化工生产单元操作设备简介

第三节化工装置基础与日常运行化工生产过程中，化工装置的正常运行和安全生产是重中之重。任何化工生产装置都有与之相应的操作规程，以指导、组织和管理生产。“三传一反”精辟概括了化工生产过程的本质。“三传”指化学工业中遵循共同的物理变化规律的三大基本单元操作，即动量传递、热量传递和质量传递过程；“一反”指化学反应。根据生产工艺要求，将若干单元有机组合起来，就构成了完整的化工生产过程。下面将简单介绍一些“三传一反”中的典型化工装置及日常运行和操作。一、流体输送装置流体输送装置主要包括液体输送装置和气体的压缩与输送装置。1.液体输送装置液体输送装置统称泵。根据泵的工作原理和结构特征可划分为动力式泵、容积式泵、流体作用泵和其他类型泵等。动力式泵也称叶片式泵，包括离心泵、轴流泵和旋涡泵等，此类泵的压头随流量而变；容积式泵也称正位移泵，包括往复泵、隔膜泵、齿轮泵和螺杆泵等，此类泵的压头几乎与流量无关；流体作用泵是利用一种流体的作用来产生压力或真空环境，从而输送另一种流体的装置，如酸蛋、喷射泵、水锤泵和空气升液器等。（1）离心泵离心泵是典型的动力式泵，在化工生产中应用最为广泛。=1\*GB3①离心泵的结构离心泵的名称很形象，它是依靠离心力作用来输送流体的。图1-离心泵的结构离心泵的主要构件有：叶轮、泵壳、轴封和泵轴等，见图1-离心泵的结构叶轮是离心泵中能量传递的部件，它的作用是将原动机的机械能传递给被输送的液体，以增加液体的静压能和动能。离心泵的叶轮可分为闭式、半闭式和开式三种，如图1-所示。目前，大多数离心泵采用闭式叶轮，半开式和开式叶轮常用语输送含有杂质的液体。图1-离心泵叶轮的类型泵壳也称蜗壳，是离心泵的能量转化装置，它的作用是将叶轮提供的动能转化为静压能，并将叶轮甩出的液体收集起来导向泵的出口管或下一级叶轮图1-离心泵叶轮的类型图1-离心泵的工作原理图1-离心泵的工作原理=2\*GB3②离心泵的工作原理启动前准备：开泵前，先在泵内灌满要输送的液体（灌泵）。同时关闭排出管路上的流量调节阀（出口阀），待电动机启动后，再打开出口阀。泵的排液：启动后叶轮告诉旋转产生较强离心力，液体从叶轮中心被抛向外周，以很高的速度流向泵壳，部分动能转化为静压能，而以较高压力从排液口排出。泵的吸液：当泵内液体从叶轮中心被抛向叶轮外缘时，在叶轮中心处形成低压区，液体在吸入液面与叶轮中心处的压强差的作用下，沿着吸入管连续不断地进入叶轮中心。其工作原理如图1-所示。离心泵无自吸能力，启动前需要灌泵，否则会发生气缚现象。=3\*GB3③离心泵的特性曲线及应用离心泵的主要参数有流量、扬程（压头）、轴功率、有效功率、效率和转速等。实验可知，当离心泵的转速一定时，其流量与扬程、轴功率和效率之间存在着一定的关系，这些关系可以在相应的坐标中绘制成、和三条曲线（如下页图1-），称为离心泵的特性曲线。泵的制造商提供的特性曲线是用20的清水实验测定的，当泵输送的液体与20的清水性质不同时，还图1-离心泵特性曲线需要进行特性换算。图1-离心泵特性曲线曲线是选择泵和操作泵的主要参考依据。生产中如果要求的输出压头恒定，则尽量选择该曲线比较平坦的离心泵。曲线是合理选择电机功率和启动泵的主要参考依据。泵启动时，为了减小其启动电流而保护电机，应该在关闭泵的排出调节阀的情况下启动电源。曲线是检查泵的工作性能的依据。离心泵在该曲线的最高点的工作效率最高，是泵的设计点。选择电机的原则是使工作状态下的轴功率大于并接近于电机功率。选择泵时应该综合考虑上述三条曲线，使泵的实际工作状态最佳化。=4\*GB3④离心泵的日常运行与操作a．了解输送任务，如压力、温度、流量、吸入和排出高度、参数变化范围等，以保证泵的适用；熟悉操作规程，严格按照操作规程制定操作计划。