第一章化工设备概述

1、化工设备使用与维护化工设备使用与维护林 洵第一章 化工设备概述 第一节 化工设备的应用与分类 第二节 化工设备常用材料 第三节 化工设备的腐蚀与防护 第四节 化工工艺设备的构造什么是化工设备？ 化工设备是指化工生产中静止的或配有少量传化工设备是指化工生产中静止的或配有少量传动机构组成的装置，主要用于完成传热，传质和化动机构组成的装置，主要用于完成传热，传质和化学反应等过程，或用于储存物料。学反应等过程，或用于储存物料。气体、液体、粉体材料成品化工设备这个过程称为工艺过程第一节 化工设备的应用与分类一、化工设备在化工生产中的应用 化工设备是实现化工生产的重要工具，没有相应的机器和设备，任何化工生

2、产过程都将无法实现。例一例二 化工设备不仅应用于化工、石油和石油化工，而且在轻工、制药、食品、环境、生物、能源、冶金和交通等领域也有着广泛的应用。化工设备与国家经济建设有着密切的关系，对国民经济的发展有着非常重要的作用。二、化工设备的类型 流体输送设备（泵、鼓风机、压缩机、配套管件及阀门） 加热设备（管式加热炉） 换热设备（加热器、换热器、冷凝器、冷却器、再沸器） 传质设备（精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔） 反应设备（夹套式搅拌反应器） 储存设备（立式储罐、卧式储罐、球形储罐）加热炉各种化工设备各种化工设备分镏塔苯乙烯分馏塔换热器空气冷却器自吸式离心油泵反应器间歇式斜板沉降器收污油处理再生器交

3、换树脂电再生器旋风分离器旋风分离器结构图离心式鼓风机抽提塔自动转鼓鼓风机三、化工生产对化工设备的要求1、工艺性能要求（1）达到工艺指标（2）生产效率高、消耗低2、安全性能要求（1）足够的强度（2）良好的韧性（3）足够的刚度和抗失稳能力（4）可靠的密封性（5）良好的抗腐蚀性3、使用和经济性能要求（1）操作、控制、维护简便（2）结构合理，制造简单（3）环境保护要求第二节 化工设备常用材料一、金属材料的力学性能 物理性能：密度、比重、熔点、导热性、磁性等 使用性能 化学性能：氧化性、还原性等金属性能 力学性能 工艺性能 试验：用等长等粗的一根粉笔和一条橡皮泥挂吊着相同的砝码，用手指轻弹粉笔和橡皮泥，

4、会出现什么结果？为什么？（一）力学性能的相关概念1、力学性能：金属在外力作用时表现出来的性能，称为金属的力学性能。2、载荷：金属材料在加工及使用过程中所受到的外力称载荷。3、变形：金属材料受不同载荷作用而发生的几何形状和尺寸的变化，称为金属的变形。（弹性变形、塑性变形）4、内力与应力应力=F/S（二）力学性能的五大指标1、强度：金属在载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。其大小用应力表示。（1）拉伸实验 测量抗拉强度 用静拉力对标准试样进行轴向拉伸，同时进行连续测量力和相应的伸长，直至断裂。在万能材料实验机上做拉伸实验拉伸试验中记录的拉伸力对伸长的关系曲线。曲线包含几个特殊的阶段： 弹

5、性变形阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。(2)强度指标2、塑性：金属在断裂前发生塑性变形的能力。3、硬度：材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压缩或划痕的能力。 硬度越高，耐磨性也就越好。 可用硬度试验机测定，常用的硬度指标有布氏硬度HBW、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度HV。维氏硬度计数显布氏硬度计洛氏硬度计4、冲击韧性：金属材料抵抗冲击载荷的能力，用一次摆锤冲击弯曲试验来测定。 试验时，将试样放在试验机两支座上，。把质量为m的摆锤抬到高H，使摆锤具有位能为mHg。摆锤落下冲断试样后升至h高度,具有位能为mhg，故摆锤冲断试样推动的位能为mHgmhg，这就是试样变形和断裂所消

6、耗的功称为冲击吸收功AK，即 AK=mg(H-h) 用试样的断口处截面积SN（cm2）去除AK（J）即得到冲击韧度，用ak表示，单位为J/cm2. aK=AK/SN5、疲劳强度：金属材料抵抗交变载荷作用而不产生破坏的能力称为疲劳强度。 工程上规定，材料经受相当循环周次不发生断裂的最大应力称为疲劳极限，以符号-1表示。提高材料疲劳极限的途径1、设计方面 尽量使用零件避免交角、缺口和截面突变，以避免应力集中及其所引起的疲劳裂纹。2、材料方面 通常应使晶粒细化，减少材料内部存在的夹杂物和由于热加工不当引起的缺陷。如疏松、气孔和表面氧化等。3、机械加工方面 要降低零件表面粗糙度值。4、零件表面强化方面

7、 可采用化学热处理、表面淬火、喷丸处理和表面涂层等，使零件表面造成压应力，以抵消或降低表面拉应力引起疲劳裂纹的可能性。二、化工设备常用金属材料应用材料金属材料复合材料非金属材料铁和以铁为基的合金（钢、铸铁、铁合金）非铁合金（铜及其合金、铝及其合金、铅及其合金）由金属元素或以金属元素为主形成的、具有金属特性的物质由两种或两种以上不同性质或不同组织的材料组合而成的材料除金属材料和复合材料以外的所有材料1、碳钢：以Fe为主，0%2.11%，并含有少量锰、硅、硫、磷等元素的合金。（按钢的用途、质量等级等，将碳钢分为碳素结构钢、优质碳素结构钢）2、合金钢：在碳钢基础上有目的地加入某些元素所形成的钢种。3

