化工生產(chǎn)單元操作設(shè)備簡介.doc

第三節(jié) 化工裝置基礎(chǔ)與日常運(yùn)行化工生產(chǎn)過程中，化工裝置的正常運(yùn)行和安全生產(chǎn)是重中之重。任何化工生產(chǎn)裝置都有與之相應(yīng)的操作規(guī)程，以指導(dǎo)、組織和管理生產(chǎn)。“三傳一反”精辟概括了化工生產(chǎn)過程的本質(zhì)?！叭齻鳌敝富瘜W(xué)工業(yè)中遵循共同的物理變化規(guī)律的三大基本單元操作，即動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞過程；“一反”指化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，將若干單元有機(jī)組合起來，就構(gòu)成了完整的化工生產(chǎn)過程。下面將簡單介紹一些“三傳一反”中的典型化工裝置及日常運(yùn)行和操作。一、流體輸送裝置流體輸送裝置主要包括液體輸送裝置和氣體的壓縮與輸送裝置。1.液體輸送裝置液體輸送裝置統(tǒng)稱泵。根據(jù)泵的工作原理和結(jié)構(gòu)特征可劃分為動力式泵、容積式泵、流體作用泵和其他類型泵等。動力式泵也稱葉片式泵，包括離心泵、軸流泵和旋渦泵等，此類泵的壓頭隨流量而變；容積式泵也稱正位移泵，包括往復(fù)泵、隔膜泵、齒輪泵和螺桿泵等，此類泵的壓頭幾乎與流量無關(guān)；流體作用泵是利用一種流體的作用來產(chǎn)生壓力或真空環(huán)境，從而輸送另一種流體的裝置，如酸蛋、噴射泵、水錘泵和空氣升液器等。（1）離心泵離心泵是典型的動力式泵，在化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。離心泵的結(jié)構(gòu)離心泵的名稱很形象，它是依靠離心力作用來輸送流體的。圖1- 離心泵的結(jié)構(gòu)離心泵的主要構(gòu)件有：葉輪、泵殼、軸封和泵軸等，見圖1-葉輪是離心泵中能量傳遞的部件，它的作用是將原動機(jī)的機(jī)械能傳遞給被輸送的液體，以增加液體的靜壓能和動能。離心泵的葉輪可分為閉式、半閉式和開式三種，如圖1- 所示。目前，大多數(shù)離心泵采用閉式葉輪，半開式和開式葉輪常用語輸送含有雜質(zhì)的液體。圖1- 離心泵葉輪的類型泵殼也稱蝸殼，是離心泵的能量轉(zhuǎn)化裝置，它的作用是將葉輪提供的動能轉(zhuǎn)化為靜壓能，并將葉輪甩出的液體收集起來導(dǎo)向泵的出口管或下一級葉輪。圖1- 離心泵的工作原理軸封是用來封閉泵軸穿出泵殼處的間隙，以防止外界空氣進(jìn)入泵殼，或阻止泵內(nèi)的高壓液體泄漏到泵殼外面。軸封分為填料密封和機(jī)械密封兩種類型，其中機(jī)械密封應(yīng)用廣泛。離心泵的工作原理啟動前準(zhǔn)備：開泵前，先在泵內(nèi)灌滿要輸送的液體（灌泵）。同時關(guān)閉排出管路上的流量調(diào)節(jié)閥（出口閥），待電動機(jī)啟動后，再打開出口閥。 泵的排液：啟動后葉輪告訴旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生較強(qiáng)離心力，液體從葉輪中心被拋向外周，以很高的速度流向泵殼，部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能，而以較高壓力從排液口排出。 泵的吸液：當(dāng)泵內(nèi)液體從葉輪中心被拋向葉輪外緣時，在葉輪中心處形成低壓區(qū)，液體在吸入液面與葉輪中心處的壓強(qiáng)差的作用下，沿著吸入管連續(xù)不斷地進(jìn)入葉輪中心。其工作原理如圖1- 所示。離心泵無自吸能力，啟動前需要灌泵，否則會發(fā)生氣縛現(xiàn)象。離心泵的特性曲線及應(yīng)用離心泵的主要參數(shù)有流量、揚(yáng)程（壓頭）、軸功率、有效功率、效率和轉(zhuǎn)速等。實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)離心泵的轉(zhuǎn)速一定時，其流量與揚(yáng)程、軸功率和效率之間存在著一定的關(guān)系，這些關(guān)系可以在相應(yīng)的坐標(biāo)中繪制成、和三條曲線（如下頁圖1- ），稱為離心泵的特性曲線。泵的制造商提供的特性曲線是用20的清水實(shí)驗(yàn)測定的，當(dāng)泵輸送的液體與20的清水性質(zhì)不同時，還圖1- 離心泵特性曲線需要進(jìn)行特性換算。曲線是選擇泵和操作泵的主要參考依據(jù)。生產(chǎn)中如果要求的輸出壓頭恒定，則盡量選擇該曲線比較平坦的離心泵。曲線是合理選擇電機(jī)功率和啟動泵的主要參考依據(jù)。泵啟動時，為了減小其啟動電流而保護(hù)電機(jī)，應(yīng)該在關(guān)閉泵的排出調(diào)節(jié)閥的情況下啟動電源。曲線是檢查泵的工作性能的依據(jù)。離心泵在該曲線的最高點(diǎn)的工作效率最高，是泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)。選擇電機(jī)的原則是使工作狀態(tài)下的軸功率大于并接近于電機(jī)功率。選擇泵時應(yīng)該綜合考慮上述三條曲線，使泵的實(shí)際工作狀態(tài)最佳化。