化工设备基础知识

1、主讲 王松竹二二九年九月九年九月化工设备基础基础知识化工设备基础基础知识模块一模块一 化工设备基础知识化工设备基础知识任务二任务二 化工生产与化工设备的关系化工生产与化工设备的关系任务三任务三 化工生产对化工设备的基本化工生产对化工设备的基本要求要求新内容简介新内容简介任务四任务四 化工容器的结构与分类化工容器的结构与分类任务一任务一 课程知识构架及学习目标课程知识构架及学习目标化工设备基础基础知识理论知识理论知识1.化工设备基本知识化工设备基本知识2.化工设备力学基础化工设备力学基础3.机械传动与联接机械传动与联接(自学自学)4. 压力容器压力容器5. 塔设备塔设备6.换热器换热器7.搅拌反

2、应釜搅拌反应釜8.化工管路化工管路一、知识构架一、知识构架实验内容实验内容、碳钢热处理实验、碳钢热处理实验、拉伸、拉伸压缩实验压缩实验、水压试验、水压试验 4 4、外压容器失稳实验、外压容器失稳实验任务一任务一 课程知识构架及学习目标课程知识构架及学习目标化工设备基础基础知识二、学习目标二、学习目标 1 1、了解材料、工程结构、力学和机械传动与、了解材料、工程结构、力学和机械传动与联接方面的基本知识联接方面的基本知识 、掌握常用化工设备的结构、性能特点、掌握常用化工设备的结构、性能特点、应用应用 3 3、初步掌握化工设备结构和设计的基本知、初步掌握化工设备结构和设计的基本知识识。 化工设备基础

3、基础知识 课程安排与要求课程安排与要求一、课程安排一、课程安排68学时1、实验： 34次2、平时作业3、课堂提问4、实验报告二、要求二、要求1、实验、平时作业不能缺，否则没成绩。2、课堂纪律 不能旷课 否则没成绩3、良好学风 4、学习方法 课前预习，课后复习课前预习，课后复习 完成一定数量的完成一定数量的 习题习题 学会知识的综合应用学会知识的综合应用化工设备基础基础知识化工生产过程不仅取决于化学工艺过程，而且与化工化工生产过程不仅取决于化学工艺过程，而且与化工机械装备密切相关。机械装备密切相关。u介质的化学反应，由反应器提供符合反应条件要求的空间介质的化学反应，由反应器提供符合反应条件要求的

4、空间l质量传递通常在塔设备中完成质量传递通常在塔设备中完成l热量传递在换热器中进行热量传递在换热器中进行l能量转换由泵、能量转换由泵、压缩机压缩机等装置承担等装置承担u 化工机械技术的进步能促进新工艺的诞生和实施化工机械技术的进步能促进新工艺的诞生和实施l大型压缩机和超高压容器的研制成功，使人造金刚石的大型压缩机和超高压容器的研制成功，使人造金刚石的构想成为现实构想成为现实u化工工艺发展不断要化工工艺发展不断要求新装备求新装备任务二任务二 化工生产与化工机械设备的关系化工生产与化工机械设备的关系化工设备基础基础知识Q QD DC CA AB BC CT T, ,P P, ,化工过程：化工过程：

5、对原料进行化学和物理加工， 以获得有利产品的过程。设备：完成某种单元过程的装置。化工设备基础基础知识二甲醚二甲醚空空 气气 压压 缩缩 机机反反 应应 器器吸吸 收收 塔塔离子交换塔离子交换塔甲醛成品甲醛成品 (反应反应) (传热传热) (压缩压缩) (分离分离) (离子交换离子交换) 压压 缩缩 机机冷冷 却却 塔塔甲醛生产 Ag CH3OH(气气)+(1/2)O2(气气)HCHO(气气)+H2O(气气) 973K化工设备基础基础知识二氧化碳二氧化碳水水 蒸蒸 汽汽天然气天然气 压压 缩缩 机机转转 化化 炉炉冷却塔冷却塔合成反应器合成反应器分分 馏馏 塔塔冷冷 凝凝 塔塔甲甲 醇醇 反反

6、应应 传传 热热 压压 缩缩 反反 应应 分分 离离 传传 热热甲醇生产 CO+2H2=CH3OH CO2+3H2=CH3OH+H2O 化工设备基础基础知识 千万吨级大炼油厂千万吨级大炼油厂l大型塔器大型塔器国外最大常压塔国外最大常压塔9m9m，减压塔，减压塔16m16m。l大型换热器大型换热器国外最大国外最大15000m15000m2 2，国内只有，国内只有4000m4000m2 2，29u化工工艺发展不断要求新装备化工工艺发展不断要求新装备百万吨级大乙烯百万吨级大乙烯l 大型离心压气机大型离心压气机单机单机45,000KW45,000KW，要求高可靠性，高寿要求高可靠性，高寿命。命。l大型

