第四章設備的工藝設計與選型

分類：

1）一類稱標準設備或定型設備；

2）一類稱非標準設備或非定型設備。

化工設備工藝設計，對于定型和標準設備來說就是選型，對于非標準設備來說就是通過化工計算，提出型式、材料、尺寸和其它一些要求，由化工設備專業進行工程機械加工設計，由有關機械加工廠制造。

現在是1頁\一共有91頁\編輯于星期三設備工藝設計與選型原則

1．合理性；

2．可靠性，先進性；

3．安全性：

4．經濟性。

全面貫徹先進、適用、高效、安全、可靠、經濟儉省的原則，審慎地研究，認真地設計。現在是2頁\一共有91頁\編輯于星期三設備工藝設計的主要工作和方法

1．結合流程確定化工單元操作所需設備類型；

2．確定設備材質；

3．確定設備的設計參數；

4．確定標準設備的型號和臺數；

5．確定標準圖的圖號和型號；

6．非標設備，向(機械設計)專業提設計條件；

7．匯總列出設備一覽表。

8.同設備專業設計人員進行圖紙會簽。冥婚鬼嫁現在是3頁\一共有91頁\編輯于星期三第二節化工設備的材料和選材原則材料分類：

1．金屬；

2．非金屬；

3．復合材料。

現在是4頁\一共有91頁\編輯于星期三第二節化工設備的材料和選材原則選材一般原則：

1．滿足工藝及設備要求；

2．材質可靠，使用安全；

3．易于加工；

4．立足市場，立足國內，立足當地資源；

5．綜合經濟指標核算。尸姐末日詩人我的萌寵鬼夫現在是5頁\一共有91頁\編輯于星期三第三節泵的設計與選型1.泵的分類；

現在是6頁\一共有91頁\編輯于星期三各種泵的特性現在是7頁\一共有91頁\編輯于星期三第三節泵的設計與選型2.泵的技術指標：

1．型號；

2．揚程；

3．流量；

4．必需汽蝕余量；

5．功率與效率。現在是8頁\一共有91頁\編輯于星期三2、化工生產常用泵現在是9頁\一共有91頁\編輯于星期三螺桿泵現在是10頁\一共有91頁\編輯于星期三往復泵現在是11頁\一共有91頁\編輯于星期三塑料泵現在是12頁\一共有91頁\編輯于星期三噴射器（左）液下泵（右）現在是13頁\一共有91頁\編輯于星期三屏蔽泵屏蔽泵由于沒有轉軸密封，可以做到絕對無泄漏，因而在化工裝置中的使用已愈來愈普遍。屏蔽泵的原理和結構特點普通離心泵的驅動是通過聯軸器將泵的葉輪軸與電動軸相連接，使葉輪與電動機一起旋轉而工作，而屏蔽泵是一種無密封泵，泵和驅動電機都被密封在一個被泵送介質充滿的壓力容器內，此壓力容器只有靜密封，并由一個電線組來提供旋轉磁場并驅動轉子。這種結構取消了傳統離心泵具有的旋轉軸密封裝置，故能做到完全無泄漏。屏蔽泵把泵和電機連在一起，電動機的轉子和泵的葉輪固定在同一根軸上，利用屏蔽套將電機的轉子和定子隔開，轉子在被輸送的介質中運轉，其動力通過定子磁場傳給轉子。現在是14頁\一共有91頁\編輯于星期三隔膜泵隔膜泵是利用螺桿的回轉來吸排液體的。隔膜泵中間螺桿為主動螺桿，由原動機帶動回轉，兩邊的螺桿為從動螺桿，隨主動螺桿作反向旋轉。主、從動螺桿的螺紋均為雙頭螺紋。由于各螺桿的相互嚙合以及螺桿與襯筒內壁的緊密配合，在泵的吸入口和排出口之間，就會被分隔成一個或多個密封空間。隨著螺桿的轉動和嚙合，這些密封空間在泵的吸入端不斷形成，將吸入室中的液體封入其中，并自吸入室沿螺桿軸向連續地推移至排出端，將封閉在各空間中的液體不斷排出。現在是15頁\一共有91頁\編輯于星期三二、選泵的原則