離心泵的日常運(yùn)行與操作a了解輸送任務(wù)，如壓力、溫度、流量、吸入和排出高度、參數(shù)變化范圍等，以保證泵的適用；熟悉操作規(guī)程，嚴(yán)格按照操作規(guī)程制定操作計(jì)劃。b檢查各儀表的開車前狀態(tài)，如進(jìn)口這空表和出口壓力表等。c盤車，保證泵能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。d灌泵，同時檢查泵的密封性，通知接料崗位準(zhǔn)備接料。f啟動泵，慢慢打開出口閥，通過流量和壓力等參數(shù)指示，將出口閥調(diào)節(jié)至適當(dāng)開度。g輸送任務(wù)完成后，慢慢關(guān)閉離心泵出口閥，關(guān)閉電機(jī)電源，關(guān)閉進(jìn)口閥。圖1- 多級離心泵h離心泵運(yùn)行過程中，要注意合理的巡檢，如液位、壓力、流量等參數(shù)和有無泄漏及異常聲響等。i離心泵的安裝高度應(yīng)該低于其最大安裝高度，否則會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象或液體不能被上吸。離心泵的流量調(diào)節(jié)可采用經(jīng)典的出口閥調(diào)節(jié)，也可采用現(xiàn)代控制技術(shù)的變頻調(diào)節(jié)。如果要求的壓頭較高，可采用多級離心泵，如圖1- 所示。（2）往復(fù)泵往復(fù)泵是典型的正位移泵。往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)、工作原理和操作方法區(qū)別很大。往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)及工作原理如下頁圖1- 所示，往復(fù)泵由泵缸、活塞、吸入閥、排出閥、活塞桿等組成?；钊宰笙蛴乙苿訒r，泵缸內(nèi)形成負(fù)壓，則貯槽內(nèi)的液體經(jīng)吸入閥進(jìn)入泵缸內(nèi)；當(dāng)活塞自右向左移動時，缸內(nèi)液體受壓而壓力增大，由排出閥排出?；钊鶑?fù)一次，各吸入和排出一次液體，稱為一個工作循環(huán)?；钊梢欢艘浦亮硪欢?，稱為一個沖程。圖1- 往復(fù)泵構(gòu)造和工作原理往復(fù)泵按照往復(fù)部件不同，可分為活塞泵、柱塞泵和隔膜泵等往復(fù)泵的日常運(yùn)行特點(diǎn)與操作注意事項(xiàng)a往復(fù)泵適用于輸送高壓、高粘度和小流量的液體。b往復(fù)泵的流量與壓頭無關(guān)，流量取決于活塞的面積、沖程和往復(fù)頻率，而且瞬時流量不穩(wěn)定。c往復(fù)泵的出口壓力取決于泵的強(qiáng)度、密封情況和原動機(jī)功率等。d往復(fù)泵啟動前應(yīng)嚴(yán)格檢查進(jìn)、出口管路、閥門等，給泵體內(nèi)加入清潔的潤滑油，使泵各運(yùn)動部件保持潤濕。e往復(fù)泵有自吸能力而無需灌泵，但為了避免啟動時的干摩擦，啟動前最好灌泵。f往復(fù)泵運(yùn)行前應(yīng)向機(jī)體內(nèi)加入清潔潤滑油至油窗上的指示刻度。往復(fù)泵運(yùn)行中應(yīng)無異常沖擊聲，進(jìn)出口閥應(yīng)無泄漏，否則停泵檢修。g往復(fù)泵長時間運(yùn)行后應(yīng)進(jìn)行大修，所有零件拆洗重裝。往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)方式為旁路調(diào)節(jié)，絕不能用出口閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。在啟動往復(fù)泵等正位移泵時，先打開出口閥和旁路閥，然后啟動電機(jī)，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求的流量緩慢關(guān)閉旁路閥，以進(jìn)行適當(dāng)?shù)牧髁空{(diào)節(jié)；在停泵時，先打開旁路閥，然后關(guān)閉電機(jī)，再關(guān)閉進(jìn)口閥，最后關(guān)閉出口閥。2、氣體的壓縮裝置壓縮機(jī)壓縮機(jī)是一種用于壓縮氣體，以提高氣體壓力或輸送氣體的裝置。氣體的壓力取決于單位時間內(nèi)氣體分子撞擊單位面積的次數(shù)與強(qiáng)烈程度。（1）離心式壓縮機(jī)離心式壓縮機(jī)因氣體在機(jī)內(nèi)沿徑向流動而得名，就是使氣流不斷增速和減速而彼此擠壓來提高氣體壓力的。離心式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作原理同離心鼓風(fēng)機(jī)（透平）相似,但結(jié)構(gòu)上是多級式的，其級數(shù)可以在十級以上。離心式鼓風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)類似于多級離心泵。離心壓縮機(jī)的工作原理：原動機(jī)帶動壓縮機(jī)主軸葉輪轉(zhuǎn)動，在離心力作用下，氣體被甩到工作輪后面的擴(kuò)壓器中去，而在工作輪中間形成稀薄地帶，前面的氣體從工作輪中間 的進(jìn)汽部份進(jìn)入葉輪，由于工作輪不斷旋轉(zhuǎn)，氣體能連續(xù)不斷地被甩出去，從而保持了氣壓機(jī)中氣體的連續(xù)流動，氣體因離心作用增加了壓力，還可以很大的速度離開工作輪，氣體經(jīng)擴(kuò)壓器逐漸降低了速度，動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，進(jìn)一步增加了壓力。