【正文】 表示了反應(yīng)系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)是核心，它為分離系統(tǒng)規(guī)定了處理物料的條件，而反應(yīng)和分離系統(tǒng)一起又規(guī)定了過程的冷、熱物流的流量和換熱的熱負(fù)荷，最后才是公用工程系統(tǒng)的選擇和設(shè)計(jì)。對(duì)此史密斯和林霍夫提出的 “ 洋蔥頭 ” 設(shè)計(jì)開發(fā)概念，其步驟為： （ 1）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則初步建立反應(yīng)和分離系統(tǒng)的流程。 反應(yīng)和分離系統(tǒng)中主要設(shè)備的投資及原材料的消耗； (3)建立全過程總費(fèi)用與主要優(yōu)化變量之間的關(guān)系，其總費(fèi)用包括： 原材料消耗和除換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程之外的反應(yīng)與分離系統(tǒng)的操作費(fèi)用； 反應(yīng)流程優(yōu)化 反應(yīng)流程優(yōu)化需要考慮的問題較多，問題復(fù)雜。 反應(yīng)器的最優(yōu)操作條件有如何保證反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、混合要求、換熱要求、各物料配比、給定條件下的生產(chǎn)成本等等。 大多數(shù)反應(yīng)產(chǎn)物都是混合物，需要有物料分離過程。 （ 1） 精餾流程的優(yōu)化 精餾流程如需要分離 R個(gè)組份，就需要有 R1個(gè)精餾塔。 ● 優(yōu)先使用普通精餾。 ● 產(chǎn)品數(shù)應(yīng)最少。 ● 難分離的組分最后分出。 ● 塔頂、塔釜產(chǎn)物最好等摩爾分離。 （ 2） 蒸發(fā)流程的優(yōu)化 蒸發(fā)系統(tǒng)常以單位蒸汽消耗量來評(píng)價(jià)能量的有效利用率。在同 樣的工藝要求下，是采用多效蒸發(fā)、熱泵蒸發(fā)，還 是多級(jí)閃蒸，除考慮技術(shù)因素外，單位蒸發(fā)量的總 成本起著主導(dǎo)作用。而熱泵蒸發(fā)在 提高壓縮比和消耗外功之間也有一個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化問題 。 工藝設(shè)備的選擇首先要滿足工藝生產(chǎn)的需要，要在工藝生產(chǎn)中體現(xiàn)它的合理性和先進(jìn)性，同時(shí)要充分注意它在使用過程中的安全可靠，確保生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定長周期滿負(fù)荷運(yùn)行。 . 1 反應(yīng)器 ● 在反應(yīng)器中進(jìn)行的是化學(xué)反應(yīng)過程，它不僅有種類繁多、性質(zhì)各異的化學(xué)反應(yīng)，而且伴隨著傳熱、傳質(zhì)的物理過程。 (1)反應(yīng)器的型式與特證 它適用性大、操作彈性大，連續(xù)操作時(shí)溫度、濃度容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量均一，但高轉(zhuǎn)化率時(shí)，反應(yīng)容積大。管式：適用于氣相、液相。 它結(jié)構(gòu)簡單，返混程度與高徑比及攪拌有關(guān)，軸向溫差大。填料塔： 適用于液相、氣 ~液相。 塔內(nèi)兩相逆流接觸，氣液返混均小，流速有限制，如需傳熱，可在板間另加傳熱面。固定床： 適用于氣 ~固 (催化或非催化 )相。 它傳熱好、溫度均勻、易控制，催 化劑有效系數(shù)大；粒子輸送容易，但磨耗太；床內(nèi)返混大，對(duì)高轉(zhuǎn)化率不利，操作條件限制較大。移動(dòng)床： 適用于氣 ~固 (催化或非催化 )相、催化劑失活很快 的反應(yīng)。 它結(jié)構(gòu)簡單，材質(zhì)容易解決，調(diào)節(jié)范圍較廣；但切換頻繁，溫度波動(dòng)大，收率較低?；剞D(zhuǎn)筒式： 適用于氣固相，固固相高粘度液相，液固相。 (2)設(shè)計(jì)反應(yīng)器所需掌握的資料和數(shù)據(jù) 催化劑的粒度對(duì)反應(yīng)速率的影響，催化劑的失活原因和失活的速率，催化劑的強(qiáng)度和耐磨性。反應(yīng)熱效應(yīng) 反應(yīng)物和產(chǎn)物的物理性質(zhì)、爆炸極限等 攪拌釜中攪拌槳的特性 氣固流態(tài)化系數(shù)中粒子的磨損和帶出 )反應(yīng)器操作、控制方法 ● 化工生產(chǎn)中常需要借助氣液傳質(zhì)設(shè)備將反應(yīng)生成的產(chǎn)物進(jìn)行分離，以獲得目標(biāo)產(chǎn)品，一般有采用精餾、吸收解析、蒸發(fā)、氣提、萃取等方法來達(dá)到此目的。而板式塔和填料塔又因采用的塔板和填料不同，他們又可分為多種型式，如板式塔，塔板可分為浮閥、篩板、泡罩及各種高效塔板，填料塔的填料有鮑爾環(huán)、鞍環(huán)等散裝填料和絲網(wǎng)填料、波紋板填料等各種規(guī)整填料。 板式塔和填料塔有各自的特點(diǎn)，它們適用于不同的情況，在下述情況下優(yōu)先考慮選用板式塔： (1)操作負(fù)荷波動(dòng)較大或進(jìn)料濃度波動(dòng)較大的分 離過程； (2)液相負(fù)荷較小的分離過程； (3)易結(jié)晶、結(jié)垢的物料； (4)需高壓操作的分離過程； (5)內(nèi)部需要設(shè)置蛇管等換熱部件的情況。 二種塔型的塔徑計(jì)算，都與液泛有關(guān)，因?yàn)橐悍簳?huì) 造成塔的壓降增大，效率降低，最后導(dǎo)致塔無法正常 操作。而填料塔是通過計(jì)算泛點(diǎn)速度 Uf,考慮比較經(jīng)濟(jì)可靠 的操作氣速 U=(～ )Uf,然后由此可算得塔徑。 傳熱設(shè)備的分類 按功能分：冷卻器、冷凝器、加熱器、換熱 器、再沸器、蒸汽發(fā)生器、過熱器、廢熱鍋爐等。管殼式 (固定管板式、浮頭式、填料函式、 U型管式 ) 管式（空冷器、套管式、噴淋管式、箱管式） 其它型式（板殼式、熱管式） 以上型式換熱器的選擇依據(jù)是： 適用于高溫和高壓的場合，且管內(nèi)流體必須潔凈。 板式換熱器 板翅式：緊湊、效率高、可多股物料同時(shí)換熱。 螺旋板式：可用于帶顆粒物料，物位利用好。 傘板式：制造簡單、緊湊、易清洗，使用溫度不大于150℃ ，使用壓力不大于 。 50～ 65℃ ，并允許有一定的波動(dòng)范圍（ 3～ 5℃ ）。 （即熱流體的出口溫度與冷流體入口溫度之差）至少大于 15℃ 。K)。K)/W ，取水費(fèi)用大。 化工用泵 ●泵是化工生產(chǎn)中最常用的設(shè)備，它所輸送的液體種類繁多，有強(qiáng)腐蝕性的、易燃易爆、有毒、高溫、高壓、低溫、粘度大小、易揮發(fā)、帶有固體顆粒等。所以對(duì)于不同物料、不同要求必須選用不同類型的泵來適應(yīng)化工生產(chǎn)的需要。 ● 在選泵中工藝參數(shù)是泵選型的最重要依據(jù)，應(yīng)根據(jù)工藝流程和操作變化范圍慎重確定。 一般在泵數(shù)據(jù)表上往往只給出正常和額定流量。 （ 2）揚(yáng)程：指工藝裝置所需的揚(yáng)程值，也稱計(jì)算揚(yáng)程。 （ 3）進(jìn)口壓力和出口壓力：是指泵進(jìn)出接管法蘭處的壓力，進(jìn)出口壓力的大小影響到殼體的耐壓和軸封要求。 （ 5）裝置汽蝕余量： NPSHa：要求所選泵的NPSHrNPSHa （ 6）物性參數(shù)：介質(zhì)在進(jìn)口條件下的密度、粘度等 （ 7）操作狀態(tài)：分為連續(xù)和間歇操作兩種 氣體輸送機(jī)械 ●氣體輸送機(jī)械按作用原理可分容積式和透平式兩種，按機(jī)械達(dá)到的壓力可分為通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)。 ●排氣壓力小于 ()的稱為通風(fēng)機(jī)； ●排氣壓力小于 (2Kg/cm2)且大于 ()的稱為鼓風(fēng)機(jī)； ●排氣壓力大于 (2Kg/cm2)的稱為壓縮機(jī)。 （ 1）氣體組成：一般應(yīng)按濕基提供。 ● 透平式通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)一般以采用進(jìn)口或出口調(diào)節(jié)居多，有的風(fēng)機(jī)輸送氣量大，調(diào)節(jié)要求較高，同時(shí)該風(fēng)機(jī)所處位置較重要，也有采用改變轉(zhuǎn)速的方法。若是輸送空氣的，可采用出口放空簡單的控制方式。這一類一般單獨(dú)設(shè)置罐區(qū)。 ●計(jì)算出容積后，根據(jù)需要選用不同型式的儲(chǔ)罐。 ●目前國內(nèi)已有立式、臥式儲(chǔ)罐和球罐的系列標(biāo)準(zhǔn)，可供我們選擇。應(yīng)用最廣泛的是管殼式加熱元件 的蒸發(fā)器。 （ 2）生產(chǎn)要求：包括處理量、蒸發(fā)量、料液 進(jìn)出口濃度、溫度、安裝場地的大小和廠房高 矮、設(shè)備投資限額、要求連續(xù)還是間歇生產(chǎn)等。 各種型式的蒸發(fā)器選型參考見有關(guān)資料 蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)要考慮傳熱、氣液分離和能量合理利 用三個(gè)主要方面。 （ 2）氣液分離方面應(yīng)考慮在達(dá)到所需要求的前提下， 設(shè)備結(jié)構(gòu)盡量簡單。 通常溶劑氣化所需的熱量為最高。 干燥器 由于被干燥的物料種類繁多，性質(zhì)不同，要求各異，故不可能有萬能的干燥器，只能選擇最佳的干燥方法和干燥器型式、干燥器選擇首先要確定或測(cè)定被干燥物料的特性，進(jìn)行干燥試驗(yàn)，確定干燥動(dòng)力學(xué)和傳遞特性，以證明所選的是否適用，然后確定干燥設(shè)備的工藝尺寸，進(jìn)行成本核算，最后確定干燥器的型式。 設(shè)備材質(zhì)的選擇 由于化工生產(chǎn)的原料、產(chǎn)品及其工藝路線的多樣化，而使化工設(shè)備所需的材質(zhì)也多樣化，為滿足工藝生產(chǎn)的需要。 ●金屬類 ：包括鑄鐵、碳鋼 (普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 ) 、合金鋼 (普通低合金鋼、特種鋼、不銹鋼 ) 。 ● 非金屬類：有玻璃、陶瓷、輝綠巖、鑄石、石墨等無機(jī)材料、工程塑料等。 ● 滿足工藝要求 ,這是選材的最基本的要求 ,要優(yōu)先滿足工藝生產(chǎn)的溫度、壓力、環(huán)境等各種要求。 ● 易于加工，材料性能不因受加工因素而影響其使用性能和使用壽命。 ● 要綜合考慮價(jià)格和使用壽命、維修費(fèi)用的綜合因素。 ● PFD是從工藝方案（即經(jīng)過工藝流程優(yōu)化和工藝設(shè)備選擇）過渡到化工工藝流程設(shè)計(jì)的重要工序之一。 （ 4）主要控制方案 （ 5）設(shè)備工藝尺寸的計(jì)算 PFD中體現(xiàn)的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容： （ 1）反映出工藝物料所經(jīng)過的全部設(shè)備 （ 2）主要物料的管道及相關(guān)的閥門 （ 3）物料的走向及相關(guān)的參數(shù) （ 4）標(biāo)出特殊閥門的位置 （ 5）反映出主要控制點(diǎn) （ 6）公用系統(tǒng)物料用戶的進(jìn)出位置 （ 7）圖例及圖面上必要的說明和注解 5 設(shè)備設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度的確定 設(shè)備設(shè)計(jì)壓力的確定 設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力是設(shè)備強(qiáng)度設(shè)計(jì)的主要依據(jù) ,因此在確定設(shè)備設(shè)計(jì)壓力時(shí) ,應(yīng)在滿足設(shè)備長周期安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，做到既經(jīng)濟(jì)又合理。 對(duì)承受多種不同工況的設(shè)備，要考慮某些反應(yīng)器要適應(yīng)吹掃、試壓、升溫還原、化學(xué)反應(yīng)、催化