b．检查各仪表的开车前状态，如进口这空表和出口压力表等。c．盘车，保证泵能够正常运转。d．灌泵，同时检查泵的密封性，通知接料岗位准备接料。f．启动泵，慢慢打开出口阀，通过流量和压力等参数指示，将出口阀调节至适当开度。g．输送任务完成后，慢慢关闭离心泵出口阀，关闭电机电源，关闭进口阀。图1-多级离心泵图1-多级离心泵i．离心泵的安装高度应该低于其最大安装高度，否则会发生汽蚀现象或液体不能被上吸。离心泵的流量调节可采用经典的出口阀调节，也可采用现代控制技术的变频调节。如果要求的压头较高，可采用多级离心泵，如图1-所示。（2）往复泵往复泵是典型的正位移泵。往复泵的结构、工作原理和操作方法区别很大。=1\*GB3①往复泵的结构及工作原理如下页图1-所示，往复泵由泵缸、活塞、吸入阀、排出阀、活塞杆等组成。活塞自左向右移动时，泵缸内形成负压，则贮槽内的液体经吸入阀进入泵缸内；当活塞自右向左移动时，缸内液体受压而压力增大，由排出阀排出。活塞往复一次，各吸入和排出一次液体，称为一个工作循环。活塞由一端移至另一端，称为一个冲程。图1-图1-往复泵构造和工作原理=2\*GB3②往复泵的日常运行特点与操作注意事项a．往复泵适用于输送高压、高粘度和小流量的液体。b．往复泵的流量与压头无关，流量取决于活塞的面积、冲程和往复频率，而且瞬时流量不稳定。c．往复泵的出口压力取决于泵的强度、密封情况和原动机功率等。d．往复泵启动前应严格检查进、出口管路、阀门等，给泵体内加入清洁的润滑油，使泵各运动部件保持润湿。e．往复泵有自吸能力而无需灌泵，但为了避免启动时的干摩擦，启动前最好灌泵。f．往复泵运行前应向机体内加入清洁润滑油至油窗上的指示刻度。往复泵运行中应无异常冲击声，进出口阀应无泄漏，否则停泵检修。g．往复泵长时间运行后应进行大修，所有零件拆洗重装。往复泵的流量调节方式为旁路调节，绝不能用出口阀进行流量调节。在启动往复泵等正位移泵时，先打开出口阀和旁路阀，然后启动电机，根据生产工艺要求的流量缓慢关闭旁路阀，以进行适当的流量调节；在停泵时，先打开旁路阀，然后关闭电机，再关闭进口阀，最后关闭出口阀。2、气体的压缩装置—压缩机压缩机是一种用于压缩气体，以提高气体压力或输送气体的装置。气体的压力取决于单位时间内气体分子撞击单位面积的次数与强烈程度。（1）离心式压缩机离心式压缩机因气体在机内沿径向流动而得名，就是使气流不断增速和减速而彼此挤压来提高气体压力的。离心式压缩机的结构和操作原理同离心鼓风机（透平）相似,但结构上是多级式的，其级数可以在十级以上。离心式鼓风机的结构类似于多级离心泵。离心压缩机的工作原理：原动机带动压缩机主轴叶轮转动，在离心力作用下，气体被甩到工作轮后面的扩压器中去，而在工作轮中间形成稀薄地带，前面的气体从工作轮中间的进汽部份进入叶轮，由于工作轮不断旋转，气体能连续不断地被甩出去，从而保持了气压机中气体的连续流动，气体因离心作用增加了压力，还可以很大的速度离开工作轮，气体经扩压器逐渐降低了速度，动能转变为静压能，进一步增加了压力。如果一个工作叶轮得到的压力还不够，可通过使多级叶轮串联起来工作的办法来达到对出口压力的要求。级间的串联通过弯通，回流器来实现。离心式压缩机的级构成如下页图1-所示。离心式压缩机的基本单元是由一个叶轮和与之相匹配的固定原件构成的级。一台压缩机可由若干个缸串联而成，每缸又可有若干段，每段可由一个或若干个级组成。离心式压缩机的主要结构包括转子、叶轮、缸体、隔板、密封和轴承等。图1-离心式压缩机的级构成一般离心式压缩机的压力范围在350以上，工业用高压工业用高压离心压缩机的压力有15~35MPa的，海上油田注气用的离心压缩机压力有高达70MPa的。图1-离心式压缩机的级构成离心式压缩机的主要参数包括流量、排气压强、压缩比、功率和效率等。