第1章_化工设备结构认识

1、第第1章章 化工设备结构认识化工设备结构认识 序篇序篇 u基本概念 n 设备：设备一般是指工业企业中可供长期使用 的机械和装置，并在使用中基本保持原有实物形态 的物质资料的总称。 n 化工设备：是化工生产中过程设备，用以实现 化学反应、介质输送、传质传热、物料储存等作用。 n 机械：主要指转动设备，机械的各部分之间具 有确定的相对运动，它是一种能量转换设备。 第第1章章 化工设备结构认识化工设备结构认识 1.1 常用化工设备种类常用化工设备种类 1.2 典型化工设备结构典型化工设备结构 1.3 化工设备零部件标准化化工设备零部件标准化 1.1常用化工设备种类常用化工设备种类 （1）反应类设备）

2、反应类设备 主要用于使物料在其中进行化学反主要用于使物料在其中进行化学反 应，生成新的物质或使物料进行搅拌、沉降等单元操应，生成新的物质或使物料进行搅拌、沉降等单元操 作。作。 （2）换热类设备）换热类设备 主要用来使两种不同温度的物料进主要用来使两种不同温度的物料进 行热交换，达到加热或冷却的目的。如热交换器、冷行热交换，达到加热或冷却的目的。如热交换器、冷 凝器、蒸发器、冷却器等。凝器、蒸发器、冷却器等。 （3）储存类设备）储存类设备 主要用于储存生产用的原料气体、主要用于储存生产用的原料气体、 液体、液化气体等，如各种形式的储罐。液体、液化气体等，如各种形式的储罐。 （4）塔类设备）塔类

3、设备 主要用于吸收、精馏、萃取等单元操主要用于吸收、精馏、萃取等单元操 作。均为直立式，横截面为圆柱形。如吸收塔、干燥作。均为直立式，横截面为圆柱形。如吸收塔、干燥 塔和过滤塔等。塔和过滤塔等。 1.2 典型化工设备结构典型化工设备结构 1. 2.1 容器容器 主要由钢制圆筒体和两端的封头组成，并设有主要由钢制圆筒体和两端的封头组成，并设有 各种化工工艺接管，以及为检修方便开设的人孔、手各种化工工艺接管，以及为检修方便开设的人孔、手 孔，和为保护容器安全而设置的安全装置等。孔，和为保护容器安全而设置的安全装置等。 卧式容器示意图卧式容器示意图 1.容器形状容器形状 立式容器立式容器 卧式容器卧

4、式容器 方形容器方形容器 球形容器球形容器 2.容器的受压情况容器的受压情况 1）受内压）受内压 压力小于压力小于0.1MPa为常压容器为常压容器, 0.11.6MPa为低压容器，为低压容器， 1.610MPa为中压容器，为中压容器， 10100MPa为高压容器，为高压容器， 100MPa为超高压。为超高压。 2）受外压）受外压 如真空容器如真空容器(真空精馏塔真空精馏塔)或容器外有夹套。或容器外有夹套。 1MPa=10 kg / cm=1N/mm 3.容器分类容器分类 （1）具有下列情况之一的，为第三类压力容器：）具有下列情况之一的，为第三类压力容器： 高压容器；中压容器（仅限毒性程度为极度

5、和高度危高压容器；中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危 害介质）；害介质）； 中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质， 且且pV乘积大于等于乘积大于等于10MPam3）。）。 中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质， 且且pV乘积大于等于乘积大于等于0.5MPam3）。）。 低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且 乘积大于等于乘积大于等于0.2MPam3 ）。）。 高压、中压管壳式余热锅炉。高压、中压管壳式余热锅炉。 中压搪玻璃压

6、力容器。中压搪玻璃压力容器。 使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下 限大于等于限大于等于540MPa）的材料制造的压力容器。）的材料制造的压力容器。 移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、 低温液体）、罐式汽车和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车和罐式集装箱（介质为液化气体、 低温液体）等；低温液体）等； 球形储罐（容积大于等于球形储罐（容积大于等于50m3）；低温液体储存容）；低温液体储存容 器（容积大于器（容积大于5m3）。）。 低温液体储存容器（容积大于低温液体储存

7、容器（容积大于5m3） （2）具有下列情况之一的，为第二类压力容器：）具有下列情况之一的，为第二类压力容器： 中压容器；中压容器； 低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）； 低压反应容器和低压储存容器（仅限易燃介质或毒性低压反应容器和低压储存容器（仅限易燃介质或毒性 程度为中度危害介质）；程度为中度危害介质）； 低压管壳式余热锅炉；低压管壳式余热锅炉； 低压搪玻璃压力容器。低压搪玻璃压力容器。 （3）除上述规定以外的低压容器为第一类压力）除上述规定以外的低压容器为第一类压力 容器。容器。 1.2.2 搅拌反应釜搅拌反应釜 搅拌反应釜主要零件有

