化工设备设计计算
化工设备设计与选型
化工设备设计与选型化工行业是一个广泛的行业领域，包括石油化工、冶金化工、化学品制造、塑料加工等众多领域。
在化工生产过程中，化工设备的设计和选型起着至关重要的作用，直接影响着生产效率、产品质量和安全性。
本文将就化工设备的设计和选型进行探讨。
一、化工设备设计1. 设计原则在化工设备的设计中，有几个重要的原则需要遵循。
首先是安全性原则，化工设备应具备可靠的安全保护措施，防止事故发生。
其次是可操作性原则，设备的设计应符合操作人员的实际需求，方便操作和维护。
最后是高效性原则，化工设备应设计合理，充分利用能源，提高生产效率。
2. 设计步骤化工设备的设计一般包括以下几个步骤：（1）确定设计目标：根据生产需求和工艺流程确定设备的主要参数，如产量、温度、压力等。
（2）制定设备流程图：根据工艺流程和设备参数，绘制出设备的流程图，明确设备的组成部分和操作顺序。
（3）进行设计计算：根据设备的工作原理和流程图，进行设计计算，包括热力计算、强度计算等，确保设备的设计合理。
（4）绘制设备图纸：根据设计计算结果，绘制设备的详细图纸，包括设备的结构图、布置图、管道图等。
（5）进行方案评审：将设计图纸提交给专业人员进行评审，对设计方案进行优化，确保设备设计符合实际需求。
（6）进行设备制造：经过方案评审后，开始进行设备的制造和安装，确保设备的质量和安全性。
二、化工设备选型1. 选型原则在进行化工设备选型时，需要考虑以下几个原则。
首先是适用性原则，选择的设备应适用于具体的生产工艺和工艺参数。
其次是可靠性原则，选择的设备应具备良好的运行稳定性和可靠性，以确保生产过程的连续性和稳定性。
最后是经济性原则，选择的设备应具备较低的投资和运行成本，以提高生产效益。
2. 选型方法化工设备的选型可以采用以下方法：（1）参考规范和标准：根据行业规范和标准，选择符合要求的设备。
（2）咨询专业人士：咨询专业工程师或设备供应商，了解不同设备的性能和优缺点，进行选择。
化工设备的设计
压缩机分类 按工作原理分类： 分为容积式和速度式压缩机。 容积式压缩机的原理：提高气体压力，由于压缩机中气体体积被缩小，使单位体积内空气分子的密度增加而形成的。 速度式压缩机的原理：在速度式压缩机中，空气的压力是由空气分子的速度转化而来的，即速度能转化为压力能。
5.2.2.3 压缩机
按结构分类： 活塞式
齿轮泵 齿轮泵适用于输送不含固体颗粒、无腐蚀性、粘度范围较大的润滑性液体。主要用于各种机械设备中的润滑系统中输送润滑油，不锈钢齿轮泵，可输送无润滑性的油料、饮料、低腐蚀性的液体。
隔膜泵 系借弹性薄膜将活柱与被输送的液体隔开，当输送腐蚀性液体时，可不使活柱和缸体受到损伤。 隔膜泵是目前国内较新颖的一种泵类。对于各种腐蚀性液体、带颗粒、高粘度、易挥发、易燃、易爆、剧毒的液体、陶瓷釉浆、果浆、胶水、油轮仓底油回收、临时倒罐等液体均能予以抽光吸尽。
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按泵的用途分类：水泵、油泵、泥浆泵、砂泵、耐腐蚀泵、冷凝液泵、液下泵等，或者辅以结构特点命名，悬臂水泵、齿轮油泵、螺杆泵、立式泵、卧式泵等。 5.2.1.2 技术指标 型号： 如： IH50-32-160A IH—泵的型号代号（单级单吸离心泵）； 50—泵吸入口直径mm； 32—泵排出口直径mm； 160—叶轮名义直径mm； A—轮直径第一次切割。
蒸馏塔：进塔物料、塔顶和塔釜产品的流量及组成；温度、塔操作压力、塔径、塔板类型和塔板数，填料种类、规格、填料总高度，每段填料的高度和段数，进料位置、灵敏板位置，塔顶冷凝器的热负荷及冷却介质的种类、流量、温度和压力。