多级离心式压缩机还有中间冷却或缸内冷却装置，理论上看，冷却次数越多，压缩过程越接近于等温压缩。离心式压缩机在运行中可能发生气动非稳定现象，主要有阻塞、喘振和失速现象。阻塞是离心式压缩机在某一转速下运行，流量增加至某个值时，压缩机性能急剧恶化而不能继续增加流量或提高排气压力的现象；喘振是在压缩机随着流量减小到某个值时出现旋转失速后，更进一步出现的非稳定工况现象，这里不再详述。离心式压缩机的运行注意以下几点：=1\*GB3①自控仪表和系统装置齐全，并逐步确认其准确可靠；=2\*GB3②机组缸体和管路完整到位；=3\*GB3③压缩机与工艺管路连线的止逆阀正常无内泄，止逆阀出现问题不能使用；=4\*GB3④启动前，操作人员应按操作规程对各部位和系统全面检查、确认；=5\*GB3⑤对危险气体压缩机，应对压缩机及相关系统进行氮气置换。=6\*GB3⑥压缩机一定在工艺条件允许情况下运行，决不可超负荷运转；=7\*GB3⑦压缩机停机后的维护十分重要，否则可能造成再次启动时发生事故。（2）往复式压缩机图1-往复式压缩机的结构如图1-所示，往复式压缩机属于容积式压缩机，其工作原理类似于往复泵。目前往复式压缩机主要是活塞式空压机为主，而活塞式空压机现在主要向中压及高压方向发展，这是离心式压缩机目前无法达到的一个高度。图1-往复式压缩机的结构往复式压缩机按照排气压力可分为低压（）、中压（）、高压（）和超高压（）压缩机。一般工业中常用多级往复式压缩机，将几个气缸串联起来进行多级气体压缩。气体在一个气缸被压缩后，经中间冷却器、油水分离器，图1-多级往复压缩示意图再进入另一个气缸压缩，连续地依次经过若干个气缸的压缩，即达到要求的最终压力。压缩一次称为一级，连续压缩的次数就是级数。多级往复压缩如图1-。图1-多级往复压缩示意图往复式压缩机的特点与运行：=1\*GB3①运动部件多，结构复杂，检修工作量大，维修费用高；=2\*GB3②压缩空气不是连续排出、有脉动；=3\*GB3③活塞环的磨损、气缸的磨损、皮带的传动方式使效率下降很快；=4\*GB3④噪音大，且不适应连锁控制和无人值守；=5\*GB3⑤往复式压缩机启动前必须加好润滑油，打开管路上的出口阀，打开进入气缸夹套的冷却水阀，检查自控仪表和安全装置情况，试运转正常后再打开吸入阀进气；=6\*GB3⑥经常检查各级进、出口阀门的工作情况，检查压缩机的润滑情况，定期排放各级中间冷却器、油水分离器中的油、水等；=7\*GB3⑦往复压缩机的流量调节可用旁路法，也可用变频器控制转速，还有一些其他方法不再详述。二、传热装置传热装置即换热器，是对物料进行加热或冷却的装置。传热过程的推动力是温度差，流体在换热器内可以进行无相变或有相变的热量传递，如加热、沸腾、冷却、冷凝等过程。因此，换热器按照其用途可以分为加热器、冷却器、冷凝器、再沸器和蒸发器等，它们根据化工过程中不同的工艺要求，应用非常广泛。换热器主要是用作控制和调节工艺介质的温度，使工艺介质发生相变，或者进行热量的回收。工业换热器大多是间壁式，下面介绍列管式换热器和加热炉。1、列管式换热器图1-列管式换热器的构造（1）列管式换热器的构造图1-列管式换热器的构造如图1-所示，列管式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱（封头）等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷、热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板，挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍动程度。