8、：搅拌器、内筒、夹套、搅拌反应釜主要零件有：搅拌器、内筒、夹套、 搅拌轴、悬挂支座、人孔、轴封装置和传动装置等。搅拌轴、悬挂支座、人孔、轴封装置和传动装置等。 （1）釜体釜体 为进行化学反为进行化学反 应提供一定的空间的容应提供一定的空间的容 器。由圆筒形筒体及上、器。由圆筒形筒体及上、 下封头组成。下封头组成。 （2）传热装置传热装置 常用的传热装常用的传热装 置是在釜体外部设置夹套，置是在釜体外部设置夹套， 有时也在釜体内部设置蛇管。有时也在釜体内部设置蛇管。 （3）搅拌装置）搅拌装置 各种物料混合各种物料混合 均匀，接触良好。均匀，接触良好。 搅拌装搅拌装 置由电动机经减速器减到搅置由电

9、动机经减速器减到搅 拌器所需转速后，再通过联拌器所需转速后，再通过联 轴器来带动。轴器来带动。 搅拌器的型式主要有：搅拌器的型式主要有： n桨式、推进式、框式、涡轮式、螺杆式和螺带式等。桨式、推进式、框式、涡轮式、螺杆式和螺带式等。 1）桨式搅拌器桨式搅拌器 桨式搅拌器适用于流动性大，黏度小桨式搅拌器适用于流动性大，黏度小 的液体物料，桨式搅拌器也适用于纤维状和结晶状的液体物料，桨式搅拌器也适用于纤维状和结晶状 的溶解液，如果液体物料层很深时可在桨式搅拌器的溶解液，如果液体物料层很深时可在桨式搅拌器 轴上装置数排桨叶。轴上装置数排桨叶。 折叶桨式搅拌器折叶桨式搅拌器 三宽叶桨式搅拌器三宽叶桨式

10、搅拌器 2）框式和锚式搅拌器）框式和锚式搅拌器 框式搅拌器结构比较坚固，框式搅拌器结构比较坚固， 搅动物料量大。搅动物料量大。 框式和锚式搅拌器框式和锚式搅拌器 特殊框式搅拌器特殊框式搅拌器 3）推进式搅拌器）推进式搅拌器 通常为两个搅拌叶，第一个桨叶通常为两个搅拌叶，第一个桨叶 安装在反应釜的上部，把液体或气体往下压；第二安装在反应釜的上部，把液体或气体往下压；第二 个桨叶安装在下部，把液体往上推。使物料循环流个桨叶安装在下部，把液体往上推。使物料循环流 动，所起作用以容积循环为主，剪切作用较小，上动，所起作用以容积循环为主，剪切作用较小，上 下翻腾效果良好。当需要有更大的流速时，反应釜下翻

11、腾效果良好。当需要有更大的流速时，反应釜 内设有导流筒。内设有导流筒。 四叶推进式搅拌器四叶推进式搅拌器 三叶推进式搅拌器三叶推进式搅拌器 4）涡轮式搅拌器）涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器型式很多。桨叶又涡轮式搅拌器型式很多。桨叶又 分为平直叶和弯曲叶两种。涡轮搅拌器的主要优分为平直叶和弯曲叶两种。涡轮搅拌器的主要优 点是当能量消耗不大时，搅拌效率较高。因此它点是当能量消耗不大时，搅拌效率较高。因此它 适用于适用于乳浊液、悬浮液乳浊液、悬浮液等。等。 六叶开启涡轮式搅拌器六叶开启涡轮式搅拌器 六斜叶开启涡轮式搅拌器六斜叶开启涡轮式搅拌器 齿形圆盘涡轮式搅拌器齿形圆盘涡轮式搅拌器 5）特殊型式搅拌器

12、）特殊型式搅拌器 一种螺带式搅拌器，常用扁钢按一种螺带式搅拌器，常用扁钢按 螺旋绕成，直径较大，常做成几条紧贴釜内壁，与螺旋绕成，直径较大，常做成几条紧贴釜内壁，与 釜壁的间隙很小，所以搅拌时能不断地将粘于釜壁釜壁的间隙很小，所以搅拌时能不断地将粘于釜壁 的沉积物刮下来。对黏稠物料，采用行星传动的搅的沉积物刮下来。对黏稠物料，采用行星传动的搅 拌器。行星传动器的优点是搅拌强度很高，被旋转拌器。行星传动器的优点是搅拌强度很高，被旋转 部分带动搅拌的物料体积很大，缺点是结构复杂。部分带动搅拌的物料体积很大，缺点是结构复杂。 螺杆式搅拌器螺杆式搅拌器 螺带螺杆式搅拌器螺带螺杆式搅拌器 （4）轴封装置

13、）轴封装置 搅拌轴是转动的，釜体封头是静止的，搅拌轴是转动的，釜体封头是静止的， 在搅拌轴伸出封头之处必然有间隙，必须进行密封在搅拌轴伸出封头之处必然有间隙，必须进行密封(轴轴 封封)，以保持设备内的压力，以保持设备内的压力(或真空度或真空度)，防止反应物料，防止反应物料 逸出和杂质的渗入。通常采用填料密封或机械密封。逸出和杂质的渗入。通常采用填料密封或机械密封。 填料密封结构简单、易于制造，并适用于低压、低温的填料密封结构简单、易于制造，并适用于低压、低温的 场合。场合。 图1-12 填料密封结构 机械密封机械密封 工作特性工作特性 机械密封又称端面密封（机械密封又称端面密封（Mechani

