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    化工设备基础知识.ppt

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    化工设备基础知识.ppt

    化工设备基础,瓮福达州化工有限责任公司,2019年11月,目录,第一篇:化工让生活更美好第二篇:化工转动设备第三篇:化工静止设备,第一篇化工让生活更美好,化学工业在社会发展中的作用和地位,一、绪论,衣食住行是人类生活必不可少的一部分,只要有生活,就有化工产品。,化工与生活息息相关,化学纤维,6,衣,因为有了化学工业,我们才会有各种材质的衣服和饰品,满足我们不同的需要,让我们变得更加自信!,食:装满粮袋子、丰富菜篮子关键之一是发展化学和农药生产;加工制造色味俱佳的食品离不开食品添加剂、甜味剂、防腐剂、香料、色素等。,7,住:建筑材料(水泥、石灰、油漆、玻璃和塑料)是化工产品。,8,行:用以代步的现代交通工具需石油化工产品。(汽油、柴油、防冻剂、润滑剂),化工对于实现农业、工业、国防和科学技术现代化具有重要的作用目前人们最关心的几个重大问题环境的保护、能源的开发利用、功能材料的研制、生命过程奥秘的探索都与化学工业密切相关,化工与社会发展,航天飞机,化学农药在防治病虫害,保护人类生存环境中发挥重要作用。,11,化学合成药物的发展,使得许多不治之症得以治愈,使人们的寿命延长了将近1倍,并大大改善了人类的生存质量。,12,在“天宫”飞天中,除了火箭推进剂材料、飞船的耐烧蚀蜂窝材料、密封胶粘剂等一大批结构材料外,航天员的舱外服和在舱外活动中取回的由我国自行研制的固体润滑剂样品等都是化工产品。奥运场馆水立方的充气外墙等新型建筑材料、游泳运动员穿的新一代鲨鱼皮泳衣等新型运动服装材料等,都饱含着化学工作者的重大贡献。,13,二、化学工业,1.化学工业的定义化学工业是指生产过程中化学方法占主要地位的制造业,它是通过化工生产技术将原材料转化为化学产品的工业。,2.化工的分类,按产品应用分:化学肥料工业、染料工业、农药工业等按原料分:煤化工、磷化工、天然气化工、石油化工、无机盐化工、生物化工等按生产规模或加工深度分:大化工、精细化工,在我国,按照国家统计局对工业部门的分类,分为:基本化学原料、化学肥料、化学农药、有机化工、日用化学品、合成化学材料、医药工业、化学纤维、橡胶制品、塑料制品、化学试剂等。,我国现在的化学工业12个行业,橡胶加工,农药,纯碱,涂料,氯碱,新材料,化肥,化学矿山,无机化学品,染料,基本有机原料,新领域精细化工,石油化工单独作为一个产业部门,不在上述范围内,3.化工的范围,在国民经济中占有重要地位化学工业为人们的衣、食、住、行,以及日常用生活提供丰富多样的产品。化工工程是创造新物质的过程,化学工业为工农业生产提供重要的原料保障。化学工业为国防工业生产配套生产高技术材料,并提供常规战略物资供应。,4.化工的特点,化工产品品种繁多,原料广泛、工艺多样化学工业产品的品种多工艺的多样性;同一种原料可以生产多种产品,同一种产品可以利用多种原料生产,同一种原料生产同一种产品可以有多种工艺方法;由于这些原因,因此在化学工业中运用技术经济原理进行资源的合理配置、原料路线和工艺方法的选择和适当组合、以及产业结构和产品结构的优化,进而提高化学工业乃至整个社会的经济效益具有积极的现实意义和深远的战略意义。,化学工业是装置型工业,具有规模经济性化工生产过程通常是在由管道连接起来的一系列装置中进行的,是高度连续、密封的。这些装置主要是塔、贮罐、反应器、换热器,以及一些流体输送设备,其生产能力与设备的容积成正比。增大设备不增加人员,生产成本下降。,化学工业是资金密集、资源和能源密集、知识密集的工业部门投资大、寿命短(通常1015年),分摊到每年的资金成本高;原料、燃料消耗量大。因此,节约投资、降低能源消耗,提高原料的转化率是化工技术经济分析研究的重点问题。化学工业是不可取代、不断发展的供应部门为国民经济各部门提供许多自然界原来没有的化学物质原料和材料。,5.化学工业的地位与作用,化学工业是国民经济的重要部门之一,在各国经济发展中举足轻重。一般占GDP的5-7%,占工业产值的7-10%甚至更高。过去十年,世界化学工业以高于世界经济增长率的20%-30的速度发展。我国化工产业占GDP的12-15%左右。我国化肥、农药、原油加工、乙烯等40多个石油和化工产品产量已经位居世界前列。化肥、合成氨、纯碱、硫酸等多年来一直都是总产量世界第一,乙烯达941万吨,超过日本位居第二,原油加工能力仅次于美国。我国已跃居第三大石油和化工经济体。