（中职）化工设备机械基础（绪论+1章+2章）1电子课件

1、正版可修改PPT课件（中职）化工设备机械基础（绪论+1章+2章）1电子课件设备基础篇绪 论 现代社会离不开化工 化工机械化工生产中的各种机械 炼油、石油化工、轻化工、农药、医药原料、涂料、橡胶、塑料、合成纤维，以及各种精细化工行业，都是化工化工机械应用广泛不？ 热电、核工业、冶金、城市供水供气、环境保护等都属于过程工业。 化学工业典型的过程工业； 化工机械典型的过程机械。化工生产可以不用、不要化工机械吗？不可以化工生产需要在化工设备及其管路中才能进行的 良好的化工机械能够满足、保证化工生产的需要，甚至能促进、推动化工生产的发展。 化工机械分为“化工设备”（即静设备）和“化工机器”（即动设备）两

2、大部分 反应类设备 化工设备 换热类设备 分离类设备 存储类设备 液体输送与压缩机械泵化工机械 气体输送与压缩机械风机、压缩机 化工机器 固体破碎与输送机械破碎机、输送机 固体分离机械离心机 固体干燥机械回转窑 阀门、管路进行化工生产操作的人需要具有化工设备维护等机械知识和能力吗？化工操作员工，包括化学反应工、分离工、聚合工、化工司机工、化工司泵工等，其等级工技术标准中，很多要求直接与化工设备有关（主要列于表1）。 对于机、泵岗位的操作员工（指压缩机、泵等运转设备），还需要具有相应的零配件、轴承、润滑等知识。 在化工厂化工生产离不开化工机械，化工厂的工艺人员必须具有一定的化工机械知识和能力，与

3、机械工作人员有共同语言,以便更好地开展工作和协调合作。 在课程学习中尽可能结合化工工艺实际，结合已有知识，结合实习、参观，多见实物、模型，注意实际效果，注意实际能力的提高。 可灵活安排学习内容1 化工设备基础知识11容器的基本结构 钢制圆筒形结构 主要包含：圆筒、封头、接管、人孔、法兰、支座等1.1.2化工容器的分类 凡是分类需注意按什么分按照压力容器在生产过程中的作用分类 1)反应压力容器（代号为R） 主要用于完成介质的化学反应，如反应釜、分解塔、合成塔、变换炉等；2)换热压力容器（代号为E） 主要完成介质的热量交换，如热交换器、冷凝器、蒸发器、冷却器等；3)分离类容器（代号为S） 主要完成

4、介质的净化分离，如分离器、洗涤塔、过滤器、吸收塔、干燥塔等。4)储存类容器（代号为C，其中球罐的代号为B） 主要用于盛装生产用的原料气体、液体、液化气体，以及气态、液态的产品等，如各种形式的储罐。 按照容器的压力等级分类 分为低压、中压、高压和超高压容器四个压力等级 ：1）低压容器（代号为L）：0.1MPaP1.6MPa；2）中压容器（代号为M）：1.6MPaP10MPa；3)高压容器（代号为H）：10MPaP100MPa；4)超高压容器（代号为U）：P100MPa。 按照安全管理等级分类固定式压力容器安全技术监察规程（TSG212016国家质量监督检验检疫总局颁布） 目的：安全管理、监督检查

5、，做到安全使用，避免事故 主要考虑影响安全的重要因素，有：压力、介质类型（毒性和易燃易爆程度）、容器用途、压力体积等 第三类压力容器压力高、最危险、最高 第二类压力容器 第一类压力容器除第二类、第三类 压力容器外的所有低压容器。 1.2 化工生产对化工设备的基本要求1.2.1安全方面(1)强度 设备及其零部件抵抗外力破坏的能力。 (2)刚度 容器及其零部件抵抗外力作用下变形的能力。 (3)稳定性 设备或零部件在受到压缩时维持原有形状的能力。 (4)耐蚀性 设备材料抵抗腐蚀的能力。 (5)密封性 密封性是指设备阻止介质泄漏的能力。 1.2.2经济方面 （1）尽量降低设备成本 （2）操作、维修方便

