石油化工管理与实务.doc

1J400000石油化工工程管理与实务1J410000石油化工工程技术1J411000化工原理1J411010熟悉工程流体力学基本理论1J411011流体静力学的基本原理一、流体静力学涉及的主要物理量（一）流体的密度、比容、相对密度（比重）和重度 1、密度单位体积流体所具有的质量，称为流体的密度。通常以示之，单位为kg/m3。式中 m流体的质量，单位为kg；V流体的体积，单位为m3。不同流体的密度是不同的。对任何一种流体，其密度是压力与温度的函数，即=f（p，T）。其中，压力对液体的密度影响很小，可忽略不计，故液体可视为不可压缩流体。温度对液体的密度有一定的影响，故在查阅密度时应注明温度条件。气体因具有可压缩性及膨胀性，其密度随温度、压力的变化较大，是可压缩流体。2、比容比容是密度的倒数，即，其单位为m3/ kg。3、相对密度（比重） 物质的密度与标准物质的密度之比，称为比重。对于固体和液体，标准物质多选用4的水；对于气体多采用标准状况（0，1.01325105Pa）下的空气。4、重度 单位体积流体所具有的重量，称为流体的重度。通常以示之，重度与密度的关系为 （二）流体的压力流体单位面积上所承受的垂直作用力，称之为流体的静压强，简称压强，习惯上称为压力，以符号p表示。而流体的压力P称为总压力。式中 p流体压力，N/m2或Pa； P垂直作用于面积A上的总压力，N；A作用面的表面积，m2。1）绝对压力（或绝压）：流体的真实压力。2）表压：流体绝压高于外界大气压力的数值，当流体压力高于外界大气压力时，压力表的读数即为表压。绝对压力与表压的关系为：绝对压力=外界大气压力（当地）+表压3）真空度：流体绝压低于外界大气压力的数值，当流体压力低于外界大气压力时，真空表的读数即为真空度。绝对压力与真空度的关系为：绝对压力=外界大气压力（当地）-真空度二、流体静力学基本方程流体的静止状态是流体运动的一种特殊形式，它之所以能维持相对静止状态，是它在重力与压力作用下达到平衡的结果。所以，静止流体的规律就是流体在重力场的作用下流体内部压力变化的规律。该规律的数学描述即为流体静力学基本方程，简称静力学方程。静止液体内，任意两点1、2的静力学方程为：其中Z1、Z2为1、2两点相对于某一基准面的高度；p1、p2为1、2两点的压力。如果将1点取在容器的液面上，设液面上方的压强为p0，1、2两点之间的垂直距离为h（h=Z1-Z2），2点的压力为：p2=p0+。1J411012流体流动的基本方程 一、流量与流速1、流量：单位时间内流过管道任一截面的流体量。流量包括体积流量和质量流量，体积流量常表示为Q，质量流量常表示为G。2、流速：单位时间内流体在流动方向上流过的距离，常用u表示。实际上，流体流经管道任一截面上各点的流速沿管径方向而变化，即在管截面中心处为最大，越靠近管壁流速越小，在管壁处的流速为零。3、平均流速：指整个管截面上的平均流速，在工程计算中使用较多，通常用v表示。体积流量与平均流速的关系：v=Q/A，其中A为管道截面积。质量流量与平均流速的关系：v= G/A ，其中为流体的密度。二、管径的确定对于圆形管道，管径可由下式确定：通常Q=常数，随着流速v的增加，管道直径减少，反之亦然。由于流速v的大小体现了操作费用的高低，而管径d的大小则体现了设备投资费用的多少。所以，对于较长的管道，两者要权衡考虑，以总费用最低为目标，由经济流速来确定一个最优管径，经济流速是由经验确定的，可查阅流速范围表。三、管子壁厚的选择管径确定后，管子的壁厚应按其承受的压力及管材在操作温度下的许用压力来确定。四、稳态流动与不稳态流动1、稳态流动：流体在流动过程中，任一截面处的流速、流量和压力等有关物理参数都不随时间变化，只随空间位置变化。2、不稳态流动：流动参数不仅随空间位置变化，还是时间的函数。五、连续性方程式对于稳态流动系统，流入系统的质量流量应等于流出系统的质量流量。即v11A1= v22A2对于不可压缩流体，=常数，上式为v1 A1= v2 A2对于圆形管道流体流动，连续性方程式可以表示为：v1/v2=（d2/d1）2六、柏努利方程式1、稳态流动系统的总能量衡算流体流动过程中必须遵守能量守恒定律。流体在系统内作稳态流动时，外界可能对其作功，流体与外界要发生热量交换，这时总能量衡算应包括以下几项能量。1）内能U内能是储存于物质内部的能量，它是由分子运动、分子间作用力及分子振动等而产生。内能是状态函数，与温度有关，压力对其影响较小。常以U表示单位质量流体的内能。2）位能gZ位能是流体在重力作用下，因高出某基准水平面而具有的能量，将质量为m的流体，由基准水平面提高到某一高度克服重力所需的功为mgZ，单位质量位能为gZ。位能是一个相对值。3）压力能pQ/m压力能是将流体推进流体系统所需的功或能量。因为压力能是在流动过程中表现出来的，所以也可叫做流动功。如在p1A1总压力的作用下，质量m的流体流经的距离为L=Q1/A1，则质量为m的流体的压力能为p1A1L1=p1A1Q/A1=p1Q而单位质量的压力能为p1Q/m。