反应器：类型、进出口物料的流量、组成、温度和压力、主要尺寸，催化剂的种类、规格、数量和性能参数。
输送腐蚀性介质时，应选用耐腐蚀泵。 金属耐腐蚀泵，过流件的材质为金属，高硅铸铁、不锈钢、高合金钢、钛及其合金等。 非金属耐腐蚀泵，过流件的材质为非金属金属，有聚氯乙烯、玻璃钢、聚乙烯、聚丙烯、聚氟乙烯、陶瓷、玻璃、搪瓷等。 一般来说非金属泵耐腐蚀优于金属泵，但耐温、耐压不如金属泵，所以非金属耐腐蚀泵用于流量不大，温度和压力较低的场合。 在选泵时，还要进一步查过流件的材质的性能，如可长期使用的温度，耐酸、耐碱、耐有机溶剂、耐磨等情况。
化工设备设计基础第8章内压薄壁圆筒与封头的强度设计
Sc pcDi
2[]t- pc
计算壁厚公式
考虑腐蚀裕量C2，得到圆筒的设计壁厚
Sd 2[p]ctD-i pc C2
设计壁厚公式
设计壁厚加上钢板厚度负偏差C1，再根据钢板标准规格向上圆整确定 选用钢板的厚度，即名义壁厚（Sn），即为图纸上标注厚度。
一、强度计算公式
1.圆筒强度计算公式的推导 1.2 无缝钢管作筒体（外径DO为基准）
内径为基准 外径为基准
内径为基准 外径为基准
一、强度计算公式
3.球形容器厚度计算及校核计算公式
3.1厚度计算公式
Sc
pcDi
4[]t -
p
计算壁厚
Sd 4[p]ctD i-pc C2
设计壁厚
3.2校核计算公式
t pcDi Se[]t
4S e
[pw]
4[]tSe
Di Se
已有设备强度校核
确定最大允许工作压 力
常温容器 中温容器 高温容器
[]
minnss
，b
nb
[]t
minnsst
，bt
nb
[]t
minnsst
， D t ， nt
nD nn
二、设计参数的确定
3.许用应力和安全系数
3.2安全系数
安全系数的影响因素： ①计算方法的准确性、可靠性和受力分析的的精确程度； ②材料的质量和制造的技术水平； ③ 容器的工作条件以及容器在生产中的重要性和危险性。
当
0
n
[]
二、强度理论及其相应的强度条件
复杂应力状态的强度条件，要解决两方面的问题： 一是根据应力状态确定主应力； 二是确定材料的许用应力。
内压薄壁容器的主应力：
化工设备的计算机辅助设计
６ ６３ ９ －Ｏ ６ ４３ ９ ．０ ６ ．０ ９１９ ６ ０．０ ９ ２ ６ ３５ ９ ． ６ ． ９１７ ６ ９３ ８ ． ６ ８６ ８ ．
深度 Ｃ一 （Ｏ－（Ｃ ｆ （０ 一 （ａ） Ｍ ２ ａ） 总量 值 （ｌ Ｃ ； ０） Ｓ ） Ｃ ｇ）Ｎ ＋ ） ＇Ｈ ） （ ＋
浸没临界高程 为浸 没区边界处 的地面高 程。剖面 ｑ ～ ｍ ｍＩｑ ｌ 巾超 高水 位线以上覆盖层厚度不足 ２ ，覆盖层均处于浸没 范围 ．ｉ ８ｎ 内 ，故水平距 １ ．ｍ处（ ３９ ０ 出露 基岩 ） 地面高程 ６ ５ ９ ．ｍ为库尾浸 没 ４ 说Ｉ 界 高程 ；ｑ ３ ｑ ３ 中在库 尾超高水位线 与地 形线交点 以上地段 临 ｍ～ｍ ’
２ Ｏ世纪 ８ ０年代以前 ， 化工设备 的设计都是 由设 汁者使用 图板、 丁字 尺、 圆规、 三角板等工具手工绘制二维＿程图纸来描述三维文体 ， Ｔ 然后 进行 校核 、 修改 ， 多次反复 ， 最后由生产者把二维 程 图的内容转化为三维 实 体 。随着计算机辅助设计 （ｏ ｕｅ— ｉｅ ｅｉ ， Ａ 技术 的快速 发展 ， ｃｍｐ ｔ ａｄｄｄｓｇ Ｃ Ｄ） ｒ ｎ 引起 了工程制图技术的一次根本性变革 ，从此甩掉 了手工绘图图板 ， 心 Ｃ Ｄ技术设 计各种化工设备 已经成为化工设备设计的主要设 汁技术 。直 Ａ 到现在， 二维工程网在实 际的设计 和生产中仍然起着非常重要的作用 。
２ 化 工 设备 Ｃ ＡＤ设计 中的几个 问题
