四川理工学院电子教案 《化工设计》精品课程 Design of Chemical Engineering 第七章非工艺专业设计 基本要求 (1)了解工艺专业和非工艺专业的职责范围 (2)知道公用工程和工程概算的基本内容 第一节公用工程 公用工程包括给排水、供电、供热与冷冻以及采暖通风等专业。从设计成果形式分为 设计说明书与图纸表格两种;从设计内容上讲,说明书主要包括:所接收的工艺专业对本 专业提出的设计条件、界定本专业的设计范围。采用的主要设计标准与规范,经论证、比 较选择所确定的本专业技术方案;经分析与计算以及选型所得出的有关设备、材料的规格 型号、尺寸、数量等结果。在说明书编制过程中及编制结束后,按照工作顺序先后,完成 制作相应表格与图纸 给排水 1.设计基础条件 列出接收的给排水设计条件,采用的给排水设计标准规范,指出给排水设计范围以及 相关部门单位同给排水的协作关系。建设单位提给的有关自然条件资料。阐明生产对给排 水在水量与水质方面的要求,并确定给排水的基本原则,指出该工程在给排水设计上的主 要特点。同时根据生产、生活对给排水的水量水质要求,以及根据以上条件,确定工程水 量平衡方案,并且绘制生产用水排水表(表7-1)、生活用水排水表(表7-2)。 表71生产用水排水 用水量及其要求 排水量及其性质 水用水量水质要求 需水情况 排水量 用L/(m3/h) m3/h) 污水性 排水情况 进水连续给 4567891onl121314|15|16i7181920212 表72生活用水排水 水人数 或单位数 排水量 每最大定额每昼夜最大班大班平均参差匚最大流量每昼夜最大流量 昼夜班升/m3m/h)系数(mh(Lm3(m/h/(Le) 11
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《化工设计》精品课程 2.给水水源、输送管道设计及水质处理 (1)建厂地区水源情况,包括可提供的地下水(井水、深井水等)、地表水(河水、 江水、溪水、湖水、塘水、水库水以及城市市政供水管网等)以及它们的水质、水温和可 提供的水量等。这些水源的上游或上风向有无污染源,下游或下风向对排污的要求。在经 过调査实地勘察测量工作基础上,取得可靠材料以后进行取水方案的确定工作,这是一个 综合比较和选择的过程,按照可供采用的水源具体情况,从工程生产、生活对水质、水温 水量的要求出发,比较各种水源从取水到提供本工程用水处所需取水、水处理、水输送等 基建投资总费用(包括设备、建构筑物、管道、占地、仪表阀门等)和运行操作维修费用 的关系,进行综合考虑各种取水方案的利弊,最终选择确定一种取水方案。 (2)循环水处理的水质稳定 ①循环冷却水在周而复始的循环使用过程中,会对管道产生腐蚀并在管壁上结垢。碳 酸钙是循环水结垢中的主要成分。水中的钙离子和重碳酸根在一定的温度、压力等条件下 发生下列可逆反应: Ca++2HCO3=CaC03↓+HO+CO2↑ 以上反应向何方进行是由所处条件和水质决定的。如果反应向右进行,则有C02逸出 和CaC0沉积在管壁上而形成水垢,其结果是导致传热系数下降,水流动阻力上升和流量降 低。然而若水中析出的CaC0能保持在一适当程度,在管壁形成一层均匀的CaCO3薄膜,就能 防止金属产生严重腐蚀,这种水称为生成水垢的水;如果反应向左进行,则水垢溶解不能 形成钙盐水垢,金属直接与水接触受到腐蚀,称为有腐蚀性的水。这两种水都是不稳定的 水,均须进行水质稳定处理。 循环水经热交换后,温度升高,造成CO2的溶解度下降,CaCO3水垢形成的可能性增加。 