4）动能v2/2流体因运动而具有的能量，它等于将流体由静止状态加速到速度为v时所需的功。质量m 的流体流速为v时的动能为mv2/2，单位质量流体具有的动能为v2/2。5）稳态流动系统的总能量衡算方程式规定系统接受外加功为正，如we（J/kg），反之为负；规定系统吸热为正，如qe（J/kg），放热为负，则稳态流动系统的总能量衡算方程式为：若等式两边均除以m，则上式成为单位质量流体稳态流动过程的总能量衡算式，各项单位均为J/kg。2、稳态流动系统的机械能衡算总能量衡算中，动能、位能、压力能、外加功属于机械能；内能和热是非机械能。机械能和非机械能的区别是，前者在流动过程中可以相互转化，既可用于流体输送，也可转变成热和内能；而后者不能直接转变成机械能用于流体的输送。稳态流动系统的机械能衡算方程式为：上式即为柏努利（Bernulli）方程式。上式也可写成：其中：Z位压头，又称为位头，m流体柱； v2/2g动压头，又称为速度头，m流体柱； p/g压力能以压头形式表示，称为静压头，m流体柱； He=we/g外加功以压头形式表示，称为有效压头，m流体柱； Hf=hf/g压头损失，m流体柱。1J411013压力管路的水力特性一、管内液体流动类型 1、流体的粘度粘度的物理意义是促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。可用牛顿内摩擦定律推导得。粘度总是与速度梯度相联系，只有在运动时才显现出来。1）动力粘度即促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力，一般用表示，其单位为Pas。2）运动粘度动力粘度与同温度下的密度的比值。通常用表示，单位为m2/s。3）粘度与温度的关系液体粘度随温度的升高而减小；当气体压力较低时，气体粘度随温度的升高而增大。2、流动型态及雷诺数1）流动型态当流体流速度很小时，有色液体沿管轴线作直线运动，与相邻的流体质点无宏观上的混合，这种流动型态称为层流或滞流；随着流体的流速增大至某个值后，有色液体流动的细线开始抖动、弯曲，呈现波浪形；当流速再增大时，波形起伏加剧，出现强烈的骚扰滑动，全管内水的颜色均匀一致，这种流动型态称为湍流或紊流。2）雷诺数雷诺采用不同的流体和不同的管径多次进行了上述实验，所得结果表明：流体的流动型态除了与流速u有关外，还与管径d、密度、粘度这三个因素有关。雷诺将这四个因素组成一个复合数群，以符号Re表示。 或 实验结果表明，对于流体在圆管内流动，当Re4000时，流动型态为湍流；当Re=20004000时，称为过渡流。二、圆管内流动损失的计算1、沿程流动损失（直管阻力损失）：流体流经一定管径的直管时，由于流体内摩擦力的作用而产生的阻力。其大小按下式计算：上式 沿程流动损失，m； 摩阻系数，与雷诺数Re和管壁粗糙度有关，可通过实验测定，也可以通过计算得出。当流态处于层流时，。 l直管段长度，m； d管内径，m； v流体在管内流速，m/s。2、局部流动损失：局部阻力是指流体通过管路中的管件（如三通、弯头、大小头等）、阀门、管子出入口及流量计等局部障碍处而发生的阻力损失。1）阻力系数法式中为局部阻力系数，由实验测定，或查阅有关图表。2）当量长度法将流体的局部阻力折合成相当于流体流经同直径管长为le的直管时所产生的阻力，局部阻力可表示为式中le为管件的当量长度，其值由实验测定，或查阅有关图表。三、管路的总阻力损失管路的总阻力损失为流体流经直管的阻力损失与各局部阻力损失之和。1J411020熟悉动、静设备基本知识1J411021动设备定义、种类一、石油化工动设备定义石油化工动设备是指在石油化工生产装置中具有转动机构的工艺设备。二、石油化工动设备种类石油化工动设备种类可按其完成化工单元操作的功能进行分类，一般可分成流体输送机械类、非均相分离机械类、搅拌与混合机械类、冷冻机械类、结晶与干燥设备等。1J411022动设备（容积泵、离心泵、往复式压缩机、离心式压缩机等）的结构及工作原理一、容积泵的结构及工作原理容积泵又称“正位移式泵”。通过若干封闭的充满液体的空间（如缸体），周期性地将能量施加于液体，使液体压力直接增加到所需值的泵。包括往复泵、转子泵等。1、往复泵往复泵是活塞泵、柱塞泵和隔膜泵的总称，它是容积式泵中应用比较广泛的一种。按驱动方式，往复泵可分为机动泵(电动机驱动)、直动泵(蒸汽、气体或液体驱动)和手动泵三大类。往复泵是通过活塞的往复运动直接以压力能的形式向液体提供能量的液体输送机械。1）活塞泵活塞泵其主要部件是泵缸、活塞、活塞杆、单向开启的吸入阀和排出阀。泵缸内活塞与阀门间的空间为工作室。 当活塞自左向右移动时，工作室的容积增大形成低压，吸入阀被泵外液体推开而进入泵缸内，排出阀因受排出管内液体压力而关闭。活塞移至右端点时即完成吸入行程。当活塞自右向左移动时，泵缸内液体受到挤压使其压力增高，从而推开排出阀而压入排出管路，吸入阀则被关闭。活塞移至左端点时排液结束，完成了一个工作循环。