化工工艺设计要点二十四点.docx

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化工工艺设计要点二十四点

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工艺设计要点之一：

物性数据某些工程设计实践经验是十分宝贵的。

听说某资深工程师在现场转一转，瞄着一根管线和旁边流量计的读数，就能估算出其压降来，不超过5%误差；不要做什么复杂的计算，就能目测出容器的大概尺寸；向裸管上吐一口唾沫，能估计出其表面温度；这些专业特技绝活非一日之功，都是经过长期的实践和体会摸索得来的。

除了已经定式的一些概念、数据之外，肯定还有一些简便的算法、规则在其脑海里。

但要强调的一点是，这些经验公式只是用于估算，在某些场合下不能替代严格设计计算。

它只适用于远离设计本部的施工现场，手头又没有严格正规的设计计算程序、手册。

这时，凭经验和这些设计要点可以省却很多时间。

实际工程经验的积累是从一个普通工程师到资深工程师的转折点。

对一个化学工程师来说，实际工程经验是十分重要的。

估算在某些时候、某些场合要比严格计算更加实惠、便捷。

在以后不定期刊发的“工艺设计要点之……”系列选辑将汇编一些工程设计中常见的数据、图表和关联式。

希望广大设计人员，尤其是工艺系统工程师们搜集工作中的点滴经验、体会，贡献出来，取长补短，共同提高我们的设计水平的技能。

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-T0.3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×1090.25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。

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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工艺设计要点之二：

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。

2。

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。

4。

壳径与列管根数的经验关联式为：

D=1.75×d×（n×Np0.47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。

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博研石油论坛详细出处参考工艺设计要点之三：

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:

博研石油论坛详细出处参考工艺设计要点之四：

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。

2。

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。

5。

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。

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博研石油论坛详细出处参考工艺设计要点之五：

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。

2。

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。

3。

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。

5。

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本文来自:

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/thread-19309-1-1.html工艺设计要点之六：

结晶器1。

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。

2。

晶体生长速度和晶粒大小取决于溶液的过饱和度。

3。

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。

4。

常见的晶体生长速度约为0.1～0.8mm/hr本文来自:

博研石油论坛详细出处参考工艺设计要点之七：

电机与透平1。

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%。

2。

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。

3。

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。

4。

蒸汽透平机很少用于75kW（100hp以下的用户，其转速可以控制。

5。

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:

博研石油论坛详细出处参考工艺设计要点之八：

固体干燥1。

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。

2。

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。

3。

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。

5。

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。

6。

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。

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博研石油论坛详细出处参考工艺设计要点之九：

罐式容器

1。

液体罐通常是卧式的，气液分离罐通常是立式的。

2。

适宜的长度/直径比为3，范围在2.5~5。

3。

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。

4。

炉前进料罐的停留时间最好是30分钟。

5。

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。

6。

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-10.5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。

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博研石油论坛详细出处参考工艺设计要点之十：

蒸发器1。

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。

2。

强制循环速度一般在4.5～6m/s范围内。

3。

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。

4。

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。

5。

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。

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博研石油论坛详细出处参考工艺设计要点之十一：

过滤器1。

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；2。

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。

3。

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。

4。

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。

5。

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。

6。

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。

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博研石油论坛详细出处参考工艺设计要点之十二：

混合与搅拌1。

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。

2。

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][/ali

gn][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=14pt]。

对于需要沉降速度为[/size][/font][font=宋体][size=14pt]9[/size][/font][font=宋体][size=14pt]m/s[/size][