第二講-第1章化工設(shè)備結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí).ppt

第1章化工設(shè)備結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí) 換熱器 管殼式換熱器按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為 固定管板式換熱器浮頭式換熱器 型管式換熱器雙重管式換熱器填函式換熱器和雙管板換熱器 固定管板式換熱器 浮頭式換熱器 U型管式換熱器 1 2 4塔設(shè)備 塔設(shè)備有許多種類型 塔設(shè)備是化工 石油化工和煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一 它可使氣液或液液兩相之間進(jìn)行緊密接觸 達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的 可在塔設(shè)備中完成常見(jiàn)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(zhì)和傳熱 精餾原理 PrincipleofRectify 蒸氣由塔底進(jìn)入 與下降液進(jìn)行逆流接觸 兩相接觸中 下降液中的易揮發(fā) 低沸點(diǎn) 組分不斷地向蒸氣中轉(zhuǎn)移 蒸氣中的難揮發(fā) 高沸點(diǎn) 組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移 蒸氣愈接近塔頂 其易揮發(fā)組分濃度愈高 而下降液愈接近塔底 其難揮發(fā)組分則愈富集 達(dá)到組分分離的目的 由塔頂上升的蒸氣進(jìn)入冷凝器 冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進(jìn)入精餾塔中 其余的部分則作為餾出液取出 塔底流出的液體 其中的一部分送入再沸器 熱蒸發(fā)后 蒸氣返回塔中 另一部分液體作為釜?dú)堃喝〕?1 2 4塔設(shè)備 一般可將塔分成填料塔和板式塔兩大類 1 填料塔以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備 1 填料填料塔氣液接觸的元件 填料分成亂堆填料 顆粒填料 和規(guī)整填料兩大類 1 拉西環(huán)拉西環(huán)是工業(yè)上最早使用的一種填料 為外徑與高度相等的圓環(huán) 通常由陶瓷或金屬材料制成 拉西環(huán) 環(huán)拉西環(huán) 2 鮑爾環(huán)鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的壁上開(kāi)一層或兩層長(zhǎng)方形窗口 窗孔的母材兩層交錯(cuò)地彎向環(huán)中心對(duì)接 這種結(jié)構(gòu)使填料層內(nèi)氣 液分布性能大為改善 尤其是環(huán)的內(nèi)表面得到充分利用 3 階梯環(huán)鮑爾環(huán)基礎(chǔ)上改造得出的 環(huán)壁上開(kāi)有窗孔 其高度為直徑的一半 由于高徑比的減少 使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短 減少了阻力 4 弧鞍型表面全部敞口 不分內(nèi)外 液體在表面兩側(cè)均勻流動(dòng) 表面利用率高 流動(dòng)呈弧形 氣體阻力小 但兩面對(duì)稱有重疊現(xiàn)象 容易產(chǎn)生溝流 強(qiáng)度差 易破碎 應(yīng)用較少 5 矩鞍型矩鞍形填料結(jié)構(gòu)不對(duì)稱 堆積時(shí)不重疊 均勻性更高 該填料氣流阻力小 處理能力大 性能雖不如鮑爾環(huán)好 但構(gòu)造簡(jiǎn)單 是一種性能優(yōu)良的填料 6 環(huán)矩鞍兼具環(huán)型 鞍型填料的優(yōu)點(diǎn) 敞開(kāi)的側(cè)壁有利于氣體和液體通過(guò) 減少了填料層內(nèi)滯液死區(qū) 填料層內(nèi)流體孔道增多 使氣液分布更加均勻 傳質(zhì)效率得以提高 一般采用金屬材質(zhì) 機(jī)械強(qiáng)度高 7 球型球體為空心 