图1-单壳程四管程列管式换热器列管式换热器的结构特点决定了流体流动空间的特点，流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。上图就是最简单的单壳程单管程换热器。为提高管内流体的速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流体的流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。如图1-即为单壳程四管程列管式换热器。图1-单壳程四管程列管式换热器由于列管式换热器管程和壳程内流体的温度不同，换热器内将产生很大的热应力，可能导致管子热变形而从管板上拉脱或热断裂。因此需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力的作用。根据所采用的补偿措施，列管式换热器可分为：①固定管板式换热器。管束两端的管板与壳体联成一体，适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需要机械清洗的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力，如上图1-。②U管换热器。每根换热管都是U形，两端分别固定在同一管板的上下两区，借助于封头内的隔板分成进、出口两室。此种换热器完全消除了热应力，结构比浮头式简单，但管程不易清洗。见图1-a。图1-U管和浮头式换热器③浮头式换热器。管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力，且整个管束可从壳体中抽出，管程和壳程均便于机械清洗和检修。见图1-b。图1-U管和浮头式换热器（2）列管式换热器的参数和控制原理列管式换热器的主要控制参数为流量、进出口温度、传热面积和传热系数等，如有压力操作，压力的测量与控制也是重点。换热器操作的最终目的是控制流体的温度和流量，并设法强化传热过程。可利用热量衡算关系式来进行温度和载热体流量的控制。如工业换热利用水蒸气作为热流体对冷流体就行加热。=（1-）式中——传热速率，W；、——热、冷流体的质量流量，kg/s；——水蒸汽在其工作条件下的冷凝潜热，J/kg；——冷流体的进、出口温度，℃。例如，可根据所测量的冷流体进口温度和设定的目标出口温度，流量及定性温度下的比热容来计算水蒸汽用量，前提是先设定水蒸汽的压力，在这个压力下查取蒸汽对应的冷凝潜热，可得：（1-）而列管式换热器的传热系数（1-）式中K——总传热系数，；Q——传热速率，W；——传热推动力平均温差，℃；A——传热壁面的面积，m2。对列管换热器：式中——列管换热器的管数；——列管的外径，m；——列管的长度，m。换热器在实际工作状态中，若忽略热其损失，则认为热流体的放热等于冷流体的吸热，也等于换热器的传热速率。（3）换热器的日常运行原则=1\*GB3①吹扫时应尽可能避免对有涂层的设备进行吹扫，工艺上确实避免不了，应严格控制吹扫温度，以免造成涂层破坏。=2\*GB3②开、停车过程中，换热器应缓慢升温和降温，避免造成压差过大和热冲击，同时应遵循停工时“先热后冷”即先退热介质，再退冷介质；开工时“先冷后热”，即先进冷介质，后进热介质。=3\*GB3③在开工前应确认螺纹锁紧环式换热器系统通畅，避免管板单面超压。=4\*GB3④认真检查设备运行参数，严禁超温、超压。保持保温层完好。=5\*GB3⑤操作人员应严格遵守安全操作规程，定时对换热设备进行巡回检查。=6\*GB3⑥应经常对管、壳程介质的温度及压降进行检查，分析换热器的泄漏和结垢情况。