化工设备基础知识汇总

化工设备基础知识,第一部分：精馏塔设备第二部分：反应设备第三部分：输送泵设备第四部分：换热设备第五部分：阀门设备第六部分：气体压缩与输送设备第七部分：物料干燥设备第八部分：离心分离设备第九部分：工业循环水系统第十部分：过滤设备,目录,第一部分精馏塔设备,精馏塔的总体结构,一、板式塔,板式塔是逐板接触式的汽液传质设备，汽液两相在塔内进行逐板逆错流接触，两相的组成和温度沿塔高呈阶梯式变化塔板类型泡罩塔板筛板浮阀塔板喷射型塔板,操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度的液层，形成液封。升气管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从中漏下。上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气液两相的传热和传质提供大量的界面。泡罩塔板的优点是操作弹性较大，塔板不易堵塞；缺点是结构复杂、造价高，板上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中已很少采用。,泡罩塔板,泡罩塔板的剖面图,筛孔塔板简称筛板，其结构由开孔区和不开孔区、降液管、堰组成。塔板上开有许多均匀的小孔，孔径一般为38mm。筛孔在塔板上为正三角形排列。塔板上设置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液层。操作时，气体经筛孔分散成小股气流，鼓泡通过液层，气液间密切接触而进行传热和传质。在正常的操作条件下，通过筛孔上升的气流，应能阻止液体经筛孔向下泄漏。,筛孔塔板,塔板型式,塔板正常流动状态,筛板的优点是结构简单、造价低，板上液面落差小，气体压降低，生产能力大，传质效率高。其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。应予指出，筛板塔的设计和操作精度要求较高，过去工业上应用较为谨慎。近年来，由于设计和控制水平的不断提高，可使筛板塔的操作非常精确，故应用日趋广泛。,浮阀塔板具有泡罩塔板和筛孔塔板的优点，应用广泛。浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可上下浮动的阀片，阀片本身连有几个阀腿，以限制阀片升起的最大高度，并防止阀片被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯的定距片，当气速很低时，由于定距片的作用，阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔上，在一定程度上可防止阀片与板面的粘结。,浮阀塔板,塔板型式,浮阀塔板,操作时，由阀孔上升的气流经阀片与塔板间隙沿水平方向进入液层，增加了气液接触时间，浮阀开度随气体负荷而变，在低气量时，开度较小，气体仍能以足够的气速通过缝隙，避免过多的漏液；在高气量时，阀片自动浮起，开度增大，使气速不致过大。浮阀塔板的优点是结构简单、造价低，生产能力大，操作弹性大，塔板效率较高。其缺点是处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。,填料塔的结构组成,填料塔结构及特性,1.填料塔的结构,填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。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。,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。填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。,填料类型,填料的分类可以有各种不同的分法，按性能分为普通填料和高效填料，按形状和结构分为颗粒型填料和规整填料。结合填料的结构和性能可分为两类六组。一、颗粒型填料：（乱堆填料、散装填料）大颗粒普通填料：如工业拉西环、鞍型、工业鲍尔环、阶梯环等。小颗粒高效填料：如狄克松环、麦克马洪填料、坎农填料等。二、规整填料：（组合填料、预制成型填料）波纹填料、脉冲填料、绕卷型、高速液膜型,填料的种类：1、乱堆填料,2、网状组合填料,规整填料,第二部分反应设备,按反应器结构型式分类,釜式反应器：主要用于液相均相、液相非均相或气液相反应。可间歇操作，也可连续操作。由壳体、搅拌器和换热装置等组成。塔式反应器：指高径比较大的反应设备。广泛用于气液相反应、液液相反应。管式反应器：用于气相或液相连续反应，由于管子能承受较高的压力，用于加压下的反应尤为适合。固定床反应器：流体通过静态催化剂颗粒进行反应的反应器，多用于气固相反应，一般固体为催化剂，气体为反应物料。流化床反应器：固体在反应器内呈流化状态。主要用于气固相催化反应。