氣體和液體從其內(nèi)部經(jīng)過(guò) 由于球體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性 填料裝填密度均勻 不易產(chǎn)生空穴和架橋 故氣液分散性能好 常采用塑料材質(zhì) 一般用于特定場(chǎng)合 工程上應(yīng)用較少 8 格柵填料以條狀單元體經(jīng)一定規(guī)則組合而成 其結(jié)構(gòu)隨條狀單元體的形式和組合規(guī)則而變 具有多種結(jié)構(gòu)形式 特點(diǎn)是比表面積較低 主要用于低壓降 大負(fù)荷 防堵的場(chǎng)合 木格柵填料 格里奇格柵填料 9 波紋填料波紋填料是由許多層波紋薄片組成 各片高度相同但長(zhǎng)短不等 搭配組合成圓盤狀 填料波紋與水平方向成45 傾角 相鄰兩片反向重疊使其波紋互相垂直 圓盤填料塊水平放入塔內(nèi) 相鄰兩圓盤的波紋薄片方向互成90 角 金屬絲網(wǎng)波紋填料 金屬孔板波紋填料 10 脈沖填料 是由帶縮頸的中空棱柱形單體 按一定方式拼裝而成的一種規(guī)則填料 脈沖填料組裝后 會(huì)形成帶鎖頸的多孔棱形通道 其縱面流道交替收縮和擴(kuò)大 氣液兩相通過(guò)時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍動(dòng) 在縮頸處 氣速最高 湍動(dòng)劇烈 從而強(qiáng)化傳質(zhì) 在擴(kuò)大段 氣速減到最小 實(shí)現(xiàn)兩相的分離 2 填料支承 填料的支承結(jié)構(gòu)不僅要支承全部濕填料的重量 還必須使上升的氣體能夠順利通過(guò) 因此填料支承除應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度外 還應(yīng)有足夠的截面積 以免在支承處發(fā)生液泛 最常用的填料支承有柵板式和升氣管式 3 液體噴淋裝置 填料塔操作時(shí) 在任一橫截面上保證氣液的均勻分布十分重要 因此 對(duì)液體分布裝置的基本要求是 能均勻分布液體 不易堵塞 氣體通過(guò)時(shí)阻力小 噴淋時(shí)液滴飛濺小 不需要很大的液體壓力 經(jīng)驗(yàn)表明 對(duì)塔徑為0 75m以上的塔 每平方米塔橫截面上應(yīng)有40 50個(gè)噴淋點(diǎn) 對(duì)塔徑在0 75m以下的塔 噴淋點(diǎn)至少應(yīng)為160個(gè) m2 4 液體再分布裝置 為了使液體沿塔截面均勻分布 不論顆粒型或規(guī)整型填料 堆積高度若超過(guò)塔徑的2 6倍 則應(yīng)設(shè)置液體再分布裝置 使向塔壁彌散的液體重新集中于塔截面中部 作用是減小壁流現(xiàn)象 在填料層內(nèi)每隔一定高度設(shè)置液體再分布裝置 對(duì)拉西環(huán)填料 再分布器的距離約為塔徑的2 5 3倍 對(duì)鮑爾環(huán)及鞍形等較好填料約為塔徑的5 10倍 但通常不應(yīng)超過(guò)6m 填料塔用于 塔徑小真空操作易起泡腐蝕性物系熱敏性物系 2 板式塔 板式塔為逐級(jí)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備 它主要由圓柱形殼體 塔板 溢流堰 降液管及受液盤等部件構(gòu)成 根據(jù)塔板結(jié)構(gòu)形式的不同 板式塔可分為泡罩塔 篩板塔 浮閥塔 舌形塔和噴射塔 泡罩塔操作彈性大 效率高 液氣比范圍大 不易堵塞 易于操作 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜 造價(jià)高 壓降大 安裝維修麻煩 篩板塔效率高 處理能力強(qiáng) 壓降小 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造維修方便 但操作彈性稍低于泡罩塔 小孔徑篩板易堵塞 不適宜處理臟的 粘性大的和帶固體粒子的料液 浮閥塔操作彈性大 效率高 處理能力強(qiáng) 壓降小 不易積垢堵塞 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 安裝容易 但其構(gòu)造 生產(chǎn)能力 塔板效率及壓降等略低于篩板塔 舌形塔與泡罩塔相比 