6、 2 化工设备结构与管道2.1 换热器换热器换热设备。 流体加热、冷却、液体汽化、蒸汽冷凝等过程，都需要交换热量，因而都需要换热器。 换热器的种类：一类是板式换热器，另一类是管式换热器。 其中，列管式（管壳式）使用最多。对于列管式，学习任务：换热器的作用？列管式换热器的工作原理？特点？列管式换热器的类型？各类列管式换热器的结构？为维护检修列管式换热器作技术准备211 列管式换热器的基本结构形式 主要有管箱、管板、壳体、换热管、折流板及附件等。A、B两流体通过管壁换热。 注意：复习和应用制图技术中的剖视图化工设备视图多数采用剖视2.1.2列管式换热器的主要类型 由于管束、管板和壳体的结构和连接方

7、式不同，列管式换热器可分为固定管板式、浮头式、填料函式和U型管式四种。 固定管板式是最基本的结构形式。南京科技职业学院化工实训基地现场直立安装的换热器有外部保温层换热器穿过二楼楼板且安装在二楼楼板上2.1.2.1固定管板式换热器基本型，应用广 优点：结构紧凑、简单、造价低 ；同壳径内换热管数多；管内清洗方便；更换、维修管子方便 缺点：管外清洗困难（壳程流体宜清洁）；可能产生较大的“温差应力”（管束、壳体、管板被“固定”联接在一起，管、壳程介质温差较大时，换热管与壳体的温差也可能增大，使二者的热膨胀伸长量不同，但不能自由伸长，从而有“温差应力”存在。改进办法之一：设置膨胀节。2.1.2.2浮头式

8、换热器 如果管束能“自由浮动”，则管壳之间的温差应力无从产生。于是产生了“浮头式”换热器。2.1.2.3填料函式换热器 结构与浮头式换热器相似，只是浮头伸到了壳外，且浮头与壳体之间采用了“填料函”式密封，所以，又可称为外浮头式换热器。 2.1.2.4 U型管式换热器 只有一块管板，换热管弯成U型，两端固定在同一块管板上；管束可以抽出来，因而管外清洗方便。 2.1.3列管式换热器的结构 2.1.3.1换热管主要换热元件 通过管壁，内外传热。管子直径、长度、数量和材料是影响换热管传热的几个因素。换热所需要的传热面积决定了管子的数量、长度和直径。 小直径管子，换热器单位体积内的换热面积大，设备紧凑，

9、传热系数高，但制造麻烦，管内容易结垢，清洗不便，多用于清洁的流体。 大直径的管子管内清洗较方便，多用于粘性大或较污浊的流体。换热管在管板上的排列： 常用正六角形（或称正三角形）。 另有正方形和同心圆。这是哪一种排列？与工学交替的同学亲切交流2.1.3.2管子与管板的连接方式 这个连接跟关键！常用焊接、胀接和胀焊结合（1）焊接应用日渐广泛 它连接可靠，具有良好的“气密性”，承受压力的能力高，且在高温高压下也能保证连接的紧密性和抗拉脱能力。为了保证焊接质量，管板孔边上应开斜口，称为“焊接坡口”。（2）胀接 管子伸进管板孔后，用胀管器挤压伸入管子的端部，使管端产生“塑性变形”，同时使管板产生“弹性变

10、形” ,这时管端直径增大，紧贴在管板孔壁上。当取出胀管器，管板孔弹性收缩，使管板与管子间产生一定的挤压力而紧紧贴合在一起。（3）胀焊并用 单独采用胀接或焊接都有一定的局限性，当胀、焊结构不能满足要求时，可采用胀焊结合的结构形式。胀焊并用有两种形式：一种是强度胀加密封焊，另一种是强度焊加密封胀。 2.1.3.3管板与壳体的连接 （1）不可拆连接结构 固定管板式换热器两端管板通常直接焊在壳体上，并兼作“法兰” 。管板也可不兼作法兰，如图2-11所示。 （2）可拆连接结构 将管板夹于壳体法兰与管箱法兰之间，管板和管束可以一起从壳体中抽出进行清洗。 浮头式、U型管式及填料函式换热器都需要这样。2.1.

