化工设备基础知识.docx

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化工设备基础知识

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一、化工设备的概念

化工设备是指化工生产中静止的或配有少量传动机构组成的装置，主要用于完成传热、传质和化学反应等过程，或用于储存物料。

二、化工设备的分类

1、按结构特征和用途分为容器、塔器、换热器、反应器（包括各种反应釜、固定床或液态化床）和管式炉等。

2、按结构材料分为金属设备（碳钢、合金钢、铸铁、铝、铜等）、非金属设备（陶瓷、玻璃、塑料、木材等）和非金属材料衬里设备（衬橡胶、塑料、耐火材料及搪瓷等）其中碳钢设备最为常用。

3、按受力情况分为外压设备（包括真空设备）和内压设备，内压设备又分为常压设备（操作压力小于1kgf/cm2）、低压设备（操作压力在1～16kgf/cm2之间）、中压设备（操作压力在16～100kgf/cm2之间）高压设备、（操作压力在100～1000kgf/cm2之间）和超高压设备（操作压力大于1000kgf/cm2）

三、化工容器结构与分类

1、基本结构在化工类工厂使用的设备中，有的用来贮存物料，如各种储罐、计量罐、高位槽；有的用来对物料进行物理处理，如换热器、精馏塔等；有的用于进行化学反应，如聚合釜，反应器，合成塔等。

尽管这些设备作用各不相同，形状结构差异很大，尺寸大小千差万别，内部构件更是多种多样，但它们都有一个外壳，这个外壳就叫化工容器。

所以化工容器是化工生产中所用设备外部壳体的总称。

由于化工生产中，介质通常具有较高的压力，故化工容器痛常为压力容器。

化工容器一般由筒体、封头、支座、法兰及各种开孔所组成.

1）筒体筒体是化工设备用以储存物料或完成传质、传热或化学反应所需要的工作空间，是化工容器最主要的受压元件之一，其内直径和容积往往需由工艺计算确定。

圆柱形筒体（即圆筒）和球形筒体是工程中最常用的筒体结构。

2）封头根据几何形状的不同，封头可以分为球形、椭圆形、碟形、球冠形、锥壳和平盖等几种，其中以椭圆形封头应用最多。

封头与筒体的连接方式有可拆连接与不可拆连接（焊接）两种，可拆连接一般采用法兰连接方式。

3）密封装置化工容器上需要有许多密封装置，如封头和筒体间的可拆式连接，容器接管与外管道间可拆连接以及人孔、手孔盖的连接等，可以说化工容器能否正常安全地运行在很大程度上取决于密封装置的可靠性。

4）开孔与接管化工容器中，由于工艺要求和检修及监测的需要，常在筒体或封头上开设各种大小的孔或安装接管，如人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开孔。

5）支座化工容器靠支座支承并固定在基础上。

随安装位置不同，化工容器支座分立式容器支座和卧式容器支座两类，其中立式容器支座又有腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座四种。

大型容器一般采用裙式支座。

卧式容器支座有支承式、鞍式和圈式支座三种；以鞍式支座应用最多。

而球形容器多采用柱式或裙式支座。

6）安全附件由于化工容器的使用特点及其内部介质的化学工艺特性，往往需要在容器上设置一些安全装置和测量、控制仪表来监控工作介质的参数，以保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。