,三、化工简史,化工的前奏历史悠久的化学工艺制陶冶金化工的兴起中国的重大贡献火药和造纸现代化工的兴起,化工的前奏,火是人类用来发明工具和创造财富的武器,利用火能够产生各种各样化学反应这个特点,人类开始了制陶、冶金、酿造等工艺,进入了广阔的生产、生活天地。,火的使用让人类开始用化学方法认识和改造天然物质。后来,人们又学会了摩擦生火和钻木取火,这样,火就可以随身携带了。于是,人们不再是火种的看管者,而成了能够驾驭火的造火者。,历史悠久的化学工艺-制陶,陶器是什么时候产生的,已很难考证。人类最原始的生活用容器是用树枝编成的,为了使它耐火和致密无缝,往往在容器的内外抹上一层粘土。这些容器在使用过程中,偶尔会被火烧着,其中的树枝都被烧掉了,但粘土不会着火,不但仍旧保留下来,而且变得更坚硬,比火烧前更好用。这一偶然事件却给人们很大启发。后来,人们干脆不再用树枝做骨架,开始有意识地将粘土捣碎,用水调和,揉捏到很软的程度,再塑造成各种形状,放在太阳光底下晒干,最后架在篝火上烧制成最初的陶器。,历史悠久的化学工艺制陶,大约距今1万年以前,中国开始出现烧制陶器的窑,成为最早生产陶器的国家。陶器的发明,在制造技术上是一个重大的突破。制陶过程改变了粘土的性质,使粘土的成分二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钙、氧化镁等在烧制过程中发生了一系列的化学变化,使陶器具备了防水耐用的优良性质。它使人们处理食物时增添了蒸煮的办法,同时陶制储存器可以使谷物和水便于存放。因此,陶器很快成为人类生活和生产的必需品,特别是定居下来从事农业生产的人们更是离不开陶器。,历史悠久的化学工艺制陶,古代制陶,现代民间制陶,冶金化工的兴起,在新石器时代后期,人类开始使用金属代替石器制造工具。使用得最多的是红铜。于是,产生了从矿石冶炼金属的冶金学。最先冶炼的是铜矿,约公元前3800年,伊朗就开始将铜矿石(孔雀石)和木炭混合在一起加热,得到了金属铜。纯铜的质地比较软,用它制造的工具和兵器的质量都不够好。在此基础上改进后,便出现了青铜器。,冶金化工的兴起,到了公元前3000前2500年,除了冶炼铜以外,又炼出了锡和铅两种金属。往纯铜中掺入锡,可使铜的熔点降低到800左右,这样一来,铸造起来就比较容易了。铜和锡的合金称为青铜(有时也含有铅),它的硬度高,适合制造生产工具。青铜做的兵器,硬而锋利,青铜做的生产工具也远比红铜好,还出现了青铜铸造的铜币。因此,青铜器的出现,推动了当时农业、兵器、金融、艺术等方面的发展,把社会文明向前推进了一步。中国在铸造青铜器上有过很大的成就,如战国时的编钟,称得上古代在音乐上的伟大创造。,西周水鼎,曾侯乙编钟,冶金化工的兴起,世界上最早炼铁和使用铁的国家是中国、埃及和印度,中国在春秋时代晚期(公元前6世纪)已炼出可供浇铸的生铁。最早的时候用木炭炼铁,木炭不完全燃烧产生的一氧化碳把铁矿石中的氧化铁还原为金属铁。铁被广泛用于制造农具以及铁鼎等器物,当然也用于制造兵器。到了公元前8前7世纪,欧洲等才相继进入了铁器时代。由于铁比青铜更坚硬,炼铁的原料也远比铜矿丰富,在绝大部分地方,铁器代替了青铜器。,东汉弩机,越王勾践剑,中国的重大贡献-火药,黑火药是中国古代四大发明之一。为什么要把它叫做“黑火药”呢?这还要从它所用的原料谈起。火药的三种原料是硫磺、硝石(硝酸钾)和木炭。木炭是黑色的,因此,制成的火药也是黑色的,叫黑火药。火药的性质是容易着火,因此可以和火联系起来,但是这个“药”字又怎样理解呢?原来,硫磺和硝石在古代都是治病用的药,因此,黑火药便可理解为黑色的会着火的药。,现代化工的兴起,现代化学工业形成和发展于西欧。石油从被发现至今,一直在化工生产中占有极为重要的位置。现代化工除了传统支柱性产业外,精细化工成为现代化工的重要组成部分。伴随着人们意识的提高,绿色化工的观念已经慢慢普及,通过不断加强化工行业自洁功能建设,减少三废污染,在解决环境问题中发挥着重要的作用。,四、化工设备应用中的绿色化工体现,在全球提倡可持续发展、绿色发展的今天,绿色化工责无旁贷的成为了化工行业可持续发展的必然选择,它是人类和化工行业可持续发展的客观要求。化工生产中将原料加工成成品,需要经过原料预处理、化学反应及产物分离和精制等一系列的化工过程。这些过程的实现就需要许许多多的化工设备。随着我国经济的发展,化学工业生产水平有了很大的提高,越来越多的化工设备应用到了化工生产当中。,化工设备,化工设备是化学工业生产中所用的机器和设备的总称。化学工艺的生产需要大量的化工设备,如何进行化工设备工作的高效使用是摆在企业面前的一个问题。企业必须把提升化工设备工作效率的工作放在重要位置。,在实际的生产当中,一些化工设备并没有很好的应用,没有发挥其高效率,导致了很多人力和资源的浪费。