11、3.4管箱、折流板、支持板及拉杆 管箱：在换热器的两端1、均匀分布管程流体到各换热管或汇集起来一起送出2、多管程时还能分隔管程，改变流向 横向折流板：垂直于壳体轴线安装的挡板1、提高壳程流体流速，增加湍流程度，提高传热效率2、支撑管束 常用：单弓形、双弓形和三弓形。 另一种折流板：圆环形 拉杆和定距管： 实现折流板和支持板的固定2.1.3.5壳程接管壳程流体进出口 对换热器的传热效率和换热管的使用寿命有很大影响。 尤其液相流体进出口速度较高或流体内夹杂有固体颗粒时，会剧烈冲刷换热管。 怎么办？2.1.4.其它类型的换热器（1）套管式换热器同心圆套筒，用管子做成。可适当增减套筒的数量，来满足换热

12、要求。每一段套筒为一程，各程内管用U形短接管依次连接；外管之间也用管子连接。（2）翅片管式换热器特点：换热管内外有许多金属翅片，以增加传热速度。其它似列管式换热器。 翅片管轧片机正在工作翅片管 （3）螺旋板式换热器 两块薄金属板卷成螺旋形，中心先焊接在一块挡板上，构成两条螺旋形通道，分别走两冷、热两股流体。 主要用在气液两相或液相之间传质传热过程，如萃取、精馏、解吸、吸收及吸附等 按生产操作过程中的作用，可分为精馏塔、解吸塔、吸收塔和萃取塔等； 按内部压力，可分为“加压塔” 、“常压塔” 和“减压塔” ； 按内件，可分为板式塔和填料塔。2.2 塔设备2.2.1板式塔总体结构（1）塔顶部分气液分

13、离段。须具有较大空间，降低气体上升速度，使气液充分分离。（2）塔体部分 内装板式塔的主要结构元件塔盘，气-液或液-液两相在塔盘上充分接触，完成传质和传热。 （3）裙座部分 最下部分为裙座，其上端与塔体下封头焊接，下端通过地脚螺栓固定在基础上。种类 （1）泡罩塔 这是工业生产上最早出现的典型板式塔，最主要的传质元件是泡罩。（2）浮阀塔 二十世纪五十年代发展起来的。大型浮阀塔直径可达10m，塔高达83m，塔板可有数百块，目前应用最广泛。浮阀的类型也很多，有盘形浮阀和条形浮阀等，其中盘形浮阀应用最广，而F-1型盘形浮阀最常用（国外通称V-1型）。（3）筛板塔 结构类似浮阀塔，不同之处是塔板上只是开设

14、许多直径35的筛孔，因此，结构非常简单。 2.2.1.3塔盘的结构 操作要求：塔盘承受一定液体重量时也要保持水平，要具有一定刚度；与塔壁之间有密封结构，避免气、液走短路； 机械要求：便于制造、安装和维修，并且造价要低。 安装上， 1000以上的大直径塔采用分块式塔盘，从人孔送进塔内拼装； 800-900以内的小直径塔采用整块式塔盘，的结构主要有两种形式：整块式和分块式。整块式塔盘通常用在直径在内，分块式塔盘一般用在内。2.2.1.3塔盘的结构 操作要求：塔盘承受一定液体重量时也要保持水平，要具有一定刚度；与塔壁之间有密封结构，避免气、液走短路； 机械要求：便于制造、安装和维修，并且造价要低。

15、安装上， 1000以上的大直径塔采用分块式塔盘。各块塔板从人孔送进塔内拼装； 800-900以内的小直径塔采用整块式塔盘，且塔分成若干节。塔盘整块装入塔节内，多个塔节连接成塔。2.2.1.4溢流装置包括溢流堰、降液管和受液盘等。 根据塔径大小、液体的回流量、气液比，液体在塔板上的流动形式分别采取三种形式。 受液盘：平板形、凹形一般采用凹形。凹形受液盘的优点：缓冲降液管流下的液体冲击，减小液体飞溅；回流量较小时也具有较好的“液封”作用；使回流液均匀地流入鼓泡区。 2.2.2填料塔板式塔在塔盘上进行气液传质；填料塔在填料内外表面上进行气液传质。 填料塔的主要结构：塔体、喷淋装置、填料、再分布器、栅