如果一個工作葉輪得到的壓力還不夠，可通過使多級葉輪串聯(lián)起來工作的辦法來 達(dá)到對出口壓力的要求。級間的串聯(lián)通過彎通，回流器來實(shí)現(xiàn)。離心式壓縮機(jī)的級構(gòu)成如下頁圖1- 所示。離心式壓縮機(jī)的基本單元是由一個葉輪和與之相匹配的固定原件構(gòu)成的級。一臺壓縮機(jī)可由若干個缸串聯(lián)而成，每缸又可有若干段，每段可由一個或若干個級組成。 離心式壓縮機(jī)的主要結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子、葉輪、缸體、隔板、密封和軸承等。圖1- 離心式壓縮機(jī)的級構(gòu)成一般離心式壓縮機(jī)的壓力范圍在350以上，工業(yè)用高壓工業(yè)用高壓離心壓縮機(jī)的壓力有1535MPa的，海上油田注氣用的離心壓縮機(jī)壓力有高達(dá)70MPa的。離心式壓縮機(jī)的主要參數(shù)包括流量、排氣壓強(qiáng)、壓縮比、功率和效率等。多級離心式壓縮機(jī)還有中間冷卻或缸內(nèi)冷卻裝置，理論上看，冷卻次數(shù)越多，壓縮過程越接近于等溫壓縮。離心式壓縮機(jī)在運(yùn)行中可能發(fā)生氣動非穩(wěn)定現(xiàn)象，主要有阻塞、喘振和失速現(xiàn)象。阻塞是離心式壓縮機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，流量增加至某個值時，壓縮機(jī)性能急劇惡化而不能繼續(xù)增加流量或提高排氣壓力的現(xiàn)象；喘振是在壓縮機(jī)隨著流量減小到某個值時出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)失速后，更進(jìn)一步出現(xiàn)的非穩(wěn)定工況現(xiàn)象，這里不再詳述。離心式壓縮機(jī)的運(yùn)行注意以下幾點(diǎn)：自控儀表和系統(tǒng)裝置齊全，并逐步確認(rèn)其準(zhǔn)確可靠；機(jī)組缸體和管路完整到位；壓縮機(jī)與工藝管路連線的止逆閥正常無內(nèi)泄，止逆閥出現(xiàn)問題不能使用；啟動前，操作人員應(yīng)按操作規(guī)程對各部位和系統(tǒng)全面檢查、確認(rèn)；對危險氣體壓縮機(jī)，應(yīng)對壓縮機(jī)及相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行氮?dú)庵脫Q。壓縮機(jī)一定在工藝條件允許情況下運(yùn)行，決不可超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)；壓縮機(jī)停機(jī)后的維護(hù)十分重要，否則可能造成再次啟動時發(fā)生事故。（2）往復(fù)式壓縮機(jī)圖1- 往復(fù)式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1- 所示，往復(fù)式壓縮機(jī)屬于容積式壓縮機(jī)，其工作原理類似于往復(fù)泵。目前往復(fù)式壓縮機(jī)主要是活塞式空壓機(jī)為主，而活塞式空壓機(jī)現(xiàn)在主要向中壓及高壓方向發(fā)展，這是離心式壓縮機(jī)目前無法達(dá)到的一個高度。往復(fù)式壓縮機(jī)按照排氣壓力可分為低壓（）、中壓（）、高壓（）和超高壓（）壓縮機(jī)。一般工業(yè)中常用多級往復(fù)式壓縮機(jī)，將幾個氣缸串聯(lián)起來進(jìn)行多級氣體壓縮。氣體在一個氣缸被壓縮后，經(jīng)中間冷卻器、油水分離器，圖1- 多級往復(fù)壓縮示意圖再進(jìn)入另一個氣缸壓縮，連續(xù)地依次經(jīng)過若干個氣缸的壓縮，即達(dá)到要求的最終壓力。壓縮一次稱為一級，連續(xù)壓縮的次數(shù)就是級數(shù)。多級往復(fù)壓縮如圖1- 。往復(fù)式壓縮機(jī)的特點(diǎn)與運(yùn)行：運(yùn)動部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修工作量大，維修費(fèi)用高；壓縮空氣不是連續(xù)排出、有脈動；活塞環(huán)的磨損、氣缸的磨損、皮帶的傳動方式使效率下降很快； 噪音大，且不適應(yīng)連鎖控制和無人值守；往復(fù)式壓縮機(jī)啟動前必須加好潤滑油，打開管路上的出口閥，打開進(jìn)入氣缸夾套的冷卻水閥，檢查自控儀表和安全裝置情況，試運(yùn)轉(zhuǎn)正常后再打開吸入閥進(jìn)氣；經(jīng)常檢查各級進(jìn)、出口閥門的工作情況，檢查壓縮機(jī)的潤滑情況，定期排放各級中間冷卻器、油水分離器中的油、水等；往復(fù)壓縮機(jī)的流量調(diào)節(jié)可用旁路法，也可用變頻器控制轉(zhuǎn)速，還有一些其他方法不再詳述。二、傳熱裝置傳熱裝置即換熱器，是對物料進(jìn)行加熱或冷卻的裝置。