在压降增大和传热系数降低超过一定数值时，应根据介质和换热器的结构，选择有效的方法进行清洗。=7\*GB3⑦应经常检查换热器的振动情况。=8\*GB3⑧在操作运行时，有防腐涂层的冷换设备应严格控制温度，避免涂层损坏。=9\*GB3⑨有蒸汽作为冷、热流体之一的传热操作中，要及时排放不凝性气体来强化传热，还要及时排放冷凝水。（4）列管式换热器操作的流体流道选择①对固定管板式换热器，不洁净和易结垢流体宜走管程，因管内清洗较方便；②腐蚀性流体宜走管程，以免管束与壳体同时受腐蚀；③压力高的流体宜走管程，以免壳体承受压力；④饱和蒸汽宜走壳程，因蒸汽冷凝传热系数与流速无关但冷凝液容易排出；⑤若两流体温度差较大,选用固定管板式换热器时，宜使传热分系数大的流体走壳程，以减小热应力。2、加热炉加热炉是用来给物料或工件加热的设备。加热炉没有统一的分类标准，最常见的就是管式加热炉和蓄热式加热炉，按热源不同可分为燃料加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。加热炉的应用遍及石油、化工、制药、冶金、建材、机械、轻工、电子、材料等诸多领域。加热炉的工作原理图1-加热炉工作原理示意图如图1-，以燃料加热炉加热原油为例说明加热炉的工作原理：燃料在加热炉辐射室（炉膛）中燃烧，产生高温烟气并以它作为热载体，流向对流室，从烟囱排出。待加热的原油首先进入加热炉对流室炉管，炉管主要以对流方式从流过对流室的烟气中获得热量，这些热量又以传导方式由炉管外表面传导至内表面，同时又以对流方式传递给管内流动的原油。原油由对流室炉管进入辐射室炉管，辐射室内的燃烧器喷出的火焰主要以辐射方式将热量的一部分辐射到炉管外表面，另一部分辐射到炉墙上，炉墙再次以辐射方式将热量辐射至炉管外表面上。这两部分辐射热共同作用，使炉管外表面升温并与管壁内表面形成了温差，热量以传导方式传递至管内壁，管内流动的原油又以对流方式不断从管内壁获得热量，便实现了加热原油的工艺要求。图1-加热炉工作原理示意图加热炉的运行参数主要有炉膛温度（挡墙温度）和排烟温度。=1\*GB3①炉膛温度指烟气离开辐射室而未进入对流室的温度或辐射室挡火墙前的温度，是加热炉运行的重要参数。炉膛温度是保证加热炉长期安全运行的指标。=2\*GB3②排烟温度指烟气离开加热炉最后一组对流受热面进入烟囱的温度。排烟温度不应过高，否则热损失大，在保证加热炉处于负压完全燃烧的情况下，应降低排烟温度，但排烟温度过低，会使对流传热温差降低而增加传热面积，加大加热炉的投资费用。排烟温度的调节一般用控制进风量，即调整过剩空气系数的办法。在选择最合理的排烟温度时，还应考虑低温腐蚀的影响，使排烟温度高于燃料燃烧所产生的硫氧化物的酸蒸汽的露点温度。（2）圆筒形管式加热炉管式加热炉的种类繁多，一般常用的多为圆筒形加热炉和箱式加热炉。管式炉炉体一般由钢架及筒体（或箱体）组成，炉内衬有耐火材料和隔热材料。根据其受热形式有纯辐射式和辐射-对流式。图1-圆筒形加热炉结构图=1\*GB3①管式加热炉的结构图1-圆筒形加热炉结构图如图1-所示，圆筒形管式加热炉大致可以分为底座、燃烧器、辐射室、对流室、烟囱和炉配件等几部分。炉底由炉底立柱和炉底钢板组成，起支撑炉子的作用，并使炉底有一定高度的操作空间，燃烧器置于炉底钢板下面；辐射室即炉膛，也就是燃烧室，燃烧烟气通过辐射传热方式把热量传递给辐射炉管，烟气随后进入对流室；烟气在对流室通过对流传热方式将热量传递给对流炉管，随后通过烟道、烟囱排入大气；烟囱在对流室顶部，起到排烟和形成抽力的作用；炉配件除燃烧器外，还包括入孔门、看火门、防爆门、烟囱挡板、炉管吊架、挂钩和除灰器等。