化工设计 第4章 设备的工艺设计及化工设备图-修改

1、第四章第四章 设备的工艺设计及化工设备图设备的工艺设计及化工设备图反应器、换热器、储存容器、塔设备反应器、换热器、储存容器、塔设备泵、压缩机、风机、离心机等流体泵、压缩机、风机、离心机等流体输送和分离设备输送和分离设备第一节第一节 化工设备选用的一般原则化工设备选用的一般原则化工设备总体上分为两类： 标准设备或定型设备标准设备或定型设备 非标准非标准设备设备设计选用：设计选用：工艺计算选择型号订货安装设计选用：设计选用：工艺计算提出设备工艺条件：设备的材料、尺寸和其他要求由化工设备专业进行机械设计由化工机械厂进行制造。氮氮气气压压缩缩机机氢气压缩机氢气压缩机齿轮泵齿轮泵离心泵离心泵管道离心泵管

2、道离心泵 标准标准设备设备卧式储罐卧式储罐球形储罐球形储罐精馏塔精馏塔釜式换热器釜式换热器共同特点：共同特点：主体（外壳）是压力容器，内部装有各种主体（外壳）是压力容器，内部装有各种强化传热、传质的构件。强化传热、传质的构件。 非标准非标准设备设备2022-6-17化工设计5第二节第二节 非定型设备设计的主要程序非定型设备设计的主要程序（1 1）基本设计：）基本设计：确定化工单元类型基本结构形式工艺计算和分析工艺计算和分析确定基本尺寸和工艺参数确定基本尺寸和工艺参数根据工艺操作条件（温度、压力、介质等）提出设备设备材质材质要求；根据工艺流程要求提出管口、人孔、手孔管口、人孔、手孔的数量和位置要

3、求。（2 2）流体力学计算，确定管口直径和安装位置）流体力学计算，确定管口直径和安装位置（3 3）确定仪表接口的种类、数量、安装位置、接口形式）确定仪表接口的种类、数量、安装位置、接口形式和尺寸和尺寸（4 4）确定管口方位、安装标高及设备其他附属结构的结）确定管口方位、安装标高及设备其他附属结构的结构和尺寸构和尺寸（5 5）提出）提出设备设计条件单设备设计条件单P95-96 表4-2, 4-3（6 6）设备机械设计设备机械设计( (化机专业化机专业) )（7 7）管道布置设计完成后，确认管口方位。）管道布置设计完成后，确认管口方位。非定型设备非定型设备的的选用选用固定床反应器设计固定床反应器设

4、计以合成氨以合成氨CO变换反应器为例：反应分变换反应器为例：反应分3段进行，每一段均为绝段进行，每一段均为绝热过程。采用固定床反应器。热过程。采用固定床反应器。 对于气固相催化反应的固定床气固相催化反应的固定床来说，主要问题是主要问题是催化剂用量催化剂用量，床层堆积方案、床径和高度床层堆积方案、床径和高度，（传热面积）。，（传热面积）。 设计设计步骤如下步骤如下 ：（ 1 ）汇总物料衡算和物性数据）汇总物料衡算和物性数据 原料煤气数据，年生产量。分配各段反应器的转化率，按年生产量算出每小时进料量。列出物料衡算结果。变换气成分和合成氨产量：变换气成分和合成氨产量：变换以后变换以后CO干基含量干基

5、含量0.4%，年产年产30万吨合成氨，一年连续生产万吨合成氨，一年连续生产330天。天。86.23869 . 0%)7 .26%1 .99%9 .65(175 . 14 .221000干煤气V Nm3每小时的生产量：30000033024=37.88T/h需要干煤气流量：2386.8637.88=90414.15 Nm3/h组组 分分COH2CO2N2+ArH2SCH4 合计合计含量含量65.926.71.65.50.3微量微量100原始煤气组成，温度原始煤气组成，温度160，压力，压力3.8MPa计算生产1吨氨吨氨需要的煤气（干基）量：变换炉变换炉催化剂催化剂型号型号CO%干基干基变换率变换

6、率平均干气流量平均干气流量催化剂用量催化剂用量/m31段段QCS-0190.792190414.1559.29 2段段QCS-011.20.9701142912.6762.883段段QCS-040.40.9910148215.5570.89三段变换炉负荷分配和催化剂用量分配三段变换炉负荷分配和催化剂用量分配2. 空间速度经验数据以及生产实际中的催化剂用量可用来对计算结果进行检验或做类比计算。变换炉催化剂用量变换炉催化剂用量 V=干气流量干气流量/空速空速 （2）变换炉床层催化剂用量计算）变换炉床层催化剂用量计算1. 根据宏观动力学方程计算根据宏观动力学方程计算（ 4 ）验算流体阻力和传热系数）

