第一章化工設(shè)備概述

1、化工設(shè)備使用與維護(hù)化工設(shè)備使用與維護(hù)林 洵第一章 化工設(shè)備概述 第一節(jié) 化工設(shè)備的應(yīng)用與分類(lèi) 第二節(jié) 化工設(shè)備常用材料 第三節(jié) 化工設(shè)備的腐蝕與防護(hù) 第四節(jié) 化工工藝設(shè)備的構(gòu)造什么是化工設(shè)備？ 化工設(shè)備是指化工生產(chǎn)中靜止的或配有少量傳化工設(shè)備是指化工生產(chǎn)中靜止的或配有少量傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成的裝置，主要用于完成傳熱，傳質(zhì)和化動(dòng)機(jī)構(gòu)組成的裝置，主要用于完成傳熱，傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)等過(guò)程，或用于儲(chǔ)存物料。學(xué)反應(yīng)等過(guò)程，或用于儲(chǔ)存物料。氣體、液體、粉體材料成品化工設(shè)備這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為工藝過(guò)程第一節(jié) 化工設(shè)備的應(yīng)用與分類(lèi)一、化工設(shè)備在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 化工設(shè)備是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)的重要工具，沒(méi)有相應(yīng)的機(jī)器和設(shè)備，任何化工生

2、產(chǎn)過(guò)程都將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。例一例二 化工設(shè)備不僅應(yīng)用于化工、石油和石油化工，而且在輕工、制藥、食品、環(huán)境、生物、能源、冶金和交通等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用?；ぴO(shè)備與國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)有著密切的關(guān)系，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著非常重要的作用。二、化工設(shè)備的類(lèi)型 流體輸送設(shè)備（泵、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、配套管件及閥門(mén)） 加熱設(shè)備（管式加熱爐） 換熱設(shè)備（加熱器、換熱器、冷凝器、冷卻器、再沸器） 傳質(zhì)設(shè)備（精餾塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔） 反應(yīng)設(shè)備（夾套式攪拌反應(yīng)器） 儲(chǔ)存設(shè)備（立式儲(chǔ)罐、臥式儲(chǔ)罐、球形儲(chǔ)罐）加熱爐各種化工設(shè)備各種化工設(shè)備分鎦塔苯乙烯分餾塔換熱器空氣冷卻器自吸式離心油泵反應(yīng)器間歇式斜板沉降器收污油處理再生器交

3、換樹(shù)脂電再生器旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)圖離心式鼓風(fēng)機(jī)抽提塔自動(dòng)轉(zhuǎn)鼓鼓風(fēng)機(jī)三、化工生產(chǎn)對(duì)化工設(shè)備的要求1、工藝性能要求（1）達(dá)到工藝指標(biāo)（2）生產(chǎn)效率高、消耗低2、安全性能要求（1）足夠的強(qiáng)度（2）良好的韌性（3）足夠的剛度和抗失穩(wěn)能力（4）可靠的密封性（5）良好的抗腐蝕性3、使用和經(jīng)濟(jì)性能要求（1）操作、控制、維護(hù)簡(jiǎn)便（2）結(jié)構(gòu)合理，制造簡(jiǎn)單（3）環(huán)境保護(hù)要求第二節(jié) 化工設(shè)備常用材料一、金屬材料的力學(xué)性能 物理性能：密度、比重、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、磁性等 使用性能 化學(xué)性能：氧化性、還原性等金屬性能 力學(xué)性能 工藝性能 試驗(yàn)：用等長(zhǎng)等粗的一根粉筆和一條橡皮泥掛吊著相同的砝碼，用手指輕彈粉筆和橡皮泥，