=2\*GB3②影响加热炉热效率的因素：加热炉排烟温度越高，热效率越低；过剩空气系数越大，热效率越低；化学不完全燃烧损失越大，即排烟中的一氧化碳和氢气越多，热效率越低；机械不完全燃烧损失越大，即排烟中未烧尽碳粒子含量越高，热效率越低；炉壁散热损失越大，热效率越低。=3\*GB3③加热炉的运行与操作a．点火前的检查：检查燃料管线阀、炉壁衬里、管吊架和炉管、防爆门等配件、火盆和火嘴、灭火蒸汽接管、各仪表、炉壁、炉膛、控制系统阀等；检查余热锅炉系统，并确认在加热炉系统开工之前煮炉操作已经完成；检查余热锅炉系统和空气预热系统，引风机、通风机盘车等。b.点火前准备：空气预热系统各阀关闭；消防蒸汽引至炉前，消防器材准备就绪；燃料管线试压合格，并逐个把火嘴贯通，引燃料至炉前；打开排放大气阀放空；炉膛测爆合格；烟气氧分析仪与炉膛压力测定仪表投用。c.点火：确认点火准备工作完毕后，按照操作规程点火。三、气液传质装置气液传质设备是气液传质单元操作过程的专用设备，它必须为气液传质过程提供所需的一切条件，如气液接触面积、气液混合与分离的接触场所和空间、温度和压力等。化工生产中应用最广泛的气液传质设备为塔设备，主要包括板式塔和填料塔，可根据不同的生产工艺要求来选择塔的类型。塔设备具有较大的长径比和物料处理能力，能够满足高温高压和低温低压的各种条件，塔内结构各有不同，一般为非标准设备。1、板式塔板式塔由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成，广泛应用于工业精馏和吸收分离操作,有些板式塔也用于萃取或作为反应器用于气液相反应过程。板式塔主要包括筛板塔、浮阀塔和泡罩塔，下面以精馏为例来介绍筛板塔。图1-板式塔的整体结构图（1）图1-板式塔的整体结构图板式塔的结构如图1-所示，板式塔由钢质圆筒及椭圆形封头构成。塔体上还要设置人孔或手孔、平台、扶梯、吊柱、保温圈等。整个塔体由支座（塔裙座）支撑，裙座高度由工艺条件的附属设备（如再沸器、泵）及管道的布置决定。可转动的吊柱设置在塔顶，用于安装和检修时运送塔内的构件。板式塔内部除装有塔板、降液管及各种物料进出口接管外，还有许多附属装置，如除沫器等。除沫器用于捕集在气流中的液滴，使用高效的除沫器、对于提高分离效率，改善塔后设备的操作状况，回收物料及减少环境污染等都非常重要。常用有丝网除沫器和折板除沫器。（2）板式塔的精馏原理精馏单元操作是通过加热，使均相液体混合物系本身汽化而造成汽、液两相，在挥发性差异的驱动下，使大部分易挥发组分由液相向气相传递，大部分难挥发组分由气相向液相传递，是气、液两相之间的传质过程，其过程伴随着动量传递和热量传递。精馏是液体多次部分汽化和气体多次部分冷凝同时进行的过程。图1-塔内气液流动与塔内筛板如图1-，一个完整的精馏塔应包括精馏段和提馏段。加料板把精馏塔分为两段，加料板以上的部分完成上升蒸汽的精制，除去其中的重组分，因而称为精馏段。加料板以下（包括加料板）的部分完成下降液体中重组分的提浓，除去大部分的轻组分，因而称为提馏段。精馏塔正常工作时，蒸汽由塔底进入，与下降的液体进行逆流接触，两相接触中，下降液中的轻组分不断地向蒸气中转移，蒸汽中的重组分不断地向下降的液体中转移，蒸汽越接近塔顶，其轻组分浓度越高，而下降的液体越接近塔底，其重组分浓度越高，最终达到分离目的。塔顶蒸汽最终进入冷凝器变为冷凝液，冷凝液的一部分作为回流液返回精馏塔塔顶，其余部分作为塔顶产品采出。塔底液体的一部分送入再沸器再次沸腾汽化返回塔底图1-塔内气液流动与塔内筛板（3）筛板塔板上的气液接触状态图1-塔板上的气液接触状态如图1-所示，塔板为气液接触和传质与传热提供了场所。图1-塔板上的气液接触状态a.鼓泡接触状态：当气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为主，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低。