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典型设备选型说明书 第一章 总述 1. 过程设备的选型目的和基本要求4 2. 过程设备类别4 3. 过程设备设计与选型原则5 4. 设计标准与依据5 5. 全厂设备概况6 第二章 塔设备设计 7 1. 设计要求7 2. 塔的类型7 第三章 换热器设计 13 1. 概述13 2. 分类与特性13 3. 换热器选型15 第四章 反应器设计 18 1. 概述18 第五章 泵20 1. 概述20 2. 选用要求20 3. 选型依据24 第六章 压缩机 25 1. 概述25 2. 选用要求25 2 典型设备选型说明书 第七章 储罐 26 1. 概述26 2. 分类26 第八章 气液分离器 27 1. 设计依据27 2. 气液分离器类型27 3 典型设备选型说明书 第一章 总述 1. 过程设备的选型目的和基本要求 化工设备的工艺设计与选型是在物料衡算和热量衡算的基础上进行的， 其目的是决定工艺设备的类型、规格、主要尺寸和数量，为车间布置设计、 施工图设计及非工艺设计项目提供足够的设计数据。 过程设备最基本的要求是满足安全性与经济性，安全是 ，在充分 保证安全的前提下尽可能做到经济。经济性包括经济的制造过程，经济的 安装、使用与维护，设备的长期安全运行本身就是最大的经济。在满足工 艺要求的前提下，为了确保安全与经济，过程设备应满足以下基本要求。 首先，结构合理，安全可靠。过程设备上所有部件都必须有足够的强 度、刚度和稳定性，可靠的密封性和一定的耐久性。其次，设备必须具有 先进的技术经济指标，技术经济指标是衡量过程设备优劣的重要参数。再 次，运转性能好，操作简单，运转方便；最后，还要具有优良的环境性能。 上述要求很难全部满足，设计选用时应针对具体问题具体分析，满足主要 要求，兼顾次要要求。 2. 过程设备类别 化工设备从总体上分为两类，一类称定型设备或标准设备，这是由一 些加工厂成批成系列生产的设备，通俗地说，就是可以买到的现成的设备， 如泵、反应釜、换热器、大型储罐等；另一类称非定型设备或非标准设备， 是指规格和材料都是不定型的、需要专门设计的特殊设备，如反应器、塔 器等。 3. 过程设备设计与选型原则 3.1 合理性 即设备必须满足工艺需求，与工艺流程、生产规模、工艺条件及工艺 控制水平相适应，在设备的 范围内，能够最大限度地保证工艺的合理 和优化并运转可靠。 3.2 可靠性和先进性 工艺设备的型式、牌号多种多样，实现某一化工单元过程，可能有多 种设备，要求设备运行可靠。在可靠的基础上考虑先进性，便于连续化和 自动化生产，转化率、收率、效率要尽可能达到高的先进水平，在运转的 过程中，波动范围小，保证运行质量可靠，操作上方便易行，有一定的弹 性，维修容易，备件易于加工等。 4 典型设备选型说明书 3.3 安全性 设备的选型和工艺设计要求安全可靠、操作稳定、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 免高温高压高空作业，尽量不用 有害的设备附件、附材，创造良好的 工作环境和无污染。 3.4 经济性 设备的选择力求做到技术上先进，经济上合理。 4. 设计标准与依据 表1.1 设计标准与依据 名称 标准号 《压力容器》 GB 150-2011 《锅炉和压力容器用钢板》 GB 713-2008 《奥氏体不锈钢焊接钢管选用规定》 HG/T20537.1-1992 《化工装置用奥氏体不锈钢大口径焊接钢管技 HG/T20537.4-1992 术要求》 《工艺系统工程设计技术规定》 HG/T20570.9-1995 《钢制化工容器设计基础规定》 HG/T20580-2011 《钢制化工容器材料选用规定》 HG/T20581-2011 《钢制化工容器强度计算规定》 HG/T20582-2011 