化工靜設備知識

1、化工設備知識第一節(jié)、化工靜設備基礎知識一、化工靜設備的概念化工靜設備是指化工生產(chǎn)中靜止的或配有少量傳動機構組成的裝置，主要用于完成傳熱、傳質和化學反應等過程，或用于儲存物料。二、化工設備的分類1、按結構特征和用途分為容器、塔器、換熱器、反應器（包括各種反應釜、固定床或液態(tài)化床）和管式爐等。2、按結構材料分為金屬設備（碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鋁、銅等）、非金屬設備（陶瓷、玻璃、塑料、木材等）和非金屬材料襯里設備（襯橡膠、塑料、耐火材料及搪瓷等）其中碳鋼設備最為常用。3、按受力情況分為外壓設備（包括真空設備）和內(nèi)壓設備，內(nèi)壓設備又分為常壓設備（操作壓力小于0.1Mpa）、低壓設備（操作壓力在0.1 1

2、.6Mpa之間）、中壓設備（操作壓力在1.6 10Mpa之間）、高壓設備（操作壓力在 10100Mpa之間）和超高壓設備（操作壓力大于100Mpa）.三、化工容器化工容器一般由筒體、封頭、支座（基本件）、接管、法蘭（對外連接件）、人孔、手孔、液面計（附件）以及一些內(nèi)構件等零部件組成。1筒體、封頭：就如同房子四周的墻，它是構成容器空間的主要部件（屬主要受壓元件）。殼體按形狀的不同，可以分為圓筒殼體、圓錐殼體、球殼體、橢圓殼體、矩形殼體等。而封頭有橢圓形封頭、半球形封頭、碟形封頭、錐形封頭及平板封頭等。2接管：是介質進出容器的通道。3法蘭：是容器及接管的可拆連接裝置，分為設備法蘭和管法蘭（屬主要受

3、壓元件）。4支座：是用于支承容器的部件。5人孔、 手孔：是為便于制造、 檢驗和維護管理而設置的部件（屬主要受壓元件）。6液面計：用于觀察或監(jiān)控液位的部件（屬安全附件，此外還有安全閥、壓力表等）。2、化工容器的分類：容器的分類方法很多，可以按生產(chǎn)過程中的作用原理分，也可以按容器形狀、承壓性質、結構材料、設計壓力高低及安全監(jiān)察要求分。按材料分類：金屬容器、非金屬容器、復合材料容器等 . 按容器形狀分類：矩形容器、球形容器、圓筒形容器等。按承壓性質分類：內(nèi)壓容器和外壓容器兩種。（ 1）外壓容器是指容器外部壓力大于內(nèi)部壓力的情況，特別地，當外壓為常壓時的外壓容器，又稱為真空容器。（ 2）內(nèi)壓容器是指容

4、器內(nèi)部的壓力大于外部壓力的容器。按設計壓力高低分類：內(nèi)壓容器按其設計壓力高低，可分為：低壓容器、中壓容器、高壓容器、超高壓容器容器分類設計壓力 (Mpa)低壓容器0.1P1.6中壓容器1.6P10高壓容器10P100超高壓容器P100按照在生產(chǎn)過程中的作用原理分類：反應容器、換熱容器、分離容器和儲存容器四種（ 1）反應容器：完成介質的物理、化學反應。如：合成塔、反應釜、聚合釜、反應器、發(fā)生器等。（ 2）換熱容器：完成介質的熱量交換。如：熱交換器、加熱器、冷卻器、冷凝器、廢熱鍋爐等。（ 3）分離容器：完成介質的壓力平衡和氣體凈化等。如：分離器、過濾器、緩沖器、洗滌器、吸收塔等。（ 4）儲存容器：

5、盛裝生產(chǎn)生活用的原料氣體、液體、液化氣體等。如：各種貯槽、貯罐、高位槽、槽車等。四、化工塔器設備塔設備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設備之一。它可使氣（或汽）液和液液兩相之間進行緊密接觸，達到相際傳質及傳熱的目的?？稍谒O備中完成的常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質和傳熱的增濕、減濕等。這些過程都是在一定的壓力、溫度、流量等工藝條件下，在一定的設備內(nèi)完成的。由于其過程中兩種介質主要發(fā)生的是質的交換，所以也將實現(xiàn)這些過程的設備叫傳質設備； 從外形上看這些設備都是豎直安裝的圓筒形容器，且長徑比較大，形如“塔”，