b.蜂窝状接触状态：随着气速的增加，气泡的数量不断增加。当气泡的形成速度大于气泡的浮升速度时，气泡在液层中累积。气泡之间相互碰撞，形成各种多面体的大气泡，板上为以气体为主的气液混合物。由于气泡不易破裂，表面得不到更新，所以此种状态不利于传热和传质。图1-精馏流程示意图c.泡沫接触状态：图1-精馏流程示意图d.喷射接触状态：当气速继续增加，由于气体动能很大，把板上的液体向上喷成大小不等的液滴，直径较大的液滴受重力作用又落回到板上，直径较小的液滴被气体带走，形成液沫夹带。此时塔板上的气体为连续相，液体为分散相，两相传质的面积是液滴的外表面。由于液滴回到塔板上又被分散，这种液滴的反复形成和聚集，使传质面积大大增加，而且表面不断更新，有利于传质与传热进行，也是一种较好的接触状态。（4）精馏装置流程及控制参数如图1-所示，精馏设备主要包括精馏塔、再沸器和塔顶冷凝器三大部分。再沸器是供给精馏塔热能的最重要的部分，一般采用立式管壳式换热器（也有卧式或倾斜式），管内走塔釜液，管外走加热介质，一般设有安全阀，由于其内外压差比较大，一般都有膨胀节。塔顶冷凝器是供给精馏塔冷量的设备，一般采用固定管板式或浮头式换热器，塔内上升蒸汽进入冷凝器被冷凝为液体，一部分作为回流液返回至塔顶，一部分作为塔顶产品采出。精馏一般主要控制参数有进料量、进料组成、进料温度、塔顶温度、回流温度、塔釜温度、塔（顶）压力、塔压差、回流量（或回流比）、塔釜液位和回流罐液位等，也可出现灵敏板温度。这些控制参数正常与否，直接决定了产品质量的好坏，尤其是塔顶温度或灵敏板温度，直接反映了产品的质量状况。（5）精馏塔运行与维护精馏塔的控制要求主要包括产品质量控制、物料平衡控制、能量平衡控制和约束条件控制（精馏塔的操作限度）等。=1\*GB3①开车准备：首先试压、吹扫、试密和置换合格，电气仪表和公用工程等处于备用状态。=2\*GB3②先用实物料将塔内氮气置换干净，然后用气相物料（也可用氮气）充压至操作压力，再进液体物料。=3\*GB3③如有需要，进行必要的化学处理。=4\*GB3④在控制好塔压的状态下进行工艺调节，将相关参数调整到位。=5\*GB3⑤当回流罐液位达到工艺要求时，启动回流泵建立回流并调节工艺要求的稳定状态。=6\*GB3⑥在各工艺条件满足要求后，开始塔顶和塔釜产品采出。图1-填料塔的构造=7\*GB3⑦根据产品工艺参数要求、气液接触状态和设备情况进行生产控制和调节。图1-填料塔的构造=8\*GB3⑧为了保证精馏塔的正常运行和产品质量，可能需要考虑阻聚剂和其他助剂，切换再沸器和加料位置等。2、填料塔填料塔是以塔内的填料作为气液接触构件的传质设备。其工作原理和操作运行类似于板式塔，下面仍以精馏用塔为例简介填料塔。填料塔如图1-所示，填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承槽，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承槽上，填料的上方安装填料压槽，以防止填料被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下；气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。另外，填料塔塔顶也经常设置除沫器。3、填料塔与板式塔的比较填料塔和板式塔都可以用于一般的逆流气液接触操作，但它们有区别。①填料塔操作弹性较小，当液体负荷较小时，填料表面不容易润湿，传质就效果急剧下降；当液体负荷过大时，则容易产生液泛。