活塞如此往复运动，液体间断地被吸入泵缸和排入压出管路，达到输液目的。2) 计量泵 计量泵又称比例泵，其装置特点是通过改变柱塞的冲程大小来调节流量，当要求精确输送流量恒定的液体时，可以方便而准确地、借助调节偏心轮的偏心距离，来改变柱塞的冲程而实现。有时，还可通过一台电机带动几台计量泵的方法将几种液体按比例输送或混合。3) 隔膜泵 当输送腐蚀性液体或悬浮液时，可采用隔膜泵。隔膜泵实际上就是柱塞泵，其结构特点是借弹性薄膜将被输送液体与活柱隔开，从而使得活柱和泵缸得以保护。隔膜左侧与液体接触的部分均由耐腐蚀材料制造或涂一层耐腐蚀物质；隔膜右侧充满水或油。当柱塞作往复运动时，迫使隔膜交替地向两侧弯曲，将被输送液体吸入和排出。弹性隔膜系采用耐腐蚀橡胶或金属薄片制成。 隔膜式计量泵可用来定量输送剧毒、易燃、易爆和腐蚀性液体。2、转子泵 转子泵又称回转泵，属正位移泵，它们的工作原理是依靠泵内一个或多个转子的旋转来吸液和排液的。石油化工中较为常用的有齿轮和螺杆泵。 1）齿轮泵 目前石油化工中常用的外啮合齿轮泵的结构泵壳内有两个齿轮，其中一个为主动轮，它由电机带动旋转；另一个为从动轮，它是靠与主动轮的相啮合而转动。两齿轮将泵壳内分成互不相通的吸入室和排出室。当齿轮旋转时，吸入室内两轮的齿互相拨开，形成低压而将液体吸入；然后液体分两路封闭于齿穴和壳体之间随齿轮向排出室旋转，在排出室两齿轮的齿互相合扰，形成高压而将液体排出。此种泵的流量和压头有些波动，且有噪音和振动。近年来已逐步采用内啮合式的齿轮泵，其较外啮合齿轮泵工作平稳，但制造较复杂。 齿轮泵的流量小而扬程高，适用于粘稠液体乃至膏状物料的输送，但不能输送含有固体粒子的悬浮液。 2）螺杆泵 螺杆泵由泵壳和一根或多根螺杆所构成。双螺杆泵的工作原理与齿轮泵十分相似，它是依靠互相啮合的螺杆来吸送液体的。当需要较高压头时，可采用较长的螺杆。 螺杆泵的压头高、效率高、运转平稳、噪音低，适用于高粘度液体的输送。转子泵的操作特性与往复泵相似。在一定转速下，泵的流量不随泵的扬程而变，有自吸能力，启动前不需要灌泵；采用旁路调节流量。由于转动部件严密性的限制，回转泵的压头不如往复泵高。二、离心泵的基本结构和工作原理 1、离心泵的基本结构离心泵的基本部件是高速旋转的叶轮和固定的蜗壳形泵壳。具有若干个(通常为412个)后弯叶片的叶轮紧固于泵轴上，并随泵轴由电机驱动作高速旋转。叶轮是直接对泵内液体做功的部件，为离心泵的供能装置。泵壳中央的吸入口与吸入管路相连接，吸入管路的底部装有单向底阀。泵壳侧旁的排出口与装有调节阀门的排出管路相连接。 2、离心泵的工作原理 当离心泵启动后，泵轴带动叶轮一起作高速旋转运动，迫使在叶片间的液体作近似等角速度的旋转运动，在惯性离心力作用下，液体自叶轮中心向外周作径向运动。液体在流经叶轮的运动过程获得了能量，静压能增高，流速增大。当液体离开叶轮进入泵壳后，由于壳内流道逐渐扩大而减速，部分动能转化为静压能，最后沿切向流入排出管路。所以蜗形泵壳不仅是汇集由叶轮流出液体的部件，而且又是一个转能装置。当液体自叶轮中心甩向外周的同时，叶轮中心形成低压区，在储槽液面与叶轮中心压力差的作用下，致使液体被吸进叶轮中心。依靠叶轮的不断运转，液体便连续地被吸入和排出。液体在离心泵中获得的机械能量最终表现为静压能的提高。 三、往复压缩机的基本结构和工作原理往复压缩机的基本结构和工作原理与往复泵相近。其主要部件有活塞、气缸、吸气阀和排气阀，依靠活塞的往复运动而将气体吸入和排出。但是，由于往复压缩机处理的气体密度小、可压缩性，压缩后气体的体积变小、温度升高，因而往复压缩机的吸气阀门和排气阀门必须灵巧精制，为移除压缩放出的热量以降低气体的温度，还应附设冷却装置。往复压缩机实际的工作过程也比往复泵更加复杂。 四、离心式压缩机 离心式压缩机，其结构类似于多级离心泵，它主要由蜗形机壳和多叶片的叶轮组成，每级叶轮之间都有导轮，工作原理和离心泵基本相同。离心压缩机的叶轮级数多(可在10级以上)，转速也较高，可产生更高的出口压力。由于气体的压缩比较高，气体的体积变化比较大，温度升高也较明显，因而离心压缩机的叶轮直径和宽度逐级缩小，并且将叶轮分成几段，每段又包括几级，段与段之间设置冷却器，以免气体温度过高。离心压缩机生产能力大，供气均匀，机体内易损部件少，能安全可靠连续运行，维修方便，且机体无润滑油污染气体，因此，除要求很高的压缩比外，大都采用离心压缩机。1J411023离心泵的安装高度确定一、离心泵的气蚀现象由离心泵的工作原理可知，泵的吸液作用是依靠液面（设为00截面）与泵吸入口截面（设为11截面）之间的势能差而实现的，也就是说在泵的吸入口附近为低压地区。当叶片入口附近的最低压力等于或小于输送温度下液体的饱和蒸气压时，液体将在此处气化或者溶解在液体中的气体析出并形成气泡。含气泡的液体进入叶轮高压区后，气泡在高压作用下急剧地缩小而破灭，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占据的空间，造成冲击和振动。