化工设计知识点总结.ppt

化工设计,/,绪论,化工设计,/,绪论,/,第一节化工厂概况,化工原理（下）,/,第,1,章 蒸馏,/1.3,平衡蒸馏和简单蒸馏,化工设计,/,绪论,/,第,二,节,化工设计的内容,化工设计,/,第一章工艺流程设计,/,第一节工艺流程设计概述,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,化工设计知识点总结,化工设计知识点总结化工设计知识点总结符合国家的经济政策和技术政策，合理运用国家的财富和资源；,工艺上可靠，经济上合理；,尽可能吸收最新科技成果，力求技术先进，经济效益更大；,不造成环境污染；,符合国家工业安全与卫生要求。三、化工设计的要求第一章 绪论 知识点,符合国家的经济政策和技术政策，合理运用国家的财富和资源；,工艺上可靠，经济上合理；,尽可能吸收最新科技成果，力求技术先进，经济效益更大；,不造成环境污染；,符合国家工业安全与卫生要求。,三、化工设计的要求,第一章 绪论 知识点,四、化工设计的内容,工艺设计；,总图设计；设备设计；管路设计,土建设计；电气设计；自控设计；给排水设计,采暖通风设计；技术经济,五、工艺专业的主要设计内容,原料路线和技术路线的选择；艺流程设计；物料衡算,能量衡算；工艺设备的设计和选型；车间布置设计；,化工管道设计；非工艺设计基础数据；编制设计文件,第一章 绪论 知识点,六、化工生产的特点,工艺流程复杂,流程很长，如,FeS,2,H,2,SO,4,操作状态变化大,如我国设计的合成氨工艺,流体输送多,管道、输送设备多,具有腐蚀性,管道、设备材质,有毒,安全卫生,易燃、易爆,防爆、电气、自动化,非标设备多,反应器、塔等,第一章 绪论 知识点,七、化工设计的工作程序,一个化工项目从,设想到建成投产,，分三个阶段：即,可行性研究决策阶段、设计阶段、建设阶段。,化工设计过程中有项目可行性研究报告、初步设计、施工图设计重要的文本文件。,(1),接受委托，参加编制项目建议书；,(2),参加厂址选择，编制厂址选择报告；,(3),进行技术考察；,(4),编制预可行性研究报告；,(5),编制可行性研究报告；,(6),进行厂址复查；,(7),提出建厂区域地质初勘要求；,(8),开展初步设计；,(9),进行设备及主要材料的采购；,(10),提出详勘要求；,(11),开展施工图设计；,(12),配合现场施工；,(13),参加试车、考核；,(14),参加竣工验收；,(15),工程总结，设计回访；,(16),参加项目后评价,。,第一章 绪论 知识点,第一节 工艺流程设计概述,第二节 流程图绘制,第三节 化工典型设备的自控流程,本章主要内容,第四节 流程的组织和分析,第一章 工艺流程设计 知识点,1.,确定设计过程中的各项内容,a,确定采用哪些工序；,b,确定每个工序的具体任务；,c,确定设备及操作条件；,d.,确定控制仪表；,e,确定三废治理和综合利用方案；,f.,确定安全生产措施,一、工艺流程设计的任务,2.,工艺流程图种类,方框流程图 工艺流程草,(,简,),图,工艺物料流程图 带控制点工艺流程图,管道仪表流程图,第一章 工艺流程设计 第一节 概述,工程设计阶段,A,版,PI,图,(,初版,),B,版,PI,图,(,内审版,),C,版,PI,图,(,用户版,),D,版,PI,图,(,确认版,),E,版,PI,图,(,详,1,版,),F,版,PI,图,(,详,2,版,),G,版,PI,图,(,施工版,),详细工程设计阶段,PFD(Process Flowsheet