傳熱過程的推動力是溫度差，流體在換熱器內(nèi)可以進(jìn)行無相變或有相變的熱量傳遞，如加熱、沸騰、冷卻、冷凝等過程。因此，換熱器按照其用途可以分為加熱器、冷卻器、冷凝器、再沸器和蒸發(fā)器等，它們根據(jù)化工過程中不同的工藝要求，應(yīng)用非常廣泛。換熱器主要是用作控制和調(diào)節(jié)工藝介質(zhì)的溫度，使工藝介質(zhì)發(fā)生相變，或者進(jìn)行熱量的回收。工業(yè)換熱器大多是間壁式，下面介紹列管式換熱器和加熱爐。1、列管式換熱器圖1- 列管式換熱器的構(gòu)造（1）列管式換熱器的構(gòu)造及類型如圖1- 所示，列管式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱（封頭）等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進(jìn)行換熱的冷、熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板，擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強(qiáng)流體湍動程度。圖1- 單殼程四管程列管式換熱器列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了流體流動空間的特點(diǎn)，流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一次稱為一個殼程。上圖就是最簡單的單殼程單管程換熱器。為提高管內(nèi)流體的速度,可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。同樣，為提高管外流體的流速，也可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應(yīng)用。如圖1- 即為單殼程四管程列管式換熱器。由于列管式換熱器管程和殼程內(nèi)流體的溫度不同，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，可能導(dǎo)致管子熱變形而從管板上拉脫或熱斷裂。因此需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力的作用。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施，列管式換熱器可分為： 固定管板式換熱器。管束兩端的管板與殼體聯(lián)成一體，適用于冷熱流體溫度差不大,且殼程不需要機(jī)械清洗的換熱操作。當(dāng)溫度差稍大而殼程壓力又不太高時，可在殼體上安裝有彈性的補(bǔ)償圈，以減小熱應(yīng)力，如上圖1-。 U管換熱器。每根換熱管都是U形，兩端分別固定在同一管板的上下兩區(qū)，借助于封頭內(nèi)的隔板分成進(jìn)、出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，但管程不易清洗。見圖1- a。圖1- U管和浮頭式換熱器浮頭式換熱器。管束一端的管板可自由浮動，完全消除了熱應(yīng)力，且整個管束可從殼體中抽出，管程和殼程均便于機(jī)械清洗和檢修。 見圖1- b。（2）列管式換熱器的參數(shù)和控制原理列管式換熱器的主要控制參數(shù)為流量、進(jìn)出口溫度、傳熱面積和傳熱系數(shù)等，如有壓力操作，壓力的測量與控制也是重點(diǎn)。換熱器操作的最終目的是控制流體的溫度和流量，并設(shè)法強(qiáng)化傳熱過程?？衫脽崃亢馑汴P(guān)系式來進(jìn)行溫度和載熱體流量的控制。如工業(yè)換熱利用水蒸氣作為熱流體對冷流體就行加熱。= （1-）式中 傳熱速率，W； 、熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s； 水蒸汽在其工作條件下的冷凝潛熱，J/kg； 冷流體的進(jìn)、出口溫度，。例如，可根據(jù)所測量的冷流體進(jìn)口溫度和設(shè)定的目標(biāo)出口溫度，流量及定性溫度下的比熱容來計(jì)算水蒸汽用量，前提是先設(shè)定水蒸汽的壓力，在這個壓力下查取蒸汽對應(yīng)的冷凝潛熱，可得： （1-）而列管式換熱器的傳熱系數(shù) （1-）式中K總傳熱系數(shù)，；Q傳熱速率，W；傳熱推動力平均溫差，；A傳熱壁面的面積，m2。對列管換熱器： 式中列管換熱器的管數(shù)；列管的外徑，m；列管的長度，m。換熱器在實(shí)際工作狀態(tài)中，若忽略熱其損失，則認(rèn)為熱流體的放熱等于冷流體的吸熱，也等于換熱器的傳熱速率。（3）換熱器的日常運(yùn)行原則吹掃時應(yīng)盡可能避免對有涂層的設(shè)備進(jìn)行吹掃，工藝上確實(shí)避免不了，應(yīng)嚴(yán)格控制吹掃溫度，以免造成涂層破壞。開、停車過程中，換熱器應(yīng)緩慢升溫和降溫，避免造成壓差過大和熱沖擊，同時應(yīng)遵循停工時“先熱后冷”即先退熱介質(zhì)，再退冷介質(zhì)；開工時“先冷后熱”，即先進(jìn)冷介質(zhì)，后進(jìn)熱介質(zhì)。在開工前應(yīng)確認(rèn)螺紋鎖緊環(huán)式換熱器系統(tǒng)通暢，避免管板單面超壓。