化工設備基礎知識

1、主講 王松竹二二九年九月九年九月化工設備基礎基礎知識化工設備基礎基礎知識模塊一模塊一 化工設備基礎知識化工設備基礎知識任務二任務二 化工生產與化工設備的關系化工生產與化工設備的關系任務三任務三 化工生產對化工設備的基本化工生產對化工設備的基本要求要求新內容簡介新內容簡介任務四任務四 化工容器的結構與分類化工容器的結構與分類任務一任務一 課程知識構架及學習目標課程知識構架及學習目標化工設備基礎基礎知識理論知識理論知識1.化工設備基本知識化工設備基本知識2.化工設備力學基礎化工設備力學基礎3.機械傳動與聯(lián)接機械傳動與聯(lián)接(自學自學)4. 壓力容器壓力容器5. 塔設備塔設備6.換熱器換熱器7.攪拌反

2、應釜攪拌反應釜8.化工管路化工管路一、知識構架一、知識構架實驗內容實驗內容、碳鋼熱處理實驗、碳鋼熱處理實驗、拉伸、拉伸壓縮實驗壓縮實驗、水壓試驗、水壓試驗 4 4、外壓容器失穩(wěn)實驗、外壓容器失穩(wěn)實驗任務一任務一 課程知識構架及學習目標課程知識構架及學習目標化工設備基礎基礎知識二、學習目標二、學習目標 1 1、了解材料、工程結構、力學和機械傳動與、了解材料、工程結構、力學和機械傳動與聯(lián)接方面的基本知識聯(lián)接方面的基本知識 、掌握常用化工設備的結構、性能特點、掌握常用化工設備的結構、性能特點、應用應用 3 3、初步掌握化工設備結構和設計的基本知、初步掌握化工設備結構和設計的基本知識識。 化工設備基礎

3、基礎知識 課程安排與要求課程安排與要求一、課程安排一、課程安排68學時1、實驗： 34次2、平時作業(yè)3、課堂提問4、實驗報告二、要求二、要求1、實驗、平時作業(yè)不能缺，否則沒成績。2、課堂紀律 不能曠課 否則沒成績3、良好學風 4、學習方法 課前預習，課后復習課前預習，課后復習 完成一定數(shù)量的完成一定數(shù)量的 習題習題 學會知識的綜合應用學會知識的綜合應用化工設備基礎基礎知識化工生產過程不僅取決于化學工藝過程，而且與化工化工生產過程不僅取決于化學工藝過程，而且與化工機械裝備密切相關。機械裝備密切相關。u介質的化學反應，由反應器提供符合反應條件要求的空間介質的化學反應，由反應器提供符合反應條件要求的

4、空間l質量傳遞通常在塔設備中完成質量傳遞通常在塔設備中完成l熱量傳遞在換熱器中進行熱量傳遞在換熱器中進行l(wèi)能量轉換由泵、能量轉換由泵、壓縮機壓縮機等裝置承擔等裝置承擔u 化工機械技術的進步能促進新工藝的誕生和實施化工機械技術的進步能促進新工藝的誕生和實施l大型壓縮機和超高壓容器的研制成功，使人造金剛石的大型壓縮機和超高壓容器的研制成功，使人造金剛石的構想成為現(xiàn)實構想成為現(xiàn)實u化工工藝發(fā)展不斷要化工工藝發(fā)展不斷要求新裝備求新裝備任務二任務二 化工生產與化工機械設備的關系化工生產與化工機械設備的關系化工設備基礎基礎知識Q QD DC CA AB BC CT T, ,P P, ,化工過程：化工過程：

5、對原料進行化學和物理加工， 以獲得有利產品的過程。設備：完成某種單元過程的裝置?；ぴO備基礎基礎知識二甲醚二甲醚空空 氣氣 壓壓 縮縮 機機反反 應應 器器吸吸 收收 塔塔離子交換塔離子交換塔甲醛成品甲醛成品 (反應反應) (傳熱傳熱) (壓縮壓縮) (分離分離) (離子交換離子交換) 壓壓 縮縮 機機冷冷 卻卻 塔塔甲醛生產 Ag CH3OH(氣氣)+(1/2)O2(氣氣)HCHO(氣氣)+H2O(氣氣) 973K化工設備基礎基礎知識二氧化碳二氧化碳水水 蒸蒸 汽汽天然氣天然氣 壓壓 縮縮 機機轉轉 化化 爐爐冷卻塔冷卻塔合成反應器合成反應器分分 餾餾 塔塔冷冷 凝凝 塔塔甲甲 醇醇 反反