Diagram),：,过程物料流程图,PID(Process Instrument Diagram),：,带控制点的工艺仪表管道流程图,UID(Utility Instrument Diagram):,公用工程仪表管道流程图,UFD(Utility Flowsheet Diagram):,公用工程物料流程图,第一章 工艺流程设计 第一节 概述,设备类型,代号,设备类型,代号,设备类型,代号,贮罐,V,工业炉,S,过滤机,M,塔器,T,压缩机、风机,C,称量设备,W,反应器,R,泵,B,火炬,F,换热器,H/E,起重设备,L,工艺设备代号,仪表参量代号,设备类型,代号,设备类型,代号,设备类型,代号,温度,T,质量,(,重量,),m(W),厚度,温差,T/TD,转速,N,频率,f,压力,(,或真空,),P,浓度,C,位移,S,压差,P/PD,密度,(,相对密度,),长度,L,重量,(,或体积,),流量,G/F,分析,A,热量,Q,液位,(,或料位,),H,湿度,氢离子浓度,pH,指示,I,记录,R,控制,C,第一章 工艺流程设计 第二节 工艺流程图,符号,符号,意义,符号,意义,就地安装,集中安装,无弹簧气动阀,电动执行机构,活塞执行机构,有弹簧气动阀,带定器气动阀,电磁执行机构,变送器,孔板流量计,转子流量计,功能,代号,功能,代号,功能,代号,指示,Z/I,积算,S,联锁,L,记录,J/R,信号,X,变送,B,调节,T,手动遥控,K,控制,C,仪表功能代号,仪表图形符号,第一章 工艺流程设计 第二节 工艺流程图,（,5,）设备位号编制为,:,位号应标注在设备内或附近空白处（如能表示清楚，则可不加引出线），位号和名称用粗实线分开，位号写在上面如：,（,6,）设备位号应与初步设计一致，若施工图设计中设备有所增加，则位号应按顺序增补，如有取消，原有设备位号不再使用。,二、图画的绘制要求,R,1,0 1,A,设备分类代号,车间或工段代号,设备顺序号,相同设备尾号,第一章 工艺流程设计 第二节 工艺流程图,一、泵的流量自控,(1),离心泵,（,a,）直接节流法,优点：简单易行，普遍采用。,缺点：能耗大。,限制：不适宜于正常流量低于额定流量,30%,以下的场合。,（,b,）旁路调节,优点：调节阀直径小，可用于小流量调节。,缺点：使泵的总效率降低。,（,c,）调节电机转速,采用变频电机,第一章 工艺流程设计 第二节 工艺流程图,一、泵的流量自控,(1),离心泵,设有分支路的泵,第一章 工艺流程设计 第三节 化工典型设备的自控流程,二、换热器的温度自控,(1),调节换热介质流量,(2),调节传热面积,(3),分流调节,用流体,1,的流量作调节参数来控制流体,2,的出口温度,最常用的调节方案,流体,1,的流量必须允许改变,a),调节换热介质流量,第一章 工艺流程设计 第三节 化工典型设备的自控流程,二、换热器的温度自控,(2),调节传热面积,适用于冷凝器，调节阀装在凝液管路上,液体,1,的温度高于给定值时，调节阀关小使凝液积聚，有效冷凝面减小，传热量随之减小，直至平衡为止，反之亦然。,该方案,滞后大,需要,较大的传热面积余量,可防局部过热，有利于,热敏性介质,第一章 工艺流程设计 第三节 化工典型设备的自控流程,二、换热器的温度自控,(3),分流调节,冷热流体流量均不变,当换热器的两股流体的流量都不允许改变时，可用其中一股流体分走旁路的办法来调节温度，三通阀可装载换热器的进口处，而且还要有较大的传热面积余量。