化工设备基础知识.docx
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1、化工设备基础学问第一节、化工静设备基础学问一、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、耐火材料与搪瓷等)其中碳钢设备最为常用。3、按受力状况分为外压设备(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1.kgfCm?)、低压设备(操作压力在116
2、kgfcnr之间)、中压设备(操作压力在16100kgf/cn?之间)、高压设备(操作压力在1001000kgf/cm?之间)和超高压设备(操作压力大于1000kgfcm)三、化工容器结构与分类1、基本结构在化工类工厂运用的设备中,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、精馄塔等;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,形态结构差异很大,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
3、器痛常为压力容器。化工容器一般由筒体、封头、支座、法兰与各种开孔所组成,见图上1。图1-1化工容器的总体结构1一法兰:2一支座;3一封头拼接焊缝;4一封头:5一环焊缝:6补强圈;7一人孔;8一纵焊缝;9一筒体;10压力表;11平安阀;12液面计1)筒体简体是化工设备用以储存物料或完成传质、传热或化学反应所须要的工作空间,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)封头依据几何形态的不同,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行拆连接
4、(焊接)两种,可拆连接般采纳法兰.连接方式。3)密封装置化器上须要有很多密封装置,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与人孔、手孔盖的连接等,可以说化工容器能否正常平安地运行在很大程度上取决于密封装置的牢靠性。4)开孔与接管化工容器中,由于工艺要求和检修与监测的须要,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,以与安装压力表、液面计、平安阀、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
5、一般采纳裙式支座。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。而球形容器多采纳柱式或裙式支座。6)平安附件由于化工容器的运用特点与其内部介质的化学工艺特性,往往须要在容器上设置一些平安装置和测量、限制仪表来监控工作介质的参数,以保证压力容器的运用平安和工艺过程的正常进行。化工容器的平安装置主要有平安阀、爆破片、紧急迫断阀、平安联锁装置、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、支座与平安附件等即构成了一台化工设备的外壳。对于储存用的容器,这一外壳即为容湍本身。对用于化学反应、传热、分别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
6、整的产品。2,分类从不同的角度对化工容器与设备有各种不同的分类方法,常用的分类方法有以下几种。1)按压力等级分按承压方式分类,化工容器可分为内压容器与外压容器。内压容器乂可按设计压力大小分为四个压力等级,具体划分如下:低压(代号1.)容器中压(代号V)容器高压(代号H)容器超高压(代号U)容器0.1MPaWP1.6MPa;1.6MPaWPG0.0MPa:10.0MPap图1-8安排锥图卜9槽形再安排器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1.i1I1.1.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
7、扁钢制成,其结构见图1T0。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与削臧对环境污染的作用。图ITo填料支承结构图1-11小型除沫器常见的除沫器有折板除沫器、填料除沫器与丝网除沫器,其中丝网除沫器采纳最多,它适用于分别5微米的液滴,其除沫率可达99%。丝网由肯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适用于干净气体。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。图171是一种小型除沫器,该结构适用于除沫器直径与塔径相
8、近的状况。若塔体宜径大于100Omm以上时,将实行分块结构型式,便于丝网的安装与检修。(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,它是确定塔特性的主要因素。1、塔板的主要部件塔板的主要部件有: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与使液流匀称的作用。3)入口堰其作用是使上一层板流入的液体能在板上匀称分布,并削减进入处液体水平冲出。降液管与卜.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,具有变更液体流向的缓冲作用。4)塔板塔板有整块式或分块式两种。1)整块
9、式塔板此种塔板一般用于塔径小于80Omm,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90OmnI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,在塔板中心设置一块内部通道板,通道板应为上、卜均可拆的。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
10、入液层,两相接触亲密,加之板上液层较高,两相接触时间较长,分别效果较好。但由于气体通过泡革的路途曲折与液层较高,导致压降与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)浮阀塔板与特点生产实力大,比泡罩塔板约提高2040%,与筛板塔相近。操作弹性大,在较宽的气速变更范围内,板效率变更较小,其弹性范围(即最大负荷与最小负荷之比)为79。由于气一液接触状态良好,以与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。液面梯度小,蒸汽安排比较匀称,塔板压降比泡罩塔小。塔板结构简洁,安装简洁。浮阀塔板结构与泡郎塔板
11、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,特殊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
12、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。依据生产工艺的不同,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,如蒸储设备中的回流冷凝器,蒸发设备中的加热,凹凸变炉和双合成塔中触媒的换热等,均为重要的不行玦少的化工操作设备。化工生产流程中,用于汽一液、汽一气、气一气、液一液之间的换热设备,按热量的授受方式可分为表面式换热器:蓄热式换热器:液体间接式换热器;干脆
13、接触式换热器。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淌,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。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肯定时间,接受和储蓄了肯定热量,然后与低温流体接触肯定时间,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。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
14、,在低温流体换热器把热量释放给低温流体。干脆接触式热交换器是两种流体干脆接触进行换热的设备,例如:冷水塔、气体冷凝器等。另外,换热器按用途还可分为:加热器把流体加热到必要的温度,但加热流体没有发生相的变更。预热器预先加热流体,为后序操作供应标准的工艺参数;过热器用于把流体(工艺气或蒸汽)加热到过热状态;蒸发器用于加热流体,达到沸点以上温度,使其流体蒸发,i般有相的变更。(一)化工装置常用换热设备结构、性能和特点1、管壳式换热器管壳式换热器的类型和优缺点常用的管壳式换热器有固定管板式、浮头式和“U”形管式。固定管板式换热器结构简洁,造价低,制造简洁,管程清洗检修便利。壳程清洗困难,管束制造后有温
15、差应力存在,当冷热两流体的平均温差较大,或壳体和传热管材料热膨胀系数相差较大、热应力超过材质的许用应力时,在壳体上应设膨胀节,由于膨胀节不能承受较大内压,所以换热器光程压力不能太高。固定管板式换热器适用于两种介质温差不大(般应低于30),或温差较大但壳程压力不高的条件。浮头式换热器的优点是壳体和管束的温差不受限制,管束清洗和检修较为便利,管程、壳程均简洁清扫。缺点是结构困难,密封要求较高,一旦泄漏在线处理较为困难。一般在温差较大的化工单元操作中设置浮头式换热器。U形管式换热器,克服了固定管板式和浮头式换热器的缺点,但在U形拐弯处很难清洗干净,更换管子较为困难,特殊是管板中心部的U形管,泄漏后只
16、能堵管,要想更换管子必需从管板处全部切除,造成很大奢侈。U形管换热器适用于两种流体温差较大,且壳程易结垢的条件。管壳式换热器的结构特点i、固定管板式换热器固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成,如图1-12所示。其结构特点是在壳体中设置有管束,管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上,两端管板干脆和壳体焊接在一起,壳程的进出口管干脆焊在壳体上,管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固,管程的进出口管干脆和封头焊在一起。管束内依据换热管的长度设置了若千块折流板。这种换热器,管程可以用隔板分成任何程数“应用极为广泛。近年来,也有设计开发出固定管板的挠性管板,即薄管板式换热器,这是依据
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