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1、Chemical Engineering DesignChemical Engineering DesignChemical Engineering DesignChemical Engineering Design4 4 设备选型及工艺设计设备选型及工艺设计 Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.1 概述本章主要内容本章重点：泵的选型贮槽的设计、蒸发器选型及设计非标设备工艺条件图的绘制4.2 标准设备的选型4.3 非标设备的设计及程序4.4 非标设备工艺条件图的绘制Chemical Engineering Design
2、Chemical Engineering Design4.1 概述 化工设备是组成化工装置的基本单元，是指在化工生产中常用的泵、风机、罐、釜、塔器、换热器、贮槽(罐)等。化工设备分类标准设备（定型设备）：是成批按系列生产的，并可以从设备生产厂家买到，可以从产品目录或样本中查阅其规格及牌号。例如：泵、风机、离心机等。非标设备（非定型设备）：是化工过程中需要专门设计的特殊设备。例如蒸发器、塔器等。Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design化工设备工艺设计的任务：对于标准设备：根据工艺要求，计算并选择某种型号，以便订货。对于非标设备：
3、根据根据工艺要求，通过工艺计算，提出型式、材料、尺寸和其他一些要求。再由化工设备专业进行机械设计，由有关工厂制造。化工设备工艺设计的成果：1、设备一览表；2、设备工艺条件图或设备总图。4.1 概述Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design化工设备选型和工艺设计的原则(1)合理性 设备必须满足工艺一般要求，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。(2)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
4、业，尽量不用有毒有害的附件附料。4.1 概述Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design(3)先进性 要求设备的运转可靠性、自控水平、生产能力、效率等要尽可能达到先进水平。(4)经济性 设备投资省，易于加工、维修、更新少，没有特殊的维护要求，运行费用少。引进先进设备，考察设备性价比，考虑是否易于被国内消化吸收和改进利用，避免盲目性。4.1 概述Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.2.1 泵的选用(1)确定泵的型式 依据物料的性质如温度、粘度、挥发性、毒性、
5、化学腐蚀性、溶解性和物料是否均一等因素来确定泵的基本型式。例如：水清水泵，卤水化工泵。油类油泵等等；流量大而扬程不高时可选用单级离心泵；流量不大而扬程高的宜选往复泵或多级离心泵；输送有腐蚀性介质，选耐腐蚀泵；输送昂贵液体、剧毒或具有放射性能的液体选用完全不泄漏、无轴封的屏蔽泵；当要求精确进料时应选用计量泵或柱塞泵等。4.2 化工标准设备的选用 Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design(2)确定选泵的流量和扬程 流量的确定和计算 选泵时以最大流量为基础。如果数据是正常流量，则应在正常流量的基础上乘以1112的安全系数。扬程的确定
6、和计算 先计算出所需要的扬程，即用来克服两端容器的位能差，两端容器上静压力差，两端全系统的管道、管件和装置的阻力损失，以及两端(进口和出口)的速度差引起的动能差。扬程值用柏努利方程计算，用米液柱表示。计算出的扬程一般要放大510。4.2 化工标准设备的选用 Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design(3)确定泵的安装高度。(4)确定泵的台数和备用。一般只设一台泵，在特殊情况下，也可采用两（多）台泵同时串联或并联操作。输送泥浆或含有固体颗粒及其他杂质的泵和一些重要操作岗位用泵应设有备用泵。对于大型的连续化流程，可适当提高泵的备用率
7、，而对于间歇操作，泵的维修简易，操作很成熟的常常不考虑备用泵。(5)校核泵的轴功率。泵的样本上给定的功率和效率都是用清水试验出来的，输送介质不是清水时，应考虑密度、粘度等对泵的流量、扬程性能的影响。4.2 化工标准设备的选用 Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design(6)确定冷却水或驱动蒸汽的耗用量。(7)选用电动机。(8)填写选泵规格表。4.2 化工标准设备的选用 Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.3.1 贮槽的选型及设计 化工生产中原料、中间物料
8、、产品都需要贮存。用于气体、液体的容积设备，国内己形成了系列标准。其设计方法如下：（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、最高使用温度、最低使用温度，腐蚀性、毒性、蒸汽压、压力，最大使用进出量、贮罐的工艺方案等。4.3 化工非标设备的设计及程序 Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design(2)选择容器材料 对有腐蚀性的物科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
9、式选用时，应尽量选择已经标准化的产品。4.3 化工非标设备的设计及程序 Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design(4)容积计算（核心）单纯用于贮存原料和成品的贮罐：全厂性的贮罐一般主张至少有一个月的耗用量贮存；车间的贮罐一般考虑至少半个月的用量贮存。液体产品贮罐一般设计至少有一周的产品产量。液体贮罐的装载系数通常可达80。中间贮罐：一般考虑一昼夜的产量或发生量。计量罐：计量罐的容积一般考虑最少为1015min，多则2h的产量的储存。计量耀装载系数一般只考虑6070，4.3 化工非标设备的设计及程序 Chemical Engin