7、验算流体阻力和传热系数K （ 5 ）绘制反应器设计条件图）绘制反应器设计条件图非定型设备非定型设备的的选用选用固定床反应器设计固定床反应器设计（ 3 ）计算床高和）计算床高和直径直径1#变换炉催化剂59.29 m3，选用立式轴径向反应器轴径向反应器催化剂床层 4400X5100，中心管 DN600设备尺寸4600X14200，内装QCS-01催化剂，催化剂颗粒为4.0X10mm 设计温度500，设计压力：4.0MPa1.11.961-Ep=2.1 10dpfGLrdE气体通过催化剂床层的压力降催化剂床层的压力降可用下式计算p气体通过催化剂床的压力降，气体通过催化剂床的压力降，kg/m2；f摩擦

8、系数，一般为摩擦系数，一般为1.5；G气体质量流速，气体质量流速，kg/(m2 h)；r气体在操作状态下的密度，气体在操作状态下的密度，kg/m3；Di催化剂床层直径，催化剂床层直径，m；L催化剂床层高度，催化剂床层高度，m；0.3780.308pdEDl（ 4 ）验算流体阻力）验算流体阻力CO变换变换轴径向反应器轴径向反应器气体流动方向：沿轴气体流动方向：沿轴向进入反应器，从催向进入反应器，从催化剂筐和壳体的间隙化剂筐和壳体的间隙沿径向进入催化剂床沿径向进入催化剂床层，反应后汇入中心层，反应后汇入中心管，然后沿轴向流出管，然后沿轴向流出反应器。反应器。第三节第三节 化工设备图化工设备图一、化

9、工设备图的基本知识一、化工设备图的基本知识1 1、工程图、工程图 表示化工工艺特性和使用要求的图纸，主要用于基础设计审核，设备询价及向相关专业提出设计条件。2 2、施工图、施工图 图纸： 装配图 部件装配图 零件图 标准图或通用图： 根据设计条件选用 每张图纸都编有图号或标准号，按号索图。 预焊件图 管口方位图 梯子平台图图图4-2 装配图的布置装配图的布置图图4-5 零部件图的布置零部件图的布置施工图全部设计文件施工图全部设计文件（化工设备图的基本内容）（化工设备图的基本内容）施工图设计文件的组成图纸图纸计算书计算书装配图，包括装配图图形装配图，包括装配图图形设计数据表设计数据表管口表管口表

10、明细栏明细栏技术要求技术要求标题栏标题栏图纸目录图纸目录部件图、零件图、标准图、梯子平台图、管口方位图 强度、刚度等的计算文件说明书说明书说明设备的结构原理、技术特性、制造安装要求等。全套设计文件的清单，包括图纸及技术文件。三、化工设备的表达特点三、化工设备的表达特点（1 1）壳体以回转体为主）壳体以回转体为主。如各种容器、换热器、精馏塔等（2 2）尺寸相差悬殊）尺寸相差悬殊。如精馏塔的高度和壁厚，大型容器的直径和壁厚（3 3）有较多的开孔和接管）有较多的开孔和接管。大量的接管安装在封头上或筒体上。（4 4）大量采用焊接结构）大量采用焊接结构。如封头和筒体，接管与壳体、接管与法兰，壳体与支座等

11、。（5 5）广泛采用标准化、通用化及系列化的零部件）广泛采用标准化、通用化及系列化的零部件。封头、支座、人孔、补强圈、接管法兰等均采用标准件。（6 6）对材料有特殊要求）对材料有特殊要求。一定的强度、刚度、耐腐蚀性，良好的塑性、焊接性能。（一）化工设备的基本结构特点（一）化工设备的基本结构特点（二）（二） 化工设备图视图的表达方法化工设备图视图的表达方法1、基本、基本视图配置灵活视图配置灵活卧式化工设备的视图配置示例技术特性表管口表明细栏标题栏技术要求局部放大图及焊缝节点放大图：主视图采用全剖视图：侧视图：立式化工设备的视图配置示例技术特性表管口表明细栏标题栏技术要求局部放大图及焊缝节点放大图

12、：主视图：俯视图：2、局部结构的表达方法局部结构的表达方法（1）夸大画法设备壳体、换热器折流板、垫片及接管的厚度等较小，可适当夸大画出。（2）局部放大图a ）用放大比例的局部视图、剖视图或剖面来表示局部的详细结构。b ）注明局部视图编号、比例；c ）标注详细尺寸。20(1)塔的简化和断开画法 双点划线断开（1）断开画法：沿长度方向相同的结构截去不画，以简化图面3、断开画法、分层画法及整体图断开画法、分层画法及整体图(2)整体图（2）分段画法很长或很高的设备，沿高度方向不同的截面分段（层）表示板式塔某段塔节板式塔某段塔节局部放大图：局部放大图：第第*塔节塔节1 4、多次旋转的表达方法多次旋转的表