化 工设 备 的特 点 之 一 是 大 型化 ， 类 也 不 少 。 这 就 涉 及 到 了绘 图 巾 种
表 ３ 浸没土样化 学分析结果统计表
土 样 编 号 样 取 埘 （ Ｋ 易溶 盐 Ｈ ｐ
第三章内压薄壁容器的设计与计算(3)_化工设备
计算值中的较大值。 K-系数，查表3-20；f-系数,
1 f 2r 1 cos Di 2 cos
t 0.5 pc
fpc Di
,其值列于表3-21。
—— 折边锥形封头小端厚度计算
当锥形封头半顶角
45
时，若采用小端无折边，其小端厚度与无折边锥形封
e n C n C1 C2
凸形封头强度计算和校核 半球形封头：
d
4 pc
t
pc Di
C2
适用范围： pc 0.6 t
椭圆和碟形封头：
Kp c Di 2 t 0 .5 pc
2 t e pw KDi 0.5 e
t
dc
p c Dc 1 C2 t 2 pc cos
（3-20）
充分考虑边缘应力的影响和自限性的特点，采用局部加强结构，并引
入与半顶角 、p / 的影响的应力增强系数Q，计算壁厚：
c
—— 封头大端与圆筒连接，确定连接处锥壳大端的厚度：
① 根据半顶角 及 缘处的加强；
径不等的圆筒，使气流均匀，如图3-6所示 。
结构与特点 锥形封头有两种结构形式，进行结构设计时需要分别考虑： 当锥形封头半顶角 30 ，可以选用无折边结构，如图3-7（a）所示； 当 30 ,应采用带有过渡段的折边结构，如图3-7（b）（c）所示。 —— 大端:若折边,过渡段的转角半径r应不小于封头大端内直径Di的10%，且 不小于该过渡段厚度的3倍； —— 小端：当半顶角 45 时，可以采用无折边结构；
pc /
t
，按图3-8（P75）判定是否需要在封头大端连接边
注册化工工程师必备-常压容器设备筒体强度及补强计算书自动计算-带计算公式
简 图
0 997 10 1860 0.019 0.019 80 1500 06Cr19Ni10 137 137 130 0.3 0 0.85 壁厚计算
Mpa kg/m3 N/kg mm Mpa Mpa ℃ mm Mpa Mpa Mpa mm mm
Di
δ
碳钢 低合金钢≥ 不锈钢≥ 0.13 0.3 2.30 6 5.7 液压试验时应力效核
0.38 4.56 4.94 8 3.44 液压试验时应力效核 0.08 0.05 16.58 179.78 可行 压力计算
mm mm mm mm mm Mpa Mpa Mpa Mpa
液压试验压力（取较大值）
0.075858696
试验压力下封头的应力 σT=PT(Di+δe)/2δe= 许用值 σT≤0.9φReL σT≤0.9φReL
常 压 容 器 设 备 强 度 计 算 书
内压圆筒体 (NB/T47003.1-2009) 单位
P ρ g h ρgh PC t Di ReL [σ] [σ] C1 C2 φ
t
设计条件
设计压力 物料密度 重力加速度 液面高度 液注静压力 计算压力 P+ρgh 设计温度 筒体内径 筒体材料 试验温度下屈服强度 常温下材料许用应力 设计温度下材料许用应力 钢板厚度负偏差 腐蚀裕量 焊接接头系数 壳体最小厚度 min (mm) （不包括腐蚀裕量） 计算厚度 δ = Pc Di / 2 [σ] φ=
最大允许设计压力[P]=2 [σ]t φ δhe / K Dhi=
0.36
Mpa
设计温度下圆筒计算应力 许用值 σ≤φ[σ]t σ≤φ[σ]t
盛水试验时应力效核 σ=PcDi/2δhe 8.69 78.2 可行
化工设备设计基础封头设计
作业
习题：P307
13，14
一．锥壳大端
二．过渡段的计算壁 厚
KpDi
2t0.5p
t
fpDi
0.5p
与过渡段相连接处的锥壳计算壁厚
2、锥壳小端
一．半锥角a 450 ，小端无折边计算同前