1、基本泵型和泵的材料；

2、揚程和流量要求；

3、有效汽蝕余量和安裝高度；

4、泵的臺數和備用率。

現在是16頁\一共有91頁\編輯于星期三選泵的工作方法和基本程序1．列出選泵的崗位和介質的基礎數據；

2.確定選泵的流量和揚程；

3．選擇泵的類型，確定具體型號；

4．換算泵的性能；

5．確定泵的安裝高度；

6．確定泵的臺數和備用率；

7．校核泵的軸功率選定泵的材料及軸封；

8．確定冷卻水或驅動蒸汽的耗用量；

9．選用電動機；

10．填寫選泵規格表。

現在是17頁\一共有91頁\編輯于星期三第四節氣體輸送、壓縮設備的設計與選型

一、分類

(1)通風機(壓力<0.115MPa,分軸流風機和離心風機）

(2)鼓風機(壓力0.115～0.4MPa,羅茨鼓風機和離心鼓風機）

(3)壓縮機(壓力>0.4MPa,離心式、螺桿式、往復式）

(4)制冷機(壓力>0.4MPa,活塞式、離心式、螺桿式、溴化鋰吸收式、氨吸收式）

(5)真空泵(壓力接近0MPa,往復式、水環、液環、旋片、噴射）

現在是18頁\一共有91頁\編輯于星期三通風機現在是19頁\一共有91頁\編輯于星期三通風機的選用

一、主要用途用于通風、干燥過程；軸流風機因風壓小，流量大，只用于通風換氣，如涼水塔，空冷器的通風。二、主要技術參數

1）風量m3/h2)風壓Pa3)功率kw4)效率%

現在是20頁\一共有91頁\編輯于星期三離心通風機的選擇步驟(1)了解工程工況、輸送氣體性質(如清潔空氣、煙氣、含塵空氣或易燃易爆氣體)等。(2)根據柏努利方程式，計算輸送系統所需的實際風壓，再加上一個附加值，并換算成試驗條件下的風壓△P0。(3)把實際風量Q(以風機進口狀態計)乘一安全因數，并換算成試驗條件下的風量Q0。(4)按試驗條件下的風量Q0和風壓△P0，從風機的產品樣本中的特性曲線或性能表選擇合適的機號。(5)根據風機安裝位置，確定風機旋轉方向和風口角度。(6)若所輸送氣體的密度大于1.2kg/m3時，則須核算軸功率。

現在是21頁\一共有91頁\編輯于星期三鼓風機現在是22頁\一共有91頁\編輯于星期三鼓風機現在是23頁\一共有91頁\編輯于星期三羅茨風機的選用

一、工作原理工作原理與齒輪泵相識，兩個旋轉方向相反的“8”字輪。氣體一側吸入，另一側排出。二、注意事項

1）出口安裝氣柜與安全閥

2)流量用旁路調節

3)出口閥不可完全關閉三、選用方法同通風機遠夫不如近鄰薔薇刺血現在是24頁\一共有91頁\編輯于星期三壓縮機現在是25頁\一共有91頁\編輯于星期三壓縮機分類

一、按結構形式分類活塞式和離心式。二、常用壓縮機

1）活塞式壓縮機

2)離心式壓縮機

3)螺桿式壓縮機三、壓縮機的選擇

1）壓縮機的選用原則

2)離心式壓縮機的型號選擇

3)活塞式壓縮機的型號選擇

現在是26頁\一共有91頁\編輯于星期三制冷機現在是27頁\一共有91頁\編輯于星期三真空泵

一、主要技術指標

1）真空度

2)抽氣速率

3)極限真空

4）抽氣時間二、常用真空泵

1）往復式真空泵

2)水環真空泵

3)液環真空泵

4）旋片真空泵

5）噴射真空泵現在是28頁\一共有91頁\編輯于星期三真空泵現在是29頁\一共有91頁\編輯于星期三真空泵現在是30頁\一共有91頁\編輯于星期三水環泵現在是31頁\一共有91頁\編輯于星期三第五節換熱設備的設計與選型