,1、管式反应器这种反应器是单根连续管式或由一根以上的管子平行排列构成。反应物从一头进入反应器，而产物则从另一端排出，反应混合物的组成连续地变化。,特征：长度管径。内部是空的，不设置任何构件。多用于均相反应。如裂解炉。,2、塔式反应器,塔式反应器是指高径比较大的反应设备。广泛应用于气液相反应和液液相反应。在气液相反应过程中，至少有一种反应物在气相，另一些反应物则在液相，气相中的反应物必须传递至液相，在液相中发生化学反应。有时，反应物都存在于气相，它们一齐传递到催化剂溶液中进行反应。气液相反应属于非均相反应过程。处理气液相反应过程的反应器称为气液相反应器。,特征：反应器高度为直径的数倍以至十几倍。内部常设置能增加两相接触的构件，如填料，筛板等。适用于两种流体相反应的过程。如气液反应、液液反应。,填料塔板式塔喷雾塔,3、釜式反应器,釜式反应器在化学工业中的应用非常普遍，大多数情况设有搅拌装置及传热装置。它既可用于间歇也可用于连续操作过程，其适应的温度和压力范围都很大。这种反应器适应性强，操作弹性大。连续操作时，温度、浓度易控制，产品质量均一。缺点是在要求达到高转化率时，反应器容积大。在石化工业中，主要用于聚合反应，即将小分子变成大分子，使反应产物具有“可塑”、“成纤”、“成膜”、“高弹”等特性的反应。可间歇操作，也可连续操作。釜式反应器高径比为12，一般由釜体、搅拌器和换热装置等组成。,4、固定床反应器,催化剂以固相装填在反应器内，反应物流以气相或液相通过催化剂床层，在催化剂表面进行化学反应的装置称固定床反应器。固定床反应器在石油加工、石油化工工业应用十分广泛，例如：乙烯氧化制环氧乙烷、乙苯脱氢制苯乙烯等都在固定床反应器中进行。,特征：反应器内填充有固定不动的固体颗粒。可以是催化剂，也可以是固体反应物。适用于气固催化反应，固相加工反应，应用非常广泛。,固定床反应器的结构型式,换热式固定床反应器列管式固定床反应器管内装填催化剂，反应物料自上而下通过床层；管间为载热体，与管内物料进行换热，以维持所需的温度条件。,5、流化床反应器,特征：反应器内固体粒子可以象流体一样被流化起来。适用于气固，液固，气液固反应。如:催化剂快速失活需立即再生的：催化裂化装置强放热反应：丙烯氨氧化，萘氧化，丁烯氧化脱氢固相加工反应：黄铁矿，闪锌矿的焙烧，石灰石的煅烧等,第三部分输送泵设备,离心泵的工作原理,两个过程：吸入过程和排出过程当离心泵启动后，泵轴带动叶轮一起作高速旋转运动，使预先充灌在叶片间的液体旋转，在离心力的作用下，液体自叶轮中心向外周作径向运动。当液体自叶轮中心甩向外周的同时，叶轮中心形成低压区（真空），在贮槽液面与叶轮中心总势能差的作用下，致使液体被吸进叶轮中心。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。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。,离心泵的特性曲线,由于离心泵的种类很多，各种泵内损失难以估计，使得离心泵的实际特性曲线关系H-Q、N-Q、-Q只能靠实验测定，在泵出厂时列于产品样本中以供参考。实验测出的特性曲线如图所示,离心泵的特性曲线,由图可见：一般离心泵扬程H随流量Q的增大而下降，当Q=0时，由图可知H也只能达到一定值，这是离心泵的一个重要特性；轴功率随流量增大而增加，当时，最小。这要求离心泵在启动时，应关闭泵的出口阀门，以减小启动功率，保护电动机免因超载而受损；曲线有极值点（最大值），在此点下操作效率最高,能量损失最小。与此点对应的流量称为额定流量。泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于92%。,串联:指前一台泵的出口向另一台泵的入口输送流体的工作方式。串联的目的是在流量相同时增加压头。两台泵串联工作时所产生的总扬程小于泵单独工作时扬程的2倍，而大于串联前单独运行的扬程，且串联后的流量也比一台泵单独工作时大了。组合后，泵的特性曲线由单泵同一Q下H的倍数确定。,并联：指两台或两台以上的泵向同一压力管路输送流体的工作方式。并联的目的是在压头相同时增加流量。两台泵并联运行时的流量等于并联时的各台泵流量之和，并联总流量小于两单机单独运行的流量和，而并联后的扬程却比一台泵单独工作时要高些。组合后，泵的特性曲线由单泵同一H下Q的倍数确定。,离心泵的类型与选用,（2）离心泵的选用根据被输送液体的性质确定泵的类型。确定输送系统的流量和所需压头。流量由生产任务来定，所需压头由管路的特性方程来定。根据所需流量和压头确定泵的型号。A、查性能表或特性曲线，要求流量和压头与管路所需相适应。B、若生产中流量有变动，以最大流量为准来查找，H也应以最大流量对应值查找。C、若H和Q与所需要不符，则应在邻近型号中找H和Q都稍大一点的。,第四部分换热设备,换热器,根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为：混合式、蓄热式、间壁式。