6、應應 傳傳 熱熱 壓壓 縮縮 反反 應應 分分 離離 傳傳 熱熱甲醇生產 CO+2H2=CH3OH CO2+3H2=CH3OH+H2O 化工設備基礎基礎知識 千萬噸級大煉油廠千萬噸級大煉油廠l大型塔器大型塔器國外最大常壓塔國外最大常壓塔9m9m，減壓塔，減壓塔16m16m。l大型換熱器大型換熱器國外最大國外最大15000m15000m2 2，國內只有，國內只有4000m4000m2 2，29u化工工藝發(fā)展不斷要求新裝備化工工藝發(fā)展不斷要求新裝備百萬噸級大乙烯百萬噸級大乙烯l 大型離心壓氣機大型離心壓氣機單機單機45,000KW45,000KW，要求高可靠性，高壽要求高可靠性，高壽命。命。l大型

7、低溫球罐大型低溫球罐(-30(-30，1.72MPa)1.72MPa)國外最大國外最大3700m3700m3 3雙層雙層結構，低溫鋼。結構，低溫鋼?；ぴO備基礎基礎知識u 化工設備的特點化工設備的特點v功能原理的多樣化功能原理的多樣化 須進行單獨的設計須進行單獨的設計v外部殼體多是壓力容器外部殼體多是壓力容器 v化化機機電技術緊密結合電技術緊密結合v設備結構大型化設備結構大型化 噸量大噸量大 尺寸大尺寸大 溫度高溫度高目前國內：合成氨年產量達目前國內：合成氨年產量達30多萬噸多萬噸 尿素高達尿素高達60多多 萬噸萬噸 國外：國外：合成氨年產量達合成氨年產量達60多萬噸多萬噸 尿素高達尿素高達1

8、00多萬噸多萬噸 合成氨塔的直徑達合成氨塔的直徑達3000mm12.5萬萬m3 儲油罐高達儲油罐高達20m 化工設備基礎基礎知識化工生產的特點化工生產的特點q生產的連續(xù)性強生產的連續(xù)性強處理物料大多是氣體、液體和粉體，處理過程如傳質、傳熱、化學處理物料大多是氣體、液體和粉體，處理過程如傳質、傳熱、化學反應可連續(xù)進行，為了提高生產效率，節(jié)約成本，化工生產過程一般反應可連續(xù)進行，為了提高生產效率，節(jié)約成本，化工生產過程一般采用連續(xù)的工藝流程。在連續(xù)性的過程中，每一生產環(huán)節(jié)都非常重要，采用連續(xù)的工藝流程。在連續(xù)性的過程中，每一生產環(huán)節(jié)都非常重要，若出現(xiàn)事故，將破壞連續(xù)性生產若出現(xiàn)事故，將破壞連續(xù)性生

9、產q生產條件苛刻生產條件苛刻介質腐蝕性強：介質腐蝕性強：有很多介質具有腐蝕性。例如，酸、堿、鹽一類的有很多介質具有腐蝕性。例如，酸、堿、鹽一類的介質，對金屬或非金屬物件的腐蝕，使機器與設備的使用壽命大為降介質，對金屬或非金屬物件的腐蝕，使機器與設備的使用壽命大為降低。腐蝕生成物的沉積，可能堵塞機器與設備的通道，破壞正常的工低。腐蝕生成物的沉積，可能堵塞機器與設備的通道，破壞正常的工藝條件，影響生產的正常進行藝條件，影響生產的正常進行任務三任務三 化工生產對化工設備的基本要求化工生產對化工設備的基本要求化工設備基礎基礎知識溫度和壓力變化大溫度和壓力變化大：溫度和壓力變化大，溫度從深冷到高溫，壓溫