13、达方法 化工设备壳体上分布众多的接管和附件，化工设备壳体上分布众多的接管和附件，它们的周向方位可在俯（左它们的周向方位可在俯（左)视图中确定，视图中确定，其轴向位置和结构则需用多次旋转表达其轴向位置和结构则需用多次旋转表达方法方法旋转投影：旋转投影：在投影作图时假想将设备在投影作图时假想将设备周向的接管和附件周向的接管和附件旋转旋转到投影面（或与到投影面（或与投影面平行），以得到反映真实形状的投影面平行），以得到反映真实形状的图形，在主视图上表达出其结构形状和图形，在主视图上表达出其结构形状和位置高度。位置高度。管口和附件编号：管口和附件编号： 在各视图中及管口表中编号一致；在各视图中及管口表

14、中编号一致； 用途相同的接管和附件共用同一字母，用途相同的接管和附件共用同一字母，加注阿拉伯数字下标。加注阿拉伯数字下标。e 5、管口方位的表达方法、管口方位的表达方法 反映各管口及地脚螺栓分布情况； 俯视图可兼作管口方位图； 高度（或长度）很大的设备，可能由数段组成，可分段表示管口方位。6、 简化画法简化画法 P107- 在装配图中，标准零件、外购件、已有零部件图、局部放大图的结构在装配图中，标准零件、外购件、已有零部件图、局部放大图的结构部分等可采用简化画法。在明细表中注明名称、规格、标准部分等可采用简化画法。在明细表中注明名称、规格、标准号号（1）接管法兰）接管法兰对焊法兰对焊法兰平焊法

15、兰平焊法兰注意：注意：法兰外径和螺栓法兰外径和螺栓孔定位尺寸要按比例画。孔定位尺寸要按比例画。带有薄衬里的法兰带有薄衬里的法兰法兰连接法兰连接n 紧固件：螺栓或螺柱紧固件：螺栓或螺柱+螺母。螺母。 简化示意图：用点划线表示螺栓的位置，简化示意图：用点划线表示螺栓的位置，“”表示螺母，表示螺母， 详细说明：在明细栏中注明螺栓和螺母的名称、标准号、数量及材料。详细说明：在明细栏中注明螺栓和螺母的名称、标准号、数量及材料。（3）外购件）外购件（2）标准化零部件）标准化零部件交叉点表示安装位置；交叉点表示安装位置；点划线为液面计中心线。点划线为液面计中心线。单组液面计：单组液面计：4、液位液位计计共共

16、3组液面计，管组液面计，管口号：口号：LG1-2、LG3-4、LG4-55、重复结构简化、重复结构简化 多孔板：管板、折流板或塔板，开孔按一定规律排列，并且孔径相同，可采用如下简化画法。（a）正三角形排列）正三角形排列（b）同心圆排列）同心圆排列7、塔设备中填料的表示方法、塔设备中填料的表示方法设备中规格、材质和堆放方法都相同的填料用交叉细实线表示其堆设备中规格、材质和堆放方法都相同的填料用交叉细实线表示其堆放范围。要说明瓷环的规格、排列方式放范围。要说明瓷环的规格、排列方式c 为了区分不同的材料，采用不同的剖面表示形式，下面是几种为了区分不同的材料，采用不同的剖面表示形式，下面是几种常见材料

17、的剖面形式。常见材料的剖面形式。 金属材料非金属材料焊缝金属材料砂、胶泥玻璃8、不同材料的剖面表示方法、不同材料的剖面表示方法 混凝土耐火砖(法兰垫片、设备防腐隔热内衬等)（液面计、视镜）（设备壳体、各种零部件等）（设备基础）（管沟填埋、设备防腐内衬等）（设备耐火砖内衬等）用用粗点划线粗点划线表示薄的表示薄的喷涂喷涂表面表面薄衬层：薄衬层：细实线，与设备细实线，与设备轮廓线间隔约轮廓线间隔约12mm。(1)(1)薄涂层薄涂层 (2)(2)薄衬层薄衬层(3)(3)厚涂层厚涂层(4)(4)厚衬层厚衬层编件号，标注厚度尺寸编件号，标注厚度尺寸（三）化工设备单线图（三）化工设备单线图 阅读阅读P110

18、-112壳体法兰、接管、补强板吊耳、支座、接地板等换热器内的构件：拉杆、折流板、膨胀节等塔设备：塔板2022-6-17化工设计34四、四、化工设备图的件号和化工设备图的件号和尺寸尺寸件号和尺寸标注标注应符合国标机械制图规定 (GB 4458.2和GB 4458.4) （一）件号标注（一）件号标注:应尽量编排在主视图上；由其左下方开始，按件号顺序顺时针整齐地沿垂直方向或水平排列；可布满四周，但应尽量编排在图形的左方和上方，并安排在外形尺寸线的内侧。尺寸基准选择：尺寸基准选择： 设备筒体和封头的中心线和轴线；设备筒体和封头的中心线和轴线； 设备筒体和封头焊接时的环焊缝；设备筒体和封头焊接时的环焊缝； 设备容器法兰的端面；设备容器法兰的端面； 设备支座的底面；设备支座的底面； 接管轴线与设备表面的交点等。接管轴线与设备表面的交点等。（二）尺寸（二）尺寸标注标注 接管伸出长度接管伸出长度