化工容器的安全装置主要有安全阀、爆破片、紧急切断阀、安全联锁装置、压力表、液面计、测温仪表等。

上述筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座及安全附件等即构成了一台化工设备的外壳。

对于储存用的容器，这一外壳即为容器本身。

对用于化学反应、传热、分离等工艺过程的容器而言，则须在外壳内装入工艺所要求的内件，才能构成一个完整的产品。

叶片向环中心弯，液体分布较为均匀，所以沟流和壁流情况比拉西环好。

开小窗后表面积比拉西环要大，且环内表面得以充分利用，以进行气液传质，而拉西环内表面利用率较低。

操作弹性范围大。

在一般情况下，当同样压降时，处理量比拉西环大50％以上；在同样处理量时，压降可降低，传质效率能提高20％左右。

③、鞍形填料鞍形填料又分弧鞍形和矩鞍形两种。

此种填料常用于吸收操作，处理腐蚀性介质较为适宜，且成本低。

近来，又对矩鞍形填料予以改进。

它是目前瓷制填料中处理量大，效率较高的一种。

2）塔设备喷淋装置在塔顶部装设喷淋装置，可使塔顶引入的液体能沿塔截面均匀分布进入填料层，避免部分填料得不到湿润，降低填料层的有效利用率，影响传质效果。

喷淋装置的类型很多，常用的如下表：

管式喷淋型莲蓬头式盘式溢流式槽式喷淋装置类型反射板式冲击式宝塔式离心式机械式

①管式喷淋器小直径的填料塔（300mm以下）可以采用管式喷淋器，。

该结构的优点是结构简单，缺点是喷淋面积小而且不均匀。

管式喷淋器：

直管；弯管；多孔直管式

对于直径稍大的填料塔（1200mm以下），可以采用多孔环管喷淋器，。

环状管的下面开有小孔，小孔直径为4~8mm，共有3~5排，小孔面积总和约与管截面积相等，环管中心圆直径一般为塔径的60～80％。

这种喷淋器优点是结构简单，制造及安装方便，但缺点是喷淋面积小，不够均匀，而且液体要清洁，否则小孔易堵塞。

②莲蓬头式喷淋器这种结构是应用最普遍的一种喷淋装置，结构简单，喷淋较均匀。

莲蓬头可以作成半球形、碟形或杯形，它悬于填料上方中央处，液体经小孔分股喷出，莲蓬头直径一般为塔径的20～30％，小孔直径为3～15mm，它的安装位置离填料表面此种结构的缺点是容易堵塞，液体分布情况与压头有关，的距离一般约为（0.5～1），所以适用于料液清洁且料液压头不变或变化不大的情况，一般用于直径600mm以下的塔设备。

③溢流型喷淋器盘式分布器是常用的一种溢流型喷淋装置，液体经过进液管加到喷淋盘内，然后从喷淋盘内的降液管溢流，喷淋到填料上。

降液管一般按等边三角形排列，焊接在喷淋盘的分布板上。

④冲击型喷淋器反射板式喷洒器为冲击型的一种，利用液流冲击反射板（可以是平板、凸板或锥形板）以飞溅分布液体。

最简单的结构为平板，液体循中心管流下，冲击后分成液滴并向各方飞溅。

3）液体再分布装置由于工艺条件的要求，需要的填料层总高度较大，当喷淋液体喷到填料表面后，液体有流向塔壁造成“壁流”的倾向，称为“干锥体”现象，使液体分布不均，降低了填料塔的效率。

为避免产生“干锥体”现象，必须在塔结构上采取措施，即沿填料层每隔一段距离，装设液体再分布器，使其在整个高度的填料层内部都得到喷淋液的均匀分布。

分配锥是最简单的一种结构，适用塔径在600~800mm的塔，槽形液体再分配器，器上的通孔是增加气体通过的截面积，使气体通过再分配器时，速度变化不大，该分布器适用塔径600mm以上的塔。

