第一章化工設(shè)備概述

1、化工設(shè)備使用與維護化工設(shè)備使用與維護林 洵第一章 化工設(shè)備概述 第一節(jié) 化工設(shè)備的應用與分類 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 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機構(gòu)組成的裝置，主要用于完成傳熱，傳質(zhì)和化動機構(gòu)組成的裝置，主要用于完成傳熱，傳質(zhì)和化學反應等過程，或用于儲存物料。學反應等過程，或用于儲存物料。氣體、液體、粉體材料成品化工設(shè)備這個過程稱為工藝過程第一節(jié) 化工設(shè)備的應用與分類一、化工設(shè)備在化工生產(chǎn)中的應用 化工設(shè)備是實現(xiàn)化工生產(chǎn)的重要工具，沒有相應的機器和設(shè)備，任何化工生

2、產(chǎn)過程都將無法實現(xiàn)。例一例二 化工設(shè)備不僅應用于化工、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)域也有著廣泛的應用。化工設(shè)備與國家經(jīng)濟建設(shè)有著密切的關(guān)系，對國民經(jīng)濟的發(fā)展有著非常重要的作用。二、化工設(shè)備的類型 流體輸送設(shè)備（泵、鼓風機、壓縮機、配套管件及閥門） 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） 反應設(shè)備（夾套式攪拌反應器） 儲存設(shè)備（立式儲罐、臥式儲罐、球形儲罐）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器間歇式斜板沉降器收污油處理再生器交

3、換樹脂電再生器旋風分離器旋風分離器結(jié)構(gòu)圖離心式鼓風機抽提塔自動轉(zhuǎn)鼓鼓風機三、化工生產(chǎn)對化工設(shè)備的要求1、工藝性能要求（1）達到工藝指標（2）生產(chǎn)效率高、消耗低2、安全性能要求（1）足夠的強度（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)濟性能要求（1）操作、控制、維護簡便（2）結(jié)構(gòu)合理，制造簡單（3）環(huán)境保護要求第二節(jié) 化工設(shè)備常用材料一、金屬材料的力學性能 物理性能：密度、比重、熔點、導熱性、磁性等 使用性能 化學性能：氧化性、還原性等金屬性能 力學性能 工藝性能 試驗：用等長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、會出現(xiàn)什么結(jié)果？為什么？（一）力學性能的相關(guān)概念1、力學性能：金屬在外力作用時表現(xiàn)出來的性能，稱為金屬的力學性能。2、載荷：金屬材料在加工及使用過程中所受到的外力稱載荷。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，稱為金屬的變形。（彈性變形、塑性變形）4、內(nèi)力與應力應力=F/S（二）力學性能的五大指標1、強度：金屬在載荷作用下，抵抗塑性變形或斷裂的能力稱為強度。其大小用應力表示。（1）拉伸實驗 測量抗拉強度 用靜拉力對標準試樣進行軸向拉伸，同時進行連續(xù)測量力和相應的伸長，直至斷裂。在萬能材料實驗機上做拉伸實驗拉伸試驗中記錄的拉伸力對伸長的關(guān)系曲線。曲線包含幾個特殊的階段： 彈

5、性變形階段、屈服階段、強化階段、頸縮階段。(2)強度指標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。 可用硬度試驗機測定，常用的硬度指標有布氏硬度HBW、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和維氏硬度HV。維氏硬度計數(shù)顯布氏硬度計洛氏硬度計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來測定。 試驗時，將試樣放在試驗機兩支座上，。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的位能為mHgmhg，這就是試樣變形和斷裂所消

6、耗的功稱為沖擊吸收功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、疲勞強度：金屬材料抵抗交變載荷作用而不產(chǎn)生破壞的能力稱為疲勞強度。 工程上規(guī)定，材料經(jīng)受相當循環(huán)周次不發(fā)生斷裂的最大應力稱為疲勞極限，以符號-1表示。提高材料疲勞極限的途徑1、設(shè)計方面 盡量使用零件避免交角、缺口和截面突變，以避免應力集中及其所引起的疲勞裂紋。2、材料方面 通常應使晶粒細化，減少材料內(nèi)部存在的夾雜物和由于熱加工不當引起的缺陷。如疏松、氣孔和表面氧化等。3、機械加工方面 要降低零件表面粗糙度值。4、零件表面強化方面