10、eering DesignChemical Engineering Design缓冲罐、汽化罐：缓冲罐的目的是使气体有一定数量的积累，保持压力比较稳定，从而保证工艺流程中流量稳定。其容量通常是下游设备510min的用量，有时可以超过15min的用量。汽化罐的物料汽化空间通常是贮罐总容积的一半。汽化空间的容积大小，通常根据物料汽化速度来估计，一般希望汽化空间足够下游岗位3min以上的使用量，至少在2min左右。4.3 化工非标设备的设计及程序 Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design混合、拼料罐：根据工艺条件而定，考虑若干批的产
11、量，装载系数约70 。包装罐：原则上是昼夜罐。对于需要及时包装的贮罐、定期清洗的贮罐，容积可考虑偏小。装载系数一般在60-80左右。(5)确定贮罐基本尺寸(6)选择标准型号：如没有则自行设计。(7)开口和支座 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。4.3 化工非标设备的设计及程序 Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design(8)绘制设备草图(条件图)，提出设计条件和订货要求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，井填写“设计条
12、件表”，由设备专业的人员，进行非标推设备设计。4.3 化工非标设备的设计及程序 Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design 设备的工艺设计中，标准设备可根据工艺设计条件从有关资料中查出，直接列表，但非定型设备则要求进行设计，设计中的主要工作和程序如下：（1）工艺流程上确定设备的类型：例如真空制盐需要蒸发设备、固液分离设备等；（2）确定设备材质 4.3 化工非标设备的设计及程序 4.3.2 非标设备的设计程序Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design（4）选定设备的
13、基本结构型式 根据各类设备的性能、使用特点和适用的范围，依据各类规范、样本和说明书、进行权衡比较，确定该设备的基本结构型式。例如确定是用重力沉降、离心沉降等等4.3 化工非标设备的设计及程序（3）汇集设计条件：根据物料衡算和热量衡算，确定设备负荷、转化率和效率要求，确立设备的工艺操作条件如温度、压力、流量、流速、投料方式和投料量、卸料、排渣形式、工作周期等；Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design（6）向设备制造设计(机械设计)专业提出设计条件如材质、温度、压力、装载系数、运转周期、维修安装要求和设备开口、支承等等 和设备草图
14、，由设备设计专业人员根据各种规范进行机械设计、强度设计和检验，提出施工图等。（7）汇总列出设备一览表。4.3 化工非标设备的设计及程序（5）设计设备的基本尺寸：确定基本外形尺寸，如外径、高度、搅拌器主要尺寸等；确定设备的各种工艺附件，如进出料口、排料装置等；Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design 为了能完整、正确、清晰地表达这些化工设备，就必须绘制化工设备图。常用的化工设备图有化工设备总图、装配图、部件图、零件图、管口方位图、表格图及预焊接件图。作为施工设计文件的还有工程图、通用图和标准图。总图及条件图（包括管口方位图）(1
15、)总图 表示化工设备以及附属装置的全貌、组成和特性的图样。它应表达设备各主要部分的结构特征、装配连接关系、主要特征尺寸和外形尺寸，并写明技术要求、技术特性等技术资料。（CAD例图）(2)条件图 为设备设计专业提供设计依据（CAD例）4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图4.4.1 化工设备图的基本内容Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design例：Chemical Engin
16、eering DesignChemical Engineering Design4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图（1）标题栏（2）明细表 明细表是说明组成本张图纸的备部件的详细情况，一般格式如下：（3）管口表 是将本设备的各管口用英文小写字母自上而下按顺序填入表中，明确各管口的位置和规格等，具体见下表：Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图（4）技术特性表：将设备的设计、制造、使用的主要参数(设计压力、工作压力、设计温度、工作温度、各部件的材质、焊缝系数、腐蚀裕度、物料
17、名称、容器类别及专用化工设备的接触物料的持性等)技术特性以列表方式供施工、检验、生产中执行。(5)技术要求 一般以文字对化工设备的技术条件，应该遵守和达到的技术指标等，逐条书写清楚。Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图（补补充）充）充）充）4.4.2 化工设备的基本结构特点 基本形体以回转体为主；各部结构尺寸大小相差悬殊；壳体上开孔和管口多；广泛采用标准化零部件；采用焊接结构多；对材料有特殊要求；防泄漏安全结构要求高。举例讲举例讲Chemical Engineering Desi
18、gnChemical Engineering Design4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图4.4.3 化工设备图的视图表达特点(1)视图配置：灵活。由于化工设备的主体结构多为回转体，其基本视图常采用两个视图。立式设备一般为主、俯视图；卧式设备一般为主、左(右)视图，用以表达设备的主体结构。当设备的高(长)较高(长)时，由于图幅有限，俯、左(右)视图难于安排在基本视图位置，可以将其配置在图面的空白处，注明其视图名称，也允许画在另一张图纸上，并分别在两张图纸注明视图关系即可。（例）1、习惯表达方法Chemical Engineering DesignChemical Engineeri
19、ng Design4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图（2）多次旋转的表达方法（CAD例）：但为了避免混乱，在不同的视图中同一接管或附件应用相同的小写英文字母编号。规格、用途相同的接管或附件可共用同一字母，用阿拉伯字母作脚标，以示个数。dChemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图（3）管口方位图：通常用管口方位图来代替俯视图表达出设备的各管口及其他附件Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.4 4.4 化工