14、cal End Face Mechanical End Face SealSeal），是旋转轴用动密封。），是旋转轴用动密封。 n机械密封性能可靠，泄漏量小，使用寿命长，功耗机械密封性能可靠，泄漏量小，使用寿命长，功耗 底，毋需经常维修，且能适应生产过程自动化和高底，毋需经常维修，且能适应生产过程自动化和高 温、低温、高压、真空、高速以及各种强腐蚀性介温、低温、高压、真空、高速以及各种强腐蚀性介 质、含固体颗粒介质等苛刻工况的密封要求质、含固体颗粒介质等苛刻工况的密封要求。 目前水平目前水平 n单级压力：单级压力： 10 3pa 35MP a n使用温度：使用温度： 最高达最高达1000C；最

15、低可达低温；最低可达低温 深冷深冷 n机器转速机器转速 ：高达：高达50000r/min npV值：值： 达达1000Mpa m/s 工作原理工作原理 n机械密封是靠一对或几对垂直于轴作相机械密封是靠一对或几对垂直于轴作相 对滑动的端面在流体压力和补偿机构的对滑动的端面在流体压力和补偿机构的 弹力（或磁力）作用下保持接合并配以弹力（或磁力）作用下保持接合并配以 辅助密封而辅助密封而 达到的阻漏达到的阻漏 的轴封装置。的轴封装置。 n该密封端面有时也称为摩擦副，是机械密封该密封端面有时也称为摩擦副，是机械密封 的核心。的核心。 n摩擦副在磨损后在弹簧和介质压力的推动下摩擦副在磨损后在弹簧和介质压

16、力的推动下 实现补偿，始终保持两密封端面的紧密接。实现补偿，始终保持两密封端面的紧密接。 摩擦副摩擦副 n补偿环密封圈补偿环密封圈2阻止了介质可能沿补偿环和轴阻止了介质可能沿补偿环和轴 之间间隙的泄漏（泄漏点之间间隙的泄漏（泄漏点2）；）； n而非补偿环辅助密封圈而非补偿环辅助密封圈7阻止了介质可能沿非阻止了介质可能沿非 补偿环与压盖之间间隙的泄漏（泄漏点补偿环与压盖之间间隙的泄漏（泄漏点3）。）。 紧定螺钉紧定螺钉 弹簧座弹簧座 弹簧弹簧 密封圈密封圈 补偿环补偿环 非补偿环非补偿环 密封圈密封圈 防转销防转销 n工作时，辅助密封圈无明显相对运动，工作时，辅助密封圈无明显相对运动， 基本上属

17、于静密封。基本上属于静密封。 n压盖与机体联接处的泄漏点压盖与机体联接处的泄漏点4不属于机械不属于机械 密封，常用密封，常用O型圈和垫片来密封。型圈和垫片来密封。 紧定螺钉紧定螺钉 弹簧座弹簧座 弹簧弹簧 密封圈密封圈 补偿环补偿环 非补偿环非补偿环 密封圈密封圈 防转销防转销 机械密封结构图机械密封结构图 紧定螺钉紧定螺钉 弹簧座弹簧座 弹簧弹簧 密封圈密封圈 动环动环 静环静环 密封圈密封圈 防转销防转销 n机械密封安装在旋转轴，密封腔内有补偿环机械密封安装在旋转轴，密封腔内有补偿环1、 补偿环辅助密封圈补偿环辅助密封圈2、弹上簧、弹上簧3、弹簧座、弹簧座4、紧定、紧定 螺钉螺钉5，它们随

18、轴一起旋转。，它们随轴一起旋转。 n机械密封的其它零件，包括非补偿环机械密封的其它零件，包括非补偿环6、非补偿、非补偿 环密封圈环密封圈7和防转销和防转销8安装在压盖内，压盖与机体安装在压盖内，压盖与机体 用螺栓联接。用螺栓联接。 紧定螺钉紧定螺钉 弹簧座弹簧座 弹簧弹簧 密封圈密封圈 补偿环补偿环 非补偿环非补偿环 密封圈密封圈 防转销防转销 机械密封主要是将较易泄漏的轴向密封改变为机械密封主要是将较易泄漏的轴向密封改变为 不易泄漏的端面密封。不易泄漏的端面密封。 机械密封与填料密封比较机械密封与填料密封比较 n优点：优点： （1）密封可靠，在长期运转中密封状态很稳定，泄）密封可靠，在长期运

19、转中密封状态很稳定，泄 漏量很小，其泄漏约为软填料密封的漏量很小，其泄漏约为软填料密封的1； （2）使用寿命长，在油、水介质中一般可达）使用寿命长，在油、水介质中一般可达12年年 或更长，在化工介质中一般工作半年以上；或更长，在化工介质中一般工作半年以上； （3）摩擦功率消耗小，其摩擦功率仅为软填料密封）摩擦功率消耗小，其摩擦功率仅为软填料密封 的的1050； （4）轴或轴套基本上不磨损；）轴或轴套基本上不磨损； （5）维修周期长，端面磨损后可自动补偿，一般情）维修周期长，端面磨损后可自动补偿，一般情 况下不需经常性维修；况下不需经常性维修； （6）抗振性好，对旋转机械轴的振动、偏摆以及）抗振