10、度和壓力變化大，溫度從深冷到高溫，壓力從真空到數(shù)百兆帕。使得有的設備要承受高溫或高壓，有的設備力從真空到數(shù)百兆帕。使得有的設備要承受高溫或高壓，有的設備要承受低溫或低壓。溫度和壓力的不同，影響到設備的工作條件和要承受低溫或低壓。溫度和壓力的不同，影響到設備的工作條件和材料選擇材料選擇介質大多易燃易爆有毒性介質大多易燃易爆有毒性：如氨氣、氫氣、苯蒸氣等均屬此類。如氨氣、氫氣、苯蒸氣等均屬此類。還有不少介質有較強的毒副作用，如二氧化硫、二氧化氮、硫化氫、還有不少介質有較強的毒副作用，如二氧化硫、二氧化氮、硫化氫、一氧化碳等。這些易燃、易爆、有毒性的介質一旦泄漏，不僅會造一氧化碳等。這些易燃、易爆、

11、有毒性的介質一旦泄漏，不僅會造成環(huán)境的污染，而且還可能造成人員傷亡和重大事故的發(fā)生成環(huán)境的污染，而且還可能造成人員傷亡和重大事故的發(fā)生生產原理的多樣性生產原理的多樣性：生產過程按作用原理可分為質量傳遞、熱量生產過程按作用原理可分為質量傳遞、熱量傳遞、能量傳遞和化學反應等若干類型。同一類型中功能原理也多傳遞、能量傳遞和化學反應等若干類型。同一類型中功能原理也多種多樣，如傳熱設備的傳熱過程，按傳熱機理又可分為熱傳導、對種多樣，如傳熱設備的傳熱過程，按傳熱機理又可分為熱傳導、對流和輻射。故化工設備的用途、操作條件、結構形式也千差萬別流和輻射。故化工設備的用途、操作條件、結構形式也千差萬別生產的技術含

12、量高生產的技術含量高：既包含了先進的生產工藝，又需要先進的生既包含了先進的生產工藝，又需要先進的生產設備，還離不開先進的控制與檢測手段。并呈現(xiàn)出學科綜合，專產設備，還離不開先進的控制與檢測手段。并呈現(xiàn)出學科綜合，專業(yè)復合，化、機、電一體化的發(fā)展勢態(tài)業(yè)復合，化、機、電一體化的發(fā)展勢態(tài)化工設備基礎基礎知識化工生產對化工設備的基本要求化工生產對化工設備的基本要求安全性要求安全性要求工藝性要求工藝性要求使用性能要求使用性能要求經濟性能要求經濟性能要求化工設備基礎基礎知識安全性能要求安全性能要求v足夠的強度足夠的強度：材料強度是指載荷作用下材料抵抗永久變形和斷裂：材料強度是指載荷作用下材料抵抗永久變形和

13、斷裂的能力。屈服點和抗拉強度是鋼材常用的強度判據(jù)。的能力。屈服點和抗拉強度是鋼材常用的強度判據(jù)。v良好的韌性良好的韌性 ：韌性是指材料斷裂前吸收變形能量的能力。由于原韌性是指材料斷裂前吸收變形能量的能力。由于原材料制造（特別是焊接）和使用（如疲勞、應力腐蝕）等方面的原材料制造（特別是焊接）和使用（如疲勞、應力腐蝕）等方面的原因，化工設備的構件常帶有各種各樣的缺陷，如裂紋、氣孔、夾渣因，化工設備的構件常帶有各種各樣的缺陷，如裂紋、氣孔、夾渣等。如果材料韌性差，可就能因其本身的缺陷或在波動載荷作用下等。如果材料韌性差，可就能因其本身的缺陷或在波動載荷作用下發(fā)生脆性破斷。發(fā)生脆性破斷。v足夠的剛度和

