第一章化工设备概述最新

1、化工设备使用与维护化工设备使用与维护任课老师：张晓咪联系方式程性质课程性质 本课程是化工类专业的一门专业核心课程，课程的主要内容包括化工设备基础知识，化工生产中常用的换热设备、塔设备、反应设备、管道和阀门、泵、压缩机、离心机等设备的使用与维护，典型化工设备的运行管理。 1. 专业的需要 2. 后续课程的需要 3. 从事技术工作的需要 先修课程：化工单元操作、电工基础，后续课程化工管路拆装、化工操作综合实训、顶岗实习。课程目标课程目标1了解相关化工设备的选材、结构、主要工艺参数、工作原理、基本操作、日常维护以及异常工况判断与处理、检修；2能够根据各类化工设备的结构特点，

2、根据工艺特点正确对化工设备进行选型；3能根据不同化工设备操作规程，进行常见化工设备的安全、规范操作；4能针对生产过程中设备异常工况，进行及时判断与应急处理；5能根据设备维护知识，进行常见化工设备的日常维护与检修。学习方法学习方法 本课程采用探究式学习方法，通过学生尝试对问题解决的过程，来获取知识、提升能力、形成价值观的学习方式，强调对所学知识、技能的实际运用，注重学习的过程和学生的实践与体验。探究型学习过程包括：确定课题、组织分工、收集信息、整理分析信息、解决方案、评价等几个步骤。在学习中教师应该开阔学生的视野，启发学生的思维，注意引导学生对探究的过程进行总结反思，引导学生自己进行评价，对成功

3、与失败的原因进行总结，引导学生报告自己的收获。参考书目（1）教材马秉骞主编， 化工设备使用与维护，高等教育出版社（2）参考资料陈炳和主编，化学反应过程与设备，化学工业出版社王绍良主编，化工设备基础，化学工业出版社郑端阳主编，化工机械检修实训指导，化学工业出版社课程考核 以期末考试、期中考试、阶段性测试、平时作业及课堂提问等综合考核学生综合分析、推理、判断及自主学习的能力。 成绩评定：按百分制计分，总评成绩按理论85%+实践15%计算。其中理论成绩中平时成绩占15%，期末成绩占85%。平时成绩主要根据出勤情况、平时表现进行评定。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

4、常用材料 第三节 化工设备的腐蚀与防护什么是化工设备？ 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

5、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）自吸式离心油泵该泵具有较强的自吸能力，合用于油库、油罐车、油轮、运输大船舶、化工石油企业的油品输送。离心式鼓风机离心式压缩机具有带叶片的工作轮，当工作轮转动时，叶片就带动汽体运动或者使汽体得到动能，然后使部分动能转化为压力能从而提高汽体的压力。特点单机制冷

6、量大。自动转鼓鼓风机加热炉各种化工设备各种化工设备换热器空气冷却器分镏塔苯乙烯分馏塔反应器夹套式搅拌反应器储存设备 立式储罐立式储罐 卧卧式储罐式储罐方形容器方形容器 球形容器球形容器 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）足够的刚度（3）良好的韧性（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

7、 力学性能 工艺性能 试验1：在等长等粗的一根粉笔和一款橡皮泥上挂吊砝码，结果橡皮泥很快就不堪重负，弯曲折断了；而粉笔没有折断。 说明在静载荷作用下橡皮泥的强度远低于粉笔。 试验2: 用手指头轻弹橡皮泥和粉笔，结果是橡皮泥产生了弯曲但并没有断裂；粉笔立即断成两截飞出。 结论是在冲击载荷作用下橡皮泥的抗冲击能力优于粉笔。（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）（二）力学性能的五大指标1. 材料

8、的弹性和刚度 弹性：金属本身的一种特性，发生弹性形变后可以恢复原来的状态的一种性质。 刚度：材料抵抗弹性变形的能力。（1）拉伸实验 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。 试件受到外力（轴向拉力F）作用后其内部各部分之间产生了相互作用力，称为内力。垂直于单位横截面积的内力称为正应力，=F/S0（S0为试件的原始截面积）；试件受到外力后其原始尺寸或形状发生了变化，这种变化称为变形，变形的量与原始尺寸的比值成为应变，=L/L（L为拉伸时的变形量）。在万能材料实验机上做拉伸实验 低碳钢的正应力-应变曲线曲线包含几个特殊的阶段：弹性变形阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩

9、阶段。正比阶段，A点对应的应力为比例极限，用Rp表示，材料服从胡克定律=E。 斜率tan=E=/称为材料的弹性模量，反映了材料抵抗弹性变形的能力，即刚度。 E值越大，材料的刚度也越大，越不容易发生弹性变形；E值越小，材料的弹性越好，越容易发生弹性变形OA：弹性阶段，A点对应的应力为弹性极限，用Re表示，不再服从胡克定律，但变形仍是弹性的。试件在外力作用下，发生了变形，而当外力消除以后变形也随之消失，试件恢复到原来的形状，不会产生永久性的变形，这种性质为材料的弹性。OA： 2. 材料的强度和塑性 强度是指材料抵抗塑性变形和断裂的能力，如果试件在外力作用下，发生了变形，但并未断裂，当外力消除后，变