認(rèn)真檢查設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，嚴(yán)禁超溫、超壓。保持保溫層完好。操作人員應(yīng)嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程，定時對換熱設(shè)備進(jìn)行巡回檢查。應(yīng)經(jīng)常對管、殼程介質(zhì)的溫度及壓降進(jìn)行檢查，分析換熱器的泄漏和結(jié)垢情況。在壓降增大和傳熱系數(shù)降低超過一定數(shù)值時，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)和換熱器的結(jié)構(gòu)，選擇有效的方法進(jìn)行清洗。應(yīng)經(jīng)常檢查換熱器的振動情況。在操作運(yùn)行時，有防腐涂層的冷換設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格控制溫度，避免涂層損壞。有蒸汽作為冷、熱流體之一的傳熱操作中，要及時排放不凝性氣體來強(qiáng)化傳熱，還要及時排放冷凝水。（4）列管式換熱器操作的流體流道選擇對固定管板式換熱器，不潔凈和易結(jié)垢流體宜走管程，因管內(nèi)清洗較方便；腐蝕性流體宜走管程，以免管束與殼體同時受腐蝕；壓力高的流體宜走管程，以免殼體承受壓力；飽和蒸汽宜走殼程，因蒸汽冷凝傳熱系數(shù)與流速無關(guān)但冷凝液容易排出；若兩流體溫度差較大,選用固定管板式換熱器時，宜使傳熱分系數(shù)大的流體走殼程，以減小熱應(yīng)力。2、加熱爐加熱爐是用來給物料或工件加熱的設(shè)備。加熱爐沒有統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，最常見的就是管式加熱爐和蓄熱式加熱爐，按熱源不同可分為燃料加熱爐、電阻加熱爐、感應(yīng)加熱爐、微波加熱爐等。加熱爐的應(yīng)用遍及石油、化工、制藥、冶金、建材、機(jī)械、輕工、電子、材料等諸多領(lǐng)域。（1） 加熱爐的工作原理圖1- 加熱爐工作原理示意圖如圖1- ，以燃料加熱爐加熱原油為例說明加熱爐的工作原理：燃料在加熱爐輻射室（爐膛）中燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔獠⒁运鳛闊彷d體，流向?qū)α魇?，從煙囪排出。待加熱的原油首先進(jìn)入加熱爐對流室爐管，爐管主要以對流方式從流過對流室的煙氣中獲得熱量，這些熱量又以傳導(dǎo)方式由爐管外表面?zhèn)鲗?dǎo)至內(nèi)表面，同時又以對流方式傳遞給管內(nèi)流動的原油。原油由對流室爐管進(jìn)入輻射室爐管，輻射室內(nèi)的燃燒器噴出的火焰主要以輻射方式將熱量的一部分輻射到爐管外表面，另一部分輻射到爐墻上，爐墻再次以輻射方式將熱量輻射至爐管外表面上。這兩部分輻射熱共同作用，使?fàn)t管外表面升溫并與管壁內(nèi)表面形成了溫差，熱量以傳導(dǎo)方式傳遞至管內(nèi)壁，管內(nèi)流動的原油又以對流方式不斷從管內(nèi)壁獲得熱量，便實(shí)現(xiàn)了加熱原油的工藝要求。加熱爐加熱能力的大小取決于火焰的強(qiáng)度（爐膛溫度）、爐管表面積和總傳熱系數(shù)的大小。加熱爐的運(yùn)行參數(shù)主要有爐膛溫度（擋墻溫度）和排煙溫度。爐膛溫度指煙氣離開輻射室而未進(jìn)入對流室的溫度或輻射室擋火墻前的溫度，是加熱爐運(yùn)行的重要參數(shù)。爐膛溫度是保證加熱爐長期安全運(yùn)行的指標(biāo)。排煙溫度指煙氣離開加熱爐最后一組對流受熱面進(jìn)入煙囪的溫度。排煙溫度不應(yīng)過高，否則熱損失大，在保證加熱爐處于負(fù)壓完全燃燒的情況下，應(yīng)降低排煙溫度，但排煙溫度過低，會使對流傳熱溫差降低而增加傳熱面積，加大加熱爐的投資費(fèi)用。排煙溫度的調(diào)節(jié)一般用控制進(jìn)風(fēng)量，即調(diào)整過?？諝庀禂?shù)的辦法。在選擇最合理的排煙溫度時，還應(yīng)考慮低溫腐蝕的影響，使排煙溫度高于燃料燃燒所產(chǎn)生的硫氧化物的酸蒸汽的露點(diǎn)溫度。（2）圓筒形管式加熱爐管式加熱爐的種類繁多，一般常用的多為圓筒形加熱爐和箱式加熱爐。管式爐爐體一般由鋼架及筒體（或箱體）組成，爐內(nèi)襯有耐火材料和隔熱材料。根據(jù)其受熱形式有純輻射式和輻射-對流式。圖1- 圓筒形加熱爐結(jié)構(gòu)圖管式加熱爐的結(jié)構(gòu)如圖1- 所示，圓筒形管式加熱爐大致可以分為底座、燃燒器、輻射室、對流室、煙囪和爐配件等幾部分。爐底由爐底立柱和爐底鋼板組成，起支撐爐子的作用，并使?fàn)t底有一定高度的操作空間，燃燒器置于爐底鋼板下面；輻射室即爐膛，也就是燃燒室，燃燒煙氣通過輻射傳熱方式把熱量傳遞給輻射爐管，煙氣隨后進(jìn)入對流室；煙氣在對流室通過對流傳熱方式將熱量傳遞給對流爐管，隨后通過煙道、煙囪排入大氣；煙囪在對流室頂部，起到排煙和形成抽力的作用；爐配件除燃燒器外，還包括入孔門、看火門、防爆門、煙囪擋板、爐管吊架、掛鉤和除灰器等。影響加熱爐熱效率的因素：加熱爐排煙溫度越高，熱效率越低；過?？諝庀禂?shù)越大，熱效率越低；化學(xué)不完全燃燒損失越大，即排煙中的一氧化碳和氫氣越多，熱效率越低；機(jī)械不完全燃燒損失越大，即排煙中未燒盡碳粒子含量越高，熱效率越低；爐壁散熱損失越大，熱效率越低。