20、性好，对旋转机械轴的振动、偏摆以及 轴对密封腔的偏斜不敏感；轴对密封腔的偏斜不敏感； （7）适用范围广，机械密封能用于高温、低温、）适用范围广，机械密封能用于高温、低温、 高压、真空、不同旋转频率，以及各种腐蚀介高压、真空、不同旋转频率，以及各种腐蚀介 质和含磨粒介质的密封。质和含磨粒介质的密封。 n缺点：缺点： （1）结构较复杂，对加工制造要求高；）结构较复杂，对加工制造要求高； （2）安装与更换比较麻烦，要求工人有一定的技）安装与更换比较麻烦，要求工人有一定的技 术水平；术水平； （3）发生偶然性事故时，处理较困难；）发生偶然性事故时，处理较困难； （4）价高）价高 （5 5）传动装置传动

21、装置 通常采用立式布置在罐体的顶部，包括电动机、通常采用立式布置在罐体的顶部，包括电动机、 减速装置、联轴器及机座等。减速装置、联轴器及机座等。 1.2.3 换热设备换热设备 管壳式换热器管壳式换热器 是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的换热是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的换热 器，是目前应用最广的类型。器，是目前应用最广的类型。 板式换热器 管壳式换热器工作原理图管壳式换热器工作原理图 换热器主要零部件换热器主要零部件 f垫圈 g分层搁板 h管箱筒节 i管板 j折流板 k支持板 a筒体 b管束 d封头 e筒节 管壳式换热器装配图管壳式换热器装配图 分类分类 管壳式换热器按结构特点分为

22、固定管板式换管壳式换热器按结构特点分为固定管板式换 热器、浮头式换热器、型管式换热器、双重管热器、浮头式换热器、型管式换热器、双重管 式换热器、填函式换热器和双管板换热器等。前式换热器、填函式换热器和双管板换热器等。前 3 种应用比较普遍。种应用比较普遍。 固定管板式换热器固定管板式换热器 浮头式换热器浮头式换热器 U型管式换热器型管式换热器 1.2.4 塔设备塔设备 n塔设备塔设备有许多种类型，塔设备是化工、石油有许多种类型，塔设备是化工、石油 化工和炼油生产中最重要的设备之一。它可化工和炼油生产中最重要的设备之一。它可 使气液或液液两相之间进行紧密接触，达到使气液或液液两相之间进行紧密接触

23、，达到 相际传质及传热的目的。相际传质及传热的目的。 n可在塔设备中完成常见的可在塔设备中完成常见的单元操作单元操作有：精馏、有：精馏、 吸收、解吸和萃取等。吸收、解吸和萃取等。 n此外，此外，工业气体工业气体的冷却与回收、气体的湿法的冷却与回收、气体的湿法 净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热。净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热。 精馏原理精馏原理 (Principle of Rectify) (Principle of Rectify) n蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接 触，两相接触中，下降液中的易挥发触，两相接触中，下降液中的易挥发 ( (低沸

24、点低沸点) )组分不断地向蒸气中转移，蒸组分不断地向蒸气中转移，蒸 气中的难挥发气中的难挥发( (高沸点高沸点) )组分不断地向下组分不断地向下 降液中转移。降液中转移。 n蒸气愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈蒸气愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈 高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组 分则愈富集，达到组分分离的目的。分则愈富集，达到组分分离的目的。 n由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷凝的由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷凝的 液体的一部分作为回流液返回塔顶进入液体的一部分作为回流液返回塔顶进入 精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取 出。出。

25、 n塔底流出的液体，其中的一部分送入再塔底流出的液体，其中的一部分送入再 沸器，热蒸发后，蒸气返回塔中，另一沸器，热蒸发后，蒸气返回塔中，另一 部分液体作为釜残液取出部分液体作为釜残液取出。 1.2.4 塔设备塔设备 一般可将塔分成填料塔和板式塔两大类。一般可将塔分成填料塔和板式塔两大类。 1.填料塔填料塔 以塔内的填料作为气液两相间接触构件以塔内的填料作为气液两相间接触构件 的传质设备。的传质设备。 n底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌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。液体从填料压板

26、，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）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，液相为分常操作状态下

27、，气相为连续相，液相为分 散相。散相。 （1）填料填料 填料塔气液接触的元件，填料分成乱堆填料塔气液接触的元件，填料分成乱堆 填料填料(颗粒填料颗粒填料)和规整填料两大类。和规整填料两大类。 1）拉西环拉西环 拉西环是工业上最早拉西环是工业上最早 使用的一种填料，为外径与高使用的一种填料，为外径与高 度相等的圆环，通常由陶瓷或度相等的圆环，通常由陶瓷或 金属材料制成。金属材料制成。 拉西环拉西环 环环拉西环拉西环 n拉西环结构简单，制造容易，但堆积时相邻环间拉西环结构简单，制造容易，但堆积时相邻环间 易形成线接触，填料层的均匀性差，因而存在严易形成线接触，填料层的均匀性差，因而存在严 重的向壁

28、偏流和沟流现象，致使传质效率低。而重的向壁偏流和沟流现象，致使传质效率低。而 且流动阻力大，操作范围小。其改善方面有且流动阻力大，操作范围小。其改善方面有形、形、 十字格形的拉西环。十字格形的拉西环。 2）鲍尔环）鲍尔环 鲍尔环是在拉西环的鲍尔环是在拉西环的 壁上开一层或两层长方形窗口，壁上开一层或两层长方形窗口， 窗孔的母材两层交错地弯向环窗孔的母材两层交错地弯向环 中心对接。这种结构使填料层中心对接。这种结构使填料层 内气、液分布性能大为改善，内气、液分布性能大为改善， 尤其是环的内表面得到充分利尤其是环的内表面得到充分利 用。用。 n与同样尺寸的拉西环相比，鲍尔环的气液通量可与同样尺寸的