一、換熱器的分類

1．按工藝功能分類

(1)冷卻器(2)加熱器(3)再沸器(4)冷凝器

(5)蒸發器

(6)過熱器

(7)廢熱鍋爐(8)換熱器

2．按傳熱方式和結構分類根據熱量傳遞方法不同，可以分間壁式，直接式和蓄熱式。二、常用的換熱器

夾套式換熱器，蛇管式換熱器，套管式換熱器，管殼式換熱器，板式換熱器，螺旋板式等。現在是32頁\一共有91頁\編輯于星期三換熱器現在是33頁\一共有91頁\編輯于星期三換熱器現在是34頁\一共有91頁\編輯于星期三換熱器現在是35頁\一共有91頁\編輯于星期三三、管殼式換熱器的選用

標準換熱器型式：固定管板式，浮頭式，U形管式和填料函式。標準換熱器型號的表示方法：

×××DN-P1/P2-A-LN/d-Nt/NsⅠ(或Ⅱ)×××——由三個字母組成，第一個字母表示前端管箱形式；第二個字母代表管殼形式；第三個字母代表后端結構形式，參見圖例(圖4.2)。DN——公稱直徑(mm)對重沸器用分數表示，分子為管箱內直徑，分母為圓筒內直徑。P1／P2——管程／殼程設計壓力(MPa)、壓力相等時，只寫管程設計壓力(MPa)。A——公稱換熱面積(m2)。LN／d——LN為公稱長度(m)，d為換熱管外徑(mm)。Nt/Nt——管程／殼程數，單程時只寫Nt。I(或Ⅱ)——I級(或Ⅱ級)換熱器。現在是36頁\一共有91頁\編輯于星期三部件分類現在是37頁\一共有91頁\編輯于星期三三、管殼式換熱器的型號表示

例1

固定管板換熱器，封頭管箱，公稱直徑700mm，設計管程壓力2.5MPa，殼程壓力1.6Mpa，公稱換熱面積200m2，較高級冷拔換熱管外徑25mm，管長9m，4管程，單殼程，其型號為：

BEM700-2.5/1.6-200-9/25-4Ⅰ現在是38頁\一共有91頁\編輯于星期三第六節貯罐容器的設計與選型一、貯罐的類型

1.根據形狀來劃分（方形貯罐、圓筒形罐、球形罐和特殊形貯罐(如橢圓形、半橢圓形)每種型式又按封頭形式不同，分為若干種型式。常見的封頭有平板、錐形、球形、碟形、橢圓形等。有些容器如氣柜、浮頂式貯罐、其頂部(封頭)是可以升降浮動的。）

2.按制造材質分（有鋼，有色金屬和非金屬材質之分。）

3.按用途分（貯存，計量，回流，中間周轉，緩沖，混合等）現在是39頁\一共有91頁\編輯于星期三平底平蓋貯罐例如：立式平底平蓋容器，設計壓力為常壓，公稱容積VN0.06m2，公稱直徑DN400。標記為：

R21A-00-1現在是40頁\一共有91頁\編輯于星期三平底錐蓋貯罐現在是41頁\一共有91頁\編輯于星期三立式圓底圓蓋貯罐現在是42頁\一共有91頁\編輯于星期三立式錐底橢圓蓋貯罐現在是43頁\一共有91頁\編輯于星期三臥式橢圓封頭貯罐現在是44頁\一共有91頁\編輯于星期三臥式橢圓封頭貯罐現在是45頁\一共有91頁\編輯于星期三臥式無折邊球形貯罐現在是46頁\一共有91頁\編輯于星期三臥式無折邊球形貯罐現在是47頁\一共有91頁\編輯于星期三貯罐設計的一般程序1.匯集工藝設計數據2.選擇容器材料3.容器型式的選用4.容積計算5.確定貯罐基本尺寸6.選擇標準型號7.開口和支座8.繪制設備草圖(條件圖)標注尺寸，提出設計條件和訂貨要求現在是48頁\一共有91頁\編輯于星期三第七節塔設備的設計與選型（一）塔的分類