4、會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果？為什么？（一）力學(xué)性能的相關(guān)概念1、力學(xué)性能：金屬在外力作用時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的性能，稱(chēng)為金屬的力學(xué)性能。2、載荷：金屬材料在加工及使用過(guò)程中所受到的外力稱(chēng)載荷。3、變形：金屬材料受不同載荷作用而發(fā)生的幾何形狀和尺寸的變化，稱(chēng)為金屬的變形。（彈性變形、塑性變形）4、內(nèi)力與應(yīng)力應(yīng)力=F/S（二）力學(xué)性能的五大指標(biāo)1、強(qiáng)度：金屬在載荷作用下，抵抗塑性變形或斷裂的能力稱(chēng)為強(qiáng)度。其大小用應(yīng)力表示。（1）拉伸實(shí)驗(yàn) 測(cè)量抗拉強(qiáng)度 用靜拉力對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行軸向拉伸，同時(shí)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量力和相應(yīng)的伸長(zhǎng)，直至斷裂。在萬(wàn)能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)上做拉伸實(shí)驗(yàn)拉伸試驗(yàn)中記錄的拉伸力對(duì)伸長(zhǎng)的關(guān)系曲線。曲線包含幾個(gè)特殊的階段： 彈

5、性變形階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、頸縮階段。(2)強(qiáng)度指標(biāo)2、塑性：金屬在斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。3、硬度：材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓縮或劃痕的能力。 硬度越高，耐磨性也就越好。 可用硬度試驗(yàn)機(jī)測(cè)定，常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度HBW、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和維氏硬度HV。維氏硬度計(jì)數(shù)顯布氏硬度計(jì)洛氏硬度計(jì)4、沖擊韌性：金屬材料抵抗沖擊載荷的能力，用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。 試驗(yàn)時(shí)，將試樣放在試驗(yàn)機(jī)兩支座上，。把質(zhì)量為m的擺錘抬到高H，使擺錘具有位能為mHg。擺錘落下沖斷試樣后升至h高度,具有位能為mhg，故擺錘沖斷試樣推動(dòng)的位能為mHgmhg，這就是試樣變形和斷裂所消

6、耗的功稱(chēng)為沖擊吸收功AK，即 AK=mg(H-h) 用試樣的斷口處截面積SN（cm2）去除AK（J）即得到?jīng)_擊韌度，用ak表示，單位為J/cm2. aK=AK/SN5、疲勞強(qiáng)度：金屬材料抵抗交變載荷作用而不產(chǎn)生破壞的能力稱(chēng)為疲勞強(qiáng)度。 工程上規(guī)定，材料經(jīng)受相當(dāng)循環(huán)周次不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力稱(chēng)為疲勞極限，以符號(hào)-1表示。提高材料疲勞極限的途徑1、設(shè)計(jì)方面 盡量使用零件避免交角、缺口和截面突變，以避免應(yīng)力集中及其所引起的疲勞裂紋。2、材料方面 通常應(yīng)使晶粒細(xì)化，減少材料內(nèi)部存在的夾雜物和由于熱加工不當(dāng)引起的缺陷。如疏松、氣孔和表面氧化等。3、機(jī)械加工方面 要降低零件表面粗糙度值。4、零件表面強(qiáng)化方面

7、 可采用化學(xué)熱處理、表面淬火、噴丸處理和表面涂層等，使零件表面造成壓應(yīng)力，以抵消或降低表面拉應(yīng)力引起疲勞裂紋的可能性。二、化工設(shè)備常用金屬材料應(yīng)用材料金屬材料復(fù)合材料非金屬材料鐵和以鐵為基的合金（鋼、鑄鐵、鐵合金）非鐵合金（銅及其合金、鋁及其合金、鉛及其合金）由金屬元素或以金屬元素為主形成的、具有金屬特性的物質(zhì)由兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同組織的材料組合而成的材料除金屬材料和復(fù)合材料以外的所有材料1、碳鋼：以Fe為主，0%2.11%，并含有少量錳、硅、硫、磷等元素的合金。（按鋼的用途、質(zhì)量等級(jí)等，將碳鋼分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼）2、合金鋼：在碳鋼基礎(chǔ)上有目的地加入某些元素所形成的鋼種。3