塔盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 壓降小 處理能力大 且安裝維修方便 但操作彈性小 塔板效率低 5 填料塔與板式塔的比較 對(duì)于許多逆流氣液接觸過(guò)程 填料塔和板式塔都是可以適用的 設(shè)計(jì)者必須根據(jù)具體情況進(jìn)行選用 填料塔和板式塔有許多不同點(diǎn) 了解這些不同點(diǎn)對(duì)于合理選用塔設(shè)備是有幫助的 1 填料塔操作范圍較小 特別是對(duì)于液體負(fù)荷變化更為敏感 當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí) 填料表面不能很好地潤(rùn)濕 傳質(zhì)效果急劇下降 當(dāng)液體負(fù)荷過(guò)大時(shí) 則容易產(chǎn)生液泛 設(shè)計(jì)良好的板式塔 則具有大得多的操作范圍 2 填料塔不宜于處理易聚合或含有固體懸浮物的物料 而某些類型的板式塔 如大孔徑篩板 泡罩塔等 則可以有效地處理這種物質(zhì) 另外 板式塔的清洗亦比填料塔方便 3 當(dāng)氣液接觸過(guò)程中需要冷卻以移除反應(yīng)熱或溶解熱時(shí) 填料塔因涉及液體均不問(wèn)題而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化 板式塔可方便地在塔板上安裝冷卻盤管 同理 當(dāng)有側(cè)向出料時(shí) 填料塔也不如板式塔方便 4 以前亂堆填料塔直徑很少大于0 5m 后來(lái)又認(rèn)為不宜超過(guò)1 5m 根據(jù)近10年來(lái)填料塔的發(fā)展?fàn)顩r 這一限制似乎不再成立 板式塔直徑一般不小于0 6m 5 關(guān)于板式塔的設(shè)計(jì)資料更容易得到而且更為可靠 因此板式塔的設(shè)計(jì)比較準(zhǔn)確 安全系數(shù)可取得更小 6 當(dāng)塔徑不很大時(shí) 填料塔因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而造價(jià)便宜 7 對(duì)于易起泡物質(zhì) 填料塔更適合 因填料對(duì)泡沫有限制和破碎的作用 8 對(duì)于腐蝕性物質(zhì) 填料塔更適合 因可采用瓷質(zhì)填料 9 對(duì)熱敏性物質(zhì)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(shí)間短 10 填料塔的壓降比板式塔小 因而對(duì)真空操作更為適宜 1 3化工設(shè)備零部件標(biāo)準(zhǔn)化 化工設(shè)備常用零部件 容器 簡(jiǎn)體 封頭 法蘭 人孔 手孔 視孔 攪拌器 密封裝置 聯(lián)接零件 機(jī)械傳動(dòng)件 設(shè)備附件 如支座 接管 液面計(jì) 氣體或液體分布器等 為了便于設(shè)計(jì) 制造及零件的互換 從而提高化工設(shè)備的質(zhì)量 降低成本 各國(guó)已制訂了一系列化工設(shè)備零部件標(biāo)準(zhǔn) 例如 筒體標(biāo)準(zhǔn) GB T9019 2001 GB 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 封頭標(biāo)準(zhǔn) JB T4746 2002 JB 機(jī)電部標(biāo)準(zhǔn) 法蘭標(biāo)準(zhǔn) 管法蘭有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 一個(gè)是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB T9115 2000 另一個(gè)是原化學(xué)工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn) HG T20592 HG T20635 2009 HG 化工部標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)備法蘭標(biāo)準(zhǔn) JB T4701 4703 2000 