29、拉西环相比，鲍尔环的气液通量可 提高提高50%，而压降仅为其一半，分离效果也得到，而压降仅为其一半，分离效果也得到 提高。其改进为阶梯形鲍尔环，圆筒部分的一端提高。其改进为阶梯形鲍尔环，圆筒部分的一端 制成喇叭口形状。这样填料间呈现点接触，床层制成喇叭口形状。这样填料间呈现点接触，床层 均匀且空隙率大，与鲍尔环相比气体阻力减少均匀且空隙率大，与鲍尔环相比气体阻力减少 25%，生产能力提高，生产能力提高10%。 3）阶梯环阶梯环 鲍尔环基础上改造得出鲍尔环基础上改造得出 的。环壁上开有窗孔，其高度为直的。环壁上开有窗孔，其高度为直 径的一半。由于高径比的减少，使径的一半。由于高径比的减少，使 得

30、气体绕填料外壁的平均路径大为得气体绕填料外壁的平均路径大为 缩短，减少了阻力。缩短，减少了阻力。 n喇叭口一边，不仅增加机械强度，而且使填料之喇叭口一边，不仅增加机械强度，而且使填料之 间为点接触，有利于液膜的汇集与更新，提高了间为点接触，有利于液膜的汇集与更新，提高了 传质效率。传质效率。 n目前所使用的环型填料中最为优良的一种。目前所使用的环型填料中最为优良的一种。 4）弧鞍型弧鞍型 表面全部敞口，表面全部敞口， 不分内外，液体在表面两不分内外，液体在表面两 侧均匀流动，表面利用率侧均匀流动，表面利用率 高，流动呈弧形，气体阻高，流动呈弧形，气体阻 力小。但两面对称有重叠力小。但两面对称有

31、重叠 现象，容易产生沟流。现象，容易产生沟流。 强强 度差，易破碎。应用较少。度差，易破碎。应用较少。 5）矩鞍型矩鞍型 矩鞍形填料结构矩鞍形填料结构 不对称，堆积时不重叠，均不对称，堆积时不重叠，均 匀性更高。该填料气流阻力匀性更高。该填料气流阻力 小，处理能力大，性能虽不小，处理能力大，性能虽不 如鲍尔环好，但构造简单，如鲍尔环好，但构造简单， 是一种性能优良的填料。是一种性能优良的填料。 6）环矩鞍）环矩鞍 兼具环型、鞍型兼具环型、鞍型 填料的优点。敞开的侧壁有填料的优点。敞开的侧壁有 利于气体和液体通过，减少利于气体和液体通过，减少 了填料层内滞液死区。填料了填料层内滞液死区。填料 层

32、内流体孔道增多，使气液层内流体孔道增多，使气液 分布更加均匀，传质效率得分布更加均匀，传质效率得 以提高。以提高。 n一般采用金属材质，机械强一般采用金属材质，机械强 度高度高。 7）球型）球型 球体为空心，气体和液体从其内部经过。球体为空心，气体和液体从其内部经过。 由于球体结构的对称性，填料装填密度均匀，不由于球体结构的对称性，填料装填密度均匀，不 易产生空穴和架桥，故气液分散性能好。易产生空穴和架桥，故气液分散性能好。 n常采用塑料材质。一般用于特定场合，工程上应常采用塑料材质。一般用于特定场合，工程上应 用较少。用较少。 8）格栅填料）格栅填料 以条状单元体以条状单元体 经一定规则组合

33、而成，其结经一定规则组合而成，其结 构随条状单元体的形式和组构随条状单元体的形式和组 合规则而变，具有多种结构合规则而变，具有多种结构 形式。特点是比表面积较低，形式。特点是比表面积较低， 主要用于低压降、大负荷、主要用于低压降、大负荷、 防堵的场合。防堵的场合。 木格栅填料木格栅填料 格里奇格栅填料格里奇格栅填料 9）波纹填料）波纹填料 波纹填料是由波纹填料是由 许多层波纹薄片组成，各片许多层波纹薄片组成，各片 高度相同但长短不等，搭配高度相同但长短不等，搭配 组合成圆盘状，填料波纹与组合成圆盘状，填料波纹与 水平方向成水平方向成45倾角，相邻倾角，相邻 两片反向重叠使其波纹互相两片反向重叠

34、使其波纹互相 垂直。圆盘填料块水平放入垂直。圆盘填料块水平放入 塔内，相邻两圆盘的波纹薄塔内，相邻两圆盘的波纹薄 片方向互成片方向互成90角。角。 金属丝网波纹填料金属丝网波纹填料 金属孔板波纹填料金属孔板波纹填料 n波纹填料因波纹薄片的材料与形状不同分成板波纹波纹填料因波纹薄片的材料与形状不同分成板波纹 填料和网波纹填料。填料和网波纹填料。 n板波纹填料可由陶瓷、塑料、金属、玻璃钢等材料板波纹填料可由陶瓷、塑料、金属、玻璃钢等材料 制成。填料的空隙率大，阻力小，流体通量大、效制成。填料的空隙率大，阻力小，流体通量大、效 率高，而且制造方便、价格低，正向通用化、大型率高，而且制造方便、价格低，