8、、鑄鐵：C%2.11%的鐵碳合金三、非金屬材料無(wú)機(jī)材料有機(jī)材料陶瓷：主要用做化工設(shè)備，如容器、反應(yīng)器、塔附件、熱交換器、泵、管道、管件等。搪瓷：反應(yīng)罐、儲(chǔ)罐、換熱器、蒸發(fā)器、塔和閥門(mén)。玻璃：管道或管件、容器、反應(yīng)器、泵、熱交換器、隔膜閥塑料：聚氯乙烯（PVC）可制成貯槽、離心泵、閥門(mén)管件。聚四氟乙烯（F-4）可做密封件、耐蝕件如填料、墊片和泵、閥門(mén)的零件。橡膠：主要用襯里、密封件涂料：保護(hù)設(shè)備免遭大氣及酸、堿等介質(zhì)的腐蝕。第三節(jié)、化工設(shè)備的腐蝕與防護(hù)一、腐蝕的概念及類(lèi)型1、定義：材料與其周?chē)沫h(huán)境發(fā)生作用而遭受破壞的現(xiàn)象。（鐵生銹、銅發(fā)綠銹、鋁生白斑點(diǎn)等）2、分類(lèi)：按腐蝕破壞的特征分為均勻腐蝕

9、和局部腐蝕 按腐蝕機(jī)理分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕 (3)縫隙腐蝕在腐蝕性介質(zhì)中，若金屬與金屬或與非金屬之間存在縫隙，則縫隙內(nèi)的介質(zhì)處于滯流狀態(tài)，使縫內(nèi)的材料產(chǎn)生腐蝕。（4）應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕是金屬材料在拉應(yīng)力和特定的介質(zhì)共同作用下所遭受的一種破壞形式。（5）化學(xué)腐蝕（6）電化學(xué)腐蝕二、常用防腐措施1、降低介質(zhì)的腐蝕性 向腐蝕介質(zhì)中添加少量的物質(zhì)，這種物質(zhì)能夠阻滯電化學(xué)腐蝕過(guò)程，從而減緩金屬的腐蝕，該物質(zhì)稱(chēng)為緩蝕劑。通過(guò)使用緩蝕劑而使金屬得到保護(hù)的方法，稱(chēng)為緩蝕劑保護(hù)。按照對(duì)電化學(xué)腐蝕過(guò)程阻滯作用的不同，緩蝕劑分為三種。2、采用耐腐蝕材料 用耐蝕性良好的隔離材料覆蓋在耐蝕性較差的被保護(hù)材料表面，將被

10、保護(hù)材料與腐蝕性介質(zhì)隔開(kāi)，以達(dá)到控制腐蝕的目的。隔離材料有金屬材料和非金屬材料兩大類(lèi)。 非金屬隔離材料主要有涂料（如涂刷酚醛樹(shù)脂）、塊狀材料村里（如襯耐酸磚）、塑料或橡膠襯里（如碳鋼內(nèi)襯氟橡膠）等。 金屬隔離材料有銅（如鍍銅）、鎳（如化學(xué)鍍鎳）、鋁（如噴鋁）、雙金屬（如鋼上壓上不銹鋼板）、金屬襯里（碳鋼上襯鉛）等。3、電化學(xué)保護(hù) 用于腐蝕介質(zhì)為電解質(zhì)溶液，發(fā)生電化學(xué)腐蝕的場(chǎng)合，通過(guò)改變金屬在電解質(zhì)溶液中的電極電位，以實(shí)現(xiàn)防腐。有陰極保護(hù)和陽(yáng)極保護(hù)兩種方法。 方法有：犧牲陽(yáng)極保護(hù)法，它是將被保護(hù)的金屬與另一電極電位較低的金屬連接起來(lái)，形成一個(gè)原電池，使被保護(hù)金屬作為原電池的陰極而免遭腐蝕，電極電