提高化工设备的综合工作效率,就是要充分利用企业的现有设备以及人力资源,最大程度地搞好建设,为增加社会财富服务。提高化工设备工作效率,就必须在技术发展,设备保养,设备管理等方面下足功夫。,提高设备综合工作效率,发展新技术,设备管理,设备保养,提高化工设备效率的措施,进行化工设备的现代化管理,注重化工设备的节能,改造升级旧设备,加强设备维护检修工作,1、加强能源管理,2、采用新的节能工艺和设备,拟解决的关键问题:,改变传统的设备检修方式,采用最新的维修理念,运用更为现代化的技术,应用先进的科学手段,采用新技术,新工艺,提高设备技术人员综合素质化工设备的技术人员是化工设备的“专属医生”。只有技术人员的素质提升,才会实现设备的良好运转。企业需提高设备管理维修技术人员的综合素质,培养出有扎实的理念基础同时熟练掌握技术的专用型人才。从而使化工设备有良好的保养维护,并在出现问题的时候有效快速地解决。使生产的目标得到更大程度的保障。,五、化工的未来,化工不可丢“化工不可丢,也丢不得”。人们其实就生活在五彩斑斓的化工世界中。化工污染技术改造与工艺进步是企业节能减排的重要抓手绿色化工清洁生产应用新技术、新工艺、新材料,推行清洁生产、节约生产、绿色生产,做到安全生产高效化、资源利用循环化、生产废料无害化、碳排放减量化,建设资源节约型、环境友好型企业。,第二篇化工转动设备,化工转动设备的分类,液体输送与压缩机械泵气体输送与压缩机械风机、压缩机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,泵与风机是将原动机(如电动机、内燃机等)提供的机械能转换成流体的压力能和动能,以达到流体定向输运的一种动力设备。,1.泵与风机的定义,泵与风机、压缩机、水轮机、汽轮机等属于流体机械(指在流体具有的机械能和机械所做的功之间进行能量转换的机械)。,输送液体的称为泵;输送气体的称为风机(气泵),思考:水轮机、风车与泵、风机有什么区别?,逆向,1.泵与风机的定义,水轮机:水的势能-水轮机的机械能-电能,1.泵与风机的定义,风车(风力发电机组):风力风车动能-电能,1.泵与风机的定义,城市:供排水及废水处理;农业方面:排涝、灌溉;采矿工业:坑道的通风及排水;冶金工业:各种冶炼炉的鼓风以及气体和液体的输送;石油工业:输油和注水;化学工业:高温、腐蚀性气体的排送;一般工业:厂房、车间的通风等。,2.泵与风机的用途,隧道施工,2009年春季学期,2009年春季学期,汽车制造,城市供水,末端用户,始端用户,泵站,城市排水-污水的收集、输运、净化,污水处理厂,耗电量占全国总用电量的30%(泵的耗电量占到20%,风机约占10%);我国生产的泵和风机效率能够达到80%-90%,然而,泵与风机在系统中的实际运行效率只有40%左右(发达国家约为50%-70%)。经济性有待提高!,2.泵与风机的用途,3.泵与风机的分类及工作原理,泵按产生的压力分为:低压泵:压力在2MPa以下;中压泵:压力在2一6MPa;高压泵:压力在6MPa以上。,按压力分类,风机按产生的风压分为:通风机:风压小于15kPa;鼓风机:风压在15一340kPa以内;压气机:风压在340kPa以上。,1.叶片式,2.容积式,离心式,轴流式,混流式,往复式,回转式,活塞泵,柱塞泵,隔膜泵,齿轮泵,螺杆泵风机,滑片泵,罗茨风机,3.其他,3.泵与风机的分类及工作原理,按工作原理分类,真空泵,射流泵,水锤泵,负压,离心力,特点:轴向进入转90径向流出流量小、压力大,小流量高扬程的场合,叶片式-离心式泵与风机的工作原理,原理:叶轮高速旋转时产生的离心力使流体获得能量,即流体通过叶轮后,压能和动能都得到提高,从而能够被输送到高处或远处。,3.泵与风机的分类及工作原理,原理:旋转叶片给绕流流体一个轴向推力/升力,使流体获得能量,压能和动能增加,并沿轴向排出。,特点:轴向进入、轴向流出;流量大、压力小,适用于大流量低扬程的场合(循环水泵、引送风机),叶片式-轴流式泵与风机的工作原理,3.泵与风机的分类及工作原理,原理:流体沿介于轴向与径向之间的圆锥面方向流出叶轮,部分利用叶型升力,部分利用离心力。,叶片式-混流式泵与风机的工作原理,3.泵与风机的分类及工作原理,特点:1.轴向流入,锥面方向流出2.流量较大、压头较高,介于轴流式与离心式之间,柱塞泵:,特点:流量小不均匀,高压力。,原理:利用工作容积周期性的改变来输送液体,并提高压力。机械借活塞在汽缸内的往复作用使缸内容积反复变化,以吸入和排出流体。,容积式-往复式泵与风机的工作原理,3.泵与风机的分类及工作原理,容积式-往复式泵与风机的工作原理,3.泵与风机的分类及工作原理,活塞泵:,容积式-往复式泵与风机的工作原理,3.