35、正向通用化、大型 化方向发展。化方向发展。 10）脉冲填料：）脉冲填料：是由带缩颈的中空是由带缩颈的中空 棱柱形单体，按一定方式拼装而成棱柱形单体，按一定方式拼装而成 的一种规则填料。脉冲填料组装后，的一种规则填料。脉冲填料组装后， 会形成带锁颈的多孔棱形通道，其会形成带锁颈的多孔棱形通道，其 纵面流道交替收缩和扩大，气液两纵面流道交替收缩和扩大，气液两 相通过时产生强烈的湍动，在缩颈相通过时产生强烈的湍动，在缩颈 处，气速最高，湍动剧烈，从而强处，气速最高，湍动剧烈，从而强 化传质，在扩大段，气速减到最小，化传质，在扩大段，气速减到最小， 实现两相的分离。实现两相的分离。 n流道收缩、扩大的

36、交替重复，实现了流道收缩、扩大的交替重复，实现了“脉冲脉冲”传传 质过程。质过程。 n特点是处理量大，压降小。适用于真空精馏，大特点是处理量大，压降小。适用于真空精馏，大 塔径场合。塔径场合。 （2）填料支承）填料支承 填料的支承结构不仅要支承全部湿填料的重量，填料的支承结构不仅要支承全部湿填料的重量， 还必须使上升的气体能够顺利通过。因此填料支承除还必须使上升的气体能够顺利通过。因此填料支承除 应有足够的强度和刚度外，还应有足够的截面积，以应有足够的强度和刚度外，还应有足够的截面积，以 免在支承处发生液泛。最常用的填料支承有栅板式和免在支承处发生液泛。最常用的填料支承有栅板式和 升气管式。升

37、气管式。 （3）液体喷淋装置）液体喷淋装置 填料塔操作时，在任一横截面上保证气液的均匀分填料塔操作时，在任一横截面上保证气液的均匀分 布十分重要。因此，对液体分布装置的基本要求是：能均布十分重要。因此，对液体分布装置的基本要求是：能均 匀分布液体；不易堵塞；气体通过时阻力小，喷淋时液滴匀分布液体；不易堵塞；气体通过时阻力小，喷淋时液滴 飞溅小；不需要很大的液体压力。飞溅小；不需要很大的液体压力。 n经验表明，对塔径为经验表明，对塔径为0.75m以上的塔，每平方米以上的塔，每平方米 塔横截面上应有塔横截面上应有4050个喷淋点；对塔径在个喷淋点；对塔径在 0.75m以下的塔，喷淋点至少应为以下的

38、塔，喷淋点至少应为160个个/m2。 （4）液体再分布装置）液体再分布装置 为了使液体沿塔截面均匀分布，不论颗粒型或规整为了使液体沿塔截面均匀分布，不论颗粒型或规整 型填料，堆积高度若超过塔径的型填料，堆积高度若超过塔径的26倍，则应设置液体倍，则应设置液体 再分布装置，使向塔壁弥散的液体重新集中于塔截面中再分布装置，使向塔壁弥散的液体重新集中于塔截面中 部。部。 n作用是减小壁流现象。作用是减小壁流现象。 n在填料层内每隔一定高度设置液体再分布装置在填料层内每隔一定高度设置液体再分布装置 n对拉西环填料，再分布器的距离约为塔径的对拉西环填料，再分布器的距离约为塔径的2 25 5 3 3倍，对

39、鲍尔环及鞍形等较好填料约为塔径的倍，对鲍尔环及鞍形等较好填料约为塔径的5 51010 倍，但通常不应超过倍，但通常不应超过6m6m。 填料塔详图填料塔详图 (5) 填料塔与板式塔的比较填料塔与板式塔的比较 n对于许多逆流气液接触过程，填料塔和板式塔都对于许多逆流气液接触过程，填料塔和板式塔都 是可以适用的，设计者必须根据具体情况进行选是可以适用的，设计者必须根据具体情况进行选 用。填料塔和板式塔有许多不同点，了解这些不用。填料塔和板式塔有许多不同点，了解这些不 同点对于合理选用塔设备是有帮助的同点对于合理选用塔设备是有帮助的。 1）填料塔操作范围较小，特别是对于液体负荷变）填料塔操作范围较小，

40、特别是对于液体负荷变 化更为敏感。当液体负荷较小时，填料表面不化更为敏感。当液体负荷较小时，填料表面不 能能 很好地润湿，传质效果急剧下降；当液体负荷过很好地润湿，传质效果急剧下降；当液体负荷过 大时，则容易产生液泛。设计良好的板式塔，则大时，则容易产生液泛。设计良好的板式塔，则 具有大得多的操作范围。具有大得多的操作范围。 2）填料塔不宜于处理易聚合或含有固体悬浮物的）填料塔不宜于处理易聚合或含有固体悬浮物的 物料，而某些类型的板式塔（如大孔径筛板、泡物料，而某些类型的板式塔（如大孔径筛板、泡 罩塔等）则可以有效地处理这种物质。另外，板罩塔等）则可以有效地处理这种物质。另外，板 式塔的清洗亦