7、 可采用化學熱處理、表面淬火、噴丸處理和表面涂層等，使零件表面造成壓應力，以抵消或降低表面拉應力引起疲勞裂紋的可能性。二、化工設(shè)備常用金屬材料應用材料金屬材料復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、非金屬材料無機材料有機材料陶瓷：主要用做化工設(shè)備，如容器、反應器、塔附件、熱交換器、泵、管道、管件等。搪瓷：反應罐、儲罐、換熱器、蒸發(fā)器、塔和閥門。玻璃：管道或管件、容器、反應器、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、閥門的零件。橡膠：主要用襯里、密封件涂料：保護設(shè)備免遭大氣及酸、堿等介質(zhì)的腐蝕。第三節(jié)、化工設(shè)備的腐蝕與防護一、腐蝕的概念及類型1、定義：材料與其周圍的環(huán)境發(fā)生作用而遭受破壞的現(xiàn)象。（鐵生銹、銅發(fā)綠銹、鋁生白斑點等）2、分類：按腐蝕破壞的特征分為均勻腐蝕

9、和局部腐蝕 按腐蝕機理分為化學腐蝕和電化學腐蝕 (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）應力腐蝕應力腐蝕是金屬材料在拉應力和特定的介質(zhì)共同作用下所遭受的一種破壞形式。（5）化學腐蝕（6）電化學腐蝕二、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)能夠阻滯電化學腐蝕過程，從而減緩金屬的腐蝕，該物質(zhì)稱為緩蝕劑。通過使用緩蝕劑而使金屬得到保護的方法，稱為緩蝕劑保護。按照對電化學腐蝕過程阻滯作用的不同，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材料表面，將被

10、保護材料與腐蝕性介質(zhì)隔開，以達到控制腐蝕的目的。隔離材料有金屬材料和非金屬材料兩大類。 非金屬隔離材料主要有涂料（如涂刷酚醛樹脂）、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、電化學保護 用于腐蝕介質(zhì)為電解質(zhì)溶液，發(fā)生電化學腐蝕的場合，通過改變金屬在電解質(zhì)溶液中的電極電位，以實現(xiàn)防腐。有陰極保護和陽極保護兩種方法。 方法有：犧牲陽極保護法，它是將被保護的金屬與另一電極電位較低的金屬連接起來，形成一個原電池，使被保護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極而被腐蝕。陰極保護是將被保護的金屬作為腐蝕電池的陰極，從而使其不遭受腐蝕。陰極保護的使用已有很長的歷史，在技術(shù)上較為成熟。這種保護方法廣泛用于船舶、地下管道、海水冷卻設(shè)備、油庫以及鹽類生產(chǎn)設(shè)備的保護；在化工生產(chǎn)中的應用亦逐年增多。 另一方法是外加電流保護法，它是將被保護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的金屬隔絕，并與直流電源的陽極相連，從而達到防腐的目的 陽極保護是把被保護設(shè)備接直流電源的陽極，讓金屬表面生成鈍化膜起保護作用。 陽極保護只有當金屬在介質(zhì)中能鈍化時才能應用，且技術(shù)復雜，使用的不多。但從有限的幾個應用實例表明，這是一種保護效果好的防腐

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存的設(shè)備稱為容器。一個筒體和兩個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)測的需要，還設(shè)有各種開孔和接管。如物料進出口，人孔、手孔和壓力表、液面計、安全閥、測溫儀表接管開孔及支座等附屬構(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)備有哪些常用類型？各自的作用是什么？答：1、流體輸送機械（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設(shè)備輸送到另一

13、個設(shè)備，或者使其壓力升高以滿足化工工藝的要求。）；2、加熱設(shè)備（將原料加熱到一定的溫度，使其汽化或為其進行反應提供足夠的熱量。）；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。）；5、反應設(shè)備（完成一定的化學和物理反。）；6、儲存設(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行？ 答：為了提高保證化工設(shè)備安全運行，防止事故發(fā)生，化工設(shè)備應該具有足夠的能力來承受使用壽命內(nèi)可能遇到的各種外來載荷。具體講，就是要求所使用的設(shè)備具有足夠的強度、韌度和剛度，以及良好的密封性和耐腐蝕性。3、什么是材料的強度、剛度、彈性、塑性、韌性、硬度？分別寫了其性能指標。答：強