《钢制化工容器制造技术要求》 HG/T20584-2011 《化工设备基础设计规定》 HG/T20643-2012 《承压设备无损检测》（合订本） JB/T4730.1～6-2005 《石油化工塔型设备基础设计规范》 SH/T3030-2009 《管壳式换热器》 GB 151-1999 《石油、重化学和天然气工业用离心泵》 GB/T3215-2007 《离心泵效率》 GB/T13007-2011 《化工管道过滤器》 HG-T21637-1991 《厢式压滤机和板框压滤机》 JB/T4333-2005 《工艺系统工程设计技术规定气-液分离器设 HG/T20570.8-95 计》 5 典型设备选型说明书 5. 全厂设备概况 经过工艺选择、组合、模拟以及优化，最终设计的工艺流程包括塔设 备 台，列管式反应器 套，搅拌设备 台，各类储罐 个，各类换热器 台， 各类泵 台，压缩机 台。共计设备 台。 除塔设备、反应器，搅拌釜等为自主设计非标设备外，其余设备均为 标准设备。对于非标设备，均详细书写了设计说明书，对于标准设备，均 做了设备选型，并整理了设备一览表。在此对部分设备进行详细说明。 6 典型设备选型说明书 第二章 塔设备设计 塔器是气—液、液—液间进行传热、传质分离的主要设备，在化工、 制药、和轻工业中，应用十分广泛，塔器甚至成为化工装置的一种标志。 在气体吸收、液体精馏（蒸馏)、萃取、吸附、增湿、离子交换等过程更离 不开塔器，对于某些工艺来说，塔器甚至成为关键设备。 1. 设计要求 (1)分离效率高达到一定分离程度所需塔的高度低。 (2)生产能力大单位塔截面积处理量大。 (3)操作弹性大对一定的塔器，操作时气液流量的变化会影响分离效率。 若将分离效率最高时的气液负荷作为最佳负荷点，可把分离效率比最高效 率下降15%的最大负荷与最小负荷之比称为操作弹性，易于稳定操作。 (4)气体阻力小可使气体的输送功率消耗小。对真空精馏来说，降低塔 器对气流的阻力可减小塔顶、塔底间的压差，降低塔底操作的压强，从而 可降低塔底溶液泡点，降低对塔釜加热剂的要求，还可防止塔底物料的分 解。 (5)结构简单，设备取材面广便于加工制造与维修，价格低廉，适用面 广。 2. 塔的类型 2.1 塔设备简介 可以从不同的角度对塔设备进行分类。例如：按操作压力分为加压塔、 常压塔和减压塔；按单元操作分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反 应塔和干燥塔；按形成相际接触界面的方式分为具有固定相界面的塔和流 动过程中形成相界面的塔；也有按塔釜形式分类的，但是长期以来最常用 的分类是按塔的内件结构分为板式塔和填料塔。 填料塔以填料作为气液接触元件，气液两相在填料层中逆向连续接触。 它具有结构简单、压力降小、易于用耐腐蚀非金属材料制造等优点，对于 气体吸收、真空蒸馏以及处理腐蚀性流体的操作，颇为适用。当塔径增大 时，引起气液分布不均、接触不良等，造成效率下降，即称为放大效应。 同时，填料塔还有重量大、造价高、 维修麻烦、填料损耗大等缺点， 以致使填料塔在很长时期以来不及板式塔使用广泛。但是随着新型高效填 料的出现，流体分布技术的改进，填料塔的效率有所提高，放大效应也在 逐步得以解决。板式塔是分级接触型气液传质设备，种类繁多。根据目前 国内外实际使用的情况，主要的塔型是泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔、 浮动喷射塔等。 