10、形也没有完全消失而是有一部分被永久性地保留下来，试件也并没有恢复它原来的形状，没有恢复而被永久性保留下来的那一部分变形称为塑性变形，材料能够产生塑性变形的性质称为材料的塑性。a. 强度指标BC：屈服阶段，用ReL表示，是材料抵抗塑性变形能力的体现，是衡量材料强度的重要指标之一，越大，材料越不容易发生塑性变形。CD：强化阶段，D点对应的应力称为抗拉强度，用Rm表示。抗拉强度是材料在断裂前所能承受的最大应力，Rm越大，材料越不容易断裂，是衡量材料强度的另一重要指标。b. 塑性指标试件被拉断后，弹性变形消失，塑性变形保留下来。材料的断后伸长率，用A表示：%1001LLLA%10000SSSZu材料的

11、断面伸缩率，用Z表示：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耗的功称为冲击吸收功AK，即 AK=mg(H-h) 单位面积SN上的冲击吸收

12、功称为冲击韧性，用ak表示，单位为J/cm2. aK=AK/SN5、温度：一般而言，随着温度的升高，钢材的强度下降，塑性提高。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.碳钢碳钢 工业上使用的金属材料大多是由金属与金属、金属工业上使用的金属材料大多是由金属与金属、金属与非金属熔合在一起的合金。以铁为主，碳的质量分数与非金属熔合在一起的合金。以铁为主，碳的质

13、量分数小于小于2.112.11% %并并含有少量的锰、硅、硫、磷等元素的合金含有少量的锰、硅、硫、磷等元素的合金称为碳钢或非合金钢。称为碳钢或非合金钢。碳的质量分数小于碳的质量分数小于0.25%大于大于0.25%小于小于0.60%碳的质量分数大于碳的质量分数大于0.60% 碳钢中硫的存在会使钢产生热脆性，磷的存在会使碳钢中硫的存在会使钢产生热脆性，磷的存在会使钢产生冷脆性，因此一般认为硫和磷是有害元素，硫和钢产生冷脆性，因此一般认为硫和磷是有害元素，硫和磷的质量分数越小，碳钢的品质越好。磷的质量分数越小，碳钢的品质越好。优质优质碳钢碳钢普通普通碳钢碳钢高级优质高级优质碳钢碳钢2.合金钢合金钢

14、合合金钢是在低碳钢的基础上，加入一定量的合金元素而金钢是在低碳钢的基础上，加入一定量的合金元素而得到的。常加的元素有锰、钼、铌、钒、镍、铬、硼、钨、得到的。常加的元素有锰、钼、铌、钒、镍、铬、硼、钨、铝等。当合金元素总质量分数小于等于铝等。当合金元素总质量分数小于等于5%5%时称为低合金钢。时称为低合金钢。低合金结构钢的牌号由低合金结构钢的牌号由“平均碳的质量分数的万分数平均碳的质量分数的万分数+ +元素元素符号符号+ +该元素平均质量分数的百分数该元素平均质量分数的百分数”表示。当钢中某元素表示。当钢中某元素的平均质量分数不超过的平均质量分数不超过1.5%1.5%时，牌号中只标出元素符号而不

15、时，牌号中只标出元素符号而不标明质量分数；当质量分数大于标明质量分数；当质量分数大于1.5%1.5%而不超过而不超过2.5%2.5%时，在该时，在该元素后只标整数元素后只标整数2 2；以此类推。；以此类推。 不锈钢是化工设备中使用较多的一种合金钢，其牌号由不锈钢是化工设备中使用较多的一种合金钢，其牌号由“平均碳的质量分数的千分数平均碳的质量分数的千分数+ +元素符号元素符号+ +该元素平均质量分该元素平均质量分数的百分数数的百分数”表示。表示。3.铸铁铸铁 铸铁是碳的质量分数大于铸铁是碳的质量分数大于2.11%2.11%的铁碳合金，工业上常的铁碳合金，工业上常用的铸铁的质量分数一般在用的铸铁的

16、质量分数一般在2.5%-4.5%2.5%-4.5%之间，而锰、硅、硫之间，而锰、硅、硫及磷的质量分数高于钢。根据碳在铸铁中的存在形式有白及磷的质量分数高于钢。根据碳在铸铁中的存在形式有白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁之分，其中灰口铸铁应用较口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁之分，其中灰口铸铁应用较多。多。 铸铁具有良好的铸造性、减震性、耐磨性和切削加工铸铁具有良好的铸造性、减震性、耐磨性和切削加工性，而且生产工艺简单、成本低，在化工设备，特别是转性，而且生产工艺简单、成本低，在化工设备，特别是转动设备中有着广泛的应用。灰铸铁的牌号是由动设备中有着广泛的应用。灰铸铁的牌号是由“HT+HT+数字数字”表示。球

17、墨铸铁的牌号是由表示。球墨铸铁的牌号是由“QT+QT+两组数字两组数字”表示。表示。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。聚四氟乙烯因其优良的抗腐蚀性能而聚四氟乙烯因其优良的抗腐蚀性能而被称为被称为“塑料王塑料王”。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

18、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、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀 按腐蚀机理分为化学腐蚀和电化学腐蚀 (1)均匀腐蚀 腐蚀沿金属表面均匀进行，腐蚀的结果使设备壁厚减薄。这种腐蚀危害性不大，可通过在设计时增加壁厚来保证设备有一定的寿命。如碳钢在强酸、强碱中的腐蚀。 （2）缝隙腐蚀 在腐蚀性介质中，若金属与金属或非金属之间存在很小的缝隙，则缝隙内的介质处于滞留状态，使缝内的材料发生腐蚀。如法兰的连接面之间、螺母或铆钉的底面等。一般介质温度越高，越容易引起缝隙腐蚀。(3)晶间腐蚀腐蚀主要沿

19、着晶界或晶界的邻近区域发生，而晶粒本身的腐蚀很轻微，这种腐蚀称为晶间腐蚀。（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

20、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