加熱爐的運(yùn)行與操作a點(diǎn)火前的檢查：檢查燃料管線閥、爐壁襯里、管吊架和爐管、防爆門等配件、火盆和火嘴、滅火蒸汽接管、各儀表、爐壁、爐膛、控制系統(tǒng)閥等；檢查余熱鍋爐系統(tǒng)，并確認(rèn)在加熱爐系統(tǒng)開工之前煮爐操作已經(jīng)完成；檢查余熱鍋爐系統(tǒng)和空氣預(yù)熱系統(tǒng)，引風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)盤車等。 b. 點(diǎn)火前準(zhǔn)備：空氣預(yù)熱系統(tǒng)各閥關(guān)閉；消防蒸汽引至爐前，消防器材準(zhǔn)備就緒；燃料管線試壓合格，并逐個把火嘴貫通，引燃料至爐前；打開排放大氣閥放空；爐膛測爆合格；煙氣氧分析儀與爐膛壓力測定儀表投用。c. 點(diǎn)火：確認(rèn)點(diǎn)火準(zhǔn)備工作完畢后，按照操作規(guī)程點(diǎn)火。三、氣液傳質(zhì)裝置氣液傳質(zhì)設(shè)備是氣液傳質(zhì)單元操作過程的專用設(shè)備，它必須為氣液傳質(zhì)過程提供所需的一切條件，如氣液接觸面積、氣液混合與分離的接觸場所和空間、溫度和壓力等?；どa(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的氣液傳質(zhì)設(shè)備為塔設(shè)備，主要包括板式塔和填料塔，可根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝要求來選擇塔的類型。塔設(shè)備具有較大的長徑比和物料處理能力，能夠滿足高溫高壓和低溫低壓的各種條件，塔內(nèi)結(jié)構(gòu)各有不同，一般為非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。1、板式塔板式塔由圓筒形塔體和按一定間距水平裝置在塔內(nèi)的若干塔板組成，廣泛應(yīng)用于工業(yè)精餾和吸收分離操作,有些板式塔也用于萃取或作為反應(yīng)器用于氣液相反應(yīng)過程。板式塔主要包括篩板塔、浮閥塔和泡罩塔，下面以精餾為例來介紹篩板塔。圖1- 板式塔的整體結(jié)構(gòu)圖（1）板式塔的結(jié)構(gòu)板式塔的結(jié)構(gòu)如圖1- 所示，板式塔由鋼質(zhì)圓筒及橢圓形封頭構(gòu)成。塔體上還要設(shè)置人孔或手孔、平臺、扶梯、吊柱、保溫圈等。整個塔體由支座（塔裙座）支撐，裙座高度由工藝條件的附屬設(shè)備（如再沸器、泵）及管道的布置決定?？赊D(zhuǎn)動的吊柱設(shè)置在塔頂，用于安裝和檢修時運(yùn)送塔內(nèi)的構(gòu)件。板式塔內(nèi)部除裝有塔板、降液管及各種物料進(jìn)出口接管外，還有許多附屬裝置，如除沫器等。除沫器用于捕集在氣流中的液滴，使用高效的除沫器、對于提高分離效率，改善塔后設(shè)備的操作狀況，回收物料及減少環(huán)境污染等都非常重要。常用有絲網(wǎng)除沫器和折板除沫器。 （2）板式塔的精餾原理精餾單元操作是通過加熱，使均相液體混合物系本身汽化而造成汽、液兩相，在揮發(fā)性差異的驅(qū)動下，使大部分易揮發(fā)組分由液相向氣相傳遞，大部分難揮發(fā)組分由氣相向液相傳遞，是氣、液兩相之間的傳質(zhì)過程，其過程伴隨著動量傳遞和熱量傳遞。精餾是液體多次部分汽化和氣體多次部分冷凝同時進(jìn)行的過程。圖1- 塔內(nèi)氣液流動與塔內(nèi)篩板如圖1- ，一個完整的精餾塔應(yīng)包括精餾段和提餾段。加料板把精餾塔分為兩段，加料板以上的部分完成上升蒸汽的精制，除去其中的重組分，因而稱為精餾段。加料板以下（包括加料板）的部分完成下降液體中重組分的提濃，除去大部分的輕組分，因而稱為提餾段。精餾塔正常工作時，蒸汽由塔底進(jìn)入，與下降的液體進(jìn)行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的輕組分不斷地向蒸氣中轉(zhuǎn)移，蒸汽中的重組分不斷地向下降的液體中轉(zhuǎn)移，蒸汽越接近塔頂，其輕組分濃度越高，而下降的液體越接近塔底，其重組分濃度越高，最終達(dá)到分離目的。塔頂蒸汽最終進(jìn)入冷凝器變?yōu)槔淠?，冷凝液的一部分作為回流液返回精餾塔塔頂，其余部分作為塔頂產(chǎn)品采出。塔底液體的一部分送入再沸器再次沸騰汽化返回塔底，另一部分作為塔底產(chǎn)品采出。（3）篩板塔板上的氣液接觸狀態(tài)圖1- 塔板上的氣液接觸狀態(tài)如圖1- 所示，塔板為氣液接觸和傳質(zhì)與傳熱提供了場所。當(dāng)液體流量一定時，隨著氣速的增加，可以出現(xiàn)四種不同的接觸狀態(tài)。a.鼓泡接觸狀態(tài)：當(dāng)氣速較低時，氣體以鼓泡形式通過液層。由于氣泡的數(shù)量不多，形成的氣液混合物基本上以液體為主，氣液兩相接觸的表面積不大，傳質(zhì)效率很低。b.蜂窩狀接觸狀態(tài)：隨著氣速的增加，氣泡的數(shù)量不斷增加。當(dāng)氣泡的形成速度大于氣泡的浮升速度時，氣泡在液層中累積。氣泡之間相互碰撞，形成各種多面體的大氣泡，板上為以氣體為主的氣液混合物。由于氣泡不易破裂，表面得不到更新，所以此種狀態(tài)不利于傳熱和傳質(zhì)。