41、比填料塔方便。式塔的清洗亦比填料塔方便。 3）当气液接触过程中需要冷却以移除反应热或溶解）当气液接触过程中需要冷却以移除反应热或溶解 热时，填料塔因涉及液体均不问题而使结构复杂化。热时，填料塔因涉及液体均不问题而使结构复杂化。 板式塔可方便地在塔板上安装冷却盘管。同理，当板式塔可方便地在塔板上安装冷却盘管。同理，当 有侧向出料时，填料塔也不如板式塔方便。有侧向出料时，填料塔也不如板式塔方便。 4）以前乱堆填料塔直径很少大于）以前乱堆填料塔直径很少大于0.5m，后来又认为，后来又认为 不宜超过不宜超过1.5m，根据近，根据近10年来填料塔的发展状况，年来填料塔的发展状况， 这一限制似乎不再成立。

42、板式塔直径一般不小于这一限制似乎不再成立。板式塔直径一般不小于 0.6m。 5）关于板式塔的设计资料更容易得到而且更为可）关于板式塔的设计资料更容易得到而且更为可 靠，因此板式塔的设计比较准确，安全系数可取靠，因此板式塔的设计比较准确，安全系数可取 得更小。得更小。 6）当塔径不很大时，填料塔因结构简单而造价便）当塔径不很大时，填料塔因结构简单而造价便 宜。宜。 7）对于易起泡物质，填料塔更适合，因填料对泡沫）对于易起泡物质，填料塔更适合，因填料对泡沫 有限制和破碎的作用。有限制和破碎的作用。 8）对于腐蚀性物质，填料塔更适合，因可采用瓷质）对于腐蚀性物质，填料塔更适合，因可采用瓷质 填料。填

43、料。 9）对热敏性物质宜采用填料塔，因为填料塔内的滞）对热敏性物质宜采用填料塔，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。液量比板式塔少，物料在塔内的停留时间短。 10）填料塔的压降比板式塔小，因而对真空操作更为）填料塔的压降比板式塔小，因而对真空操作更为 适宜。适宜。 填料塔用于：填料塔用于： n塔径小塔径小 n真空操作真空操作 n易起泡易起泡 n腐蚀性物系腐蚀性物系 n热敏性物系热敏性物系 2. 板式塔板式塔 n板式塔为逐级接触式气液传质设备，它主要由圆柱形板式塔为逐级接触式气液传质设备，它主要由圆柱形 壳体、塔板、溢流堰、降液管及受液盘等部件构成。壳体、塔板、溢流堰、降液

44、管及受液盘等部件构成。 根据塔板结构形式的不同，板式塔可分为泡罩塔、筛根据塔板结构形式的不同，板式塔可分为泡罩塔、筛 板塔、浮阀塔、舌形塔和喷射塔。板塔、浮阀塔、舌形塔和喷射塔。 n泡罩塔操作弹性大，效率高，液气比范围大，不易堵塞，泡罩塔操作弹性大，效率高，液气比范围大，不易堵塞， 易于操作；但结构复杂，造价高，压降大，安装维修麻易于操作；但结构复杂，造价高，压降大，安装维修麻 烦。烦。 n筛板塔效率高，处理能力强，压降小，结构简单，制造筛板塔效率高，处理能力强，压降小，结构简单，制造 维修方便；但操作弹性稍低于泡罩塔，小孔径筛板易堵维修方便；但操作弹性稍低于泡罩塔，小孔径筛板易堵 塞，不适宜

45、处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液。 n浮阀塔操作弹性大，效率高，处理能力强，压降小，不浮阀塔操作弹性大，效率高，处理能力强，压降小，不 易积垢堵塞，结构简单，安装容易；但其构造、生产能易积垢堵塞，结构简单，安装容易；但其构造、生产能 力、塔板效率及压降等略低于筛板塔。力、塔板效率及压降等略低于筛板塔。 n舌形塔与泡罩塔相比，塔盘结构简单，压降小，处理能舌形塔与泡罩塔相比，塔盘结构简单，压降小，处理能 力大，且安装维修方便，但操作弹性小，塔板效率低。力大，且安装维修方便，但操作弹性小，塔板效率低。 1.3 化工设备零部件标准化化工设备零部件标准化

46、 化工设备常用零部件：化工设备常用零部件： 容器容器(简体、封头简体、封头)；法兰；人孔、手孔、视；法兰；人孔、手孔、视 孔；搅拌器；密封装置；联接零件；机械孔；搅拌器；密封装置；联接零件；机械 传动件；设备附件，如支座、接管、液面计、气传动件；设备附件，如支座、接管、液面计、气 体或液体分布器等。体或液体分布器等。 为了便于设计、制造及零件的互换，从而提高为了便于设计、制造及零件的互换，从而提高 化工设备的质量，降低成本，各国已制订了一系列化工设备的质量，降低成本，各国已制订了一系列 化工设备零部件标准。化工设备零部件标准。 例如：例如： 筒体标准：筒体标准：GB/T 9019-2001(G