6、故習慣上稱其為塔設備。塔設備的分類及一般構造隨著煉油、化工生產(chǎn)工藝的不斷改進和發(fā)展，與之相適應的塔設備也形成了形式繁多的結構和類型，以滿足各種特定的工藝要求。為了便于研究和比較，人們從不同的角度對塔設備進行分類。如按工藝用途分類，按操作壓力分類，也可按其內(nèi)部結構進行分類。1、按操作壓力分為加壓塔、常壓塔和減壓塔。塔設備根據(jù)其完成的工藝操作不同，其壓力和溫度也不相同。但當達到相平衡時，壓力、溫度、氣相組成和液相組成之間存在著一定的函數(shù)關系。在實際生產(chǎn)中，原料和產(chǎn)品的成分和要求是工藝確定的，不能隨意改變，壓力和溫度有選擇的余地，但二者之間是相互關聯(lián)的，如一項先確定了，另一項則只能由相平衡關系求出。

7、從操作方便和設備簡單的角度來說，選常壓操作最好，從冷卻劑的來源角度看，一般宜將塔頂冷凝溫度控制在 3040以便采用廉價的水或空氣作為冷卻劑。 所以塔設備根據(jù)具體工藝要求，設備及操作成本綜合考慮，有時可以在常壓下操作、有時需要在加壓下操作 , 有時還需要減壓操作。2、按塔的內(nèi)件構成結構分為板式塔和填料塔。塔設備盡管其用途各異，操作條件也各不相同，但就其構造而言都大同小異，主要由塔體、支座、內(nèi)部構件及 附件組成。根據(jù)塔內(nèi)部構件的結構可以將其分為板式塔和填料塔兩大類。塔體是塔設備的外殼，由圓筒和兩封頭組成；封頭可以是半球形、橢圓形、碟形等；支座是將塔體安裝在基礎上的連接部分，一般采用裙式支座，有圓筒

8、形和圓錐形兩種，常采用圓筒形。裙座與塔體采用對接銲接或搭接焊接連接，裙座的高度由工藝要求的附屬設備（如再沸器、泵）及管線的布置情況而定。2、填料塔填料塔是化學工業(yè)中最常用的氣液傳質設備之一，在塔內(nèi)設置填料使氣液兩相能夠達到良好傳質所需的接觸面積。填料塔具有結構簡單，便于用耐腐蝕材料制造，適應性較好。填料塔廣泛的應用在蒸餾、吸收和解吸操作，而在大型裝置中，填料塔的使用范圍正在擴大。六十年代后期，直徑超過 3米的填料塔已十分普遍。目前，填料塔不僅可以大型化，而且在某些方面超過了板式塔的規(guī)模。所以，近代化學、石油工業(yè)中，填料塔的地位變得日益重要。近來，由于塔內(nèi)采用接觸面積較大的矩鞍型或聚丙烯鮑爾環(huán)填

9、料，經(jīng)實踐證明，已克服大型填料塔的不足，顯示出效率高，處理量大，壓力降小等優(yōu)點。填料塔結構：1支座； 2液體出口； 3填料支承； 4卸料孔； 5塔體；6填料； 7液體再分布器； 8噴淋裝置1）塔體塔體是塔設備的主要部件， 大多數(shù)塔體是等直徑、 等壁厚的圓筒體，頂蓋以橢圓形封頭為多。塔體材質常采用的有：鑄鐵、碳素鋼、低合金鋼、不銹耐酸鋼（復層、襯里）等。2）塔體支座塔設備常采用裙式支座。它應當具有足夠的強度和剛度，來承受塔體操作重量、風力、地震等引起的載荷。塔體支座的材質常采用碳素鋼，也有采用鑄鐵的。?3）塔體附件 ?接管；人孔和手孔；吊耳；吊柱；平臺和爬梯。3、常用填料的特性拉西環(huán)拉西環(huán)使用歷