二．小端有折边，过渡段厚度按（4-38） 确定，Q值查图4-29。
三．半锥角a>450 ，小端过渡段厚度仍按 （4-38）确定，Q值查图4-30。
统一厚度 n1， 6 m用 m 的不锈钢
锥底接管dN=200mm,外径 d=219mm 所以锥底小端直径 Dis=222mm 接管加强段厚度与锥体同厚，
加强段的长度
n 16mm
l0 .5 D i s 0 .5 22 12 6 4m 3m
思考题：
1. 常用封头形式有哪些种？各有什么特点？ 2. 比较半球形封头、椭圆形封头、碟形封头
01 第 四 节 封 头 的 设 计
02 封头又称端盖，其分类
一、椭圆形封头
半椭球和高度为h的短圆筒 (通称直边)两部分构成， 直边保证封头制造质量和避 免边缘应力作用。
计算厚度
KpDi
2t0.5p
受内压的椭圆形封头
K
1 6
2
Di 2hi
2
K-椭圆形封头形状系数，
标准椭圆形封头(长短轴 之比值为2)，K=1。壁 厚计算公式：
厚同
大端2ptDisp
1
cos
c和相.需同圆加筒r 强加，2强Q加段tp强厚Di段s度p
Q为锥壳与圆筒联接处的应力增 值系数，查图4-29
L1
Dis r cos
L Disr
3、无折边锥壳的厚度
化工设计物料衡算与能量衡算
• 1.求燃料气组成以C作联系组分，燃烧前后碳原子数不 变，所以CO2mol数等于CH4的mol数，即CH4＝ 8.12mol，
• 需要氧气量为2×8.12＝16.24mol。
• 计算进料的空气量，以N2作联系组分，由烟道气中的N2 可得进料中的总氧气量：72.28×20.92/79=19.14mol,
Φ=
×100%
限制组分的消耗量
（5） 收率
生成目的产物所消耗限制组分的量
η=
×100%
限制组分的输入量
η =xA· Φ
“独立”的含义
对有化学反应的过程，应写独立的反应方
程式或独立反应数。例如碳与氧的燃烧过
程 ：C O2 CO2 ①
C
1 2
O2
CO
② ③
CO
1 2
O2
CO2
CO2 C 2CO
湿纸浆 浆： 0.29 水： 0.71
干燥器
干燥纸浆 浆：？ 水：？
水分
• 例：每小时将20kmol含乙醇40％的酒精水溶液进 行精馏，要求馏出液中含乙醇89％，残液中含乙醇 不大于3％(以上均为摩尔分数)，试求每小时馏出 液量和残液量。
• 解：由全塔物料衡算式可得
•
20 = D + W
(1)
• 20×0.4 = 0.89D + 0.03W
化工设计物料衡算与能 量衡算
2021年7月13日星期二
化工基础数据
化工计算以及化工工艺和设备设计中，要 用到有关化合物的物性数据。例如，进行化 工过程物料与能量衡算时，需要用到密度或 比容、沸点、蒸汽压、焓、热容及生成热等 等的物性数据；设计一个反应器时，则需要 知道化学反应热的数据；计算传热过程时， 需要导热系数的数据等等。
化工原理课程设计---筛板式连续精馏塔及主要附属设备设计
化工原理课程设计---筛板式连续精馏塔及主要附属设备设计目录第一章前言 (1)1.1吸收技术概况 (1)1.3填料塔技术 (1)1.4填料的类型 (2)1.5填料的几何特性 (2)1.6填料的性能评价 (2)1.7填料塔的流体力学性能 (2)1.8填料的选择 (2)1.9填料塔的内件 (2)1.10典型的吸收过程 (2)第二章填料塔的主体设计方案的确定 (3)2.1流程说明 (3)2.2吸收剂的选择 (4)2.3填料的类型与选择 (4)2.3.1填料种类的选择 (4)2.3.2填料规格的选择 (5)2.3.3填料材质的选择 (5)第三章设计任务....................................................................................... 错误!未定义书签。