在巨大冲击力反复作用下，使叶片表面材质疲劳，从并始点蚀到形成裂缝，导致叶轮或泵壳破坏。这种现象称为气蚀。气蚀现象发生时，由于部分流道空间被气泡占据，致使泵的流量、压头及效率下降，严重时吸不上液体，泵不能正常工作。气蚀发生的原因归根结底是叶片吸入口附近的压力过低。而造成吸入口压力过低的原因是多方面的，诸如泵的安装高度超过规定值、吸入管路局阻力过大、泵送液体的温度超过允许值，泵的工作点偏离额定流量过多等。为避免气蚀的发生就要采取措施使叶片入口附近的压力必须维持在某一数值以上，通常取输送温度下液体的饱和蒸气压力作为最低压力。根据泵的抗气蚀性能，合理地确定泵的安装高度，是避免气蚀发生的有效措施。二、离心泵的允许安装（或吸上）高度泵的允许安装高度或允许吸上高度是指上游储槽液面与泵吸入口之间允许达到的最大垂直距离，以Hg 表示。离心泵的允许安装高度Hg 可在00与11两截面列柏努利方程求得，即 式中 Hg泵的允许安装高度，m；p1泵入口处可允许的最低压力，Pa；Hf，01液体流经吸入管路的压头损失，m；p0储槽液面上的压力，若储槽上方与大气相通，则p0即为大气压pa，Pa。于是上式可表示为 为了确定离心泵的允许安装高度，在国产离心泵标准中，采取抗气蚀性能指标来限定泵吸入口附近的最低压力。1、离心泵的气蚀余量为了防止气蚀现象发生，在离心泵的入口处液体的静压头与动压头之和必须大于操作温度下液体的饱和蒸气压头某一数值。此数值即离心泵的气蚀余量。其定义式为 式中 NSPH 离心泵的气蚀余量，m；pv 操作温度下液体的饱和蒸气压，Pa。式中的p0 为吸入储槽内液面上方的压力，单位为Pa。若储槽敞口，则为。由于大流量下较大，在计算泵的允许安装高度时，应以操作中可能出现的最高流量为依据。2、 离心泵的允许吸上真空度若大气压力为pa ，泵入口处允许的最低压力为p1 ，则泵入口处的最高真空度为，单位为Pa。习惯上，真空度常以输送液体的液柱高度来计量，称之为允许吸上真空度，以来表示，单位为m液柱，即 需要指出，是表示真空度的物理量，应具有压力的单位(m液柱)，但在离心泵的性能表里一般把它的单位写成m(严格说应是m水柱)，对此要特别注意。在柏努利方程式里又具有静压头的物理意义，因此 是离心泵的抗气蚀性能参数，其值越大，泵的安装高度越高。与泵的结构、被输送液体的性质及当地大气压有关，且随流量加大而变小。值由泵的制造厂家在98.1kPa(10mH2O)大气压下，用20清水实验测得。实验值列在水泵样本或说明书的性能表中。一些泵的特性曲线上也画出了曲线。离心泵的允许吸上真空度与必须气蚀余量的关系为 。1J411024静设备（化学反应器、塔器、换热设备、分离设备、储存设备）种类一、化学反应器化学反应器是用于实现化学反应工程的设备。其结构和形式与化学反应过程的类型和性质有密切的关系。1、搅拌式反应器搅拌式反应器、俗称“反应锅”。内部装有搅拌器和必要传热装置的反应器。有机化学工业中所用的硝化器、磺化器等，大都是搅拌式反应器。一般由罐体、传热装置（如有）、搅拌装置、传动装置、轴封装置等组成。2、固定床反应器 固定床反应器用于使反应在固定床层中进行的设备。即流体和静止状态下的固体物料起反应，或使流体在静止状态下的固体催化剂(触媒)影响下起反应的设备。3、沸腾床反应器 沸腾床反应器又称“流化床反应器”。用于使反应在沸腾床层内进行的设备。分有单段式和多段式两类，单段式又有非循环操作和循环操作两种。4、管式反应器 管式反应器是在管内完成化学反应过程的反应器。有管式(裂解)炉和圆筒管式炉等。5、滚动式反应器 滚动式反应器是使固体物料进行焙烧反应的设备。主要结构为一个内衬耐火材料的倾斜装置的回转圆筒。固体物料由上端加料装置加入，借滚筒的回转产生搅拌与混和，强化反应并向前移动。燃烧加热的气体由下端进入。物料逆向由卸料室卸出，炉气由烟道排出。6、合成塔合成塔是进行化学合成反应的一种塔型反应器。应用于氨、氯化氢、甲醇、尿素的合成和重油的加氢等。其结构、材料和形式随反应物和反应条件而不同。一般由外壳和内件组成，外壳承受介质的高压，内件由催化剂(触媒)支承装置、热交换装置、气体分配装置等组成。有固定床反应和沸腾床反应两大形式，前者的应用较广。7、焙烧炉 焙烧炉是在高温下焙烧矿石的设备。用以分解矿石或制取工业用气体。型式很多，如高炉、反射炉、回转炉、机械炉、沸腾炉等。广泛应用于化学工业和冶金工业等。二、塔器塔器又称“塔设备”。类似塔形的直立式石油化工设备，其高度与直径之比较大。根据其作用的不同可分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔等。根据其结构特点则可分为板式塔或填料塔两大类。1、精馏塔 精馏塔是用以进行精馏操作的塔器。精馏操作是将液体物料在塔内同时进行多次部分气化和部分冷凝，使易挥发组份由液相向气相转移，难挥发组份由气相向液相转移，以分离液体混合物中的不同组分。