16、板等。 2.2.2.1填料 传统的单个填料（散装填料）有实体填料：包括拉西环及其衍生型如鲍尔环、鞍形填料等；网体填料：包括由丝网体制成的各种填料如鞍形网等。 几种不同类型、大小、材料制作的填料 整块式填料，类似于整块式塔盘的塔板那样，整块整块的装入塔内，或像分块式塔盘中的塔板，一块块由人孔送入塔内拼装成整块，并一层一层叠加。2.2.2.2液体喷淋装置（也叫液体分布装置） 作用：将液体均匀地喷洒在填料上，使填料表面能够全部被淋湿，增加液体与气体的接触表面积。 喷淋装置的类型很多，常用： (1)喷洒型 直径较小的填料塔使用管式喷洒器。 直径较大的塔体，采用多支管(或排管)喷洒器，环管多孔喷洒器，甚

17、至多圈环管，以及莲蓬头喷洒器(2)溢流型 两种： 中央进料的盘式分布器 溢流型喷洒器 液体由顶槽进入各分槽，然后沿分槽的开口溢流，喷洒在填料上。(3)冲击型喷淋器 常用反射板式喷淋器 2.2.2.3液体再分布器 其中分配锥最简单、最常用。 直接焊接在塔壁上。沿壁流下的液体被分配锥导向塔体的中央部分。 大直径塔可用槽形再分布器。2.2.2.4填料的支承结构 常见栅板结构。 板条间距是填料外径的60-80%，才能保证填料堆放。 对于孔隙率比较大的填料，可采用开孔波形板支承结构。 侧面也开孔，增大栅板的自由横截面积，有利于气体通过。 2.2.2.5裙式支座和吊柱 塔体由裙式支座支承并安装固定在混凝土

18、基础上，常采用的裙座有圆筒形和圆锥形两种。 常在塔顶设置可转动的吊柱，用于安装、检修时起吊塔板及其他零部件。2226 其它部分 为了防止气量较大时将液体（液沫）带出填料塔，在塔顶内部设置除沫器； 为了防止气量较大时吹翻填料，可以在填料上面设置填料压紧装置。2.3 反应设备 化工生产中实现化学反应的主要设备。 种类、结构多样 ，因为反应条件不同： 反应物料的物态（气体、液体或固体） 操作条件（压力、温度以及物料静止还是流动） 反应的热效应（吸热反应还是放热反应） 搅拌反应釜：典型的反应设备，广泛应用于化工、轻工、化纤、医药等工业。 在一定的压力和温度下，将两种或多种液态物料（或以液态为主）搅拌混

19、合，促进反应。 通常伴随有热效应，由换热装置输入或移出热量。 2.3.1总体结构中的主要部件及其用途 搅拌反应釜的结构： （1）釜体 （2）传热装置 （3）搅拌装置 （4）轴封装置 （5）其它结构2.3.2夹套传热及其结构 常用的传热方式为夹套和蛇管传热。 夹套：在釜体外侧，装设各种形状的外套，空间密闭，通入蒸汽或者冷水等，加热或冷却釜内物料，维持物料的温度在规定范围。 常用整体夹套。 整体夹套与筒体的连接：可拆卸式和不可拆卸式两种。2.3.3蛇管传热及其结构 适用场合？夹套传热不能满足要求时 结构与特点密集排列，沉浸在物料中；热量损失小，传热效果好；还能导流，改变流动状况，减小漩涡，强化搅拌

20、；但检修较麻烦。 长度？蛇管不宜过长，否则，冷凝液会积聚，降低传热效果；也难排出蒸汽所夹带的惰性气体。 如果要求传热面积很大时，可制成并联的同心圆蛇管组。2.3.4搅拌器的型式 型式多。形状、尺寸、结构与被搅拌液体的性质和要求实现的流型有关。 常用的搅拌器按结构来分有： -桨式搅拌器 -框式和锚式搅拌器 -涡轮式搅拌器 -推进式搅拌器等 （1）桨式搅拌器：结构最为简单。（2）框式和锚式搅拌器： 结构简单。（3）推进式搅拌器：也称旋桨式。（4）涡轮式搅拌器 按流体的流动形态来分，可分为轴向流搅拌器、径向流搅拌器和混合流搅拌器。2.3.5.其它反应类设备（1）固定床反应器 多用于大规模气相反应。