7、低温球罐大型低温球罐(-30(-30，1.72MPa)1.72MPa)国外最大国外最大3700m3700m3 3双层双层结构，低温钢。结构，低温钢。化工设备基础基础知识u 化工设备的特点化工设备的特点v功能原理的多样化功能原理的多样化 须进行单独的设计须进行单独的设计v外部壳体多是压力容器外部壳体多是压力容器 v化化机机电技术紧密结合电技术紧密结合v设备结构大型化设备结构大型化 吨量大吨量大 尺寸大尺寸大 温度高温度高目前国内：合成氨年产量达目前国内：合成氨年产量达30多万吨多万吨 尿素高达尿素高达60多多 万吨万吨 国外：国外：合成氨年产量达合成氨年产量达60多万吨多万吨 尿素高达尿素高达1

8、00多万吨多万吨 合成氨塔的直径达合成氨塔的直径达3000mm12.5万万m3 储油罐高达储油罐高达20m 化工设备基础基础知识化工生产的特点化工生产的特点q生产的连续性强生产的连续性强处理物料大多是气体、液体和粉体，处理过程如传质、传热、化学处理物料大多是气体、液体和粉体，处理过程如传质、传热、化学反应可连续进行，为了提高生产效率，节约成本，化工生产过程一般反应可连续进行，为了提高生产效率，节约成本，化工生产过程一般采用连续的工艺流程。在连续性的过程中，每一生产环节都非常重要，采用连续的工艺流程。在连续性的过程中，每一生产环节都非常重要，若出现事故，将破坏连续性生产若出现事故，将破坏连续性生

9、产q生产条件苛刻生产条件苛刻介质腐蚀性强：介质腐蚀性强：有很多介质具有腐蚀性。例如，酸、碱、盐一类的有很多介质具有腐蚀性。例如，酸、碱、盐一类的介质，对金属或非金属物件的腐蚀，使机器与设备的使用寿命大为降介质，对金属或非金属物件的腐蚀，使机器与设备的使用寿命大为降低。腐蚀生成物的沉积，可能堵塞机器与设备的通道，破坏正常的工低。腐蚀生成物的沉积，可能堵塞机器与设备的通道，破坏正常的工艺条件，影响生产的正常进行艺条件，影响生产的正常进行任务三任务三 化工生产对化工设备的基本要求化工生产对化工设备的基本要求化工设备基础基础知识温度和压力变化大温度和压力变化大：温度和压力变化大，温度从深冷到高温，压温

10、度和压力变化大，温度从深冷到高温，压力从真空到数百兆帕。使得有的设备要承受高温或高压，有的设备力从真空到数百兆帕。使得有的设备要承受高温或高压，有的设备要承受低温或低压。温度和压力的不同，影响到设备的工作条件和要承受低温或低压。温度和压力的不同，影响到设备的工作条件和材料选择材料选择介质大多易燃易爆有毒性介质大多易燃易爆有毒性：如氨气、氢气、苯蒸气等均属此类。如氨气、氢气、苯蒸气等均属此类。还有不少介质有较强的毒副作用，如二氧化硫、二氧化氮、硫化氢、还有不少介质有较强的毒副作用，如二氧化硫、二氧化氮、硫化氢、一氧化碳等。这些易燃、易爆、有毒性的介质一旦泄漏，不仅会造一氧化碳等。这些易燃、易爆、

11、有毒性的介质一旦泄漏，不仅会造成环境的污染，而且还可能造成人员伤亡和重大事故的发生成环境的污染，而且还可能造成人员伤亡和重大事故的发生生产原理的多样性生产原理的多样性：生产过程按作用原理可分为质量传递、热量生产过程按作用原理可分为质量传递、热量传递、能量传递和化学反应等若干类型。同一类型中功能原理也多传递、能量传递和化学反应等若干类型。同一类型中功能原理也多种多样，如传热设备的传热过程，按传热机理又可分为热传导、对种多样，如传热设备的传热过程，按传热机理又可分为热传导、对流和辐射。故化工设备的用途、操作条件、结构形式也千差万别流和辐射。故化工设备的用途、操作条件、结构形式也千差万别生产的技术含