操作时，将由精馏塔顶冷凝所得的液体的一部分，由塔顶回流入塔内，并与下部上升的蒸汽密切接触，进行热量与质量的交换，使低沸点组分沿着塔的向上方向不断增加浓度，而高沸点组分则沿着相反方向不断增加浓度，从而将液体混合物分离为塔顶产品(馏出液)和塔底产品(蒸馏釜残液)，或在塔身任意部位引出不同馏份的产品。2、吸收塔 吸收塔用以进行吸收操作的塔器。吸收操作是选用适当的液体为吸收剂以分离气体混合物中的不同组分。由于气体混合物中各组分对该液体吸收剂的溶解度各不相同，因而使易溶的组分溶于吸收剂中，以达到与其他组分分离的目的。操作时，使从塔顶喷淋的液体吸收剂，与由塔底上升的气体混合物密切接触，从而气体中易溶组分逐渐溶于吸收剂中。吸收塔根据作用的不同又可分为表面式、膜式、喷洒式和鼓泡式等。3、解吸塔 解吸塔用以进行解吸操作的塔器。解吸操作是与吸收操作正好相反的过程。即将所吸收的气体从吸收剂放出。在工业上往往使解吸与吸收结合进行，以获得纯净气体并再生吸收剂。4、萃取塔 萃取塔用以进行萃取操作的塔器。萃取操作是利用不同物质在选定溶剂(萃取剂)中的不同溶解度，以分离混合物中的不同组分。当用溶剂分离液体混合物中的组分时，称为液体萃取。当用溶剂分离固体混合物中的组分时，称为浸取，又称固体萃取。习惯上，萃取多数仅指液体萃取。萃取塔根据作用的不同又可分为搅拌式、脉动式、喷淋式和填料式。5、气提塔气提塔用于气提过程的塔器。气提过程是将某一组份的蒸气分压增大破坏了原来的蒸气平衡分压，引发液相中的另一组份从液相中逸入气相的过程，也称蒸汽蒸馏，是一种比较简单的蒸馏方法，常用以蒸馏在常压下沸点较高或在其沸点时易于分解的物料，也常用于高沸点的物料与不挥发的杂质分离。为了实现较为理想的传质过程，往往在管子的另一侧供应热量，使气提组份化合物的分解所需热量得到补充，是一种传热传质类型的塔器。 6、板式塔 板式塔内部设置多层塔盘的塔器。塔盘上积有一层液体，蒸汽自下而上通过塔盘时，气液两相进行充分的接触，从而达到热量和质量的传递。板式塔由裙座、塔体、塔盘等主要部件组成。根据塔盘结构的不同，常见的板式塔有泡罩塔、浮阀塔、筛板塔，淋降板塔等。7、填料塔 填料塔又称“填充塔”。内部充装有一定高度填料的塔器。填料的作用是增加塔内两种流体的接触面积，以达到充分的热量传递和质量传递。例如应用于气体吸收时，液体由塔的顶部通过分布器向下喷洒，并沿填料表面下降。气体则由塔的下部通过填料孔隙逆流而上，与液体密切接触而相互作用。使用高效填料时，可以使两种流体的传热和传质效率大大提高。填料塔的结构较简单，主要有塔身、填料、填料支承板、液体分布器、裙座等部件构成。检修较方便。广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。8、栅板塔 栅板塔是塔器的一种，内装若干层栅板。常用的栅板是用铣削或冲压方法开出一些平行缝的金属薄板，或是由许多栅条(或管子)并排铺成具有狭缝的平板。操作时，液体由塔顶进入，经过狭缝逐板下降，并在板上积存液层。蒸汽(或气体)由塔底进入，经狭缝上升穿过液层，鼓泡而出，达到两相密切接触，并相互作用。应用于精馏、吸收和萃取等。9、湍球塔 湍球塔是内部装填一定数量可自由湍动轻质小球的塔器。由支承板(栅板)、轻质小球、挡网、除沫器等部分组成。轻质小球在上升的高速气流冲力、液体的浮力和自身重力等各种力相互作用下，形成悬浮状态并湍动旋转和相互碰撞，引起气液二相的密切接触，使传质、传 热、除尘操作能强化进行。此外，小球在各向无规则的运动，表面经常受到碰撞、冲洗，在一定空塔气速下，会产生自身清净作用。湍球塔优点是气速高、处理能力大、气液分布比较均匀、结构简单且不易被堵塞。缺点是球的湍动在塔内有一定程度的返混，且球本身易变形或破裂。适合于传质单元数(或理论板数)不多的操作。如不可逆化学吸收、脱水、除尘、温度较恒定的气液直接传热等。三、换热设备换热设备即换热器；又称热交换器。借助不同温度各流体间的热量交换而实现加热或冷却目的的设备。一般靠固体间壁（传热面）将各个流体隔开，也有使两种流体在容器内直接接触进行热量交换。根据作用原理可分为间壁式换热器，蓄热式换热器和混合式换热器。根据使用目的可分为加热器、冷却器，汽化器和冷凝器。根据制造材料可分为金属材料换热器和非金属材料换热器。根据传热面形式和结构可分为管式换热器、板式换热器和特种换热器。1、间壁式换热器间壁式换热器是通过分隔各流体的间壁进行热量交换的一类换热器。主要是管式换热器和板式换热器。在化学工业中普遍使用管壳式换热器。2、蓄热式换热器 蓄热式换热器简称“蓄热器”。利用固体填充物储蓄热量来达到换热目的的一类换热器。固体填充物一般为耐火砖等砌成的火格子。换热器分两个阶段进行。第一阶段，热气体通过火格子，将热量传给火格子储蓄起来。第二阶段，冷气体通过火格子，接受火格子所储蓄的热量而被加热。这两个阶段交替进行。通常用两个蓄热器轮换使用，即当热气体进入一器时，冷气体进入另一器。常用于冶金工业，如炼钢平炉的蓄热室。也用于化学工业中，如煤气炉中的空气预热室或燃烧室。在石油化工中， 蓄热式裂化炉也得到应用。3、混合式换热器 混合式换热器是在直接混合过程中完成冷热流体热量交换的换热器。