泵与风机的分类及工作原理,隔膜泵:,容积式-回转式泵与风机的工作原理,3.泵与风机的分类及工作原理,齿轮泵(罗茨风机):,原理:利用一对或几个特殊形状的回转体在壳体内作旋转运动来输送流体并提高压力。,特点:输送大黏度流体,容积式-回转式泵与风机的工作原理,3.泵与风机的分类及工作原理,螺杆泵(螺杆风机):,滑片泵:,容积式-回转式泵与风机的工作原理,3.泵与风机的分类及工作原理,原理:依靠偏心转子旋转时泵缸与转子上相邻两叶片间形成的工作容积的变化来输送液体或使之增压。,叶片式与容积式泵与风机比较,3.泵与风机的分类及工作原理,(1)作用均匀,流量与排出压力无周期性变化;(2)运动件少而简单,不需要分配阀,因此运行可靠;(3)能高速运转,因此可以与高速电动机直接联接;(4)外形尺寸与安装面积比活塞式小,可减少安装费用;(5)运行费用低;(6)调节性能好,可很快适应发生变化的条件。,优点:,缺点:,(1)流量小而扬程高时,效率较低;(2)起动前大部分叶片泵必须灌液;(3)叶片泵运行时如果吸入空气,特别吸入管路布置不当,或管路漏气,则泵可能中止抽吸或运行。,转速高、流量大、输出流量均匀,在设计工况下效率高等。,原理:星形叶轮偏心装在圆筒形泵壳内,启动前注入一定量的水,叶轮旋转,水受离心力作用被甩向四周形成一个相对于叶轮为偏心的封闭水环。利用叶片与水环内表面形成的周期性扩大与减小的两个月牙形空间,吸入气体并排出气和水(连续补充)。,其他-真空泵(水环式),3.泵与风机的分类及工作原理,原理:利用高速射流的抽吸作用来输送流体。流体在喷嘴中将部分压能转变为动能。,其他-喷射泵,3.泵与风机的分类及工作原理,原理:利用流动中的水被突然制动时所产生的能量,使其中一部分水压升到一定高度的一种泵。,其他-水锤泵,3.泵与风机的分类及工作原理,离心式泵的主要部件:,(1)叶轮(2)吸入室(3)压出室(4)导叶(5)密封装置,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,前盖板,叶片,后盖板,后盖板,叶片,轮毂,效率高,效率低,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,离心泵-叶轮,叶轮:是实现能量转换的主要部件,将原动机的机械能传递给流体,使流体获得压力能和动能。,轮毂,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,离心泵-吸入室,半螺旋形,锥形(锥度78),环形,吸入室:离心泵吸水管法兰接头至叶轮进口的空间。以最小的阻力损失,引导液体平稳进入叶轮,叶轮进口处液体流速均匀分布。,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,离心泵-压出室,螺旋形压出室(蜗壳),环形压出室,压出室:叶轮出口或导叶出口至压水管法兰接头之间的空间。收集从叶轮流出的高速流体,以最小阻力损失引入压水管或次级叶轮进口,将部分动能转变为压力能。,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,离心泵-导叶,1.径向式导叶,2.流道式导叶,导叶:汇集前一级叶轮流出的液体,并在损失最小的条件下,引入次级叶轮的进口或压出室,把部分动能转换为压力能。,平环式(图a)角接式(图b)迷宫式(图c),1)密封环,作用:防止高压流体通过叶轮进口与泵壳之间的间隙泄露至吸入口,在叶轮进口外圈与泵壳之间加装密封环。,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,离心泵-密封装置,2)轴端密封,轴封是设置于轴与壳之间的间隙处,起到密封作用的装置。若轴封质量不过关,水泵将发生漏水和吸气的故障。,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,离心泵-密封装置,a.填料密封,由填料箱4、水封环5、填料3、压盖2和压紧螺栓等组成,是目前普通离心泵最常用的一种轴封结构。,带水封环的填料密封结构,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,离心泵-密封装置,填料:石墨油浸石棉绳聚四氟乙烯,端部填料箱实物图,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,离心泵-密封装置,机械密封是无填料的密封装置。它由动环5、静环7、弹簧2和密封圈8等组成动环在液体压力及弹簧力的作用下与静环的端面保持紧密接触,以达到密封的目的。密封效果好、使用寿命长,但结构复杂、制造精度高。