,调节迅速,传热面要有余量,第一章 工艺流程设计 第三节 化工典型设备的自控流程,(1),蒸馏塔的基本控制方案,a,按精馏段指标控制,取精馏段某点成分或温度为被调参数，而回流量,L,R,、馏出液量,D,或塔内蒸汽量,V,S,作为调节参数。适合于馏出液的纯度要求较高的情况,三、蒸馏塔的控制方案,第一章 工艺流程设计 第三节 化工典型设备的自控流程,方案,A,：,根据塔板温度控制,L,R,，,V,S,流量恒定。,方案,B,：,回流比很大时，一般用精馏段塔板温度控制,D,，保持,V,S,流量恒定。,在,L,R,、,D,、,V,S,及,B,四个变量中，选择一个作为控制成分的手段，选择另一个保持流量恒定，其余两个按回流罐和再沸器的液位调节器进行调节。,(1),蒸馏塔的基本控制方案,a,按精馏段指标控制,三、蒸馏塔的控制方案,第一章 工艺流程设计 第三节 化工典型设备的自控流程,三、蒸馏塔的基本控制方案,b.,按提馏段指标控制,适合于釜液的纯度要求较高的情况,方案,A,：用提馏段塔板温度控制加热蒸汽量，控制,V,S,，保持,L,R,恒定，,D,和,B,都按物料平衡关系，由液位调节器控制。,目前应用最多的方案,。,方案,B,：用提馏段塔板温度控制釜液流量,B,，保持,L,R,恒定，,D,由回流罐的液位调节，蒸汽量由再沸器的液位调节。该方案,当,B,较小时比较平稳,。,第一章 工艺流程设计 第三节 化工典型设备的自控流程,一、总流程是各个单元操作过程的合理组合,(1),化学物质的分配,(2),混合物的分离,考虑：操作压力、冷却剂、稳定性,(3),温度、压力和相的变化,(4),选择适当的设备,第一章 工艺流程设计 第四节 流程的组织与分析,1.,多组分蒸馏的流程方案,四组分,-5,种方案,直接顺序流程,二、蒸馏过程流程的组织和分析,间接顺序流程,第一章 工艺流程设计 第四节 流程的组织与分析,多组分溶液蒸馏可能的方案数,组分数,2,3,4,5,6,7,8,9,10,塔数,1,2,3,4,5,6,7,8,9,方案数,1,2,5,14,42,132,429,1430,4862,1.,多组分蒸馏的流程方案,二、蒸馏过程流程的组织和分析,好的方案要求：设备投资少、操作费用低、安全性好、产品质量稳定,第一章 工艺流程设计 第四节 流程的组织与分析,直接顺序流程和间接顺序流程相比，选直接顺序流程,采用等摩尔分割或采用,CES,高的方案,最难分离的物质放在最后分离,首先除去含量最大的组分,除去强腐蚀性的组分,尽早把易分解或易聚合的组分分离出去,尽早除去易燃易爆等影响安全生产的组分,尽早除去在操作条件下不易被液化的组分,当要求产品纯度很高时，一般应在蒸馏流程中安排在塔顶得到产品,二、蒸馏过程流程的组织原则,CES=,f,第一章 工艺流程设计 第四节 流程的组织与分析,例：烃类热裂解产物的组成如表所示：,要求采用蒸馏方法将此混合物分离为,6,个产品：氢,-,甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和重组分。试确定蒸馏的流程方案,组分,摩尔流量,mol/h,正常沸点,与上一馏分的温度差,t,A,氢,18,-253,B,甲烷,5,-161,92,C,乙烯,24,-104,57,D,乙烷,15,-88,16,E,丙烯,14,-48,40,F,丙烷,6,-42,6,G,重组分,8,-1,41,第一章 工艺流程设计 第四节 流程的组织与分析,组分,摩尔流量，,mol/h,正常沸点,与上一馏分的温度差,t,A,氢,18,-253,B,甲烷,5,-161,92,C,乙烯,24,-104,57,D,乙烷,15,-88,16,E,丙烯,14,-48,40,F,丙烷,6,-42,6,G,重组分,8,-1,41,（,1,）尽早除去在操作条件下不易被液化的组分。