1．板式塔諸如篩板塔、柵板塔、舌形板塔、斜孔板塔、波紋板塔、泡罩塔、浮閥塔、噴射板塔、穿流板塔、浮動噴射板塔等。

現在是49頁\一共有91頁\編輯于星期三浮閥塔現在是50頁\一共有91頁\編輯于星期三第七節塔設備的設計與選型（一）塔的分類

2．填料塔如金屬鮑爾環填料塔、波網填料塔。常用的填料有拉西環、鮑爾環、矩鞍型填料、階梯型填料、波紋填料、波網(絲網)填料、螺旋環、十字環填料等。鬼迷婚竅容我緩緩，來時遲現在是51頁\一共有91頁\編輯于星期三第七節塔設備的設計與選型（二）選用塔的基本原則

1.要滿足工藝要求，分離效率高。

2．生產能力要大，有足夠的操作彈性。

3．運轉可靠性高，操作、維修方便，少出故障。

4．結構簡單，易于制造加工，造價較低。

5．塔壓降小。

現在是52頁\一共有91頁\編輯于星期三第七節塔設備的設計與選型（三）設計一般步驟

1．確定基礎數據（進料量、組成，狀態；產品的質量和收率；物性數據等）。

2．選擇合適的工藝流程。

3．選擇塔設備的形式。

4．確定塔的操作壓力及溫度。

5．計算塔高塔徑。

6．塔結構的設計。

7．塔的流體力學計算。現在是53頁\一共有91頁\編輯于星期三第八節反應器選型設計（一）反應器分類

現在是54頁\一共有91頁\編輯于星期三分類現在是55頁\一共有91頁\編輯于星期三釜式反應器

通用性很大，造價不高，用途最廣。它可以連續操作，也可以間歇操作。國家已有K型和F型兩類反應釜列成標準。K型是有上蓋的釜，形狀上偏于“矮胖型”(長徑比較小)。F型沒有上蓋，形狀則偏于“瘦長型”(長徑比較大)，材質有碳鋼、不銹鋼、搪玻璃等幾種。釜式反應器比較靈活通用，在間歇操作時，只要設計好攪拌，可以使釜溫均一，濃度均勻，反應時間可以長、可以短，可以常壓、加壓、減壓操作，范圍較大，而且反應結束后，出料容易，釜的清洗方便，其機械設計亦十分成熟。釜式反應器可用于串聯操作，使物料一端流入，另一端出料，形成連續流動。現在是56頁\一共有91頁\編輯于星期三管式反應器

傳熱面積大，反應可以連續化，流體流動快，停留時間短，經過一定的控制手段，可以使管式反應器有一定的溫度梯度和濃度梯度。管式反應器可以用于連續生產，也可以用于間歇操作。現在是57頁\一共有91頁\編輯于星期三固定床反應器

主要應用于氣固相反應，其結構簡單，操作穩定，便于控制，易于實現連續化，床型可以是多種多樣，易于大型化。它可以設計較大的傳熱面積，可以有較高的氣體流速，傳熱和傳質系數可以較高。加熱的方式比較靈活，可以有較高的反應溫度。但是，固定床反應器床層的溫度分布不容易均勻。

現在是58頁\一共有91頁\編輯于星期三流化床反應器

流化床的特點是細的或粗的粒子在床內不是靜止不動，而是在高速流體的作用下，床內固體粒子被擾動懸浮起來，劇烈運動，固體的運動形態，接近于可以流動的流體，故稱流化床流化床反應器的最大優點是傳熱面積大，傳熱系數高，傳熱效果好。缺點由于流化床體系內物料返混嚴重，粒子磨損嚴重，此外，通常要有粒子回收和集塵的裝置。床型和構件比較復雜，操作技術要求高以及造價較高等問題。現在是59頁\一共有91頁\編輯于星期三反應器設計要點