47、B国家标准国家标准)； 封头标准：封头标准：JB/T 4746-2002(JB机电部标准机电部标准)； 法兰标准：管法兰有两个标准，一个是国家标准法兰标准：管法兰有两个标准，一个是国家标准 （GB /T 91152000），另一个是原化学工业部），另一个是原化学工业部 标准（标准（HG /T 20592HG /T 20635-2009） (HG 化工部标准化工部标准)，设备法兰标准：，设备法兰标准：JB/T 470147032000； 人孔标准：人孔标准：JB /T 25551979，HG /T 21515 HG /T 215352005等。等。 1. 公称直径与公称压力公称直径与公称压力 （

48、1）公称直径）公称直径 标准化的名义直径，代号DN(或Dg)。 表1-1所示卷制压力容器公称直径 化工设备及零部件标准化的最重要参数是公称直径化工设备及零部件标准化的最重要参数是公称直径 与公称压力。与公称压力。 (2) 公称压力公称压力 规定的标准压力等级，表示管子、法兰、管件的规定的标准压力等级，表示管子、法兰、管件的 耐压程度，记作耐压程度，记作PN。 如国家标准如国家标准GB /T 10482005将管路元件的公将管路元件的公 称压力定为十个等级：称压力定为十个等级： 0.25MPa、0.6MPa、1.0MPa、1.6MPa、2.5MPa、 4.0MPa、6.3MPa、10MPa、16

49、MPa、25MPa等。等。 2筒体筒体 化工设备中圆筒形容器应用最为广泛，无论是化工设备中圆筒形容器应用最为广泛，无论是 立式或卧式。其主体一般是由圆筒体和两个封头组立式或卧式。其主体一般是由圆筒体和两个封头组 成的。筒体有钢板卷焊而成和取自大口径无缝钢管成的。筒体有钢板卷焊而成和取自大口径无缝钢管 的两种。的两种。 卷卷 板板 机机 n注意：注意： 1. 压力容器的公称直径压力容器的公称直径 用钢板卷焊制成的筒体，其公称直径指用钢板卷焊制成的筒体，其公称直径指 的是内径。而采用无缝钢管制作的筒体，其的是内径。而采用无缝钢管制作的筒体，其 公称直径指钢管外径。封头的公称直径与筒公称直径指钢管外

50、径。封头的公称直径与筒 体一致体一致。 2.管子的公称直径管子的公称直径 n管子的直径可分为外径、内径、公称直径。例如外径管子的直径可分为外径、内径、公称直径。例如外径 为为108的无缝钢管，壁厚为的无缝钢管，壁厚为5MM，用，用D108*5表示。表示。 n公称直径是为了设计制造和维修的方便人为地规定的公称直径是为了设计制造和维修的方便人为地规定的 一种标准，一种标准，DN。管子的公称直径和其内径、外径都。管子的公称直径和其内径、外径都 不相等，例如：公称直径为不相等，例如：公称直径为100mm的无缝钢管有的无缝钢管有 102*5、108*5等好几种，目的是为了根据公称直径可等好几种，目的是为

51、了根据公称直径可 以确定管子、管件、阀门、以确定管子、管件、阀门、法兰法兰、垫片等结构尺寸与、垫片等结构尺寸与 连接尺寸。连接尺寸。 n每一公称直径，对应一个外径，其内径数值随厚度不每一公称直径，对应一个外径，其内径数值随厚度不 同而不同。公称直径可用公制同而不同。公称直径可用公制mm表示，也可用英制表示，也可用英制 in表示。表示。 3. 容器零部件的公称直径容器零部件的公称直径 n有些零部件如法兰、支座等的公称直径，有些零部件如法兰、支座等的公称直径， 指的是与它相配的筒体、封头的公称直径。指的是与它相配的筒体、封头的公称直径。 DN2000法兰是指与法兰是指与DN2000筒体筒体(容器容

52、器)或封或封 头相配的法兰。头相配的法兰。DN2000鞍座是指支承鞍座是指支承 DN2000mm容器的鞍式支座。还有一些零容器的鞍式支座。还有一些零 部件的公称直径是与它相配的管子公称直径部件的公称直径是与它相配的管子公称直径 表示的。如管法兰，表示的。如管法兰，DN200管法兰是指连接管法兰是指连接 DN200mm管子的管法兰。管子的管法兰。 3封头封头 （1）封头形式）封头形式 常见的封头形式有椭圆形、碟形、常见的封头形式有椭圆形、碟形、 球形、锥形和平板封头等。球形、锥形和平板封头等。 （2）封头形式的选择）封头形式的选择 1）一般压力容器封头）一般压力容器封头(中、低中、低 压压)，在条件许可时，应采用受力，在条件许可时，应采用受力 状态好与制造难度不大的椭圆形状态好与制造难度不大的椭圆形 封头。封头。 2）当制造条件较差时可用碟形）当制造条件较差时可用碟形 或无折边球形封头，但壁厚应适或无折边球形封头，但壁厚应适 当加大或采用加固措施。当加大或采用加固措施。 3）锥体封头）锥体封头(底底)一般用于收一般用于收 集固体颗粒或使流体分布均集固体颗粒或使流体分布均 匀的场合。此外，也常用于匀的场合。此外，也常用于 两直径不等设备的联结过渡两直径不等设备的联结过渡 段段(变径段变径段)。 4）平板封头一般用作常压容）平板封头一般用作常压容 器的盖或底。直径较