化工设备的工艺设计.ppt

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1、第六章第六章 化工设备的工艺设计化工设备的工艺设计v6.1 6.1 化工设备工艺设计内容：化工设备工艺设计内容：v（1）确定设备类型：v（2）确定设备材质：根据操作条件（介质的性质、温度、压力）v（3）确定设备的设计参数：根据工艺流程、物料衡算、能量衡算、设备的工艺计算等得到的。不同设备有不同设计参数。va.换热器：热负荷 Q，换热面积S，冷热v 载体的流量、温度、压力。vb.泵：流量、扬程、轴功率、允许吸上高度。vc.风机：风量、风压。vd.吸收塔：气体的流量、组成、压力、温度，v 吸收剂的种类、流量、温度、压力、塔径、塔高、塔板类型、塔板数、填料种类、规格、填料高度、每段填料的高度和段数。

2、ve.精馏塔：塔进料、塔顶、塔底产品的流量、组成、温度、塔操作压力、塔径、塔板类型 塔板数、填料种类、规格、填料高度、每段 填料的高度和段数、进料位置、灵敏板位 置。vf.对于标准设备：根据工艺需要确定标准图图 号和型号。vg.对非标设备：向设备专业提供设计条件和草 图、明确设备的形式、材质、基本设计参数 管口、维修、安装、支撑及其它要求（如防 爆口、人孔、手孔、仪表接口等）v6.2 6.2 泵的选用泵的选用v6.2.1 对化工用泵的要求（1）输送易燃、易爆、易挥发、有毒、有腐蚀及贵重 介质，要求密封性可靠，应选磁力驱动泵或屏泵。（2）输送腐蚀性介质，选耐腐蚀泵，根据介质的特性 和温度范围，选

3、择不同的材质的泵的过流部件。v非金属：聚氯乙烯、玻璃钢、聚丙细、氟塑料、石墨、搪玻璃、陶瓷。（适用范围：222页表6.1）v金属：不锈钢、铝合金、钛合金、纯钛等（3）输送易气化的液体（低沸点液体-30-160）选 低温泵。（4）输送高温介质：热油泵v各类泵的特点见各类泵的特点见P223 P223 表表6.36.3 6.3 6.3 换热器的设计和选用换热器的设计和选用6.3.1 换热设备的类型：从形式上分：板式、列管式、翅片式、盘管、喷淋式等。从使用上分：加热器、预热器、过热器、蒸发器、再沸 器、冷却器、深冷器、冷凝器、完全冷凝 器、部分冷凝器。热交换性能：表6.4 P226 设计中应尽量选择标

4、准系列。减少设计工作量和投资。vv6.3.2 换热器设计参数的取值v6.3.2.1 流速：v管内：壳内：水及水溶液:0.72.0m/s水及水溶液：0.51.5 m/s低粘度油：0.81.8 m/s 低粘度油：0.41.0 m/s高粘度油：0.51.5 m/s 高粘度油：0.30.8 m/s气液混合物:2.06.0 m/s 气液混合物:0.53.0 m/s v6.3.2.2流体路径：热载体上进下出，v 冷剂下进上出。v管程：（1）不清洁、易结垢的流体 （2）小流量、粘度大（因管程可以做成 多程结构，得到较大的流速，k）(3)腐蚀性、有毒性流体（避免管束和 壳体同时腐蚀）（4）压力高的流体v壳称：

5、v（1）被冷却的流体v（2）饱和蒸汽v6.3.2.3 冷热流体温差的取值v换热器两端冷热流体的温差t，换热面积S投资冷剂量操作费用v所以t应合理。v（1）换热器热端：t 20以上v（2）换热器冷端：t 5以上 v（3）冷凝含有惰性气体的流体时，冷却剂出口温度要比冷凝液的露点低5v（4）空冷器冷热流体温差大于15v6.4 6.4 储罐的设计与选型储罐的设计与选型v6.4.1 储罐的标准系列v（1）碳钢容器标准系列：va立式平底 常压下使用vb锥底平盖 常压下使用vc椭圆封头：0.254.0 MPav（2）玻璃钢容器标准系列：v -1080 微压 100500 m3v(3)搪玻璃容器 1.0 Mp

6、a -202006.4.2 储罐存贮量的确定（1）原料贮存：全厂性贮存：一般30100天。车间贮存：15天（视介质性质而定）（2）成品贮存：根据生产周期和市场情况而定（3）中间罐：一班或一批（4）回流罐：510 min 液体量保证冷凝器的液封之用（5）液体贮罐充装系数 0.80.85 气体贮罐充装系数 1.0（6）缓冲罐 515 min 用量，(7)闪蒸罐：闪蒸过程就是液体的部分气化过程。根据液体达到气液平衡的时间而定。选择充分的停留时间。6.5 6.5 塔器的设计塔器的设计 化工厂中常用的有喷洒塔、板式塔和填料塔。在蒸馏操作和吸收操作中常用的是板式塔和填料塔。究竟选什么形式的塔？6.5.1

7、塔型的选择因素 (1)塔径：大塔用板式塔，小塔用填料塔 (2)板式塔可适应较小的液体流量，同样条件 下填料塔则会导致润湿不足。(3)处理含有颗粒的物料宜选用板式塔（筛板 塔、泡罩塔、浮阀塔），而用填料塔易堵。(4)产生大量溶解热和反应热的物系宜采用板 式塔.因为可在塔板上安装冷却排管，在塔 外冷却后回到塔内以控制塔温。(5)处理有腐蚀性物料宜用填料塔，因为板式 塔 需用耐腐蚀的金属材料，造价高。(6)热敏性物料的蒸馏宜用填料塔。填料塔内 液体的滞留量较小，在塔内停留时间短。填料塔适用于处理发泡液体，因填料能起 到破碎泡沫作用。v6.5.2 板式蒸馏塔的设计：v板式蒸馏塔的设计程序：v（1）汇总