适用于高温高压泵。,b.机械密封,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,离心泵-密封装置,c.迷宫式密封,原理:非接触型流体动力密封,利用流体流过转子与静子间的微小间隙产生的节流降压效应来实现密封。,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,离心泵-密封装置,d.浮动环密封,原理:靠轴(或轴套)与浮动环之间的狭窄间隙产生很大的水力阻力而实现密封的,是采用机械密封与迷宫式密封原理结合起来的一种新型密封。,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,离心泵-密封装置,离心式风机的主要部件:,(1)叶轮(2)机壳(3)集流器与进气箱,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,离心风机,离心式风机主要结构分解示意图1-吸入口;2-叶轮前盘;3-叶片;4-后盘;5-机壳;6-出口;7-截流板(风舌);8-支架,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,离心风机,叶轮叶轮前盘形式,叶轮的组成:前盘、后盘、叶片、轮毂,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,离心风机-叶轮,叶轮叶片出口角度,气流出口方向与圆周运动切向之间的夹角。,a.前弯式b.径向式c.后弯式,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,离心风机-叶轮,叶轮叶片形状,(a)平板型(b)圆弧型(d)机翼型,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,离心风机-叶轮,作用:汇集从叶轮流出的气体,将其引向风机出口,将部分动能转换为压力能。,装于风机出口,通过降低出口流体流速,使部分动压转变为静压。,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,离心风机-机壳,蜗舌:,防止部分气流在蜗壳内循环流动。,扩压器:,集流器:装在叶轮进口,以最小的阻力损失引导气流均匀的充满叶轮入口。,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,离心风机-集流器,安装在大型或双吸的离心式风机上。减少因气流不均匀进入叶轮产生的流动损失,另外可减少风机噪音。,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,离心风机-进气箱,进气箱:,(1)叶轮(2)导叶(3)吸入室和集流器(4)扩压筒,轴流式泵与风机的主要部件:,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,轴流式泵与风机,叶片形状:扭曲形状,一般为46片轮毂作用:安装叶片和叶片调节机构分类:固定叶片、半调节叶片、全调节叶片,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,轴流式泵与风机-叶轮,叶轮的组成:叶片、轮毂,前导叶后导叶,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,轴流式泵与风机-导叶,作用:旋转运动轴向运动;旋转运动的部分动能转换为压力能.,中小型轴流泵:喇叭管形吸入室;大型轴流泵:肘形吸入室;,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,轴流式泵与风机-吸入室(集流器),泵-吸入室,轴流风机:一般采用喇叭管形集流器,并在集流器前装进气箱。,风机-集流器,形状:筒形、锥形,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,轴流式泵与风机-扩压筒,作用:将后导叶流出气流的动能部分转换为压力能。