10、史悠久，各種參數(shù)比較完整；設計與操作經(jīng)驗豐富，外形簡單、制造方便；取材容易、造價低廉，適用于非金屬耐腐蝕材料制造等優(yōu)點。但拉西環(huán)由于表面積利用率低， 因而使塔的生產(chǎn)能力降低，阻力較大，加上自身的形狀決定了它溝流和壁流嚴重，使氣液分布不均勻，氣液接觸不良。鮑爾環(huán)鮑爾環(huán)除鋼制外，還有用陶瓷和塑料制成的。具有如下優(yōu)點：對于同樣的空隙率而言，阻力比拉西環(huán)小，因而可提高氣速，生產(chǎn)能力可以提高。由于小窗葉片向環(huán)中心彎，液體分布較為均勻，所以溝流和壁流情況比拉西環(huán)好。開小窗后表面積比拉西環(huán)要大，且環(huán)內(nèi)表面得以充分利用，以進行氣液傳質，而拉西環(huán)內(nèi)表面利用率較低。操作彈性范圍大。在一般情況下，當同樣壓降時，處理

11、量比拉西環(huán)大 50以上；在同樣處理量時，壓降可降低，傳質效率能提高 20左右。鞍形填料鞍形填料又分弧鞍形和矩鞍形兩種。此種填料常用于吸收操作，處理腐蝕性介質較為適宜，且成本低。近來，又對矩鞍形填料予以改進。它是目前瓷制填料中處理量大，效率較高的一種2）塔設備噴淋裝置在塔頂部裝設噴淋裝置， 可使塔頂引入的液體能沿塔截面均勻分布進入填料層，避免部分填料得不到濕潤，降低填料層的有效利用率，影響傳質效果。噴淋裝置的類型很多，常用的如下表：管式、噴淋型、蓮蓬頭式、盤式、溢流式、槽式、3）填料的支承結構填料的支承結構不但要有足夠的強度和剛度，而且須有足夠的自由截面積，否則會增大塔的壓力降，使在支承處不致首

12、先發(fā)生液泛。4）除沫器除沫器是用來捕集夾帶在氣相中液滴的裝置，裝在塔內(nèi)頂部，它能起到保證傳質效率，降低物料損失，改善塔后壓縮機或真空泵的操作狀況以及減少對環(huán)境污染的作用。常見的除沫器有折板除沫器、填料除沫器及絲網(wǎng)除沫器，其中絲網(wǎng)除沫器采用最多，它適用于分離5微米的液滴，其除沫率可達99%。絲網(wǎng)由一定規(guī)格編織成的絲網(wǎng)帶卷制成盤狀物，再用支承板加以固定，絲網(wǎng)帶可用金屬或非金屬材料制成， 絲網(wǎng)支承柵板的自由截面積應大于 90%。適用于潔凈氣體。若在氣液中含有粘結物時，則易堵塞網(wǎng)孔，影響塔的正常操作。二）板式塔板式塔因空塔速度比填料塔高，所以生產(chǎn)強度比填料塔大。板式塔的塔板結構有多種，它是決定塔特性的

13、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體由上一層塔板流到下一層塔板。2）出口堰出口堰具有維持板上液層高度及使液流均勻的作用。3）入口堰其作用是使上一層板流入的液體能在板上均勻分布，并減少進入處液體水平?jīng)_出。降液管與下層塔板至入口堰處稱為受液盤，這種結構便于液體的側線抽出。在低液流量時，仍能造成正液封，具有改變液體流向的緩沖作用。4）塔板塔板有整塊式或分塊式兩種。（ 1）整塊式塔板此種塔板一般用于塔徑小于 800mm，人不便進入安裝和檢修的塔內(nèi)。塔體由若干塔節(jié)組成，塔節(jié)與塔節(jié)之間用法蘭連接。塔板與塔板之間用管子支承。塔板與塔壁間隙用填料來密封。（ 2）分塊式塔

14、板分塊式塔板用于塔徑在 900mm以上，人可以進入的塔內(nèi)。塔體為一焊制整體圓筒，不分塔節(jié)，而塔板是分成數(shù)塊，通過人孔送入塔內(nèi)，裝到焊在塔內(nèi)壁的塔板固定件上。為了進行塔內(nèi)清洗和檢修，在塔板中央設置一塊內(nèi)部通道板，通道板應為上、下均可拆的。塔板上的鼓泡構件型式很多，常用鼓泡構件為泡罩、浮閥等。下節(jié)分別敘述。（ 3）泡罩塔板泡罩塔板所用的泡罩有圓形和條形兩類， 其主要特點是鼓泡元件各具有升氣管。上升氣體經(jīng)升氣管由泡罩齒縫吹入液層，兩相接觸密切，加之板上液層較高，兩相接觸時間較長，分離效果較好。但由于氣體通過泡罩的路線曲折及液層較高， 導致壓降及霧沫夾帶增高等缺點。 同時，由于塔板上液面梯度較大，氣相