12、量高生产的技术含量高：既包含了先进的生产工艺，又需要先进的生既包含了先进的生产工艺，又需要先进的生产设备，还离不开先进的控制与检测手段。并呈现出学科综合，专产设备，还离不开先进的控制与检测手段。并呈现出学科综合，专业复合，化、机、电一体化的发展势态业复合，化、机、电一体化的发展势态化工设备基础基础知识化工生产对化工设备的基本要求化工生产对化工设备的基本要求安全性要求安全性要求工艺性要求工艺性要求使用性能要求使用性能要求经济性能要求经济性能要求化工设备基础基础知识安全性能要求安全性能要求v足够的强度足够的强度：材料强度是指载荷作用下材料抵抗永久变形和断裂：材料强度是指载荷作用下材料抵抗永久变形和

13、断裂的能力。屈服点和抗拉强度是钢材常用的强度判据。的能力。屈服点和抗拉强度是钢材常用的强度判据。v良好的韧性良好的韧性 ：韧性是指材料断裂前吸收变形能量的能力。由于原韧性是指材料断裂前吸收变形能量的能力。由于原材料制造（特别是焊接）和使用（如疲劳、应力腐蚀）等方面的原材料制造（特别是焊接）和使用（如疲劳、应力腐蚀）等方面的原因，化工设备的构件常带有各种各样的缺陷，如裂纹、气孔、夹渣因，化工设备的构件常带有各种各样的缺陷，如裂纹、气孔、夹渣等。如果材料韧性差，可就能因其本身的缺陷或在波动载荷作用下等。如果材料韧性差，可就能因其本身的缺陷或在波动载荷作用下发生脆性破断。发生脆性破断。v足够的刚度和

14、抗失稳的能力足够的刚度和抗失稳的能力：刚度是指设备在外力作用下，刚度是指设备在外力作用下，抵抗变形保持原有形状的能力抵抗变形保持原有形状的能力v良好的抗腐蚀性：良好的抗腐蚀性：材料被酸、碱、盐腐蚀后，不仅会导材料被酸、碱、盐腐蚀后，不仅会导致壁厚减薄，最终会破坏致壁厚减薄，最终会破坏v可靠的密封性可靠的密封性：密封性是指化工设备防止介质泄漏的能力，介质密封性是指化工设备防止介质泄漏的能力，介质泄漏，可能造成环境污染，还可能引起中毒、燃烧、爆炸泄漏，可能造成环境污染，还可能引起中毒、燃烧、爆炸化工设备基础基础知识使用性能要求使用性能要求v结构合理、制造简单结构合理、制造简单：结构要简单，设计要合

15、理，材料利用结构要简单，设计要合理，材料利用率高，制造方法要有利于实现机械化、自动化、成批生产率高，制造方法要有利于实现机械化、自动化、成批生产v运输安装方便运输安装方便：对于大型设备要考虑运行的可行性，运载工具：对于大型设备要考虑运行的可行性，运载工具的能力、空间大小、码头深度、桥梁和路面的承载能力、吊装设的能力、空间大小、码头深度、桥梁和路面的承载能力、吊装设备的吨位。大型、特殊要求设备要考虑现场组装的条件和方法备的吨位。大型、特殊要求设备要考虑现场组装的条件和方法v操作、控制、维护简便操作、控制、维护简便：操作程序和方法要尽量简单，能设：操作程序和方法要尽量简单，能设有防止误操作的报警装

16、置。设备上要有测量、报警和调节装置。有防止误操作的报警装置。设备上要有测量、报警和调节装置。操作过程出现超温、超压等时，能报警，并可对操作状态自动调操作过程出现超温、超压等时，能报警，并可对操作状态自动调节。节。化工设备基础基础知识1. 单位生产能力单位生产能力技术经济要求技术经济要求2. 消耗系数消耗系数 3. 设备价格设备价格4. 管理成本管理成本5. 产品总成本产品总成本化工设备基础基础知识压力容器压力容器-满足介质压力，介质容积及其满足介质压力，介质容积及其乘积等乘积等 要求的容器。要求的容器。l相关知识相关知识化工机械化工机械-化工生产中所使用的机械设备的总称，化工生产中所使用的机械

17、设备的总称，包括化工设备与化工机器包括化工设备与化工机器化工设备指化工设备指静静止设备止设备：各种塔、换热器各种塔、换热器化工机器指化工机器指动动设备设备：各种压缩机、泵等各种压缩机、泵等任务四任务四 化工容器的结构与分类化工容器的结构与分类化工设备基础基础知识化工容器化工容器-化工生产中所使用的化工化工生产中所使用的化工设备外部壳体的总称设备外部壳体的总称化工设备化工设备-化工设备主要由化工容器和不化工设备主要由化工容器和不同的设备内件所组成同的设备内件所组成l相关知识相关知识化工设备基础基础知识l 化工容器的结构及作用化工容器的结构及作用封头人孔支座筒体管口液位计化工设备基础基础知识化工容