循环水在冷却塔中同大气密切接触,而大气中仪毛含量很低,水中溶解的CO2大量逸出,上 述反应向右进行促使水垢生成,在冷却塔中水同时从大气中吸收O2、SO2、HS等气体,增加 了水对管道的腐蚀强度。在冷却塔中循环水由于部分水分蒸发,从而相对使水中盐的浓度 增加,这种现象叫做循环水的浓缩。由此可见循环水的运行过程中会产生水质变化 ②循环水的水质稳定处理,由于出现上述的水质变化,所以必须对其进行水质稳定处 a排污。由于循环水的浓缩,故须排出部分含盐高的循环水,同时补充适当量的新鲜 水,使其含盐浓度维持在极限值以下。表7-3所示为循环水系统中,为了保持适当盐浓度时 需排出的水量。 表73循环水排出水量 冷却范围/℃ 排出水量 冷却范围/℃ 排出水量 3.5 0.16% 147 0.74% 0.20% 0.97% 0.28% 注:此时循环水浓编指数等于3。 b.防垢处理。防止或减少水垢的形成,可对补充新鲜水进行软化处理,以减少带人的 盐量;或对循环水进行酸处理,以增加盐的溶解度;也可添加阻垢剂,以阻止水垢的生成。 通常酸处理是采用硫酸;阻垢剂是添加聚磷酸盐等, c.防腐蚀处理。循环冷却水的腐蚀主要以电化学腐蚀形式存在,所以防腐的主要措施 是在水中添加一些能生成难溶性阳极产物保护膜的盐(如磷酸盐),或能生成难溶性阴极
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第七章非工艺专业设计 产物保护膜的盐(如锌盐等)。 d.防止微生物生长。定期向循环水投加氯以抑制微生物生长 e.除机械杂质。使少部分循环水经过旁滤器以滤去砂及微生物。 供电 (一)设计基本知识 (1)化工生产车间的供电从化工生产用电电压等级而言,一般最高为6000V,中小型电 机通常为380V,而输电网中都是高压电(有10~330kV范围内七个高压等级),所以从输电 网引入电源必须经变压后方能使用。由工厂变电所供电时,小型或用电量小的车间,可直 接引入低压线;用电量较大的车间,为减少输电损耗和节约电线,通常用较高的电压将电 流送到车间变电室,经降压后再使用。一般车间高压为6000V或3000V,低压为380V。当高 压为6000V时,150kW以上电机选用6000V,150kW以下电机选用380V。高压为3000V时,100kW 以上电机选用3000V,100kW电机选用380V。 化工生产中常使用易燃、易爆物料,多数为连续化生产,中途不允许突然停电。为此, 根据化工生产工艺特点及物料危险程度的不同,对供电的可靠性有不同的要求。按照电力 设计规范,将电力负荷分成三级,按照用电要求从高到低分为一级、二级、三级。其中 级负荷要求最髙,即用电设备要求连续运转,突然停电将造成着火、爆炸、或人员机械损 坏,或造成巨大经济损失 (2)供电中的防火防爆按照GB5005892《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》, 关于爆炸性气体环境危险区域划分规定,根据爆炸性气体混合物岀现的频繁程度与持续时 间进行分区。对于连续岀现或长时期出现爆炸性气体混合物的环境定为0区,对于在正常运 行时可能岀现爆炸性气体混合物的环境定为1区,对于在正常运行时不可能出现爆炸性气体 混合物的环境,或即使出现也仅是短时存在的情况定为2区。在设计中如遇下列情况则危险 区域等级要作相应变动,离开危险介质设备在7.5m之内的立体空间,对于通风良好的敞开 式、半敞开式厂房或露天装置区可降低一级;封闭式厂房中爆炸和火灾危险场所范围由以 上条件按建筑空间分隔划分,与其相邻的隔一道有门墙的场所,可降低一级;如果通过走 廊或套间隔开两道有门的墙,则可作为无爆炸及火灾危险区。