8、物性数据、工艺要求。v（2）初选塔盘结构v（3）计算实际塔板数v（4）确定再沸器塔顶冷凝器的热负荷并选型计算v（5）确定塔径、塔高v（6）确定进料口、灵敏板位置v（7）确定塔节法兰位置、人孔、手孔、视镜、仪表等v 开口位置v（8）向设备专业提条件v a)确定轻重关键组分及其在塔顶塔釜的分配v b)初定塔釜、塔顶的操作压力v6.5.2.2 板式蒸馏塔的实际塔板数的确定：va.确定轻重关键组分及其在塔顶塔釜的分配vb.初定塔釜、塔顶的操作压力vc.作全塔料衡算，确定塔底、塔釜产物的组成vd.根据气液平衡关系，验算塔的操作参数v （塔顶塔底的压力、温度等）ve.选定进料状态vf.理论塔板数vg.定塔

9、板效率vh.求实际塔板数v6.5.3 填料蒸馏塔的设计v填料蒸馏塔的设计程序：v（1）汇总物性数据、工艺要求。v（2）选用填料v（3）确定塔径v（4）确定理论板数和和填料的等板高度数值v（5）计算填料高度v（6）核算喷淋密度（是否能维持最小喷淋度）v（7）确定填料段数和每段填料高度v（8）确定塔节法兰位置、人孔、手孔、视镜、仪表等开口位置v（9）向设备专业提条件v6.5.3.2 填料的选用：va）确定轻重关键组分及其在塔顶塔釜的分配vb)初定塔釜、塔顶的操作压力 vc)作全塔料衡算，确定塔底、塔釜产物的组成vd)根据气液平衡关系，验算塔的操作参数v （塔 顶塔底的压力、温度等）ve)选定进料状

10、态vf)理论塔板数vg)定塔板效率vh)求实际塔板数v6.5.3 填料吸收塔的设计v除填料高度外，同填料蒸馏塔的设计。v采用传质单元高度法计算填料高度v Z=N0GH0G or Z=N0LH0L vZ -填料高度vN0G-气相总传质单元数vH0G-气相总传质单元高度vN0L-液相总传质单元数vH0L-液相总传质单元高度vN0G:气相总传质单元数vN0L:液相总传质单元数v板式吸收塔的设计vH0G:气相总传质单元高度vH0L:液相总传质单元高度板式吸收塔的设计板式吸收塔的设计v常用于用少量吸收液来处理大量气的混合物的情况。v板式吸收塔理论塔板数v解析法、图解法、计算机程序v板式吸收塔板效率v小于

11、 50%计算时取 25%-20%v溶解系数 系统压力 塔板效率 v吸收液粘度 塔板效率 （吸收操作温度较低）v6.6 6.6 反应器的设计反应器的设计v6.6.1 管式反应器设计：管内走物料，管外用燃料油燃烧供给所需反应热。用于均相反应。（轻烃裂解）v6.6.2 釜式反应器设计：v（1）间歇釜：原料一次性加入，批量反应。釜的大小由反应所需的体积确定。vV=Q0(t+t0)vt-反应时间vt0-辅助生产时间v例题1：在间歇釜中用己二酸在70下进行缩聚反应生产醇酸树脂，以H2SO4 为催化剂，其动力学方程式如下：v vA指己二酸v70下 k=1.97x10-3L/(molmin)vCA0=4mol

12、/L,每天处理己二酸2400kgv每批操作的辅助生产时间t0=1h v求：XA=80%时，反应釜的体积V=?v解：（1）计算每批产品所需要的反应时间v(2)计算连续反应釜进口液体的体积流量.v己二酸的摩尔流量FA0vv己二酸的分子量146v反应釜进口液体的体积流量为：v(3)计算反应釜的体积，其有效体积为v取装料系数为0.75 则反应釜的实际体积为v7.182/0.75=9.58m3 v 圆整 V=10 m3（2）连续釜：串联、并联 V-反应釜有效体积，M3 Q0-反应器入口液体物料的 体积流量 M3/min -物料在釜内的平均停留时间 CA0-反应釜入口液体中关键组分 A 的浓度mol/L

13、XAf-反应釜液体中关键组分A转化率。RAf-反应温度、反应浓度下的反应速率 mol/L.s 例2 在连续釜中进行上述反应，处理量及转化率同上求：，反应釜的体积V=?解：（1）计算连续反应釜的速率6.7 非标设备的设计程序和设计条件 v6.7.1 非标设备的设计程序v（1）通过工艺计算确定设备的主要尺寸和工艺参数。v（2）通过流体力学计算所有管口规格、数量，由管道布置图确定人孔、手孔及各种管口位置。根据工艺控制要求，按照带控制点工艺流程图确定设备上的仪表口、测量口规格、数量、位置。v（3）确定设备的安装标高、支撑形式。v（4）编制管口方位图。v6.7.2 非标设备的设计条件图内容：v(1)设备技术特性及要求。v(2)操作条件v(3)物料的物性参数v(4)建议材质v(5)设备简图v(6)各种管口名称、规格、连接形式、压力等级、用途等（7）设备支撑条件、安装高度。v思考题：v1。泵、换热器、塔、储罐及反应器的选用。v v2。如何计算塔的高度、直径？如何计算反应器的体积？