11、位較低的金屬作為原電池的陽(yáng)極而被腐蝕。陰極保護(hù)是將被保護(hù)的金屬作為腐蝕電池的陰極，從而使其不遭受腐蝕。陰極保護(hù)的使用已有很長(zhǎng)的歷史，在技術(shù)上較為成熟。這種保護(hù)方法廣泛用于船舶、地下管道、海水冷卻設(shè)備、油庫(kù)以及鹽類(lèi)生產(chǎn)設(shè)備的保護(hù)；在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用亦逐年增多。 另一方法是外加電流保護(hù)法，它是將被保護(hù)的金屬與一直流電源的陰極相連，而將另一金屬片與被保護(hù)的金屬隔絕，并與直流電源的陽(yáng)極相連，從而達(dá)到防腐的目的 陽(yáng)極保護(hù)是把被保護(hù)設(shè)備接直流電源的陽(yáng)極，讓金屬表面生成鈍化膜起保護(hù)作用。 陽(yáng)極保護(hù)只有當(dāng)金屬在介質(zhì)中能鈍化時(shí)才能應(yīng)用，且技術(shù)復(fù)雜，使用的不多。但從有限的幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例表明，這是一種保護(hù)效果好的防腐

12、方法。第四節(jié) 化工設(shè)備的構(gòu)造一、化工容器的結(jié)構(gòu) 在化工生產(chǎn)中一般將單純用于儲(chǔ)存的設(shè)備稱(chēng)為容器。一個(gè)筒體和兩個(gè)封頭組成了圓筒形容器的殼體，除殼體外，由于工藝要求和檢修及監(jiān)測(cè)的需要，還設(shè)有各種開(kāi)孔和接管。如物料進(jìn)出口，人孔、手孔和壓力表、液面計(jì)、安全閥、測(cè)溫儀表接管開(kāi)孔及支座等附屬構(gòu)件。二、典型工藝設(shè)備的結(jié)構(gòu) 化工工藝設(shè)備由殼體、內(nèi)部構(gòu)件、支座、附件等幾大部分組成，不同用途的設(shè)備及其殼體和支座雖然不盡相同，但相差不大。而主要的區(qū)別是內(nèi)部構(gòu)件和附件不同。課后思考題1、化工設(shè)備有哪些常用類(lèi)型？各自的作用是什么？答：1、流體輸送機(jī)械（將原料、成品及半成品，包括水和空氣等各種液體和氣體從一個(gè)設(shè)備輸送到另一

13、個(gè)設(shè)備，或者使其壓力升高以滿(mǎn)足化工工藝的要求。）；2、加熱設(shè)備（將原料加熱到一定的溫度，使其汽化或?yàn)槠溥M(jìn)行反應(yīng)提供足夠的熱量。）；3、換熱設(shè)備（將熱量從高溫流體傳給低溫流體，以達(dá)到加熱、冷凝、冷卻的目的，并從中回收熱量，節(jié)約燃料）；4、傳質(zhì)設(shè)備（利用物料之間某些物理性質(zhì)，將處于混合狀態(tài)的物質(zhì)中的某些組分分離出來(lái)。）；5、反應(yīng)設(shè)備（完成一定的化學(xué)和物理反。）；6、儲(chǔ)存設(shè)備（盛裝生產(chǎn)用的原料氣、液體、液化氣等物料）2、化工設(shè)備怎樣才能做到安全可靠地運(yùn)行？ 答：為了提高保證化工設(shè)備安全運(yùn)行，防止事故發(fā)生，化工設(shè)備應(yīng)該具有足夠的能力來(lái)承受使用壽命內(nèi)可能遇到的各種外來(lái)載荷。具體講，就是要求所使用的設(shè)備具有足夠的強(qiáng)度、韌度和剛度，以及良好的密封性和耐腐蝕性。3、什么是材料的強(qiáng)度、剛度、彈性、塑性、韌性、硬度？分別寫(xiě)了其性能指標(biāo)。答：強(qiáng)