 5 5、選取傳熱系數或假設一個傳熱系數、選取傳熱系數或假設一個傳熱系數K K值值 6 6、計算傳熱面積、計算傳熱面積 7 7、由傳熱面積初定設備結構尺寸、由傳熱面積初定設備結構尺寸 1)1)選用換熱管規格選用換熱管規格, ,算出換熱管總長。算出換熱管總長。 2) 2)確定換熱管段長確定換熱管段長, ,求出換熱管數。求出換熱管數。 3) 3)已知管程流量已知管程流量, ,確定管程流速。確定管程流速。*設計概論化工制圖 17 4)4)確定管子排列形式確定管子排列形

17、式, ,定管心距定管心距, ,求出殼內徑求出殼內徑, ,并圓整。并圓整。 5) 5)確定折流板的形式確定折流板的形式, ,規格規格, ,板間距板間距, ,數量數量, ,拉桿位置。拉桿位置。 6) 6)確定實際換熱管數確定實際換熱管數, ,驗證流速是否符合要求。驗證流速是否符合要求。 7) 7)計算殼程流通面積計算殼程流通面積, ,驗證殼程流速。驗證殼程流速。 8) 8)計算初定設備管計算初定設備管, ,殼程流體的給熱系數。殼程流體的給熱系數。 9) 9)選取管選取管, ,殼程的污垢熱阻系數。殼程的污垢熱阻系數。 10) 10)計算初定設備的傳熱系數。計算初定設備的傳熱系數。 11) 11)計算

18、傳熱面積計算傳熱面積,10-20,10-20的安全系數。的安全系數。 12) 12)確定換熱器的進確定換熱器的進, ,出口尺寸。出口尺寸。 13) 13)計算管計算管, ,殼程壓力降。殼程壓力降。 14) 14)確定膨脹節的形式。確定膨脹節的形式。 15) 15)確定支坐確定支坐, ,前端管箱前端管箱, ,后端結構后端結構, ,殼體法蘭等。殼體法蘭等。*設計概論化工制圖 18 塔設備是一種應用極為廣泛的氣液，液塔設備是一種應用極為廣泛的氣液，液液傳質設備，主要應用于化工、醫藥等行液傳質設備，主要應用于化工、醫藥等行業中的吸收、精餾、萃取等工段。業中的吸收、精餾、萃取等工段。 第四節第四節 塔設

19、備的選型及其工藝設計塔設備的選型及其工藝設計*設計概論化工制圖 19填料塔填料塔在圓柱形殼體內裝填一定高度的填料，在圓柱形殼體內裝填一定高度的填料，液體經塔頂噴淋裝置均勻分布于填料層液體經塔頂噴淋裝置均勻分布于填料層頂部上，依靠重力作用沿填料表面自上頂部上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流經填料層后自塔底排出；氣體則而下流經填料層后自塔底排出；氣體則在壓強差推動下穿過填料層的空隙，由在壓強差推動下穿過填料層的空隙，由塔的一端流向另一端。氣液在填料表面塔的一端流向另一端。氣液在填料表面接觸進行質量、熱量交換，兩相的組成接觸進行質量、熱量交換，兩相的組成沿塔高連續變化。沿塔高連續變化。 溶劑填料塔

20、氣體散裝填料塑料鮑爾環填料規整填料 塑料絲網波紋填料 *設計概論化工制圖 20板式塔板式塔在圓柱形殼體內按一定間距水平設置若在圓柱形殼體內按一定間距水平設置若干層塔板，液體靠重力作用自上而下流干層塔板，液體靠重力作用自上而下流經各層板后從塔底排出，各層塔板上保經各層板后從塔底排出，各層塔板上保持有一定厚度的流動液層；氣體則在壓持有一定厚度的流動液層；氣體則在壓強差的推動下，自塔底向上依次穿過各強差的推動下，自塔底向上依次穿過各塔板上的液層上升至塔頂排出。氣、液塔板上的液層上升至塔頂排出。氣、液在塔內逐板接觸進行質量、熱量交換，在塔內逐板接觸進行質量、熱量交換，故兩相的組成沿塔高呈階躍式變化。故