7 典型设备选型说明书 2.2 填料塔和板式塔的比较 表2.1 精馏塔的主要类型及特点 类型 板式塔 填料塔 每层板上装配有不同型式 塔内设置有多层整砌或乱堆的填 结构特点 的气液接触元件或特殊结 料，如拉西环、鲍尔环、鞍型填料 构 等散装填料，格栅、波纹板等规整 填料 微分式接触，可采用逆流操作，也 操作特点 气液逆流逐级接触 可采用并流操作 空塔速度（亦即生产能 大尺寸空塔气速较大，小尺寸空塔 力）高，效率高且稳定； 设备性能 气速较小；要求液相喷淋量较大， 压降大，液气比的适应范 持液量小，操作弹性大 围大，持液量大，操作弹 性小 新型填料制备复杂，造价高，检修 直径在600mm以下的塔安装 制造与维修 困难，可采用非金属材料制 困难，金属材料耗量大 造，但安装过程较为困难 处理量大，操作弹性大， 处理强腐蚀性，液气比大，真空操 适用场合 带有污垢的物料 作要求压力降小的物料 选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能及塔的制 造、安装、运转、维修等。 类型选择时需要考虑多方面的因素，如物料性质、操作条件、塔设备 的性能，以及塔的制造、安装、运转和维修等。对于真空精馏和常压精馏， 通常填料塔塔效率优于板式塔，应优先考虑选用填料塔，其原因在于填料 充分利用了塔内空间，提供的传质面积很大，使得汽液两相能够充分接触 传质。而对于加压精馏，若没有特殊情况，一般不采用填料塔。这是因为 填料塔的投资大，耐波动能力差。 同样，吸收过程也分为液膜控制、气膜控制和介于两者之间的共同控 制吸收三种类型。气膜控制的吸收与真空精馏相似，应优先考虑选用高效 规整填料塔；液膜控制的吸收与加压精馏相似，往往选用板式塔或汽液湍 动大、持液量高的散装填料塔；介于两者之间的，宜采用比表面积大、持 液量高、液相湍动大的填料塔，一般多采用散装填料塔。 具体来讲，应着重考虑以下几个方面： 2.2.1 与物性有关的因素 易起泡的物系，如处理量不大时，以选用填料塔为宜。因为填料能使 破裂，在板式塔中则易引起液泛。 具有腐蚀性的介质，可选用填料塔。如必须用板式塔，宜选用结构简 单、造价便宜的筛板塔盘、穿流式塔盘或舌形塔盘，以便及时更换。 具有热敏性的物料须减压操作，以防过热引起分解或聚合，故应选用 压力降较小的塔型。 粘性较大的物系，可以选用大尺寸填料。板式塔的传质效率太差。 8 典型设备选型说明书 含有悬浮物的物料，应选择液流通道大的塔型，以板式塔为宜。 操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。 2.2.2 与操作条件有关的因素 若气相传质阻力大，宜采用填料塔。 大的液体负荷，可选用填料塔。 液气比波动的适应性，板式塔优于填料塔。 操作弹性，板式塔较填料塔大，其中以浮阀塔最大，泡罩塔次之。 2.2.3 其他因素 对于多数情况，塔径大于800mm时，宜用板式塔，小于800mm时，则可 用填料塔。但也有例外，鲍尔环及某些新型填料在大塔中的使用效果可优 于板式塔。 一般填料塔比板式塔重。 大塔以板式塔造价较廉。 填料塔用于吸收和解吸过程，可以达到很好的传质效果，它具有通量 大、阻力小、传质效率高等性能。因此实际过程中，吸收、解吸和气体洗 涤过程绝大多数都使用填料塔。 2.2.4 本厂的实际情况 （1）在各个工段中，既含有正戊烷、异壬醇等腐蚀性小的物系，又含 有苯酚、四氢呋喃等腐蚀性较大且 性较大的物系，因此在塔型选择时 应分别考虑。 （2）无固体悬浮物。 （3）常压、减压、加压操作均存在。 （4）塔径一般较大，个别为小尺寸。 （5）从成本出发，优先考虑板式塔，但在一些吸附过程中，同时使用 填料塔。 2.3 板式塔 板式塔是在塔内有多层塔板，传热传质过程基本上在每层塔板上进行， 塔板的形状、塔板结构或塔板上气液两相的表现，就成了命名这些他的依 据，诸如筛板塔、舌形板塔、斜孔板塔、波纹形板塔、泡罩塔、浮阀塔、 喷射板塔、波纹传流塔、浮动喷射塔。下面简单介绍一下几种常见的板式 塔性能。 2.3.1 浮阀塔 生产能力大，弹性大，分离效率高，雾沫夹带少，液面梯度较小，结 构较简单，是新发展的一种塔。目前很多 正力图对此改进提高，不断 有新的浮阀类型出现。 