直接接触式（混合式）在这类换热器中，冷热两种流体通过直接混合进行热量交换。在工艺上允许两种流体相互混合的情况下，这是比较方便和有效的，且其结构比较简单。直接接触式换热器常用于气体的冷却或水蒸汽的冷凝，如常见的凉水塔、洗涤塔等。,蓄热式蓄热式换热器又称为蓄热器，它主要由热容量较大的蓄热室构成，室中可填耐火砖或金属带等作为填料。当冷、热两种流体交替地通过同一蓄热室时，即可通过填料将得自热流体的热量，传递给冷流体，达到换热的目的。这类换热器的结构简单，且可耐高温，常用于气体的余热及其冷量的利用。其缺点是设备体积较大，而且两种流体交替时难免有一定程度的混合。多用于石油裂解和冶金工业中的炼钢等方面。,换热器,间壁式这一类换热器的特点是在冷热两种流体之间用一金属壁隔开，以使两种流体在不相混合的情况下进行热量交换。1、夹套式换热器2、沉浸式蛇管换热器3、喷淋式换热器4、套管换热器5、列管换热器（1）固定管板式（2）U型管式（3）浮头式6、其他高效换热器（1）螺旋板式（2）平板式,（1）夹套式换热器结构：夹套装在容器外部，在夹套和容器壁之间形成密闭空间，成为一种流体的通道。优点：结构简单，加工方便。缺点：传热面积A小，传热效率低。用途：广泛用于反应器的加热和冷却。为了提高传热效果，可在釜内加搅拌器或蛇管和外循环。,（2）沉浸式蛇管换热器结构：蛇管一般由金属管子弯绕而制成，适应容器所需要的形状，沉浸在容器内，冷热流体在管内外进行换热。,（3）喷淋式换热器结构：冷却水从最上面的管子的喷淋装置中淋下来，沿管表面流下来，被冷却的流体从最上面的管子流入，从最下面的管子流出，与外面的冷却水进行换热。在下流过程中，冷却水可收集再进行重新分配。优点：结构简单、造价便宜，能耐高压，便于检修、清洗，传热效果好。缺点：冷却水喷淋不易均匀而影响传热效果，只能安装在室外。用途：用于冷却或冷凝管内液体。,间壁式,（4）套管式换热器结构：由不同直径组成的同心套管，可根据换热要求，将几段套管用U形管连接，可增加传热面积；冷、热流体可以逆流或并流。,（5）列管式换热器（管壳式换热器）列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用。主要由壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。常用的折流挡板有圆缺形和圆盘形两种，前者更为常用。,（1）固定管板式壳体与传热管壁温度之差大于50C，加补偿圈，也称膨胀节，当壳体和管束之间有温差时，依靠补偿圈的弹性变形来适应它们之间的不同的热膨胀。特点：结构简单，成本低，壳程检修和清洗困难，壳程必须是清洁、不易产生垢层和腐蚀的介质。,（2）浮头式两端的管板，一端不与壳体相连，可自由沿管长方向浮动。当壳体与管束因温度不同而引起热膨胀时，管束连同浮头可在壳体内沿轴向自由伸缩，可完全消除热应力。特点：结构较为复杂，成本高，消除了温差应力，是应用较多的一种结构形式。,（3）U型管式把每根管子都弯成U形，两端固定在同一管板上，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。特点：结构较简单，管程不易清洗，常为洁净流体，适用于高压气体的换热。,4）螺旋板式换热器螺旋板式换热器主要由两张平行的薄钢板卷制而成，构成一对互相隔开的螺旋形流道。冷热两流体以螺旋板为传热面相间流动，两板之间焊有定距柱以维持流道间距，同时也可增加螺旋板的刚度。优点：结构紧凑，传热效率高，不易堵塞，结构紧凑A/V大，成本较低。缺点：操作压力、温度不能太高，螺旋板难以维修，流体阻力较大。,5）板式换热器冷热流体在板片的两侧流过，通过板片换热。板上可被压制成多种形状的波纹，可增加刚性；提高湍动程度；增加传热面积；易于液体的均匀分布。优点：传热效率高，总传热系数大，结构紧凑，操作灵活，安装检修方便。缺点：耐温、耐压性较差，易渗漏，处理量小。,6）板翅式换热器板翅式换热器是一种传热效果好，更为紧凑的板式换热器。板翅式换热器的基本结构，是由于平隔板和各种型式的翅片构成板束组装而成。在两块平行薄金属板（平隔板）间，夹入波纹状或其他形状的翅片，两边以侧条密封，即组成为一个单元体。各个单元体又以不同的叠积适当排列，并用钎焊固定，成为常用的逆流或错流式板翅式换热器组装件，或称为板束。再将带有集流进出口的集流箱焊接到板束上，就成为板翅式换热器。优点：结构高度紧凑，传热效率高，允许较高的操作压力。缺点：制造工艺复杂，检修清洗困难。,第五部分阀门设备,一：阀门的类型代号,二、按主要参数分类1、按压力分类(1)真空阀工作压力低于标准大气压的阀门。(2)低压阀公称压力PN450的阀门。(2)中温阀120t450的阀门。(3)常温阀-40t120的阀门。(4)低温阀-100t-40的阀门。(5)超低温阀t10m)。,分离原理,优点：对物料适应性强，可用于固液分离、成品脱液、滤饼洗涤。结构简单，制造、安装、维修、使用成本低。运转平稳，易于实现