化工靜設(shè)備知識(shí)

1、化工設(shè)備知識(shí)第一節(jié)、化工靜設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)一、化工靜設(shè)備的概念化工靜設(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)和化學(xué)反應(yīng)等過程，或用于儲(chǔ)存物料。二、化工設(shè)備的分類1、按結(jié)構(gòu)特征和用途分為容器、塔器、換熱器、反應(yīng)器（包括各種反應(yīng)釜、固定床或液態(tài)化床）和管式爐等。2、按結(jié)構(gòu)材料分為金屬設(shè)備（碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鋁、銅等）、非金屬設(shè)備（陶瓷、玻璃、塑料、木材等）和非金屬材料襯里設(shè)備（襯橡膠、塑料、耐火材料及搪瓷等）其中碳鋼設(shè)備最為常用。3、按受力情況分為外壓設(shè)備（包括真空設(shè)備）和內(nèi)壓設(shè)備，內(nèi)壓設(shè)備又分為常壓設(shè)備（操作壓力小于0.1Mpa）、低壓設(shè)備（操作壓力在0.1 1

2、.6Mpa之間）、中壓設(shè)備（操作壓力在1.6 10Mpa之間）、高壓設(shè)備（操作壓力在 10100Mpa之間）和超高壓設(shè)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(duì)外連接件）、人孔、手孔、液面計(jì)（附件）以及一些內(nèi)構(gòu)件等零部件組成。1筒體、封頭：就如同房子四周的墻，它是構(gòu)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(zhì)進(jìn)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(shè)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(yàn)和維護(hù)管理而設(shè)置的部件（屬主要受壓元件）。6液面計(jì)：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(zhì)、結(jié)構(gòu)材料、設(shè)計(jì)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(fù)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(zhì)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(dāng)外壓為常壓時(shí)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(shè)計(jì)壓力高低分類：內(nèi)壓容器按其設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(yīng)容器、換熱容器、分離容器和儲(chǔ)存容器四種（ 1）反應(yīng)容器：完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)。如：合成塔、反應(yīng)釜、聚合釜、反應(yīng)器、發(fā)生器等。（ 2）換熱容器：完成介質(zhì)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(zhì)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(chǔ)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(shè)備塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。它可使氣（或汽）液和液液兩相之間進(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(zhì)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(shè)備內(nèi)完成的。由于其過程中兩種介質(zhì)主要發(fā)生的是質(zhì)的交換，所以也將實(shí)現(xiàn)這些過程的設(shè)備叫傳質(zhì)設(shè)備； 從外形上看這些設(shè)備都是豎直安裝的圓筒形容器，且長(zhǎng)徑比較大，形如“塔”，

6、故習(xí)慣上稱其為塔設(shè)備。塔設(shè)備的分類及一般構(gòu)造隨著煉油、化工生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)和發(fā)展，與之相適應(yīng)的塔設(shè)備也形成了形式繁多的結(jié)構(gòu)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(duì)塔設(shè)備進(jìn)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(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。1、按操作壓力分為加壓塔、常壓塔和減壓塔。塔設(shè)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(dāng)達(dá)到相平衡時(shí)，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(guān)系。在實(shí)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(guān)聯(lián)的，如一項(xiàng)先確定了，另一項(xiàng)則只能由相平衡關(guān)系求出。

7、從操作方便和設(shè)備簡(jiǎn)單的角度來(lái)說(shuō)，選常壓操作最好，從冷卻劑的來(lái)源角度看，一般宜將塔頂冷凝溫度控制在 3040以便采用廉價(jià)的水或空氣作為冷卻劑。 所以塔設(shè)備根據(jù)具體工藝要求，設(shè)備及操作成本綜合考慮，有時(shí)可以在常壓下操作、有時(shí)需要在加壓下操作 , 有時(shí)還需要減壓操作。2、按塔的內(nèi)件構(gòu)成結(jié)構(gòu)分為板式塔和填料塔。塔設(shè)備盡管其用途各異，操作條件也各不相同，但就其構(gòu)造而言都大同小異，主要由塔體、支座、內(nèi)部構(gòu)件及 附件組成。根據(jù)塔內(nèi)部構(gòu)件的結(jié)構(gòu)可以將其分為板式塔和填料塔兩大類。塔體是塔設(shè)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(chǔ)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(duì)接銲接或搭接焊接連接，裙座的高度由工藝要求的附屬設(shè)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(xué)工業(yè)中最常用的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一，在塔內(nèi)設(shè)置填料使氣液兩相能夠達(dá)到良好傳質(zhì)所需的接觸面積。填料塔具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于用耐腐蝕材料制造，適應(yīng)性較好。填料塔廣泛的應(yīng)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(kuò)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(xué)、石油工業(yè)中，填料塔的地位變得日益重要。近來(lái)，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(shí)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(diǎn)。填料塔結(jié)構(gòu)：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(shè)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(zhì)常采用的有：鑄鐵、碳素鋼、低合金鋼、不銹耐酸鋼（復(fù)層、襯里）等。2）塔體支座塔設(shè)備常采用裙式支座。它應(yīng)當(dāng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，來(lái)承受塔體操作重量、風(fēng)力、地震等引起的載荷。塔體支座的材質(zhì)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(tái)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(shè)計(jì)與操作經(jīng)驗(yàn)豐富，外形簡(jiǎn)單、制造方便；取材容易、造價(jià)低廉，適用于非金屬耐腐蝕材料制造等優(yōu)點(diǎn)。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(yán)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(diǎn)：對(duì)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(jìn)行氣液傳質(zhì)，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(dāng)同樣壓降時(shí)，處理