15、分布不均，影響傳質效率，這也是泡罩結構所造成的。（ 4）浮閥塔板及特點生產(chǎn)能力大，比泡罩塔板約提高2040，與篩板塔相近。操作彈性大，在較寬的氣速變化范圍內(nèi)，板效率變化較小，其彈性范圍（即最大負荷與最小負荷之比）為 79。由于氣液接觸狀態(tài)良好，以及氣體為水平方向吹出，霧沫夾帶量小，因此塔板效率高，比泡罩塔效率可提高 15左右。液面梯度小，蒸汽分配比較均勻，塔板壓降比泡罩塔小。 ?塔板結構簡單，安裝容易。浮閥塔板結構與泡罩塔板類同。操作時氣流自下而上吹起浮閥，從浮閥周邊水平方向吹入塔板上液層，進行兩相接觸。液體則由上一層塔板的降液管流入，經(jīng)進口堰均布，再橫向流過塔板與氣相接觸傳質后，再經(jīng)溢流堰進

16、入降液管，流入下一層塔板。五、化工裝置常用換熱設備結構、性能和特點1、板式換熱器的結構及部件性能：板式換熱器的整體結構主要有傳熱板片、密封板條、兩端壓板、固定螺栓、支架、進出口管等部件組成。、傳熱板片傳熱板片是換熱器主要起換熱作用的元件，一般波紋做成人字形，但 A板和 B板人字相反，如圖 120。按照流體介質的不同，傳熱板片的材質也不一樣，大多采用不銹鋼和鈦材制作而成。制作工藝為平板沖壓，大多壓成矩形板片。?、密封板條板式換熱器的泄漏多是因為密封板條壓制錯位或者老化引起的， 所以在開始組裝或者解體時必須選擇合適的密封板條， 以適用流體介質的性能。一般選用乙丙膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠等，然后用 4

17、01號粘結劑粘牢固化后組裝。對于使用的密封板條應有嚴格的技術要求，例如：耐溫、彈性好，抗大氣腐蝕、抗陽光紫外線、抗老化等性能。、端蓋兩端蓋主要是夾緊壓住所有的傳熱板片，保證流體介質不泄漏，一般為碳素，端蓋應平滑，不應有變形、腐蝕、銹蝕等缺陷。、固定螺栓固定螺栓一般是通桿螺紋，預緊螺栓時，一定用力矩扳手，使固定板片的力均勻。螺紋裸露部分，一定用塑料套管保護，防止銹蝕。、支架支架是掛傳換板片的，對于不同型號的換熱器，支架的高度、長度也不一樣，同時，支架下部有和基礎固定的螺栓。吊裝和安裝換熱器時，嚴格選擇吊點，防止支架變形。、進出口管進出口管和兩端壓蓋聯(lián)在一起， 值得注意的是在進出口管內(nèi)襯有橡膠襯套

18、，安裝時不能被外部壓變形，否則很容易造成泄漏。2、常見換熱器介紹1、固定管板式換熱器固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成，結構特點是在殼體中設置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進出口管直接和封頭焊在一起。管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長度設置了若干塊折流板。這種換熱器，管程可以用隔板分成任何程數(shù)。應用極為廣泛。近年來，也有設計開發(fā)出固定管板的撓性管板，即薄管板式換熱器，這是根據(jù)彈性薄圓板理論，在均勻載荷作用下周邊固定支承的圓平板產(chǎn)生的撓度可被看作在管板布管區(qū)的變形， 無論是熱應力還是管殼溫差應力撓性變形薄管板均能承受，它的應用比常規(guī)的固定管板式換熱器更具有優(yōu)點。2、浮頭式換熱器浮頭式換熱器主要由殼體、浮動式封頭管箱、管束等部件組成。它的一端管板固定在殼體與管箱之間，另一端管板可以在殼體內(nèi)自由移動，也就是殼體和管束熱膨脹可自由， 故管束和殼體之間沒有溫差應力。一般浮頭設計成可拆卸結構，使管束可自由地抽出和裝入。2、板式換熱器板式換熱器