圖1- 精餾流程示意圖c.泡沫接觸狀態(tài)：當(dāng)氣速繼續(xù)增加，氣泡數(shù)量急劇增加，氣泡不斷發(fā)生碰撞和破裂，此時板上液體大部分以液膜的形式存在于氣泡之間，形成一些直徑較小，擾動十分劇烈的動態(tài)泡沫，在板上只能看到較薄的一層液體。由于泡沫接觸狀態(tài)的表面積大，并不斷更新，為兩相傳熱與傳質(zhì)提供了良好的條件，是一種較好的接觸狀態(tài)。d.噴射接觸狀態(tài)：當(dāng)氣速繼續(xù)增加，由于氣體動能很大，把板上的液體向上噴成大小不等的液滴，直徑較大的液滴受重力作用又落回到板上，直徑較小的液滴被氣體帶走，形成液沫夾帶。此時塔板上的氣體為連續(xù)相，液體為分散相，兩相傳質(zhì)的面積是液滴的外表面。由于液滴回到塔板上又被分散，這種液滴的反復(fù)形成和聚集，使傳質(zhì)面積大大增加，而且表面不斷更新，有利于傳質(zhì)與傳熱進(jìn)行，也是一種較好的接觸狀態(tài)。（4）精餾裝置流程及控制參數(shù)如圖1- 所示，精餾設(shè)備主要包括精餾塔、再沸器和塔頂冷凝器三大部分。再沸器是供給精餾塔熱能的最重要的部分，一般采用立式管殼式換熱器（也有臥式或傾斜式），管內(nèi)走塔釜液，管外走加熱介質(zhì)，一般設(shè)有安全閥，由于其內(nèi)外壓差比較大，一般都有膨脹節(jié)。塔頂冷凝器是供給精餾塔冷量的設(shè)備，一般采用固定管板式或浮頭式換熱器，塔內(nèi)上升蒸汽進(jìn)入冷凝器被冷凝為液體，一部分作為回流液返回至塔頂，一部分作為塔頂產(chǎn)品采出。精餾一般主要控制參數(shù)有進(jìn)料量、進(jìn)料組成、進(jìn)料溫度、塔頂溫度、回流溫度、塔釜溫度、塔（頂）壓力、塔壓差、回流量（或回流比）、塔釜液位和回流罐液位等，也可出現(xiàn)靈敏板溫度。這些控制參數(shù)正常與否，直接決定了產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，尤其是塔頂溫度或靈敏板溫度，直接反映了產(chǎn)品的質(zhì)量狀況。（5）精餾塔運(yùn)行與維護(hù)精餾塔的控制要求主要包括產(chǎn)品質(zhì)量控制、物料平衡控制、能量平衡控制和約束條件控制（精餾塔的操作限度）等。開車準(zhǔn)備：首先試壓、吹掃、試密和置換合格，電氣儀表和公用工程等處于備用狀態(tài)。先用實(shí)物料將塔內(nèi)氮?dú)庵脫Q干凈，然后用氣相物料（也可用氮?dú)猓┏鋲褐敛僮鲏毫Γ龠M(jìn)液體物料。如有需要，進(jìn)行必要的化學(xué)處理。在控制好塔壓的狀態(tài)下進(jìn)行工藝調(diào)節(jié)，將相關(guān)參數(shù)調(diào)整到位。當(dāng)回流罐液位達(dá)到工藝要求時，啟動回流泵建立回流并調(diào)節(jié)工藝要求的穩(wěn)定狀態(tài)。在各工藝條件滿足要求后，開始塔頂和塔釜產(chǎn)品采出。圖1- 填料塔的構(gòu)造根據(jù)產(chǎn)品工藝參數(shù)要求、氣液接觸狀態(tài)和設(shè)備情況進(jìn)行生產(chǎn)控制和調(diào)節(jié)。為了保證精餾塔的正常運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量，可能需要考慮阻聚劑和其他助劑，切換再沸器和加料位置等。2、填料塔填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備。其工作原理和操作運(yùn)行類似于板式塔，下面仍以精餾用塔為例簡介填料塔。填料塔如圖1- 所示，填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承槽，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承槽上，填料的上方安裝填料壓槽，以防止填料被上升氣流吹動。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下；氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。當(dāng)液體沿填料層向下流動時，有逐漸向塔壁集中的趨勢，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應(yīng)造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。因此，當(dāng)填料層較高時，需要進(jìn)行分段，中間設(shè)置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料上。另外，填料塔塔頂也經(jīng)常設(shè)置除沫器。3、填料塔與板式塔的比較填料塔和板式塔都可以用于一般的逆流氣液接觸操作，但它們有區(qū)別。 填料塔操作彈性較小，當(dāng)液體負(fù)荷較小時，填料表面不容易潤濕，傳質(zhì)就效果急劇下降；當(dāng)液體負(fù)荷過大時，則容易產(chǎn)生液泛。但設(shè)計(jì)良好的板式塔，則在這方面優(yōu)于填料塔。板式塔的清洗亦比填料塔方便。填料塔不宜處理易聚合或有懸浮物的物料，但某些板式塔則可以。 