20、化工化工化工设备图设备图(4)细部结构的表达方法 由于化工设备的各部分结构尺寸相差悬殊，按缩小比例画出的基本视图中，很难兼顾到把细部结构也表达清楚。因此，化工设备图中较多的使用了局部放大图和夸大画法来表达这些细部结构并标注尺寸。局部放大图：局部放大图：（节点图，例，必须标注名称和绘图比例）夸大画法：夸大画法：对于化工设备中的折流板、管板、壳体壁厚、垫片及各种管壁厚，在按总体比例缩小后，难以表达其厚度，可作适当的夸大画出。Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图（5）断开画法、分段画法
21、及整体图（CAD例）：对于过高或过长的化工设备，如塔、换热器等，为了采用较大的比例清楚地表达设备结构和合理地使用图幅，常使用断开画法，即用双点划线将设备中重复出现的结构或相同结构断开，使图形缩短。Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图在绘制化工设备图时，大量地采用了各种简化画法。人孔简化画法人孔简化画法标准部件：电动机、人孔、手孔、液位计等2、简化画法并用粗实线画出符号表示其安装位置Chemical Engineering DesignChemical Engineering De
22、sign4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图管法兰：只用中心线表示位置Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图外购部件：在化工设备图中可以只画其外形轮廓简图(例如：循环泵）对于已有零部件图、局部放大图及规定记号的零部件，或者一些简单结构，可以采用单线条(粗实线)示意画法，如封头；简体、列管、折流板、挡板、拉杆、定距管、法兰、人孔、波形膨胀节及补强圈、各种塔盘等都可用单线条示意表达。(CAD举例）Chemical Engineering DesignChemical Engin
23、eering Design4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图化工设备中出现的有规律分布的重复结构：螺纹连接件组：只用点划线表示其连接位置；按一定规律排列的管束，可只画一根，其余的用点划线表示其安装位置 ；按一定规律排列，并且孔径相同的孔板，如换热器中的管板、折流板、塔器中的塔板等；设备中(主要是塔器)规格、材质和堆放方法相同的填料。Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图Chemical Engineering DesignChemical Engineering Desi
24、gn4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design总结化工设备的习惯表达方法1、视图配置：灵活2、多次旋转的表达方法3、管口方位的表达方法4、细部结构的表达方法5、断开和分段表达方法化工设备的简化画法1、标准件的简化画法2、管法兰的简化画法3、重复结构的简化画法4、外购部件的简化画法螺孔和螺纹连接件规则排列的管子按规则排列的孔塔盘及其填充物Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图
25、4.4.3 化工设备图的尺寸标注 化工设备图的尺寸标注，与一般机械装配图基本相同。但与一般机械装配图比较，化工设备的尺寸数量稍多，有的尺寸较大，尺寸精度要求较低，允许注成封闭尺寸链。化工设备图上需要标注的尺寸有如下几类：规格性能尺寸，装配尺寸，外形尺寸，安装尺寸，其他尺寸（零部件的规格尺寸、设计计算确定的尺寸 如主体壁厚、搅拌轴直径等）。例 Chemical Engineering DesignChemical Engineering DesignChemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设
26、备图化工设备图的尺寸基准设备筒体和封头的轴线；设备筒体与封头的环焊线；设备法兰的连接面；设备支座、裙座的底面；管轴线与设备表面交点。Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图4.4.4 化工设备图的绘制（1）选择视图；（2）确定绘图比例、选择图幅、布图，按照设备的总体尺寸确定绘图比例，绘图比例一般应选用国家标淮“机械制图”规定的比例，但依化工设备的特点，还增加了1：6、1：15、1：30等比例。化工设备图的图面布置除中部留有视图位置外，右下角从标题栏开始，上方为明细表。另在适当位置留有
27、管口表、技术特性表及书写技术要求的位置。Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图（3）画图；（4）尺寸的标注；（5）编写零部件序号和管口符号；（6）填写明细栏和接管表；（7）填写技术特性表、编写技术要求、填标题栏。CAD举例Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.4 化工化工设备图设备管口表l管口符号：一律用英文小写字母(如a,b,c)，注写在管口投影旁。规格、用途、联接面型式完全相同的管口，应编写同一个管口符号
28、，须在符号右下角加数字区别。如a1和a2。l一般从主视图左下角开始，顺时针依次编写。Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图l管口表 说明各管口规格、用途等内容的表格。常放在技术特性表下方。Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.4 4.4 化工化工化工化工设备图设备图技术特性表重要技术特性和设计依据一览表常放在管口表的上面Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design4.4 化工化工设备图技术要求l 化工设备的通用技术条件“钢制焊接容器技术条件JB741-1980”“钢制管壳式换热器技术条件JB1147-1980”l设备加工装配的要求焊接、加工和装配时所要达到的要求与技术指标l设备检验的要求焊缝质量检验和设备整体检验要求Chemical Engineering DesignChemical Engineering Design