化工工艺设计要点二十四点Word文件下载.docx
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本期从几个方面陈列一些常用的工程数据,供化学工程师参考。
常用物质的物理性质数据有机物液体密度与温度的关联式:
ρL∝(Tc-T)0.3有机物气体密度可按下式计算:
ρG=(MW×
P)÷
(Z×
R×
T)水的沸点是压力的函数:
Tbp(oC)=(压力MPa×
109)0.25其他常用的工程常数:
在空气中的声速=346m/s光速=3.0×
108m/s重力常数=980.665gmcm/gfs2阿佛迦德罗常数=6.02×
1023/mol普适气体定律常数R=1.9872gcal/gmolK=8.31434J/molK=8.31434m3Pa/molK质-能关系=8.99×
1016J/kg=913.5MeV/u介电常数=8.85×
10-12F/m=1.26×
10-6H/m普朗克(Planck)常数=6.63×
10-34Js=4.14x10-15eVs波尔兹曼(Boltzmann)常数=1.38×
10-23J/K=8.62×
10-5eV/K元素电荷=1.60×
10-19C电子静质量=9.11×
10-31kg质子静质量=1.67×
10-27kg玻尔(Bohr)半径=5.29×
10-11m玻尔(Bohr)磁子=9.27×
10-24J/T=5.79×
10-5eV/T其他常见的无因次数群:
雷诺数(Reynolds)表示惯性力与粘滞力之比;
普兰德数(Prandtl)表示流体物性对传热的影响;
施密特数(Schmidt)表示流体物性对传质的影响;
努塞尔数(Nusselt)表示给热系数;
欧拉数(Euler)表示压差;
马赫数(Mach)表示线速与声速之比;
施伍德数(Sherwood)表示传质系数;
史坦顿数(Stanton)表示传递热量与流体热容量之比;
韦勃数(Weber)表示惯性力与表面张力之比;
弗鲁德数(Froude)表示重力对流动过程的影响;
伽利略数(Galileo)表示重力与粘滞力的关系;
格拉斯霍夫数(Grashof)表示自然对流对传热的影响;
路易斯数(Lewis)表示物性对传热和传质的影响;
彼克列数(Peclet)表示总体传热量与扩散传质量之比。
本文来自:
博研石油论坛详细出处参考
工艺设计要点之二:
精馏塔和管壳式换热器
精馏塔和管壳式换热器精馏塔1。
填料塔:
(a)根据每米填料层高度的压降,来判断是否会液泛。
通常每米填料的液泛压降为0.017~0.025Kg/cm2(b)而在载点以下操作,则是正常稳定的操作条件。
通常每米填料的载点压降为0.0043~0.009Kg/cm2在此操作条件下的填料等板高度HETP是最低的,也即分离效率最高。
2。
由于风载和地基等原因,塔的高度一般不超过53米。
3。
对于小于900mm直径的小塔,通常采用填料塔。
这是基于小直径板式塔制造费用高昂的考虑。
4。
典型的全塔效率通常在60~90%之间。
5。
通常筛板塔盘间距为300~400mm;
真空塔盘间距为500~750mm。
如果考虑方便维修,相应的板间距要大一些,机械设计上的最低要求为460mm。
管壳式换热器1。
换热介质的流向配置:
(a)将腐蚀性强的流体安排在管内,这样只需少量的贵重合金管材即可。
如果壳间走腐蚀性流体,不仅需要昂贵的壳体材料,而且壳内的管子也需耐腐材料。
(b)将易结垢的流体安排在管内,通过流速控制可以适当清除污垢。
检修期间,不用抽出管束就可以机械清洗直管段。
(c)对于高温/高压操作的流体安排在管内,可以省却特殊、昂贵的制造材料。
(d)将较低流速的介质安排在壳侧,可以体现出其经济性能。
因为低流速流体在壳侧比在管内更易产生有利于传热的湍流现象。
在各种操作压力条件下,换热器中较为合理的压降如下:
操作压力合理的压降真空~常压操作绝压的十分之一1~1.7Kg/cm2操作表压的二分之一1.7kg/cm2以上0.35Kg/cm2或更高3。
当冷却粘度较大流体时,顺流操作比逆流换热要好。
因为冷流体可以获得较高的传热系数。
壳径与列管根数的经验关联式为:
D=1.75×
d×
(n×
Np)0.47其中D为壳内径,mmd为管外径,mmn为每程的列管根数Np为每壳程内的管程数。
工艺设计要点之三:
材料选择
优点缺点碳钢便宜、易成型、最常用、耐微碱性环境不耐酸、强碱物料、相对易脆(尤其低温环境下)不锈钢相对便宜、易成型、相对碳钢更适合于各种酸、碱性环境不耐含氯物料、在高温环境下降低性能参数254SMO中等价格、相对易成型、相对不锈钢更适合于各种酸、碱性环境稍耐含氯物料、在高温环境下稍降低性能参数钛合金耐含氯物料(海水环境)、高强度薄材稍昂贵、难成型、焊接难铅钛合金耐含氯物料(高温、海水环境)非常昂贵、难成型镍耐碱性物料(高温、海水环境)昂贵、焊接难哈氏合金耐酸性物料(适应范围广)相当昂贵、易焊接石墨耐弱盐酸性物料
非常昂贵、易脆、难成型钽其他材料的替代品(非常苛刻的场合)极其昂贵、慎重选用本文来自:
工艺设计要点之四:
凉水塔
1。
在工业凉水塔设计中,取决于空气的温度和湿含量,湿球温度就是水可以被冷却到的最低理想温度,实际上可以达到环境饱和空气90%左右的冷却等级。
凉水塔的尺寸大小是与水温、湿球温度有关的。
其相对大小比例如下:
T水-T湿,oF相对尺寸大小52.4151.0250.553。
循环水量通常在5~10m3/hr-m2,空气速度通常在1.5~2m/s4。
逆流诱导式通风塔是最常见的。
这些塔的操作条件可达湿球温度的1oC之内,通常在3~6oC的温差之内。
对于需要每冷却6oC左右的凉水塔,约有1%的循环量损失。
飘散损失约占循环量的0.25%左右,排放约占循环量的3%左右,以防止氯盐类物质等化学品在系统中的累积。
工艺设计要点之五:
输送装置
对于大于120m长距离、大通量物质传递的场合,选用气流输送装置是最适宜的。
还适用于多个输送源、多个目的地的工况。
对于真空或低压系统0.4~0.8Bar),输送空气速度为10~37m/s。
输送空气量约在0.03~0.5m3/m3输送固体。
拖曳型刮板输送机是全封闭的,适合于短距离输送物质。
块料尺寸约为75~480mm,输送速度为0.2~1.3m/s,所需动力比其他形式的输送装置要大。
斗式提升机常用于垂直输送物料的场合,且物质是比较粘稠、研磨的物料。
500×
500mm容量抓斗的处理能力可达28m3/hr,提升速度为0.5m/s,最快速度可达1.5m/s4。
带式输送机用于长距离、大通量输送。
倾斜度最大为30o角,600mm宽的皮带输送能力达85m3/hr,输送速度约为0.5m/s,最快速度可达3m/s所需动力相对要小些。
螺旋输送机用于粘稠、研磨物料的长达46m距离的输送。