11、量比拉西環(huán)大 50以上；在同樣處理量時(shí)，壓降可降低，傳質(zhì)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(zhì)較為適宜，且成本低。近來(lái)，又對(duì)矩鞍形填料予以改進(jìn)。它是目前瓷制填料中處理量大，效率較高的一種2）塔設(shè)備噴淋裝置在塔頂部裝設(shè)噴淋裝置， 可使塔頂引入的液體能沿塔截面均勻分布進(jìn)入填料層，避免部分填料得不到濕潤(rùn)，降低填料層的有效利用率，影響傳質(zhì)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(jié)構(gòu)填料的支承結(jié)構(gòu)不但要有足夠的強(qiáng)度和剛度，而且須有足夠的自由截面積，否則會(huì)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(lái)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(zhì)效率，降低物料損失，改善塔后壓縮機(jī)或真空泵的操作狀況以及減少對(duì)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(dá)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(yīng)大于 90%。適用于潔凈氣體。若在氣液中含有粘結(jié)物時(shí)，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(qiáng)度比填料塔大。板式塔的塔板結(jié)構(gòu)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(jìn)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(jié)構(gòu)便于液體的側(cè)線抽出。在低液流量時(shí)，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(jìn)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(lái)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(jìn)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(jìn)行塔內(nèi)清洗和檢修，在塔板中央設(shè)置一塊內(nèi)部通道板，通道板應(yīng)為上、下均可拆的。塔板上的鼓泡構(gòu)件型式很多，常用鼓泡構(gòu)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(diǎn)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(shí)間較長(zhǎng)，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(dǎo)致壓降及霧沫夾帶增高等缺點(diǎn)。 同時(shí)，由于塔板上液面梯度較大，氣相

15、分布不均，影響傳質(zhì)效率，這也是泡罩結(jié)構(gòu)所造成的。（ 4）浮閥塔板及特點(diǎn)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(fù)荷與最小負(fù)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝容易。浮閥塔板結(jié)構(gòu)與泡罩塔板類同。操作時(shí)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(jìn)行兩相接觸。液體則由上一層塔板的降液管流入，經(jīng)進(jìn)口堰均布，再橫向流過塔板與氣相接觸傳質(zhì)后，再經(jīng)溢流堰進(jìn)

16、入降液管，流入下一層塔板。五、化工裝置常用換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)、性能和特點(diǎn)1、板式換熱器的結(jié)構(gòu)及部件性能：板式換熱器的整體結(jié)構(gòu)主要有傳熱板片、密封板條、兩端壓板、固定螺栓、支架、進(jìn)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(zhì)的不同，傳熱板片的材質(zhì)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?yàn)槊芊獍鍡l壓制錯(cuò)位或者老化引起的， 所以在開始組裝或者解體時(shí)必須選擇合適的密封板條， 以適用流體介質(zhì)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(hào)粘結(jié)劑粘牢固化后組裝。對(duì)于使用的密封板條應(yīng)有嚴(yán)格的技術(shù)要求，例如：耐溫、彈性好，抗大氣腐蝕、抗陽(yáng)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(zhì)不泄漏，一般為碳素，端蓋應(yīng)平滑，不應(yīng)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(yù)緊螺栓時(shí)，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(hù)，防止銹蝕。、支架支架是掛傳換板片的，對(duì)于不同型號(hào)的換熱器，支架的高度、長(zhǎng)度也不一樣，同時(shí)，支架下部有和基礎(chǔ)固定的螺栓。吊裝和安裝換熱器時(shí)，嚴(yán)格選擇吊點(diǎn)，防止支架變形。、進(jìn)出口管進(jìn)出口管和兩端壓蓋聯(lián)在一起， 值得注意的是在進(jìn)出口管內(nèi)襯有橡膠襯套

18、，安裝時(shí)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在殼體中設(shè)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(jìn)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(jìn)出口管直接和封頭焊在一起。管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長(zhǎng)度設(shè)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(yīng)用極為廣泛。近年來(lái)，也有設(shè)計(jì)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(wú)論是熱應(yīng)力還是管殼溫差應(yīng)力撓性變形薄管板均能承受，它的應(yīng)用比常規(guī)的固定管板式換熱器更具有優(yōu)點(diǎn)。2、浮頭式換熱器浮頭式換熱器主要由殼體、浮動(dòng)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(dòng)，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(yīng)力。一般浮頭設(shè)計(jì)成可拆卸結(jié)構(gòu)，使管束可自由地抽出和裝入。2、板式換熱器板式換熱器