但设计良好的板式塔，则在这方面优于填料塔。②板式塔的清洗亦比填料塔方便。填料塔不宜处理易聚合或有悬浮物的物料，但某些板式塔则可以。③当塔设备内部有化学反应需要传热或生产中需要侧线出料时，填料塔也不如板式塔方便。④对于易起泡物系，填料塔更适合，因填料对泡沫有限制和破碎的作用。⑤对于腐蚀性物系，填料塔更适合，因可采用瓷质填料。⑥对热敏性物系宜采用填料塔，因为填料塔内的滞液量比板式塔少，物料在塔内的停留时间短。⑦填料塔的压降比板式塔小，因而对真空操作更为适宜。⑧当塔径不很大时，填料塔因结构简单而造价便宜。⑨板式塔的设计比填料塔要准确。四、反应器反应器是实现化工反应过程的设备，可以实现化工生产所需的液相单相反应过程和液液、气液、固液、气固液等多相反应过程。反应器内一般均设有搅拌器。为了适应反应器内物料的加热或冷却需要，可在反应器壁处设置夹套或在反应器内设置传热部件，也可通过反应器的外循环进行换热。1、反应器的分类工业反应器可以按照不同的分类依据进行分类，如操作方式、流动模型和结构类型等。图1-反应器中的非理想图1-反应器中的非理想混合流动（2）按流动模型分类：平推流反应器、理想混合流反应器和非理想混合流反应器。平推流反应器的物料在长径比很大的管式反应器中流动时，如果反应器每一微元体积里的流体物料以相同的速度向前移动，流体在流动方向上基本不存在返混；理想混合流反应器的物料微元与反应器内原有的物料微元能在瞬间充分混合，反应器内的个点浓度相等而基本不随时间而变；大多数的实际反应器是非理想混合流反应器，由于反应器中存在死角、沟流、旁路、短路及不均匀的速度分布等原因，使物料流动形态偏离理想流动。非理想混合流动如图1-。（3）按结构类型分类：按照反应器的结构类型与特征，有釜式、管式、床式（如固定床、流化床、气流床、滴流床、三相流化床、鼓泡淤浆床等）、塔式（如填料塔、板式塔、喷雾塔等）、回转筒式和螺杆挤压机式等。如图1-。图1-工业常用反应器类型2、图1-工业常用反应器类型应器的操作最重要的条件是操作温度和操作压力。反应器的操作条件直接决定反应过程和反应结果。温度是决定反应过程和结果的主要因素，要使反应过程在优化条件下进行，必须选择适宜的操作温度或温度序列。不同的反应要求的压力也不同，反应器可在常压、加压或减压（真空）条件下操作。加压操作的反应器主要用于有气体参与反应的过程，提高操作压力有利于加速气相反应，对于总物质的量减小的气相可逆反应可提高平衡转化率,如合成氨；提高操作压力还可增加气体在液体中的溶解度，许多气液、气液固反应过程采用加压操作，以提高反应速率，如对二甲苯氧化。3、典型反应器列举（1）反应釜=1\*GB3①反应釜的构造图1-反应釜构造与反应釜系统如图1-所示，反应釜一般属于全混流反应器。一般由锅体、锅盖、搅拌器、夹套、支承及传动装置、轴封装置和温度、压力的测量元件及仪表等组成，其材质及开孔可根据工艺要求设定图1-反应釜构造与反应釜系统反应釜的加热形式有气加热、水加热(或冷却)、油加热、电加热、明火加热等。夹套形式有夹套型和外半管型，夹套油加热型都设有导流装置。搅拌形式一般有桨式、锚式、框式、螺条式、刮壁式等；高转速类有分散叶轮式、涡轮式、高剪切式、推进器式等。传动形式有普通电机、防爆电机、电磁调速电机、变频器等。=2\*GB3②反应釜的操作a.检查所有相关设备、管路、仪表和其他辅助系统等。b.检查公用设施是否准备充分，处于备用状态。c.加料前先开启搅拌器，在搅拌装置正常运行条件下，按照工艺要求加料。d.如需夹套蒸汽加热，先打开回气阀，再打开进气阀，进气阀操作须缓慢，以使夹套缓慢预热逐步升压，夹套压力勿超标；如需冷却，先打开回水阀，再打开上水阀。e.严格按照操作规程控制反应釜的温度和压力，并注意反应时间。f.随时检查反应釜