倾斜度最大为20o角,300mm直径螺旋板的输送能力达85m3/hr,转速为40~60转/分时的输送能力可达28~85m3/hr
工艺设计要点之六:
结晶器
大多数结晶过程中,C/Csat(浓度/饱和浓度)之比保持在1.02~1.05之间。
晶体生长速度和晶粒大小取决于溶液的过饱和度。
在冷却结晶过程中,溶液温度保持在给定浓度的饱和点以下0.5~1.2oC较合适。
常见的晶体生长速度约为0.1~0.8mm/hr本文来自:
工艺设计要点之七:
电机与透平
电机马达的效率一般在85~95%;
蒸汽透平的效率一般在42~78%;
燃气透平的效率一般在28~38%。
对于75kW(100hp)以下的用户,通常采用电机,最高可用于15000kW(20000hp)的用户。
最常用的是感应电动机。
例如转速低达150转/分的同步电动机,其额定功率为37kW(50hp)左右。
适用于低转速往复压缩机。
蒸汽透平机很少用于75kW(100hp)以下的用户,其转速可以控制。
采用气体膨胀机可以回收上百马力的能量,同时也是获取低温的手段。
膨胀机每产生100kW的功率,相当于移去了360kJ/h的热量。
6。
由下式估算透平机的功耗:
其中ΔH=实际可用功,Btu/lbCp=常压热容,Btu/lboFT1=入口温度,oRP1=入口压力,psiaP2=出口压力,psiaK=Cp/Cv本文来自:
工艺设计要点之八:
固体干燥
喷雾干燥只需几秒钟的时间,而转筒式干燥时间则需几分钟,乃至一个小时。
处理3~15mm球粒状物料干燥的连续板/带式干燥器的干燥时间约为10~200分钟。
用于处理高粘度流体物料的鼓式干燥器接触时间约为3~12秒,产品片厚约1~3mm。
转鼓直径约0.5~1.5m,转速约为2~10转/分。
最大蒸发能力约为1363kg/hr4。
转筒式干燥器操作的空气流速为1.5~3m/s,最高达11m/s。
停留时间约5~90分钟。
对于新设计的转筒干燥器,需要85%的横截面积空间。
采用逆流操作的设计,出口气体温度高于固体温度约10~20oC。
而并流操作的设计,要保证固体物料出口温度为100oC。
转速通常为4~5转/分,转速与筒径(m)的乘积约为4.6~7.6。
气流输送干燥器适用于1~3mm的颗粒干燥,甚至大至10mm的颗粒物料。
空气速度约为10~30m/s,典型的单程干燥停留时间接近1分钟。
设备尺寸约为直径0.2~0.3m,长1~38m。
流化床式干燥器适合处理4mm以下的颗粒干燥。
气速的设计参数为最小流化速度的1.7~2倍。
一般连续操作的干燥时间取1~2分钟就足够了。
工艺设计要点之九:
罐式容器
液体罐通常是卧式的,气液分离罐通常是立式的。
适宜的长度/直径比为3,范围在2.5~5。
半充满回流罐的停留时间为5分钟;
气液分离罐进料到另一个塔之间的设计停留时间为5~10分钟。
炉前进料罐的停留时间最好是30分钟。
压缩机前气液分离罐的设计停留时间应该为每分钟液体体积通量的10倍。
液液分离器的设计停留时间应该维持沉降速度为0.85~1.3mm/s7。
气液分离罐中气体临界速度=0.048(液体密度/气体密度-1)0.5密度为kg/m3,临界速度为m/s8。
除沫器中丝网层厚度通常为150mm。
9。
对于正压分离系统,丝网层之前的分离空间为150~450mm,丝网层之后的分离空间为300mm。
工艺设计要点之十:
蒸发器
最常见的类型是垂直长管自然或强制循环蒸发器。
管径在19~63mm之间,管长在3.6~9.1m之间。
强制循环速度一般在4.5~6m/s范围内。
溶液沸点温度升高(BoilingPointRise或B.P.Elevation)是由于溶液中存在不挥发溶质的作用,而导致溶液温度与饱和蒸汽温度的差别。
当BPR大于4oC时,较经济的做法是采用4~6效串联蒸发器设计。
温差愈小,采用取决于蒸汽消耗成本的串联设计,其经济效果愈加明显。
增加多效之间的蒸汽压力,可以采用喷射器(20~30%效率),或者机械压缩机(70~75%效率)。
工艺设计要点之十一:
过滤器
通常依据实验室真空滤叶试验的形成滤饼时间来分类的,0.1~10cm/s为快速;
0.1~10cm/min为中速;
0.1~10cm/hr为慢速;
如果5分钟之内不能形成3mm厚的滤饼,则不应采用连续过滤方法。
对于需要快速过滤的场合,最好选择带卸料、顶加料的转鼓过滤机和加压式离心过滤机。
对于需要中速过滤的场合,最好选择带真空鼓式和边沿式离心过滤机。
对于需要慢速过滤的场合,最好选择压滤机或者澄清式离心过滤机。
对于需要过滤微细砂矿石的场合,转鼓速率为7335kg/day-m2,转速20转/hr,真空度457~635mmHg。
7。
对于需要过滤矿脉固体和结晶的场合,转鼓速率为29340kg/day-m2,转速20转/hr,真空度51~152mmHg。
工艺设计要点之十二:
混合与搅拌
中等搅拌程度的流体表面速度为0.03~0.06m/s,而强烈搅拌的流速为0.2~0.3m/s。
测量有挡板搅拌槽内的搅拌强度,主要依据是所需动力和叶轮尖端速度:
动力输入叶端线速kW/m3m/s掺混0.033[/size][/font][font=宋体][size=14pt]~0.082[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,544][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]-[/size][/font][/align][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,180][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]均相反应[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,208][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]0.082[/size][/font][font=宋体][size=14pt]~0.247[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,544][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]2.29[/size][/font][font=宋体][size=14pt]~3.05[/size][/font][/align][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,180][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