即先除去,AB,（即甲烷和氢）。,（,2,）,C,和,D,（乙烯和乙烷）、,E,和,F,（丙烯和丙烷）两对组分的沸点差最小，分别为,16,和,6,都很难分离，最难分离的放到最后分离。,分析过程：,第一章 工艺流程设计 第四节 流程的组织与分析,（,3,）,CD-EFG,：,CDEF-G,：,CD-EFG,方案的,CES,值大，,选择,CD-EFG,方案。,第一章 工艺流程设计 第四节 流程的组织与分析,A,B,C,D,E,F,G,A,B,C,D,E,F,G,C,D,E,F,G,C,D,E,F,G,E,F,第一章 工艺流程设计 第四节 流程的组织与分析,第一节 设计的主要内容,第二节 泵的选用,第三节 换热设备的设计和选用,本章主要内容,第四节 贮罐的选型和设计,第二章 化工设备设计,第五节 塔器的设计,第六节 反应器的设计,工作内容：,(1),确定化工单元操作所用设备的类型；,(2),确定设备的材质；,(3),确定设备的设计参数；,(4),确定标准设备,(,即定型设备,),的型号或牌号，并确定台数；,(5),对已有标准图纸的设备，确定标准图的图号和型号；,(6),对非标准设备，提设计要求和设备草图；,(7),编制工艺设备一览表；,(8),当工艺设备的施工图纸完成后，与化工设备的专业设计人员进行会签。,第二章 化工设备设计 第一节 设计内容,泵：,流量、扬程、轴功率、允许吸上高度,换热器：热负荷、换热面积、热载体的种类、冷热流体的流量、温度和压力,风机：风量和风压,吸收塔：气体的流量、组成、压力和温度，吸收剂的种类、流量、温度和压力，塔径、筒体的材质、塔板的材质、塔板的类型和板数（板式塔），填料种类、规格、填料总高度、每段填料的高度和段数（填料塔）,蒸馏塔、反应器,第二章 化工设备设计 第一节 设计内容,化工设备选用和设计的一般原则,1.,合理性：设备满足一般工艺要求，与工艺流程、生产规模、操作条件、工艺控制水平相适应；,2.,先进性：运转可靠、自控水平、生产能力、转化率、收率、效率尽可能达到先进水平；,3.,安全性：安全可靠、操作稳定、弹性好、无事故隐患；,4.,经济性：投资省、运行费用低，加工、维修方便；,5.,系统性：化工过程是一个完整的系统，设备设计时不能仅关注单一设备，避免因个别设备妨碍整个系统优化；注重经济性的同时，还应通盘考虑，保留适当裕量，以免在日后扩产和工艺调整时成为系统“瓶颈”,第二章 化工设备设计 第一节 设计内容,化工设备所用材质的种类,金属,非金属,黑色金属,有色金属：铜、铝、铅、钛及合金等,铸铁：球墨铸铁、高硅铸铁,碳素钢：普通、优质、高级碳素钢,合金钢：普通合金钢、不锈钢、特种钢,橡胶管、塑料管、玻璃管,石墨管、陶瓷管,复合材料：搪玻璃、玻璃钢,材料种类,第二章 化工设备设计 第一节 设计内容,一、对化工用泵的要求,一般要求：操作方便、运行可靠、性能良好和维修方便,特殊要求：,(1),输送易燃、易爆、易挥发、有毒和有腐蚀性及贵重的介质时，要求密封性能可靠，只能微漏甚至完全无泄漏。因此应采用,磁力驱动泵或屏蔽泵,。,(2),输送腐蚀性介质时，应选用,耐腐蚀泵,。,(3),输送易气化液体：输送易气化液体应选用低温泵。,易气化液体的特点：泵入口压力高、气化压力随温度变化非常显著、对泵的轴封要求高。,(4),输送粘性液体 要根据粘度的大小选泵。,第二章 化工设备设计 第二节 泵的选用,一、对化工用泵的要求,特殊要求：,(5),输送含气液体；,(6),输送含固体颗粒的液体；,(7),输送高温介质时可考虑选用热油泵。