2.3.2 泡罩塔 9 典型设备选型说明书 泡罩塔是工业上使用最早的一种板式塔，气液接触有充分的保证，操 作弹性大，但其分离效率不高，金属消耗量大且加工较复杂，应用逐渐减 少。 筛板塔是一种有降液管、板形式结构最简单的板式塔，孔径一般为 4~8mm，制造方便，处理量大，清洗、更换、修理均较容易，但操作范围较 小，适用于清洁的物料，以免堵塞。 2.3.3 波纹穿流板塔 波纹穿流板塔是一种新型板式塔，气液两相在板上穿流通过，没有降 液管，加工方便，生产能力大，雾沫夹带小，压降小，除污容易且不易堵 塞，甚至在除尘、中和、洗涤等方面应用更为广泛。 国内常用浮阀有3种：F1型、V-4型和T型。三种浮阀中，F1型浮阀最简 单，该类型浮阀已被广泛使用，我国已有颁布标准 （JB1118-68）。F1型阀 又分重阀与轻阀两种，重阀用厚度2mm钢板冲成，阀质量约33g，轻阀用厚 度1.5mm钢板冲成，质量约25g。阀重则阀的惯性大，操作稳定性好，但气 体阻力大。一般采用重阀，只有要求压降很小的场合，如真空精馏时才使 用轻阀。3种阀的主要尺寸见下表： 表2.2 3种阀主要尺寸 F1型 （重阀） V-4型 T型 筛孔直径/mm 39 39 39 阀片直径/mm 48 48 50 阀片厚度/mm 2 1.5 2 最大开度/mm 8.5 8.5 8 静止开度/mm 2.5 2.5 1.0-2.0 阀片质量/mm 32-34 35-26 30-32 表2.3 各类塔板性能比较 溢流式 穿流式 十 浮 F 字 条 动 圆 条 S 舌 筛 波 指标 形 架 形 筛 喷 形 形 形 栅 形 孔 纹 浮 形 浮 板 射 泡 泡 泡 板 板 板 板 阀 浮 阀 塔 罩 罩 罩 阀 板 液体和 高 4 4 4 4 4 4 2 1 3 4 4 4 气体负 低 5 5 5 2 3 3 3 3 3 2 3 3 荷 10 典型设备选型说明书 弹性(稳定操 5 5 5 3 3 4 4 3 4 1 1 2 作) 压力降 2 3 3 3 2 4 0 0 0 4 3 3 雾沫夹带量 3 3 4 3 4 3 1 1 2 4 4 4 分离效率 5 5 4 4 3 3 4 3 4 4 4 4 单位设备体 4 4 4 4 4 4 2 1 3 4 4 4 积的处理量 制造费用 3 3 4 4 4 3 2 1 3 5 5 3 材料消耗 4 4 4 4 5 4 2 2 3 5 5 4 安装和拆修 4 3 4 4 4 3 1 1 3 5 5 3 维修 3 3 3 3 3 3 2 1 3 5 5 4 污垢物料对 2 3 2 1 2 3 1 0 0 2 4 4 操作的影响 注：0—不好；1—尚可；2—合适；3—较满意；4—很好；5—最好 2.3.4 填料塔 填料塔是一个圆筒塔体，塔内装载一层或多层填料，气相由下而上、 液相由上而下接触，传热和传质主要在填料表面上进行，因此，填料的选 择是填料塔的关键。 填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料 两大类。填料的选择主要根据以下几个方面来考虑： （1）比表面积要大，有较高的传质效率； （2）有较大的通量； （3）填料层的压降小； （4）填料的操作性能好； （5）液体的再分布性能要好； （6）要有足够的机械强度； （7）价格低廉。 填料的选取包括确定其种类、规格、及材质等。颗粒填料包括拉稀环、 鲍尔环、阶梯环等，规整填料主要有波纹填料、格栅填料、绕卷填料等。 国内学者采用模糊数学方法对九种常用填料的性能进行了评价如表3.5所示： 表2.4 九种常用填料性能对比 填料名称 评估值 评价 排序 丝网波纹填料 0.86 很好 1 孔板波纹填料 0.61 相当好 2 金属Intalox 0.59 相当好 3 金属鞍形环 0.57 相当好 4 金属阶梯环 0.53 一般好 5 金属鲍尔环 0.51 一般好 6 11 典型设备选型说明书 瓷Intalox 0.41 较好 7 瓷鞍形环 0.38 略好 8 瓷拉西环 0.36 略好 9 填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。