而对地坑、地沟因通风不良 及易积聚可燃介质区要比所在场所提高一级 衰74防爆电番选型 危险区域 0区、1区(Q1) 2区(Q2) 区(Q3) 电机 隔爆、防爆通风、充气型 任何一种防爆型防溅式、封闭式 电器固定安装 隔爆、防爆充油、防爆通风充气、安全 任何一种防燥型 防尘型 仪表移动式 隔燥、防爆充气、安全火花型 隔爆、防爆充气、除防爆充油型外,任 安全火花型 何一种防爆型或密封型 携带式隔爆、防爆安全型 隔爆、安全火花型隔爆乃至密封型 固定安装 照明及移动式 隔爆、防爆充气型 防爆安全型 防尘型 灯具 携带式 隔爆型 隔爆、防爆安全型乃 再爆型 至巒封型 隔爆、防爆通风型 防爆安全、防爆防尘型 变压器通讯电器 充油型 配电装置 隔爆、防爆充油防爆通气、安全火花型防爆安全型 密封型 隔爆、防爆通风充气型 任何一种防爆型 密封型 对区域爆炸危险等级确定以后,根据不同情况选择相应防爆电器。属于0区和1区场所 都应选用防爆电器,线路应按防爆要求敷设。电气设备的防爆标志是由类型、级别和组别
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《化工设计》精品课程 组成。类型是指防爆电器的防爆结构,共分6类:防爆安全型(标志A、隔爆型(标志B) 防爆充油型(标志C)、防爆通风(或充气)型(标志F)、防爆安全火花型(标志H、防爆 特殊型(标志T)。级别和组别是指爆炸及火灾危险物质的分类,按传爆能力分为四级,以 1,2,3,4表示;按自然温度分为五组,以a,b,C,d,e表示。类别、级别和组别按主体 和部件顺序标岀。比如主体隔爆型3级b组,部件∏I级,则标志为《BH3IIb》。关于防爆电 器的选型,可参照表7-4 程上常用的防爆电机有AJ02和BJO2防爆隔爆电机,它们在中小功率范围内应用较 是J02电机的派生系列,其功率及安装尺寸与J02基本系列完全相同,可以互换。AJO2系列为 防爆安全型,适用于在正常情况下没有爆炸性混合物的场所(2区或Q-2级)。BJO2系列为隔 爆型,适用于正常情况下能周期形成或短期形成爆炸性混合物场所(O区、1区或Q-1级)。 (二)工艺对电气专业提供设计条件 (1)动力。分为①设备布置平面图,图上注明电机位置及进线方向,就地安装的控制 按钮位置;②用电设备表(如表7-5所示);③电加热表(温度、控制精度、热量、工作时 间);④环境特性。 表75用电设备 序设设介环负数量(台)正控防计算电动设备 反制护轴功 号称称质级 求锁求//防爆容量 位名名介等常用备用要联要率 标志//相电压咸成套或立卧年工连续注 单机式作时间断 456 8910111213141516171819 (2)照明。提出设备平面布置图,标出需照明位置。提出照明四周环境特性(介质 温度、相对湿度、对防爆防雷要求) (3)弱电。指电讯设备、仪表仪器用电位置以及生产联系的讯号。 (4)防雷设计按GB5005794《建筑物防雷设计规范》,工业建筑的防雷等级分为三 类,针对不同情况采取相应的防雷措施。一般化工厂房、车间建筑物(包括仓库、油罐 气罐、易燃易爆物贮罐等建筑物)都应设置避雷装置,如避雷针、避雷带、避雷网等。第 类,建筑物中存在爆炸物或经常产生爆炸性混合物,故有可能由于电火花而引起爆炸者。 第二类,类似手第一类,但仅在事故时才能形成爆炸性混合物的场合,且不致引起大破坏 和人身死亡者。第三类,不属于第一类和第二类,但需要保护的建筑物,如水塔、烟囱、 木材加工车间等。 三、供热及冷冻工程 供热 化工生产中的热源供热作为公用工程在化工生产中普遍应用,比如对吸热化学反应 为加快反应速度和对蒸发、蒸馏、预热、干燥等各种工序,供热都是必不可少的。