,(8),要求高吸入性能时，选用允许汽蚀余量小的泵，如液态烃泵、双吸式离心泵。,(9),要求低流量、高扬程时，可选用多级泵、筒形泵；旋涡泵与普通离心泵相比，旋涡泵适合于流量小、扬程高的场合。,(10),当打液量精度要求高时，可用计量泵。,H,，,降低，校核，固含量要求,60%,；,第二章 化工设备设计 第二节 泵的选用,二、泵型式的确定,(1),被输送物料的基本性质：,相态、温度、粘度、挥发性、毒性、腐蚀性、爆炸极限大小,；,(2),生产的工艺过程，动力，环境和安全要求等条件；,(3),悬浮液宜用,泥浆泵或膈膜泵,；,(4),液体中夹带或溶有气体时应选用容积式泵；,(5),粘度大的液体、胶体或膏糊料可用往复泵，最好选用齿轮泵、螺杆泵；,(6),输送腐蚀性介质时用各种耐腐蚀材料制造或带衬里的耐腐蚀泵；,(7),输送昂贵的液体、剧毒的液体应选用完全不泄漏、无轴封的屏蔽泵和磁力泵；,第二章 化工设备设计 第二节 泵的选用,(8),工艺上要求的打液量精度高时宜选用计量泵；,(9),要求大流量、高压头时宜选用往复泵；,(10),要求流量小而压头高、液体又无悬浮物且粘度不高的情况，选用旋涡泵或多级离心泵；,(11),有电源的条件下选用电动泵；无电源或电力紧张而有蒸汽供应时可选用蒸汽往复泵；,(12),输送易燃易爆的液体时选用蒸汽往复泵或水喷射泵、蒸汽喷射泵是很安全的；若采用电动泵输送易燃易爆液体，则必须配用防爆电机。,二、泵型式的确定,第二章 化工设备设计 第二节 泵的选用,一、换热器的分类,传热的三种基本方式：,热传导、热对流、热辐射,换热器结构：混合式换热器、蓄热式换热器、,间壁式换热器,第二章 化工设备设计 第三节 换热器的设计和选用,一、换热设备设计和选用的一般原则,1.,符合规定的工艺操作条件,介质流程、流速、终端温差、压降、传热系数、污垢系数。,换热器两端冷热流体温差的取值,(1),换热器两端冷、热流体温差应,在,20,以上,。,(2),用水或其他冷却介质时，冷端温差可以小些，但不要低于,5,。,(3),冷凝含有惰性气体的流体时，冷却剂出口温度至少比冷凝液的露点低,5,。,(4),空冷器，冷、热流体温差应大于,15,，最好大于,20,25,。,(5),用水为冷却剂时，冷却水进、出口温度差一般取,5,10,，缺水地区用比较大的差，而水源丰富地区用比较小的温差。,第二章 化工设备设计 第三节 换热器的设计和选用,球罐优点,球形容器与圆筒形容器相比，所具有的特点：,1,）球罐,的,表面积小,，即在相同容量下球罐所需钢材面积小。,2,）球罐,受力均匀,，且在相同的直径和工作压力下，其薄膜应力为圆筒形容器的,1,2,，故板厚仅为圆筒形容器的,1,2,。,3,）球罐占,地面积小,，有利于表面积的利用。,4,）由于球罐的,风力系数低,，约为,0.3,，而圆筒形容器约为,0.7,左右，因此对于风载荷来说，球罐比圆筒形容器安全得多。因此，球罐具有占地,面积少、壁厚薄、质量轻、用材少、造价低等,优点。,第二章 化工设备设计 第四节 贮罐的选型和设计,二、塔型的选择,塔径大小的因素：,大塔宜用板式塔而小塔宜用填料塔,。,造价经济性；液体分布状态,2.,板式塔,可适应,比较小,的液体流量，若此条件下用填料塔则易导致填料润湿不足。,3.,处理有,腐蚀性,的物料时，宜用,填料塔,。,4.,热敏性物料,的蒸馏宜用,填料塔,。,5.,填料塔,适于处理易,发泡的液体,，因填料能起到破碎泡沫的作用。,6.,含有固体颗粒的物系，宜选用液流通过量较大的板式塔。