在换热过程中同时伴有物质交换。它的形式有：利用塔内填料的润湿表面使气体和液体直接接触的填料塔；利用塔内喷嘴把液体分散在气体中，而在液体表面进行热交换的喷淋式塔器；利用塔内筛板及溢流板的构造，使气液在塔板上密切接触的泡沫冷却塔；使被冷却气体通过文丘里管，而在其中喉孔处喷入液体冷却剂，以达到高速冷却效果的文丘里冷却器以及各种形式的混合冷凝器等。4、蛇管式换热器 蛇管式换热器是管式换热器的一种。蛇管用U形肘管相互连接的直管或盘成螺旋形的弯管组成。主要有喷淋式和沉浸式两种形式。也可将蛇管铸在容器壁中或焊在壁外。蛇管常用钢管制成，也可用有色金属和陶质材料制成。5、套管式换热器 套管式换热器是将两种直径不同的管子(内管与套管)连接成同心圆套管，两种流体各自在管内和管间流动而进行热量交换的一类换热器。由于两种流体都有较高的流速，因此可提高流体的给热系数。内管可采用光滑的管子，也可用带有翅片的管子，以增加翅片一边的传热面。套管式换热器常用作加热器、冷凝器和冷却器。优点是：(1)传热效率高；(2)结构较简单。缺点是：(1)接头较多，容易泄漏；(2)管子间隙清洗困难；(3)单位传热面需要用较多材料。6、管壳式换热器 管壳式换热器又称“列管式换热器”。由管束与圆筒形壳体组成的一种典型的管式换热器。管束由许多管子组成，两端分别固定在两块管板上，安置在一个圆筒形壳体内。进行热交换时，一种流体流经管内，另一种流体在管子与壳体之间流动，通过管壁进行传热。管壳式换热器的优点是；(1)单位体积的传热面较大，设备较紧凑；(2)可竖立安装，也可横卧安装。它是目前化工生产中用得最广泛的一种换热器。7、多筒式换热器 多筒式换热器是把许多同心圆筒的两端交替连接而成的换热器。用圆筒形折流板将进行换热的流体隔开，并沿传热面流动。当小流量流体换热时，在管壳式换热器中因壳程流速过小，则传热系数小，所需传热面大；另外，如在套管式换热器中，虽然传热系数较大，可是单位传热面积的造价高，不经济。多筒式换热器，即使是小流量流体的换热，也可获得高的传热系数，且造价低。广泛用于液液换热。8、刮面式换热器 刮面式换热器是利用旋转的刮片连续不断地刮掉与传热面接触的流体覆盖膜的一种换热器。换热器为套筒型，内筒为传热圆筒。加热介质或冷却介质在传热圆筒外侧的夹套中流动，被处理的工艺流体在圆筒内流动。传热圆筒内有旋转轴，刮片自由固定在旋转轴上，由于离心力的作用使其与传热面紧密接触，并连续刮掉与传热面接触的流体覆盖膜，而补充轴附近的液体，从而使传热面上液体不断更新，以提高传热系数。夹套中可设置螺旋导板，以提高加热介质或冷却介质流速。从而提高其传热系数。适用于高粘度流体的加热或冷却，以及含有固体颗粒泥浆的冷却，也用作伴随有放热或吸热反应的反应装置或溶解装置。9、立式降膜式冷却(冷凝)器立式降膜式冷却(冷凝)器液体从立式管束的上部管端流入管内，沿管内壁形成液膜下流的换热装置。由于液体形成液膜流动，即使管内流量比较小，也能得到较大的传热系数。另外，由于液体在传热管内的停留时间短，所以热敏性物料一般在管内流动，而加热蒸汽在壳侧流动。当冷却水容易结垢时应使被冷却流体在壳侧流动，而冷却水在管内呈膜状流动，如冷冻装置中的氨冷凝器。10、热管 热管是主要靠载热介质相变时吸收和释放汽化潜热及蒸汽流动来传热的一种具有很高传热性能的传热元件。其结构为一根密闭的金属管子，管子的内表面覆盖一层由毛细结构材料做成的芯网，中间是空的。管内装有一定量的可凝液体(即载热介质)，由于毛细作用，液体可渗透到芯网中去。当管子的一端受热时(称蒸发段)，液体即在芯网中吸收热量汽化，产生的蒸汽通过管子中间部位的隔热段流向冷端(称冷凝段)，蒸汽遇到冷表面，冷凝成液体放出热量，而后在毛细力作用下，又补充回到热端。如此反复循环，连续不断地把热端的热量传送到冷端。四、分离设备1、反渗透分离设备利用固体膜两侧的压强差大于溶液的渗透压，而且膜只允许溶质通过，由此获得纯溶剂的一种薄膜分离技术。2、超滤分离设备与反渗透类似的一种薄膜分离技术。所不同的是分离粒子的大小范围和操作压力。3、电渗析 在直流电场的作用下，利用离子交换膜，使电解质料液的阴、阳离子选择性地透过而达到分离的一种以电位差为推动力的薄膜分离技术。4、薄膜分离设备 用于薄膜分离的设备。要求薄膜具有高渗透性、高选择性、高强度。一般采用合成树脂薄膜、也有用天然材料、金属和非金属的薄膜制成板式、螺旋式或管式等渗析板或扩散管。5、气体净制分离设备 将固体微粒或液体微粒从气体中除去的过程设备。五、储存设备主要是用未盛装生产和生活用的原料气体、液体、液化气体等的容器。如各种型式的储槽。是按介质在生产工艺过程中作用原理进行分类的一种容器。1、储存容器按压力分为1）常压容器 按压力分级的一种容器。容器的工作压力为大气压，如敞口容器。2）低压容器 按压力分级的一种容器。容器最高工作压力P在下述范围之内：0.1MPaP1.6MPa。3）中压容器 按压力分级的一种容。容器最高工作压力P在下述范围之内：1.6MPaP10MPa。