21、有些场合采用许多管子，这时称为管式反应器。 外形有圆筒式和列管式。 （2）流化床反应器 多用于固体和气体参加的反应。 气体向上吹动固体，固体呈沸腾状，浮动、翻腾在半空中。 （3）鼓泡反应器 液体中含有溶解了的非挥发性催化剂或其它反应物料，反应气体鼓泡通过液体进行反应，产物可随气流从反应器中带出。 （4）流动床反应器 固体在床层顶部加入，并向下移，从器底取出；流体向上通过填充层。这种反应器已用于丙烷脱氢、二甲苯催化异构、离子交换法的连续水处理过程等。2.4 加热炉和废热锅炉2.4.1加热炉 通常使用管式加热炉。 燃料在炉膛内燃烧，产生高温火焰和烟气，用来加热在炉管内高速流动的物料，使其达到后续工

22、艺过程所需的温度，或在管内进行化学反应。 由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧及通风系统五部分组成。其结构通常包括：钢结构、炉管、炉墙（内衬）、燃烧器、孔类配件等。2.4.1.1管式加热炉的一般构成管式加热炉的用途有：（1）炉管内进行化学反应（2）加热液体管内无物相变化，是单纯的液体加热炉炉管入口为液相，出口为气、液混相进口为液相，出口全部汽化（3）气体加热炉（4）混相流加热炉外形大致可分为四类：（1）箱式炉横管和立管大型箱式炉。 顶烧式炉。 （2）立式炉：底烧横管立式炉。 附墙火焰立式炉。 环形管立式炉。 立管立式炉无焰燃烧炉（3）立式圆管（圆柱形）炉螺旋式、纯辐射式、辐射对流式炉。 （4）

23、大型方炉2.4.2废热锅炉 通过换热，回收工艺物料中不需要的热量，产生蒸汽。常采用管式换热器结构，或普通锅炉结构。2.4.2.1.废热锅炉分类（1）按炉管方向分类 按照炉管是水平还是垂直放置，分为卧式和立式两大类。（2）按压力高低分类 按照锅炉操作压力的大小，有低压、中压和高压三大类。（3）按结构和工艺用途分类 1）按照炉管的结构形式有：列管式、U形管式、刺刀管式、螺旋盘管式以及双套管式等。 2）按照生产工艺或使用场合：重油气化废热锅炉、乙烯生产裂解气急冷废热锅炉、甲烷氢转化气废热锅炉、合成氨前置式、中置式、或后置式废热锅炉等。2.4.2.2废热锅炉结构 化工厂常用的废热锅炉的结构形式有固定管

24、式、U形管式、烟道式及螺旋管式等。（1）固定平管板式废热锅炉 内部结构与固定管板式换器的结构基本相同，通常采用卧式，管内是高温工艺气体，而管外是饱和水和水蒸气。 下部是换热器，上部是蒸汽包。 （2）U形管废热锅炉 直立水管式锅炉，外形：上小下大，像啤洒瓶。（3）烟道式废热锅炉 与普通燃烧锅炉很类似。（4）螺旋管式废热锅炉 炉管采用了螺旋管。 2.5 其它设备2.5.1蒸发设备 将不挥发性物质的稀溶液加热沸腾，部分溶液汽化，提高溶液浓度。 进行蒸发的设备称为蒸发器。2.5.1.1蒸发器的基本结构 一种特殊类型的换热器。基本结构由加热室和分离室两部分组成。类型：除基本型外还有（1）悬筐式蒸发器 加

25、热室悬吊在蒸发器壳体下部中央，像一个吊着的筐。（2）外加热式蒸发器 把管束较长的加热室与蒸发室分开，中间以管路连接 。 方便增加加热能力。（3）强制循环蒸发器 蒸发器内的溶液依靠泵的作用，沿着一定的方向强制循环。 溶液循环速度大，传热效率高，生产强度提高很大。 2.5.2干燥设备 利用加热除去固体物料中水分或其它液体的单元操作，称为干燥。 2.5.2.1干燥设备的分类 按照加热方式，干燥设备（又称为干燥器）有四类：(1)对流干燥器 气流与物料直接接触加热，如厢式干燥器、气流干燥器、沸腾干燥器、喷雾干燥器、转筒干燥器等。(2)传导干燥器 通过固体壁面加热，如真空耙式干燥器、滚筒干燥器等。(3)辐