14、抗失穩(wěn)的能力足夠的剛度和抗失穩(wěn)的能力：剛度是指設備在外力作用下，剛度是指設備在外力作用下，抵抗變形保持原有形狀的能力抵抗變形保持原有形狀的能力v良好的抗腐蝕性：良好的抗腐蝕性：材料被酸、堿、鹽腐蝕后，不僅會導材料被酸、堿、鹽腐蝕后，不僅會導致壁厚減薄，最終會破壞致壁厚減薄，最終會破壞v可靠的密封性可靠的密封性：密封性是指化工設備防止介質泄漏的能力，介質密封性是指化工設備防止介質泄漏的能力，介質泄漏，可能造成環(huán)境污染，還可能引起中毒、燃燒、爆炸泄漏，可能造成環(huán)境污染，還可能引起中毒、燃燒、爆炸化工設備基礎基礎知識使用性能要求使用性能要求v結構合理、制造簡單結構合理、制造簡單：結構要簡單，設計要合

15、理，材料利用結構要簡單，設計要合理，材料利用率高，制造方法要有利于實現(xiàn)機械化、自動化、成批生產率高，制造方法要有利于實現(xiàn)機械化、自動化、成批生產v運輸安裝方便運輸安裝方便：對于大型設備要考慮運行的可行性，運載工具：對于大型設備要考慮運行的可行性，運載工具的能力、空間大小、碼頭深度、橋梁和路面的承載能力、吊裝設的能力、空間大小、碼頭深度、橋梁和路面的承載能力、吊裝設備的噸位。大型、特殊要求設備要考慮現(xiàn)場組裝的條件和方法備的噸位。大型、特殊要求設備要考慮現(xiàn)場組裝的條件和方法v操作、控制、維護簡便操作、控制、維護簡便：操作程序和方法要盡量簡單，能設：操作程序和方法要盡量簡單，能設有防止誤操作的報警裝

16、置。設備上要有測量、報警和調節(jié)裝置。有防止誤操作的報警裝置。設備上要有測量、報警和調節(jié)裝置。操作過程出現(xiàn)超溫、超壓等時，能報警，并可對操作狀態(tài)自動調操作過程出現(xiàn)超溫、超壓等時，能報警，并可對操作狀態(tài)自動調節(jié)。節(jié)?；ぴO備基礎基礎知識1. 單位生產能力單位生產能力技術經濟要求技術經濟要求2. 消耗系數(shù)消耗系數(shù) 3. 設備價格設備價格4. 管理成本管理成本5. 產品總成本產品總成本化工設備基礎基礎知識壓力容器壓力容器-滿足介質壓力，介質容積及其滿足介質壓力，介質容積及其乘積等乘積等 要求的容器。要求的容器。l相關知識相關知識化工機械化工機械-化工生產中所使用的機械設備的總稱，化工生產中所使用的機械

17、設備的總稱，包括化工設備與化工機器包括化工設備與化工機器化工設備指化工設備指靜靜止設備止設備：各種塔、換熱器各種塔、換熱器化工機器指化工機器指動動設備設備：各種壓縮機、泵等各種壓縮機、泵等任務四任務四 化工容器的結構與分類化工容器的結構與分類化工設備基礎基礎知識化工容器化工容器-化工生產中所使用的化工化工生產中所使用的化工設備外部殼體的總稱設備外部殼體的總稱化工設備化工設備-化工設備主要由化工容器和不化工設備主要由化工容器和不同的設備內件所組成同的設備內件所組成l相關知識相關知識化工設備基礎基礎知識l 化工容器的結構及作用化工容器的結構及作用封頭人孔支座筒體管口液位計化工設備基礎基礎知識化工容

18、器由哪幾部分組成化工容器由哪幾部分組成?主體：主體：筒體、封頭筒體、封頭附件：附件：開孔與接管、密封裝置、支座、安全裝開孔與接管、密封裝置、支座、安全裝 置等置等 化工容器的標準件化工容器的標準件（三化：系列化、通用化、標準化）（三化：系列化、通用化、標準化） 各部分的作用是什么？各部分的作用是什么？化工設備基礎基礎知識容器的分類容器的分類v按承壓性質分類按承壓性質分類按承壓性質可將容器分為內壓容器和外壓容器兩類按承壓性質可將容器分為內壓容器和外壓容器兩類。 容器的內部介質壓力大于外界壓力時為容器的內部介質壓力大于外界壓力時為內內壓容器壓容器。反之，則為。反之，則為外壓容器外壓容器。真空容器真