化工设 计中必须正确选用热源和充分利用热源。作为化工热源可分为直接热源和间接热源。前者 包括烟道气及电加热。烟道气加热的优点是温度高,可达1000C,使用方便,经济简单,缺 点是温度不易控制、加热不均匀和带有明火及烟尘。电加热的优点是加热均匀、温度高、 易于调节控制、清洁卫生,缺点是成本髙:后者包括髙温载热体及水蒸气。髙温载热体加 热温度范围可达160-500℃,对于160-370℃的常用联苯与联苯醚的混合物,加热温度在350 500℃的常用熔盐混合物HTS(即NaNO240%KNO353%、NaNO37),熔点142℃。水蒸气是 化工生产中使用最广的热源,其优点是使用方便、加热均匀、速度快及易控制,但温度高 时压力过大,不安全,所以多用于200℃以下的场合。下面以蒸汽加热(用燃煤产生蒸汽)
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第七章非工艺专业设计 为例。 件子,(1)供热系统及其设备与设备布置设计形式,以工艺专业为主填写“蒸汽、冷凝水条 (2)列出全厂热负荷平衡表(如表7一7所示),必要时绘制各种工况下热负荷曲线。 寝77全厂热负荷平衡 用汽量/(th) 凝结水回水量/(uh)2 热介质参数 1+Ⅱ期I期I+Ⅱ期 序号用途 冬季夏季冬季夏季冬季夏季冬季备注 压力(表压)温度 正常最大正常最大正常最大正常最大正常最大 2采暖通风 生活 注出 5副产蒸汽量 连续用 6合计 汽量及 「管道损失 不同时 使用系 8对外供汽量 9自用燕汽量 实际供汽 ①生产热负荷按车间或工段列出细目 ②在备注中说明回收和处理方案 ③冬季:指采瞹期;夏季:指非采暖。 (3)节能技术设计尽量采用高压蒸汽系统,因为高压蒸汽的能量利用率高,如条件具 备应尽量将锅炉与热锅炉均设计为高压,蒸汽使用过程可设计成逐级利用。其次是回收余 热,包括回收蒸汽冷凝水余热,回收工艺物料流中余热,回收化工生产废料(通过焚烧) 的热量。在设计中要减少热量消耗和提高传热效率,采用节能高效设备等都是节能的重要 手段 2.冷冻系统 化工生产中的物料温度若需维持在周围环境(比如大气、水等)温度以下,则需要由 冷冻系统提供低温冷却介质(称载冷体),也可直接将制冷剂(如液氨、液态乙烯)送人 工艺设备,利用其蒸发吸热获取冷量。通常采用制冷剂蒸发来冷却载冷剂,然后由载冷剂 提供生产所需冷量,这种冷冻系统的优点是能集中供应,远距离输送,使用方便,易于管 理,比较经济。选用载冷剂的温度不宜过低,以避免动力消耗过多。选用的载冷剂,其冰 点要低于制冷剂的蒸发温度,而使用温度通常比冰点高2-10℃,常用的载冷剂有水、盐水 及有机物。当冷却温度)5℃时选用水,当冷却温度在0~-45℃范围内,可选用盐水,NaCl 水溶液适用于0-15℃,CaCl2水溶液适用于0~-45℃,盐浓度愈高,冰点愈低。当冷却温度 更低时,则选用乙醇、乙二醇、丙醇及F-11等 全工程各部分(即车间、工段、设备)用冷量、用冷方式、用冷温度等级(或范围) 以及全年用冷量变化情况(冬季、夏季过渡季、最大、最小、平均)按表7-9形式填写。 四、采暖通风及空气调节 采暖是指在冬季调节生产车间及生活场所的室内温度,从而达到生产工艺及人体生理 的要求,实现化工生产的正常进行。工业上采暖系统按蒸汽压力分为低压和高压两种,界 线是0.07MPa,通常采用0.05~0.07MPa的低压蒸汽采暖系统。还有的采用热风采暖系统是 将空气加热至一定的温度(70℃)送入车间;它除采暖外还兼有通风作用。车间为排除余
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