]带传热的反应[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,208][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]0.247[/size][/font][font=宋体][size=14pt]~0.824[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,544][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]3.05[/size][/font][font=宋体][size=14pt]~4.57[/size][/font][/align][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,180][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]液~液混合[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,208][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]0.824[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,544][align=left][align=left][font=宋
体][size=14pt]4.57[/size][/font][font=宋体][size=14pt]~6.09[/size][/font][/align][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,180][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]气~液混合[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,208][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]0.824[/size][/font][font=宋体][size=14pt]~1.647[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,544][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]4.57[/size][/font][font=宋体][size=14pt]~6.09[/size][/font][/align][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,180][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]淤浆[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,208][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]1.647[/size][/font][/align][/align][/td][td=1,1,544][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]-[/size][/font][/align][/align][/td][/tr][/table][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt][/size][/font][/align][/align][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt][/size][/font][/align][/align][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]3[/size][/font][font=宋体][size=14pt]。
各种搅拌槽的几何尺寸都与其容器的直径([/size][/font][font=宋体][size=14pt]D[/size][/font][font=宋体][size=14pt])[/size][/font][font=宋体][size=14pt]有关:
[/size][/font][/align][/align][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]液位=[/size][/font][font=宋体][size=14pt]D[/size][/font][/align][/align][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]涡轮叶片的直径=[/size][/font][font=宋体][size=14pt]D/3[/size][/font][/align][/align][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]叶轮距槽底距离=[/size][/font][font=宋体][size=14pt]D/3[/size][/font][/align][/align][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]叶片宽度=[/size][/font][font=宋体][size=14pt]D/15[/size][/font][/align][/align][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]四直叶挡板宽度=[/size][/font][font=宋体][size=14pt]D/10[/size][/font][/align][/align][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt][/size][/font][/align][/align][align=left][align=left][font=宋体][size=14pt]4[/size][/font][font=宋体][size=
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