當(dāng)塔設(shè)備內(nèi)部有化學(xué)反應(yīng)需要傳熱或生產(chǎn)中需要側(cè)線出料時，填料塔也不如板式塔方便。對于易起泡物系，填料塔更適合，因填料對泡沫有限制和破碎的作用。對于腐蝕性物系，填料塔更適合，因可采用瓷質(zhì)填料。對熱敏性物系宜采用填料塔，因?yàn)樘盍纤?nèi)的滯液量比板式塔少，物料在塔內(nèi)的停留時間短。填料塔的壓降比板式塔小，因而對真空操作更為適宜。當(dāng)塔徑不很大時，填料塔因結(jié)構(gòu)簡單而造價便宜。板式塔的設(shè)計(jì)比填料塔要準(zhǔn)確。四、反應(yīng)器反應(yīng)器是實(shí)現(xiàn)化工反應(yīng)過程的設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)所需的液相單相反應(yīng)過程和液液、氣液、固液、氣固液等多相反應(yīng)過程。反應(yīng)器內(nèi)一般均設(shè)有攪拌器。為了適應(yīng)反應(yīng)器內(nèi)物料的加熱或冷卻需要，可在反應(yīng)器壁處設(shè)置夾套或在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置傳熱部件，也可通過反應(yīng)器的外循環(huán)進(jìn)行換熱。1、反應(yīng)器的分類工業(yè)反應(yīng)器可以按照不同的分類依據(jù)進(jìn)行分類，如操作方式、流動模型和結(jié)構(gòu)類型等。圖1- 反應(yīng)器中的非理想混合流動（1）按操作方式特征分類：間歇反應(yīng)器、連續(xù)流動反應(yīng)器和半間歇反應(yīng)器。（2）按流動模型分類：平推流反應(yīng)器、理想混合流反應(yīng)器和非理想混合流反應(yīng)器。平推流反應(yīng)器的物料在長徑比很大的管式反應(yīng)器中流動時，如果反應(yīng)器每一微元體積里的流體物料以相同的速度向前移動，流體在流動方向上基本不存在返混；理想混合流反應(yīng)器的物料微元與反應(yīng)器內(nèi)原有的物料微元能在瞬間充分混合，反應(yīng)器內(nèi)的個點(diǎn)濃度相等而基本不隨時間而變；大多數(shù)的實(shí)際反應(yīng)器是非理想混合流反應(yīng)器，由于反應(yīng)器中存在死角、溝流、旁路、短路及不均勻的速度分布等原因，使物料流動形態(tài)偏離理想流動。非理想混合流動如圖1- 。（3）按結(jié)構(gòu)類型分類：按照反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)類型與特征，有釜式、管式、床式（如固定床、流化床、氣流床、滴流床、三相流化床、鼓泡淤漿床等）、塔式（如填料塔、板式塔、噴霧塔等）、回轉(zhuǎn)筒式和螺桿擠壓機(jī)式等。如圖1- 。圖1- 工業(yè)常用反應(yīng)器類型2、反應(yīng)器的操作條件應(yīng)器的操作最重要的條件是操作溫度和操作壓力。反應(yīng)器的操作條件直接決定反應(yīng)過程和反應(yīng)結(jié)果。溫度是決定反應(yīng)過程和結(jié)果的主要因素，要使反應(yīng)過程在優(yōu)化條件下進(jìn)行，必須選擇適宜的操作溫度或溫度序列。不同的反應(yīng)要求的壓力也不同，反應(yīng)器可在常壓、加壓或減壓（真空）條件下操作。加壓操作的反應(yīng)器主要用于有氣體參與反應(yīng)的過程，提高操作壓力有利于加速氣相反應(yīng)，對于總物質(zhì)的量減小的氣相可逆反應(yīng)可提高平衡轉(zhuǎn)化率,如合成氨；提高操作壓力還可增加氣體在液體中的溶解度，許多氣液、氣液固反應(yīng)過程采用加壓操作，以提高反應(yīng)速率，如對二甲苯氧化。3、典型反應(yīng)器列舉（1）反應(yīng)釜反應(yīng)釜的構(gòu)造圖1- 反應(yīng)釜構(gòu)造與反應(yīng)釜系統(tǒng)如圖1- 所示，反應(yīng)釜一般屬于全混流反應(yīng)器。一般由鍋體、鍋蓋、攪拌器、夾套、支承及傳動裝置、軸封裝置和溫度、壓力的測量元件及儀表等組成，其材質(zhì)及開孔可根據(jù)工藝要求設(shè)定。反應(yīng)釜的加熱形式有氣加熱、水加熱(或冷卻)、油加熱、電加熱、明火加熱等。夾套形式有夾套型和外半管型，夾套油加熱型都設(shè)有導(dǎo)流裝置。攪拌形式一般有槳式、 錨式、框式、螺條式、刮壁式等；高轉(zhuǎn)速類有分散葉輪式、渦輪式、高剪切式、推進(jìn)器式等。傳動形式有普通電機(jī)、防爆電機(jī)、電磁調(diào)速電機(jī)、 變頻器等。反應(yīng)釜的操作a.檢查所有相關(guān)設(shè)備、管路、儀表和其他輔助系統(tǒng)等。b.檢查公用設(shè)施是否準(zhǔn)備充分，處于備用狀態(tài)。c.加料前先開啟攪拌器，在攪拌裝置正常運(yùn)行條件下，按照工藝要求加料。d.如需夾套蒸汽加熱，先打開回氣閥，再打開進(jìn)氣閥，進(jìn)氣閥操作須緩慢，以使夾套緩慢預(yù)熱逐步升壓，夾套壓力勿超標(biāo)；如需冷卻，先打開回水閥，再打開上水閥。e.嚴(yán)格按照操作規(guī)程控制反應(yīng)釜的溫度和壓力，并注意反應(yīng)