4）高压容器 按压力分级的一种容器。容器最高工作压力P在下述范围之内：10MPaP1OOMPa。对高压容器的用材、制造和检验都有严格的要求。5）超高压容器 按压力分级的一种容器。容器最高工作压力等于或大于100MPa。 对超高压容器的设计必须遵循专门的规定。6）真空容器 内部压力小于0.098MPa(1kgfcm2)的容器。其破坏形式常为由于刚度不够而造成的失稳破坏。7）外压容器 外部压力高于内部压力的容器。如真空容器、超真空容器及夹套压力大于容器压力的夹套容器。2、储存容器按形状分为1）圆筒形容器 壳体为圆筒形状的容器。它是一种常见的壳体形状，其受力较好、用材较省，制造方便。2）球形容器 壳体为球状的容器。其受力情况较圆筒形壳体好。单位体积的表面积最小，因此用材最省，制造较难。当用来储盛大容量的液体和气体时，则称球罐。3）椭圆形容器 壳体横断面为椭圆形的容器。4）锥形容器 壳体为圆锥形状的容器。一般作为容器的顶盖或底盖，以达到流体均匀而稳定的集中或分散，或作为固体颗粒依靠重力达到自动出料的目的。5）矩形容器壳体横断面为矩形的容器。矩形容器制造方便，但承压能力很差，一般作为常压或低压储槽以及某些空冷器、低压通风道、分离器的进口管。其强度计算方法是用矩形薄板理论为依据。6）组合容器 由两种或两种以上不同形状壳体组成的容器。常见的筒身为圆筒形壳体，而两端的封头根据化工工艺及强度的要求，可有如下各种形状：半椭球形、半球形、部分锥形(截锥形)及平板等。3、储存容器按壁分为1）薄壁容器 壳体外径与内径之比小于或等于1.2(或壁厚与内直径之比小于或等于0.1)的容器。中低压容器按壁厚分类，一般均属于薄壁容器。2）厚壁容器 壳体外径与内径之比大于1.2(或壁厚与内直径之比大于0.1)的容器。超高压容器按壁厚分类，一般属于厚壁容器。3）单层容器 壳体与封头均由单层材料制成的容器。是壳体的一种结构形式。单层容器壁厚的最大厚度由钢板的最大厚度决定，但由于单层厚壁容器制造困难，以及厚板来源困难等原因，厚壁容器往往做成多层结构。一般中低压压力容器，由于承受压力不高，大多是单层结构。4）多层容器 壳体由两层以上材料或结构组成的容器。是壳体的一种结构形式。为厚壁容器的一种特有的壳体结构，以解决单层厚壁容器所须特厚钢板来源与容器制造的困难。5）衬里容器 用防腐材料作内衬的容器。6）复合容器 由复合钢板制成的容器。是壳体的一种结构形式。容器制造时，要特别注意焊接接头型式以及焊条的选用，以免影响复层材料的耐腐蚀性能和机械性能。7）夹套式容器 带有夹套结构的容器。在容器的外壁附有完整的压力室或密封的绝热室，用来加热或冷却容器及容器中的物料。 4、储存容器按使用温度分为1）常温容器 设计温度介于材料无延性转变温度(NDT)与材料蠕变温度之间的容器。即设计时不须考虑金属材料的冷脆与高温蠕变，只须考虑在设计温度下的材料机械性能，如强度极限、屈服极限(一般随着温度的增高，屈服极限下降)等。2）低温容器 设计温度等于或低于-20的容器。低温压力容器必须采用低温用低合金钢板(简称低温用钢)来制造，钢板须进行低温冲击试验，其试验温度及最小冲击韧性值应符合有关技术文件规定。3）高温容器 设计温度高于材料蠕变温度的容器。在超过蠕变温度时，材料在恒应力作用下发生缓慢的变形，在应力的长期作用下会发生断裂。设计时应按设计温度下的持久强度或蠕变极限除以安全系数求得材料的许用应力，有时尚须采用特种的耐热钢以提高容器承受高温的能力。同时，必须选择恰当的焊条及焊接工艺进行焊接制造。5、根据容器压力高低、介质的危害程度以及在生产过程中的重要作用分为1）一类容器 属于下列情况之一者为一类容器：非易燃或无毒介质的低压(0.1P1.6MPa)容器(储存容器、反应器、换热器、分离器)；易燃或毒性为中度危害介质的低压分离容器和换热容器。2）二类容器 属于下列情况之一者为二类容器：中压容器(1.6P10MPa)；易燃或毒性为中度危害介质的低压反应容器和储存容器；内径小于或等于1.Om的低压管壳式废热锅炉。3）三类容器 属于下列情况之一者为三类容器：高压容器（10MPa），超高压容器；毒性为极度和高度危害介质的容器；易燃或毒性为中度危害介质，且PwV500 lMPa的中压反应容器，或PwV500 lMPa的中压储存容器；中压管壳式废热锅炉或内径大于1.0m的低压废热锅炉。上述Pw为容器最高工作压力(MPa)，V为容器容积(l)。1J413000防腐与绝热技术1J413010掌握石油化工建设工程的防腐蚀技术1J413011防腐的基本方法一、电化学保护 按照作用原理不同，电化学保护分为阴极保护和阳极保护两类。 1、阴极保护 1）阴极保护原理 外加电流阴极保护：将被保护金属设备与直流电源的负极相连，依靠外加阴极电流进行阴极极化而使金属得到保护的方法。牺牲阳极保护：在被保护金属设备上连接一个电位更负的强阳极，促使阴极极化，这种方法叫做牺牲阳极保护。 2）阴极保护的基本参数最小保护电流密度和最小保护电位是衡量阴极保护是否达到完全保护的两个基本参数。