所选填料既要满足 生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用最低。 2.3.5 塔型的结构与选择 塔设备的总体结构均包括：塔体、内件、支座及附件。 塔体是典型的高大直立容器，多由筒节、封头组成。当塔体直径大于 800mm时，各塔节焊接成一个整体；直径小的塔多分段制造，然后再用法兰 连接起来。 内件是物料进行工艺过程的地方，由塔盘或填料支承等件组成。 支座常用裙式支座。 附件包括人、手孔，各种接管、平台、扶梯、吊柱等。 具体来讲，应着重考虑以下几个方面： （1）在各个工段中，既含有腐蚀性小的物系，又含有腐蚀性较大且危 险性较大的物系，因此在塔型选择时应分别考虑。 （2）无固体悬浮物。 （3）常压、减压、加压操作均存在。 （4）塔径一般较大，个别为小尺寸。 （5）从成本出发，优先考虑板式塔，但在一些吸附过程中，同时使用 填料塔。 具体的选择结果如表2.5所示： 表2.5 塔型确定 塔设备编号 塔设备名称 设备类型 R109 VAC回收塔 填料塔 R111 醋酸回收塔 筛板塔 12 典型设备选型说明书 第三章 换热器设计 1. 概述 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称换热器。在 换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度高，放热；另一种 流体温度低，吸热。在工程实践中有时也会有两种以上流体参加换热的换 热器，但其基本原理与前一致。 各种类型的换热器作为工艺过程必不可少的设备，广泛用于石油化工、 医药、动力、冶金、交通、制冷、轻工等部门。随着工业的迅速发展，能 源消耗量不断增加，能源紧张已成为一个世界性问题。为缓和能源紧张的 状况，世界各国竞相采取节能措施，大力发展节能技术，已成为当前工业 生产和人民生活中一个重要课题。换热器在节能技术改造中具有很重要的 作用，表现在两方面：一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器，提高 这些换热器效率，显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收 工业余热，可以显著地提高设备的热效率。 2. 分类与特性 换热器按工艺功能分类： 冷却器：冷却工艺物流的设备； 加热器：加热工艺物流的设备； 再沸器：用于蒸发蒸馏塔底物料的设备； 冷凝器：蒸馏塔顶物流的冷凝或者反应器冷凝循环回流的设备； 蒸发器：专门用于蒸发溶液中水分或者溶剂的设备； 过热器：对饱和蒸汽再加热升温的设备； 废热锅炉：由于工艺的高温物流或者废气中回收其热量而产生蒸汽的 备； 换热器：两种不同温度的工艺物流相互进行显热交换热量的设备。 换热器按传热方式和结构分类： 2.1 间壁式换热器 它是化工生产中采用最多的一种，温度不同的两种流体隔着液体流过 的器壁 （管壁）传热，两种液体互不接触，这种传热办法最适用于化工生 13 典型设备选型说明书 产。因此，这种类型换热器使用十分广泛，型式多样，适用于化工生产的 几乎各种条件各种场合。 表3.1 间壁式换热器的分类与特性 相对费 耗用金属量 分类 名称 特性 2 用 /(kg/m) 使用广泛，已系列化；壳程不易清洗； 固定管板 管壳两物流温差大于60℃应设置膨胀节，最 1.0 30 式 大使用温差不应大于120℃。 壳
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