18、器由哪几部分组成化工容器由哪几部分组成?主体：主体：筒体、封头筒体、封头附件：附件：开孔与接管、密封装置、支座、安全装开孔与接管、密封装置、支座、安全装 置等置等 化工容器的标准件化工容器的标准件（三化：系列化、通用化、标准化）（三化：系列化、通用化、标准化） 各部分的作用是什么？各部分的作用是什么？化工设备基础基础知识容器的分类容器的分类v按承压性质分类按承压性质分类按承压性质可将容器分为内压容器和外压容器两类按承压性质可将容器分为内压容器和外压容器两类。 容器的内部介质压力大于外界压力时为容器的内部介质压力大于外界压力时为内内压容器压容器。反之，则为。反之，则为外压容器外压容器。真空容器真

19、空容器是指内部压力小于一个绝对大气是指内部压力小于一个绝对大气压压(0.1MPa)的外压容器。的外压容器。化工设备基础基础知识内压容器按其设计压力内压容器按其设计压力，可划分为可划分为低压、中低压、中压、高压和超高压四个压力压、高压和超高压四个压力等级。高压容器的设等级。高压容器的设计计算方法、材料选择、制造技术及检验要求与计计算方法、材料选择、制造技术及检验要求与中、低压容器不同。本书只讨论中、低压容器的中、低压容器不同。本书只讨论中、低压容器的设计。设计。内压容器的分类内压容器的分类 容器的分类容器的分类设计压力设计压力 p （MPa）低压容器低压容器0.1p1.6中压容器中压容器1.6p

20、10高压容器高压容器10p100超高压容器超高压容器p100化工设备基础基础知识按原理与作用分按原理与作用分反应容器反应容器R: 如反应，分解塔，合成塔如反应，分解塔，合成塔换热容器换热容器E: 热交换器，蒸发器，冷凝器热交换器，蒸发器，冷凝器分离类容器分离类容器S：如洗涤塔，过滤器，吸收：如洗涤塔，过滤器，吸收塔，干燥塔塔，干燥塔储存类容器储存类容器C（其中球罐的代号为（其中球罐的代号为B）：）：如各种储罐。如各种储罐。化工设备基础基础知识p按容器的外径按容器的外径Do和内径和内径Di的比值的比值K不同，可将不同，可将容器分为：容器分为：a、 厚壁容器：厚壁容器：K1.2b 、薄壁容器：薄壁

21、容器：K 1.2p按支承形式分按支承形式分-立式容器和卧式容器立式容器和卧式容器p按材料分按材料分-金属容器和非金属容器金属容器和非金属容器p按几何形状分按几何形状分-圆柱形、球形、椭圆形、圆柱形、球形、椭圆形、锥形、矩形等锥形、矩形等.化工设备基础基础知识v 按工作温度分按工作温度分v低温容器低温容器 v常温容器常温容器 v中温容器中温容器 v高温容器高温容器 化工设备基础基础知识 按监察规程分按监察规程分(压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程)1、 最高工作压力最高工作压力Pw0.1MPa2、 内直径内直径Di0.15m，且且V0.025m33、 盛装介质为气体、液化气体或最高

22、工作温度高于等于标准沸点盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点 的液体。的液体。监察规程的管辖范围监察规程的管辖范围压力容器必备的三个条件：压力容器必备的三个条件：根据容器的压力等级、介质毒性危害程度以及根据容器的压力等级、介质毒性危害程度以及pV值，压力值，压力容器容器（不包括核能容器、船舶上的专用容器和直接受火焰（不包括核能容器、船舶上的专用容器和直接受火焰加热的容器加热的容器）可分为三类。）可分为三类。化工设备基础基础知识三类容器三类容器1、 高压容器；高压容器；2 、低压容器低压容器(毒性为极度或高度危害介质的中压和毒性为极度或高度危害介质的中压和PVPV大于大于0.20.2MPamMPam3 3)；3、 中压反应容器中压反应容器(易燃或易燃或毒性程度为中度危害介质毒性程度为中度危害介质且且PV0.5MPamPV0.5MPam3 3)；4、 中压储存容器中压储存容器(易燃或易燃或毒性程度为中度危害介质毒性程度为中度危害介质且且PV10MPamPV10MPam3 3)；5、 高压、中压管壳式余热锅炉；高压、中压管壳式余热锅炉；6、 中压搪玻璃压力容器；中压搪玻璃压力容器；7 、球形（、球形（V5