19、空容器是指內部壓力小于一個絕對大氣是指內部壓力小于一個絕對大氣壓壓(0.1MPa)的外壓容器。的外壓容器?；ぴO備基礎基礎知識內壓容器按其設計壓力內壓容器按其設計壓力，可劃分為可劃分為低壓、中低壓、中壓、高壓和超高壓四個壓力壓、高壓和超高壓四個壓力等級。高壓容器的設等級。高壓容器的設計計算方法、材料選擇、制造技術及檢驗要求與計計算方法、材料選擇、制造技術及檢驗要求與中、低壓容器不同。本書只討論中、低壓容器的中、低壓容器不同。本書只討論中、低壓容器的設計。設計。內壓容器的分類內壓容器的分類 容器的分類容器的分類設計壓力設計壓力 p （MPa）低壓容器低壓容器0.1p1.6中壓容器中壓容器1.6p

20、10高壓容器高壓容器10p100超高壓容器超高壓容器p100化工設備基礎基礎知識按原理與作用分按原理與作用分反應容器反應容器R: 如反應，分解塔，合成塔如反應，分解塔，合成塔換熱容器換熱容器E: 熱交換器，蒸發(fā)器，冷凝器熱交換器，蒸發(fā)器，冷凝器分離類容器分離類容器S：如洗滌塔，過濾器，吸收：如洗滌塔，過濾器，吸收塔，干燥塔塔，干燥塔儲存類容器儲存類容器C（其中球罐的代號為（其中球罐的代號為B）：）：如各種儲罐。如各種儲罐?；ぴO備基礎基礎知識p按容器的外徑按容器的外徑Do和內徑和內徑Di的比值的比值K不同，可將不同，可將容器分為：容器分為：a、 厚壁容器：厚壁容器：K1.2b 、薄壁容器：薄壁

21、容器：K 1.2p按支承形式分按支承形式分-立式容器和臥式容器立式容器和臥式容器p按材料分按材料分-金屬容器和非金屬容器金屬容器和非金屬容器p按幾何形狀分按幾何形狀分-圓柱形、球形、橢圓形、圓柱形、球形、橢圓形、錐形、矩形等錐形、矩形等.化工設備基礎基礎知識v 按工作溫度分按工作溫度分v低溫容器低溫容器 v常溫容器常溫容器 v中溫容器中溫容器 v高溫容器高溫容器 化工設備基礎基礎知識 按監(jiān)察規(guī)程分按監(jiān)察規(guī)程分(壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程)1、 最高工作壓力最高工作壓力Pw0.1MPa2、 內直徑內直徑Di0.15m，且且V0.025m33、 盛裝介質為氣體、液化氣體或最高

22、工作溫度高于等于標準沸點盛裝介質為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于標準沸點 的液體。的液體。監(jiān)察規(guī)程的管轄范圍監(jiān)察規(guī)程的管轄范圍壓力容器必備的三個條件：壓力容器必備的三個條件：根據(jù)容器的壓力等級、介質毒性危害程度以及根據(jù)容器的壓力等級、介質毒性危害程度以及pV值，壓力值，壓力容器容器（不包括核能容器、船舶上的專用容器和直接受火焰（不包括核能容器、船舶上的專用容器和直接受火焰加熱的容器加熱的容器）可分為三類。）可分為三類。化工設備基礎基礎知識三類容器三類容器1、 高壓容器；高壓容器；2 、低壓容器低壓容器(毒性為極度或高度危害介質的中壓和毒性為極度或高度危害介質的中壓和PVPV大于大于0.20.2MPamMPam3 3)；3、 中壓反應容器中壓反應容器(易燃或易燃或毒性程度為中度危害介質毒性程度為中度危害介質且且PV0.5MPamPV0.5MPam3 3)；4、 中壓儲存容器中壓儲存容器(易燃或易燃或毒性程度為中度危害介質毒性程度為中度危害介質且且PV10MPamPV10MPam3 3)；5、 高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；6、 中壓搪玻璃壓力容器；中壓搪玻璃壓力容器；7 、球形（、球形（V5