4）填料的支承结构填料的支承结构不但要有足够的强度和刚度，而且须有足够的自由截面积，否则会增大塔的压力降，使在支承处不致首先发生液泛。

在工业填料塔中，最常用的填料支承是栅板，它是用竖扁钢制成，

5）除沫器除沫器是用来捕集夹带在气相中液滴的装置，装在塔内顶部，它能起到保证传质效率，降低物料损失，改善塔后压缩机或真空泵的操作状况以及减少对环境污染的作用。

小型除沫器

常见的除沫器有折板除沫器、填料除沫器及丝网除沫器，其中丝网除沫器采用最多，它适用于分离5微米的液滴，其除沫率可达99%。

丝网由一定规格编织成的丝网带卷制成盘状物，再用支承板加以固定，丝网带可用金属或非金属材料制成，丝网支承栅板的自由截面积应大于90%。

适用于洁净气体。

若在气液中含有粘结物时，则易堵塞网孔，影响塔的正常操作。

三、板式塔

板式塔因空塔速度比填料塔高，所以生产强度比填料塔大。

板式塔的塔板结构有多种，它是决定塔特性的主要因素。

1、塔板的主要部件有：

1）降液管降液管的作用是使液体由上一层塔板流到下一层塔板。

2）出口堰出口堰具有维持板上液层高度及使液流均匀的作用。

3）入口堰其作用是使上一层板流入的液体能在板上均匀分布，并减少进入处液体水平冲出。

降液管与下层塔板至入口堰处称为受液盘，这种结构便于液体的侧线抽出。

在低液流量时，仍能造成正液封，具有改变液体流向的缓冲作用。

塔板

塔板有整块式或分块式两种。

（1）整块式塔板此种塔板一般用于塔径小于800mm，人不便进入安装和检修的塔内。

塔体由若干塔节组成，塔节与塔节之间用法兰连接。

塔板与塔板之间用管子支承。

塔板与塔壁间隙用填料来密封。

（2）分块式塔板分块式塔板用于塔径在900mm以上，人可以进入的塔内。

塔体为一焊制整体圆筒，不分塔节，而塔板是分成数块，通过人孔送入塔内，装到焊在塔内壁的塔板固定件上。

为了进行塔内清洗和检修，在塔板中央设置一块内部通道板，通道板应为上、下均可拆的。

塔板上的鼓泡构件型式很多，常用鼓泡构件为泡罩、浮阀等。

下节分别叙述。

（3）泡罩塔板泡罩塔板所用的泡罩有圆形和条形两类，其主要特点是鼓泡元件各具有升气管。

上升气体经升气管由泡罩齿缝吹入液层，两相接触密切，加之板上液层较高，两相接触时间较长，分离效果较好。

但由于气体通过泡罩的路线曲折及液层较高，导致压降及雾沫夹带增高等缺点。

同时，由于塔板上液面梯度较大，气相分布不均，影响传质效率，这也是泡罩结构所造成的。

（4）浮阀塔板及特点

①生产能力大，比泡罩塔板约提高20～40％，与筛板塔相近。

②操作弹性大，在较宽的气速变化范围内，板效率变化较小，其弹性范围（即最大负荷与最小负荷之比）为7～9。

③由于气－液接触状态良好，以及气体为水平方向吹出，雾沫夹带量小，因此塔板效率高，比泡罩塔效率可提高15％左右。

④液面梯度小，蒸汽分配比较均匀，塔板压降比泡罩塔小。

⑤塔板结构简单，安装容易。

浮阀塔板结构与泡罩塔板类同。

操作时气流自下而上吹起浮阀，从浮阀周边水平方向吹入塔板上液层，进行两相接触。

液体则由上一层塔板的降液管流入，经进口堰均布，再横向流过塔板与气相接触传质后，再经溢流堰进入降液管，流入下一层塔板。

五、化工换热设备的结构和分类

1.

化工换热设备是在化工生产过程中即化学反应物中实现热能传递的设备，使热量从温度较高的流体传给另一种温度较低的流体。

在化肥、化工、炼油工业生产中，常常进行着各种不同的换热过程，特别是近年开发的各种化工工艺，充分进行了热能的综合利用，各种型式的高效、节能换热设备不断推出，应用到不同的冷换操作单元中。

例如：

加热或冷却、蒸发或冷凝。

换热设备就是在生产过程即化学反应或物理反应中实现热能传递的设备，使热量从温度较高的流体传给另一种温度较低的流体。

根据生产工艺的不同，为达到热量的充分利用和满足工艺参数，换热设备可以是热交换器（如两流体介质相互换热）、冷凝器（如用水蒸汽冷凝）、加热器（如高温工艺气加热水）、冷却器（如水或液体氨作冷载体）等。

在化工生产中，换热设备不但作为一个单独的化工设备，而且在其他设备中也常附有换热设备或换热部分，如蒸馏设备中的回流冷凝器，蒸发设备中的加热，高低变炉和氨合成塔中触媒的换热等，均为重要的不可缺少的化工操作设备。

2.化工生产流程中，用于汽－液、汽－气、气－气、液－液之间的换热设备，按热量的授受方式可分为、①表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。

表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的热交换器。

②蓄热式换热器是借助于由固体构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，蓄热体与高温流体接触一定时间，接受和储蓄了一定热量，然后与低温流体接触一定时间，把热量释放给低温流体。

蓄热式换热器有用在一段炉对流段上的旋转换热器，回收烟气温度用于预热燃烧空气；还有阀门切换式换热器等。

③流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体热交换器和低温流体之间循环，在高温流体换热器接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。