26、射干燥器 热量以辐射方式传给物料，如红外线干燥器。(4)介电加热干燥器 物料在高频电场内被加热，如微波干燥器。 可见干燥设备有很多啊！2.5.2.2常用干燥器(1)厢式干燥器 常压间歇干燥操作经常使用的典型设备。(2)沸腾床干燥器 分立式和卧式，立式又有单层和多层。较常用的卧式多室沸腾干燥器 (3)喷雾干燥器 当被干燥物料是浆状物料或乳浊液，含水量(质量分数)为7580以上的，就要采用喷雾干燥。2.5.3结晶设备 从溶液中析出固体溶质的单元操作。 结晶器是结晶操作的主要设备，常用以下几种：(1)长槽搅拌连续式结晶器 也叫带式结晶器。半圆形底的长槽为主体，槽外装有夹套冷却装置，槽内装有低速带式搅

27、拌器。 （2）循环式蒸发结晶器 能控制晶粒度的大小，有多种，较常用的为真空蒸发-冷却型循环式结晶器。图2-83所示的是常用的一种，具有蒸发与冷却同时作用的效果。 （3）真空结晶器 原理：真空绝热条件下溶剂迅速蒸发，同时吸收溶液的热量使溶液的温度下降，很快达到过饱和而结晶。 有间歇式和连续式两种，图2-84是连续式真空结晶器。（4）釜式结晶器 结构与搅拌反应釜几乎相同，可以说是将搅拌反应釜这种设备应用于结晶操作。 26 化工管路 化工生产中所用的各种管路总称 功用：按工艺流程连接各个化工设备和机器，输送各种介质。 在化工生产装置中不可缺少。 化工管路种类繁多。由各种管子、管件、管路附件和阀门等零

28、部件组成。 2.6.1化工用管的种类 金属管（1）有缝钢管 有水、煤气钢管和电焊钢管两类。（2）无缝钢管 按制造方法，有热轧无缝钢管和冷拔无缝钢管两类。 （3）铸铁管 有普通铸铁管和硅铁管两种。 （4）紫铜管和黄铜管（5）铝管（6）铅管非金属管（1） 塑料管 （2） 玻璃钢管 （3） 耐酸陶瓷管 （4） 橡胶管 2.6.2 管件 连接化工用管。如：改变管路的方向和管径大小，以及管路的分支和汇合。 种类、规格多。 按材质和用途可分为三种类型： -水、煤气管件 -电焊钢管、无缝钢管及有色金属管件 -铸铁管件。 2.6.3化工管路的连接 化工管路中的管子、管件、阀门等构件，都有标准。按标准选用管路构

29、件能够轻松地进行连接并利于安全使用。 标准参数中，尺寸方面有“公称直径”，强度方面有“公称压力”。 公称压力： 用字符PN加数值来表示，例：PN1.6表示公称压力为1.6MPa。管路实际工作时的最高工作压力应小于等于公称压力，才能保证安全。 公称直径： 用DN加数值来表示，例：DN150表示公称直径为150mm。往往公称直径既不是管子的外径也不是内径，而是接近管子内径的整数。 化工管道的连接方法 用合适的管子，用合适的连接方法、选用合适的具有和管子相同公称压力和公称直径的管件进行连接。主要连接方法有螺纹连接、焊接、法兰连接和承插连接等几种。(1)螺纹连接 也称丝扣连接，只适用于“小直径、低压力

30、”：公称直径不超过65mm、工作压力不超过1MPa、介质温度不超过373K的热水管路和公称直径不超过100mm、公称压力不超过0.98MPa的给水管路；也可用于公称直径不超过50mm、工作压力不超过0.196MPa的饱和蒸汽管路。(2)焊接 长管路、高压管路连接常用。 有气焊、手工电弧焊、手工氩弧焊、埋弧自动焊、埋弧半自动焊、接触焊（热融焊）和气压焊等。 (3)法兰连接 在石油、化工管路中应用极为广泛，特别是需要经常拆卸或车间不允许动火时，必须使用法兰连接。（4）承插连接 适用于铸铁管、陶瓷管、塑料管等。主要应用在压力不大的上、下水管路。 2.7 阀 门 化工管路上控制介质流动的重要附件。主要作用：-启闭：切断或连通管内流体流动；-调节：调节管内流量、流速；-节流：使流体通过阀门后产生很大压力降； 还有一些阀门能根据一些条件自动启闭，控制流体流向、维持一定压力、阻汽排水或其它作用。 有专门厂