最小保护电流密度：使金属腐蚀停止，亦即达到完全保护时所需的最小电流值称为最小保护电流，若以电流密度计量，就称为最小保护电流密度。 最小保护电位：在阴极保护下，当金属刚好完全停止腐蚀时的临界电位称为最小保护电位。 最小保护电流密度和最小保护电位都通过实验确定，它们与被保护金属的种类、表面状态以及腐蚀介质的性质、浓度、温度、运动状况等因素有关。2、阳极保护1）阳极保护原理阳极保护是利用金属在电解质溶液中依靠阳极极化建立钝态的特性而实施的保护方法。它与外加电流阴极保护一样，亦用外加直流电源供电，所不同的是被保护设备接电源的正极，辅助电极接负极。2）阳极保护的主要参数(1)致钝电流密度(2)维钝电流密度(3)钝化区范围二、衬里衬里是一种综合利用不同材料的特性、具有较长使用寿命的防腐方法。根据不同的介质条件，大多是在钢铁或混凝土设备上选衬各种非金属材料。对于温度、压力较高的场合，可以衬耐蚀金属(如不锈钢、钛、铅、铜、铝等)。常用的衬里材料有：1、砖板衬里2、玻璃钢衬里3、橡胶衬里4、化工搪瓷三、防腐蚀结构设计1、不同断面的焊接 2、不同金属间的焊接3、螺栓联结 4、管子与管板联结5、管道联结 6、轴的联结7、夹套的焊接 8、壳体的保温9、壳体的冷却 10、封头接管11、排液管 12、支座（脚）13、缓冲板与折流板 14、搅拌器的饶流挡板15、管道及管件四、其他防腐方法1、金属或非金属材料覆盖层1）金属覆盖层可分为：金属衬里(铅、铝、铜、钛、不锈钢等衬里)，金属镀层(用电镀、喷镀、渗镀或化学镀等方法在钢材上镀锌、镉、锡、铬、镍、铝、镍磷合金等)，复合金属板等。2）非金属覆盖层可分为：衬里(有橡胶、瓷砖、熔融辉绿岩板、塑料、石墨搪瓷、搪玻璃、涂料，联合覆盖层，玻璃钢等)。2、添加缓蚀剂介质处理，包括在腐蚀介质中添加缓蚀剂等。其中覆盖层保护是目前防腐工程中应用最广泛的，由于金属覆盖层的保护效率不够高，所以在化学工业中的应用远不及非金属覆盖层那样普遍。每一种防腐方法，都有一定使用范围和条件。对于一个具体的装置或构件，究竟采用一种或同时采用几种防腐方法，主要应该从防腐效果、施工难易及经济成本等方面综合考虑。 1J413012埋地管道的防腐技术一、管道外部覆盖层管道外部覆盖层:亦称防腐绝缘层(简称防腐层)，将防腐层材料均匀致密地涂敷在经除锈的管道外表面上，使其与腐蚀介质隔离，达到管道外防腐的目的。长输管道常用的防腐层材料有石油沥青、煤焦油瓷漆、聚乙烯胶粘带、熔结环氧粉末、挤出聚乙烯、胶粘剂和环氧煤沥青等。对管道防腐层的基本要求是：与金属有良好的粘结性；电绝缘性能好；防水及化学稳定性好；有足够的机械强度和韧性；耐热和抗低温脆性；耐阴极剥离性能好；抗微生物腐蚀；破损后易修复，并要求价廉和便于施工。由于管道所处环境腐蚀性及运行条件的差异，通常将防腐层分为普通、加强和特强三种。二、埋地管道的阴极保护1、阴极保护原理以外加电流的阴极保护为例，暂不考虑腐蚀电池的回路电阻，则在未通电流保护以前，腐蚀原电池的自然腐蚀电位为E，相应的最大腐蚀电流为IC。通上外加电流后，由电解质流入阴极的电流量增加，由于阴极的进一步极化，其电位将降低。如流入阴极电流为ID，则其电位降至E，此时由原来的阳极流出的腐蚀电流将由IC降至I。ID与I的差值就是由辅助阳极流出的外加电流量。为了使金属构筑物得到完全保护，即没有腐蚀电流从其上流出，就需进一步将阴极极化到使总电位降至等于阳极的初始电位EA0，此时外加的保护电流值为IP。 要达到完全保护，外加的保护电流要比原来的腐蚀电流大得多。 2、阴极保护的方法1)牺牲阳极法在腐蚀电池中，阳极腐蚀，阴极不腐蚀。利用这一原理，以牺牲阳极优先溶解，使金属构筑物成为阴极而实现保护的方法称为牺牲阳极法。2)强制电流法根据阴极保护的原理，用外部的直流电源作阴极保护的极化电源，将电源的负极接管道(被保护构筑物)，将电源的正极接至辅助阳极，在电流的作用下，使管道发生阴极极化，实现阴极保护。 3)排流保护当有杂散电流存在时，通过排流可以实现对管道的阴极极化，这时杂散电流就成了阴极保护的电流源。但排流保护是受到杂散电流所限制的。通常的排流方式有直接排流、极性排流、强制排流三种形式。3、阴极保护参数1)自然腐蚀电位自然腐蚀电位体现了构筑物本身的活性，决定了阴极保护所需电流的大小，同时又是阴极保护准则中重要的参考点。2)保护电位按国标GBT1012388的定义，保护电位为“进入保护电位范围所必须达到的腐蚀电位的临界值”。保护电位是阴极保护的关键参数，它标志了阴极极化的程度，是监视和控制管道阴极保护效果的重要指标。或者认为为使腐蚀过程停止，金属经阴极极化后所必须达到的电位称为最小保护电位，也就是腐蚀原电池阳极的起始电位。其数值与金属的种类、腐蚀介质的组成、浓度及温度等有关。根据实验测定，碳钢在土壤及海水中的最小保护电位为-085V(CSE)左右。3)保护电流密度在国标GB/T1012388中，保护电流密度的定义是：“从恒定在保护电位范围内某一电位的电极表面上流入或流出的电流密度”。此定义适用于阴极保护