,7.,产生大量溶解热或反应热的物系，一般应采用板式塔。,第二章 化工设备设计 第五节 塔器的设计,8.,液膜控制的过程宜使用板式塔，气膜控制的过程宜用填料塔。,在板式塔中，气体在液层内鼓泡上升，加剧液相的湍动程度，这种方式有利于处理液相阻力为主的系统；在填料塔中的气、液流动情况，气体的流通通道不规则，有利于减小气膜的阻力，故适于气膜控制的系统。,9.,对操作弹性要求较高的系统，宜采用浮阀塔或其他浮动型塔板的板式塔，其次是泡罩塔。,10.,如果工艺上要求侧线出料宜选用板式塔。,11.,如果设备的重量是关键因素，宜选用板式塔。但采用塑料填料时，填料塔的重量也不大。,12.,要求液体在塔内停留时间短的吸收过程可选用充填滞液量小的填料的填料塔，反之，要求液体在塔内停留时间长的过程，可采用板式塔或充填滞液大的填料的填料塔。,第二章 化工设备设计 第五节 塔器的设计,固定床催化反应器的设计,多段绝热式固定床反应器,(a),间接换热式；,(b),原料气冷激式；,(c),非原料气冷激式,第二章 化工设备设计 第六节 反应器的设计,第一节 概述,第二节 厂房的整体布置,第三节 车间设置布置设计,本章主要内容,第四节 车间生产辅助用室,第三章 车间布置设计,第五节 车间布置图,车间布置,初步设计工艺流程图,设备设计并选型,将各工段、设备按生产流程在空间上组合、布置,用管道将各工段、设备连接起来,装置布置设计涉及的专业：,以,工艺、配管,专业为主导；,在,管道、总图、土建、自控、电力、设备,等,专业配合下；,征求,建设单位,意见；,最后由工艺或配管集中各方面意见后完成。,车间布置,管道布置,第三章 车间布置设计,1.,化工车间的组成,生产设施：,原料工段、生产工段、成品工段、回收工段、控制室、贮罐区、露天堆场,生产辅助设施：,化验室、机修间、动力间、变电配电室、除尘室、通风室,行政福利设施：,办公室、休息室、更衣室、浴室、厕所,其他特殊用室：,劳动保护室、保健室,2.,车间设备布置应考虑的问题,设备布置应最大限度采用室内露天联合布置,应考虑生产工艺对设备布置的要求,应考虑设备安装、检修等方面对设备布置的要求,安全、卫生和防腐方面的要求,第三章 车间布置设计,3.,总图布置设计的任务,总体解决,全厂所有,建筑物和构筑物,在,平面,和,竖向,上的布置；,运输网,和地上、地下,工程技术管网,的布置；,行政管理、福利及绿化景观设施的布置等问题。,平面布置,安排各车间、建筑物、构筑物、仓库、堆场、道路、管线、铁路、码头等单元的,相对位置和坐标,。,4.,设备布置图,确定各,设备在车间平面与立面上的位置,，确定场地,(,室外场地,),与建筑物、构筑物尺寸，确定工艺管道、电气仪表、管线及采暖通风,管道的走向和位置,。,第三章 车间布置设计,设备排列顺序,1,、,按照工艺流程的顺序进行布置,；,2,、,保证水平方向和垂直方向的连续性,；,3,、,避免物料的交叉往返,；,4,、,充分利用厂房的垂直空间布置设备。,计量罐、高位槽、回流冷凝器等设备：较高层,反应设备：较低层,过滤设备、贮罐等设备：最底层。,多层厂房内的设备：既保证垂直方向的连续性，又要减少操作人员在不同楼层间的往返次数。,第三章 车间布置设计,1.,化工设计,2.,化工生产的特点,3.,化工设计的内容,4.,工艺专业的主要设计内容,5.,化工设计过程的设计文本,6.,工艺流程设计的任务,7.,设备位号的表示方法,8.,泵的流量控制,9.,换热器的温度自控,10.,蒸馏塔的控制方案,11.,蒸馏过程流程的组织和分析,12.,化工生产车间的组成。,谢谢观赏,