人孔標(biāo)準(zhǔn) JB T2555 1979 HG T21515 HG T21535 2005等 1 公稱直徑與公稱壓力 1 公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)化的名義直徑 代號(hào)DN 或Dg 表1 1所示卷制壓力容器公稱直徑 化工設(shè)備及零部件標(biāo)準(zhǔn)化的最重要參數(shù)是公稱直徑與公稱壓力 2 公稱壓力 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力等級(jí) 表示管子 法蘭 管件的耐壓程度 記作PN 如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB T1048 2005將管路元件的公稱壓力定為十個(gè)等級(jí) 0 25MPa 0 6MPa 1 0MPa 1 6MPa 2 5MPa 4 0MPa 6 3MPa 10MPa 16MPa 25MPa等 2 筒體 化工設(shè)備中圓筒形容器應(yīng)用最為廣泛 無(wú)論是立式或臥式 其主體一般是由圓筒體和兩個(gè)封頭組成的 筒體有鋼板卷焊而成和取自大口徑無(wú)縫鋼管的兩種 卷板機(jī) 3 封頭 1 封頭形式常見(jiàn)的封頭形式有橢圓形 碟形 球形 錐形和平板封頭等 2 封頭形式的選擇1 一般壓力容器封頭 中 低壓 在條件許可時(shí) 應(yīng)采用受力狀態(tài)好與制造難度不大的橢圓形封頭 2 當(dāng)制造條件較差時(shí)可用碟形或無(wú)折邊球形封頭 但壁厚應(yīng)適當(dāng)加大或采用加固措施 3 錐體封頭 底 一般用于收集固體顆粒或使流體分布均勻的場(chǎng)合 此外 也常用于兩直徑不等設(shè)備的聯(lián)結(jié)過(guò)渡段 變徑段 4 平板封頭一般用作常壓容器的蓋或底 直徑較大時(shí)應(yīng)加固 當(dāng)制造條件較差時(shí) 也可考慮用作小型低壓設(shè)備的封頭 壓力容器上的孔蓋 法蘭蓋等也屬平板封頭 4 法蘭連接 是可拆連接的一種 由于法蘭連接有較好的強(qiáng)度和密封性 使用范圍也較廣 因而在化工企業(yè)中廣泛應(yīng)用 1 工作原理預(yù)緊工況 螺栓力通過(guò)法蘭壓緊面作用到墊片上 使墊片發(fā)生彈性或塑性變形 以填滿法蘭壓緊面上的不平間隙 操作工況 當(dāng)通入介質(zhì)壓力時(shí) 螺栓被拉長(zhǎng) 法蘭壓緊面沿著彼此分離的方向移動(dòng) 墊片的壓縮量減小 墊片產(chǎn)生部分回彈 預(yù)緊密封比壓下降 2 分類 化工設(shè)備用的法蘭有兩類 管法蘭用于管道連接 壓力容器法蘭 或稱設(shè)備法蘭 用于設(shè)備筒體 或封頭 的連接 5 墊片 作用 密封 增大承力面積 鎖緊等作用 類型 按材料有 橡膠板 塑料板 石棉板 石棉橡膠板 纏繞墊片 薄金屬帶與石棉帶一起纏繞成型 金屬片包裹石棉墊片 金屬墊片等 按形狀分有 平面 環(huán)狀 O形環(huán) 波形 齒形 等 纏繞墊片金屬墊片耐油橡膠墊片 普通橡膠墊片適用于溫度低于120 的場(chǎng)合 石棉橡膠板用于對(duì)水蒸汽溫度低于450 對(duì)油類溫度低于350 壓力小于5MPa以下的情況 對(duì)于一般的腐蝕性介質(zhì) 最常用的是耐酸石棉板 在一些重要場(chǎng)合 則可用聚四氟乙烯作墊片材料 纏繞式墊片具有多道密封作用 在溫度 壓力有較大波動(dòng)時(shí)應(yīng)用 6 手孔和人孔 為了便于安裝 檢修或清洗設(shè)備內(nèi)部的裝置 需要在設(shè)備上開(kāi)設(shè)人孔或手孔 7 支座 設(shè)備的支座用來(lái)支承設(shè)備的重量和固定設(shè)備的位置 支座有適用于立式設(shè)備和臥式設(shè)備兩大類 分別按設(shè)備的結(jié)構(gòu)形狀 安裝位置 材料和載荷情況而有多種型式 懸掛式支座 鞍式支座 裙座 腿式支座 作業(yè) 1 1化工容器的主要結(jié)構(gòu)包括哪幾部分 1 2化工容器可分成哪幾類 除了課本介紹的幾種分類方式外 你還知道哪些分類方式 請(qǐng)舉例說(shuō)明 1 3化工生產(chǎn)對(duì)化工設(shè)備的基本要求有哪些 1 4