8、、铸铁：C%2.11%的铁碳合金三、非金属材料无机材料有机材料陶瓷：主要用做化工设备，如容器、反应器、塔附件、热交换器、泵、管道、管件等。搪瓷：反应罐、储罐、换热器、蒸发器、塔和阀门。玻璃：管道或管件、容器、反应器、泵、热交换器、隔膜阀塑料：聚氯乙烯（PVC）可制成贮槽、离心泵、阀门管件。聚四氟乙烯（F-4）可做密封件、耐蚀件如填料、垫片和泵、阀门的零件。橡胶：主要用衬里、密封件涂料：保护设备免遭大气及酸、碱等介质的腐蚀。第三节、化工设备的腐蚀与防护一、腐蚀的概念及类型1、定义：材料与其周围的环境发生作用而遭受破坏的现象。（铁生锈、铜发绿锈、铝生白斑点等）2、分类：按腐蚀破坏的特征分为均匀腐蚀

9、和局部腐蚀 按腐蚀机理分为化学腐蚀和电化学腐蚀 (3)缝隙腐蚀在腐蚀性介质中，若金属与金属或与非金属之间存在缝隙，则缝隙内的介质处于滞流状态，使缝内的材料产生腐蚀。（4）应力腐蚀应力腐蚀是金属材料在拉应力和特定的介质共同作用下所遭受的一种破坏形式。（5）化学腐蚀（6）电化学腐蚀二、常用防腐措施1、降低介质的腐蚀性 向腐蚀介质中添加少量的物质，这种物质能够阻滞电化学腐蚀过程，从而减缓金属的腐蚀，该物质称为缓蚀剂。通过使用缓蚀剂而使金属得到保护的方法，称为缓蚀剂保护。按照对电化学腐蚀过程阻滞作用的不同，缓蚀剂分为三种。2、采用耐腐蚀材料 用耐蚀性良好的隔离材料覆盖在耐蚀性较差的被保护材料表面，将被

10、保护材料与腐蚀性介质隔开，以达到控制腐蚀的目的。隔离材料有金属材料和非金属材料两大类。 非金属隔离材料主要有涂料（如涂刷酚醛树脂）、块状材料村里（如衬耐酸砖）、塑料或橡胶衬里（如碳钢内衬氟橡胶）等。 金属隔离材料有铜（如镀铜）、镍（如化学镀镍）、铝（如喷铝）、双金属（如钢上压上不锈钢板）、金属衬里（碳钢上衬铅）等。3、电化学保护 用于腐蚀介质为电解质溶液，发生电化学腐蚀的场合，通过改变金属在电解质溶液中的电极电位，以实现防腐。有阴极保护和阳极保护两种方法。 方法有：牺牲阳极保护法，它是将被保护的金属与另一电极电位较低的金属连接起来，形成一个原电池，使被保护金属作为原电池的阴极而免遭腐蚀，电极电

11、位较低的金属作为原电池的阳极而被腐蚀。阴极保护是将被保护的金属作为腐蚀电池的阴极，从而使其不遭受腐蚀。阴极保护的使用已有很长的历史，在技术上较为成熟。这种保护方法广泛用于船舶、地下管道、海水冷却设备、油库以及盐类生产设备的保护；在化工生产中的应用亦逐年增多。 另一方法是外加电流保护法，它是将被保护的金属与一直流电源的阴极相连，而将另一金属片与被保护的金属隔绝，并与直流电源的阳极相连，从而达到防腐的目的 阳极保护是把被保护设备接直流电源的阳极，让金属表面生成钝化膜起保护作用。 阳极保护只有当金属在介质中能钝化时才能应用，且技术复杂，使用的不多。但从有限的几个应用实例表明，这是一种保护效果好的防腐

12、方法。第四节 化工设备的构造一、化工容器的结构 在化工生产中一般将单纯用于储存的设备称为容器。一个筒体和两个封头组成了圆筒形容器的壳体，除壳体外，由于工艺要求和检修及监测的需要，还设有各种开孔和接管。如物料进出口，人孔、手孔和压力表、液面计、安全阀、测温仪表接管开孔及支座等附属构件。二、典型工艺设备的结构 化工工艺设备由壳体、内部构件、支座、附件等几大部分组成，不同用途的设备及其壳体和支座虽然不尽相同，但相差不大。而主要的区别是内部构件和附件不同。课后思考题1、化工设备有哪些常用类型？各自的作用是什么？答：1、流体输送机械（将原料、成品及半成品，包括水和空气等各种液体和气体从一个设备输送到另一

13、个设备，或者使其压力升高以满足化工工艺的要求。）；2、加热设备（将原料加热到一定的温度，使其汽化或为其进行反应提供足够的热量。）；3、换热设备（将热量从高温流体传给低温流体，以达到加热、冷凝、冷却的目的，并从中回收热量，节约燃料）；4、传质设备（利用物料之间某些物理性质，将处于混合状态的物质中的某些组分分离出来。）；5、反应设备（完成一定的化学和物理反。）；6、储存设备（盛装生产用的原料气、液体、液化气等物料）2、化工设备怎样才能做到安全可靠地运行？ 答：为了提高保证化工设备安全运行，防止事故发生，化工设备应该具有足够的能力来承受使用寿命内可能遇到的各种外来载荷。具体讲，就是要求所使用的设备具有足够的强度、韧度和刚度，以及良好的密封性和耐腐蚀性。3、什么是材料的强度、刚度、弹性、塑性、韧性、硬度？分别写了其性能指标。答：强