在反應器設計時，除了通常說的要求“合理、先進、安全、經濟”的原則，還要，考慮下列設計要點：

1．保證物料轉化率和反應時間。

2．滿足物料和反應的熱傳遞要求。

3．設計適當的攪拌器和類似作用的機構。

4．注意材質選用和機械加工要求。現在是60頁\一共有91頁\編輯于星期三釜式反應器的結構和設計1.釜式反應器結構(1)釜體及封頭(2)換熱裝置(3)攪拌器(4)軸密封裝置(5)工藝接管現在是61頁\一共有91頁\編輯于星期三搪玻璃反應釜現在是62頁\一共有91頁\編輯于星期三搪玻璃反應釜現在是63頁\一共有91頁\編輯于星期三搪玻璃反應釜現在是64頁\一共有91頁\編輯于星期三攪拌器形狀現在是65頁\一共有91頁\編輯于星期三攪拌器形狀現在是66頁\一共有91頁\編輯于星期三釜式反應器的結構和設計2.釜式反應器的選型設計步驟(1)確定反應釜操作方式(2)匯總設計基礎數據(3)計算反應釜體積(4)確定反應釜體積和臺數(5)反應釜直徑和筒體高度、封頭確定(6)傳熱面積計算和核校(7)攪拌器設計(8)管口和開孔設計，確定其它設施(9)軸密封裝置(10)畫出反應器工藝設計草圖(條件圖)，或選出型號。現在是67頁\一共有91頁\編輯于星期三經驗法計算反應器體積1.間歇槽式反應器體積的計算

VR＝V0τ/

或VR＝Gτ//ρ

VR——反應器的有效體積，m3；

V0——平均每小時加入物料的體積，m3／h；

τ/——每批操作所需的時間，h;G——平均每小時加入物料的質量，kg／h；

ρ——反應物料的密度，kg／m3。現在是68頁\一共有91頁\編輯于星期三經驗法計算反應器體積反應器的體積：

VP＝VR/ψ

式中：VP——反應器體積，m3；

ψ一裝填系數。通常由經驗確定。一般采用0.7～0.75。現在是69頁\一共有91頁\編輯于星期三經驗法計算反應器體積例1設計年產量為720噸的醋酸丁酯車間，計算所需反應器的體積。已知條件：（1）年工作天數：300天（2）反應物料的配比醋酸:1kg,丁醇4.972kg(3)醋酸轉化率為50%(4)反應時間為34.5分

(5)生產輔助時間為30分(加料、卸料、清洗等）（6）反應物的密度不變：0.75kg/升現在是70頁\一共有91頁\編輯于星期三反應器體積計算過程反應器體積計算如下:(1)每小時產量三班制生產720X1000/300X24=100(kg)(2)每批生產時間

34.5+30=64.5(分)=1.08(小時)(3)每批生產的醋酸丁酯的量100X1.08=108(kg/批)(4)醋酸和丁醇每批加料量CH3COOH+C4H9OH=CH3COOC4H9+H2O6074116X(kg)Y(kg)108(kg)現在是71頁\一共有91頁\編輯于星期三反應器體積計算過程X=108X60/116=55.9(kg)Y=108X74/116=68.9(kg)因醋酸轉化率為50%,實際上加醋酸55.9/0.5=111.8(kg)丁醇實際加入量為:111.8X4.972=684(kg)每批加料量為:111.8+684=795.8(kg)(5)反應混合物體積795.8/0.75=1061升現在是72頁\一共有91頁\編輯于星期三反應器體積計算過程(6)反應器體積設裝料系數取75%,則1061/0.75=1420(L)(7)查有關化工手冊(表3-15)選1500L現在是73頁\一共有91頁\編輯于星期三第九節液固分離設備的選型一、液固分離的主要方法

1）浮選；

2）重力沉降；

3）離心沉降；

4）過濾。

二、主要分離設備

1）離心機；

2）過濾機。現在是74頁\一共有91頁\編輯于星期三第九節液固分離設備的選型三、分離設備的選擇

1）過濾式離心機的選型原則；

2）沉降式離心機的選型原則；

3）過濾機的選型原則。

現在是75頁\一共有91頁\編輯于星期三第九節液固分離設備的選型1、三足離心機

現在是76頁\一共有91頁\編輯于星期三第九節液固分離設備的選型1、三足下卸料離心機

現在是77頁\一共有91頁\編輯于星期三第九節液固分離設備的選型2、活塞推料離心機

現在是78頁\一共有91頁\編輯于星期三第九節液固分離設備的選型3、沉降離心機

現在是79頁\一共有91頁\編輯于星期三第