第四章设计方案的说明 (6)第五章基础物性数据 (6)5.1液相物性数据 (6)5.2气相物性数据 (6)5.3气相物中平衡数据 (6)第六章物料衡算 (7)第七章填料塔的工艺尺寸的计算 (7)7.1塔径的计算 (7)7.1.1气相质量流量为 (7)7.1.2液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即： (8)7.1.3泛点率校核： (10)7.1.4填料规格核算 (10)7.1.5液体喷淋密度核算 (10)7.2填料层高计算 (10)7.3填料层压降的计算 (13)第八章辅助设备的选型及设计 (15)8.1液体分布器 (15)8.1.1液体分布器的选型 (15)8.1.2分布点密度计算 (16)8.1.3分液计算 (17)8.2主要接管尺寸的计算 (17)8.2.1液体进料接管 (17)8.2.2气体进料接管 (18)8.3法兰 (18)8.4填料支承结构 (18)8.5填料压紧装置 (18)8.6除沫装置 (18)8.7封头 (19)8.8人孔或手孔和卸料孔 (19)8.8.1人孔或手孔 (19)8.8.2卸料孔 (19)8.9塔高 (20)8.9.1塔顶空间高度 (20)8.9.2塔底空间高度 (20)8.9.3塔体总高度 (20)8.10泵 (20)8.11风机的选型 (20)8.12设备汇总表 (21)第九章符号说明 (21)第十章总结 (22)第一章前言填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，它是化工类企业中最常用的气液传质设备之一。
化工设备设计手册
化工设备设计手册1. 引言化工设备设计手册是为了指导化工设备的设计和使用而编写的一本参考书。
本手册旨在提供全面、详细且深入的信息，以帮助读者理解化工设备的原理、设计方法和操作规范。
通过本手册，读者可以获得关于化工设备设计的基本知识，并学习如何应用这些知识解决实际问题。
2. 设备选型与原理在进行化工设备设计之前，首先需要进行设备选型。
设备选型是根据工艺要求和操作条件选择适合的设备类型和规格。
本节将介绍常见的化工设备类型，并详细讲解每种类型的原理和适用范围。
2.1 反应器反应器是进行化学反应的装置，包括批式反应器、连续式反应器等。
本节将介绍不同类型反应器的结构特点、热力学原理以及选择和设计方法。
2.2 分离设备分离设备是用于将混合物中不同成分分离出来的装置，包括蒸馏塔、萃取塔、吸收塔等。
本节将介绍不同类型分离设备的原理、操作参数和设计要点。
2.3 传热设备传热设备用于实现物质之间的热量传递，包括换热器、蒸发器等。
本节将介绍不同类型传热设备的工作原理、换热方式以及设计方法。
2.4 混合设备混合设备用于将不同组分的物料充分混合，包括搅拌罐、混合器等。
本节将介绍不同类型混合设备的结构特点、搅拌方式以及设计要求。
3. 设计方法与计算本章将介绍化工设备的设计方法和计算步骤，包括负荷计算、材料选择、结构设计等。
通过学习本章内容，读者可以了解到化工设备设计的基本流程，并学会如何进行相关计算和评估。
3.1 设计负荷计算在进行化工设备设计时，需要根据工艺要求和操作条件确定设备的负荷。
本节将介绍常见的负荷计算方法，并给出具体案例进行说明。
3.2 材料选择与强度计算材料选择是化工设备设计中非常重要的一步，直接关系到设备的性能和安全性。
本节将介绍常见的材料选择方法，并介绍强度计算的基本原理和步骤。
3.3 结构设计与优化结构设计是化工设备设计中的关键环节，需要考虑设备的稳定性、可操作性和维修性。
本节将介绍常见的结构设计方法，并给出实例进行分析和优化。