21、兩相的組成沿塔高呈階躍式變化。板式塔溶劑氣體DJ 塔盤 新型塔板、填料*設計概論化工制圖 21一一、塔設備的性能比較、塔設備的性能比較 1 1、填料塔、填料塔: :填料為拉西環填料為拉西環, ,鮑爾環鮑爾環, ,環環, ,網網 2 2、板式塔、板式塔: :泡罩塔泡罩塔, ,篩板塔篩板塔, ,浮閥塔浮閥塔, ,小直徑小直徑, ,小壓降。小壓降。二、塔設備的選型要求二、塔設備的選型要求 1 1、要求：生產能力大，可靠性高，結構簡單等。、要求：生產能力大，可靠性高，結構簡單等。 2 2、盡量滿足主要方面的要求、盡量滿足主要方面的要求三、塔設備的精餾、冷凝、再沸器方案的設計三、塔設備的精餾、冷凝、再沸

22、器方案的設計 1 1、精餾方案的設計、精餾方案的設計 1)1)能源利用好能源利用好, ,單耗低。單耗低。 2) 2)盡量降低設備投資。盡量降低設備投資。 3) 3)保證產品質量和產量。保證產品質量和產量。*設計概論化工制圖 22AAABCDBCAAAAABCDABCDABCDABCDDDDDDDDDDBBBBBBBBBCCCCCCCCCCAAAABBBCC)5()4() 1 ()3()2(*設計概論化工制圖 23 2 2、冷凝方案的設計、冷凝方案的設計 1) 1)整體式整體式 2) 2)自流式自流式 3) 3)強制循環式強制循環式 3 3、再沸器方案的設計、再沸器方案的設計 1) 1)立式立式

23、再沸器再沸器 2) 2)臥式臥式再沸器再沸器 3) 3)插入式插入式再沸器再沸器 4) 4)強制循環式強制循環式再沸器再沸器 5) 5)特殊溢流裝置特殊溢流裝置再沸器再沸器*設計概論化工制圖 24四、四、塔設備的工藝設計塔設備的工藝設計1 1、填料塔、填料塔的工藝設計的工藝設計 1)1)基礎數據基礎數據: :溫度溫度, ,壓力壓力, ,氣液相密度氣液相密度, ,擴散系數。擴散系數。 2) 2)選擇填料選擇填料 3) 3)確定操作速度確定操作速度: :為泛液速度的為泛液速度的60-8060-80 4) 4)計算塔徑計算塔徑: :圓整為公稱直徑。圓整為公稱直徑。 5) 5)校核校核: :噴淋密度噴

24、淋密度, ,填料表面濕潤率。填料表面濕潤率。 6) 6)計算壓降計算壓降 7) 7)計算填料層高計算填料層高 8) 8)確定填料的分段數確定填料的分段數, ,填料的裝卸形式。填料的裝卸形式。 9) 9)計算柵板結構計算柵板結構, ,噴淋裝置噴淋裝置, ,再分配器再分配器, ,除霧器。除霧器。 10) 10)計算進出口接管直徑計算進出口接管直徑*設計概論化工制圖 252 2、浮閥塔的工藝設計、浮閥塔的工藝設計 1) 1)基礎數據基礎數據: :溫度溫度, ,壓力壓力, ,密度密度, ,表面張力表面張力, ,粘度。粘度。 2) 2)塔徑計算塔徑計算: :推薦用初選塔徑用的算圖推薦用初選塔徑用的算圖

25、3) 3)板面布置設計板面布置設計: :液流型式液流型式, ,降液管及堰尺寸。降液管及堰尺寸。 4) 4)塔板上浮閥布置塔板上浮閥布置: :孔速孔速, ,浮閥個數浮閥個數, ,浮閥布置圖。浮閥布置圖。 5) 5)計算板壓降計算板壓降: :干板壓降干板壓降, ,液層阻力液層阻力, ,塔板壓降。塔板壓降。 6) 6)淹塔情況淹塔情況: :降液管液面降液管液面, ,停留時間停留時間, ,塔板間距。塔板間距。 7) 7)霧沫夾帶霧沫夾帶: :驗算泛點驗算泛點 8) 8)確定負荷的允許上下限確定負荷的允許上下限 9) 9)計算進出口接管直徑計算進出口接管直徑 10) 10)塔結構工藝設計塔結構工藝設計:

26、 :除沫器除沫器, ,人孔人孔, ,塔體塔體, ,支坐。支坐。*設計概論化工制圖 26第五節第五節 反應器的選型及其工藝設計反應器的選型及其工藝設計 一、一、反應器的分類及特點反應器的分類及特點 1 1、分類分類 1)1)按換熱情況分按換熱情況分: A: A等溫等溫 B B非等溫非等溫 C C絕熱絕熱 2)2)按物料流動情況分按物料流動情況分: A: A間歇操作攪拌釜間歇操作攪拌釜 B B連續操連續操作攪拌釜作攪拌釜 C C連續操作管式反應器連續操作管式反應器 D D串聯連續操作攪串聯連續操作攪拌釜拌釜 3) 3)按結構特點區分按結構特點區分: : A. A.管式反應器管式反應器 B.B.釜式

27、反應器釜式反應器 C. C.固定床反應器固定床反應器 D.D.流化床反應器流化床反應器*設計概論化工制圖 272 2、特點特點 1) 1)釜式反應器釜式反應器 可連續可間歇可連續可間歇, ,可單可單釜釜可多可多釜釜, ,停留時間停留時間可長可長 可短可短, ,溫度壓力可高可低。溫度壓力可高可低。 2) 2)管式反應器管式反應器 傳熱面積大傳熱面積大, ,傳熱系數高傳熱系數高, ,流體流動快流體流動快, ,停留時停留時間間短短, ,結構簡單結構簡單, ,耐高溫高壓。耐高溫高壓。 3) 3)固定床反應器固定床反應器 結構簡單結構簡單, ,操作穩定操作穩定, ,便于控制便于控制, ,傳熱面積大傳熱面

28、積大, ,傳熱傳質系數高傳熱傳質系數高, ,便于實現過程連續化便于實現過程連續化, ,自動化。自動化。 4) 4)流化床反應器流化床反應器 傳熱面積大傳熱面積大, ,傳熱傳質系數高傳熱傳質系數高, ,可避免局部過熱?？杀苊饩植窟^熱。*設計概論化工制圖 28二、二、反應器的選擇反應器的選擇 1 1、根據、根據反應器中反應物濃度的特點反應器中反應物濃度的特點 A.A.間歇攪拌釜間歇攪拌釜 B.B.管式反應器管式反應器 C. C.連續攪拌釜連續攪拌釜 D.D.多釜串聯多釜串聯 2 2、根據動力學、根據動力學特點選擇反應器類型特點選擇反應器類型 1)1)簡單反應簡單反應: : 2) 2)平行反應平行反

29、應 3) 3)串聯反應串聯反應nACACk 2211nBnABCkCk11nABCk 22nACCk 22nBCCk CBAkk21BACkCABAkk21*設計概論化工制圖 29三、攪拌反應釜的工藝設計三、攪拌反應釜的工藝設計 1 1、攪拌反應釜的基本結構、攪拌反應釜的基本結構 1)1)釜體：由筒體和上下封頭組成釜體：由筒體和上下封頭組成 2) 2)換熱裝置：有夾套式和蛇管式換熱裝置：有夾套式和蛇管式 3) 3)攪拌裝置：由馬達和減速器組成攪拌裝置：由馬達和減速器組成 4)4)軸封：有機械式，填料涵式。軸封：有機械式，填料涵式。 5) 5)工藝接管：進料孔，出料孔，人孔，手工藝接管：進料孔，

30、出料孔，人孔，手孔，測溫孔，測壓孔，防爆孔，安全閥?？?，測溫孔，測壓孔，防爆孔，安全閥。 *設計概論化工制圖 302 2、反應釜的工藝設計反應釜的工藝設計 1) 1)確定操作方式確定操作方式: :連續連續, ,間歇。間歇。 2) 2)確定確定工藝計算依據工藝計算依據: :生產規模生產規模, ,反應時間反應時間, ,裝裝 料系數操作溫度料系數操作溫度, ,轉化率轉化率, ,壓力等。壓力等。 3) 3)收集有關物性數據收集有關物性數據: :反應物反應物, ,生成物物性數據。生成物物性數據。 4) 4)反應釜容積計算反應釜容積計算: :間歇間歇反應釜反應釜, ,連續連續反應釜。反應釜。 5) 5)反應釜直