,1、按主轴方向-卧式、立式、斜式2、按液体流出叶轮的方向-离心式、轴流式、混流式3、按吸入方式-单吸、双吸4、按级数-单级、多级(同一根轴上装两个或以上)5、按叶片安装方法:可调叶片、固定叶片6、按壳体剖分方式分段式(壳体按与主轴垂直的平面剖分)节段式(在分段式多级泵中,每一级壳体都是分开式的)中开式(壳体在通过轴心线的平面上分开)7、按泵体形式蜗壳泵、双蜗壳泵、透平泵、筒式泵、双壳泵,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,叶片式泵的结构形式,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,叶片式泵的结构形式,按旋转方向右旋、左旋(从原动机一端看风机)按进气方向单吸“1”、双吸“0”按出风口位置,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,叶片式风机的结构形式,按传动方式A无轴承;B悬臂支承,皮带轮在轴承中间;C悬臂支承,皮带轮在轴承外侧;D悬臂支承,联轴器传动;E双支承,皮带轮在外侧;F双支承,联轴器传动。,4.叶片式泵与风机的主要部件及结构形式,叶片式风机的结构形式,5.泵与风机的发展趋势,(1)大容量、高参数化(2)高速化(3)高效率(4)高可靠性(5)低噪声(6)自动化,6.泵与风机的基本性能参数,流体密度,kg/m3常温20C下,水:1000kg/m3空气:1.2kg/m3,流量,流量:单位时间内所输送的流体量。,质量流量:,体积流量Vs质量流量:,体积流量:,单位体积的气体通过风机所获得的能量增加值,用p表示,单位为帕Pa,6.泵与风机的基本性能参数,扬程(全压),单位重力作用下的液体通过泵后所获得的能量增加值,用H表示,单位为米水柱(mH2O),风机的全压(全风压):,泵的扬程:,1个大气压1Bar105Pa10m水柱760mm汞柱=1kgf/cm2,单位时间内通过泵或风机的流体所获得的功率,用Pe表示,单位为kW。,6.泵与风机的基本性能参数,轴功率与有效功率,轴功率:,泵与风机在一定工况下运行时,原动机传递到泵或风机转轴上的功率,用P表示,单位为kW。(输入功率),有效功率:,6.泵与风机的基本性能参数,效率与转速,第三篇化工静止设备,1.1容器的基本结构,1.1.1化工容器的结构化工容器常见的结构形式钢制圆筒形结构,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(1)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。,(2)按照容器的压力等级分类GB15098钢制压力压力容器标准中按压力容器的设计压力(P),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):0.1MPaP<1.6MPa;2)中压容器(代号为M):1.6MPaP<10MPa;3)高压容器(代号为H):10MPaP<100MPa;4)超高压容器(代号为U):P100MPa。,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,2.1换热器,换热器换热设备。石油、化工生产中,对流体加热或冷却,以及液体汽化或蒸汽冷凝等过程,都需要交换热量,因而都需要换热器。换热器的种类主要有两大类,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。,2.1.1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。,尚辅网,125,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。,127,2.1.2.1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填料函式换热器其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。,2.1.2.4U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的内外面进行传热。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,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。,2.1.3.2管子与管板的连接方式管子在管板上的连接是列管式换热器制造中的关键部位。常用的有焊接、胀接和胀焊结合等方法。(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)可拆连接结构浮头式、U型管式及填料函式换热器有一块管板是刚性固定的,为了能使管束从壳体中抽出进行清洗,将固定端管板做成可拆连接,即将管板夹于壳体法兰与管箱法兰之间。,2.1.3.4管箱、折流板、支持板及拉杆管箱位于换热器的两端,将管程流体均匀分布到各换热管中,或把汇集起来一起送出;在多管程换热器中,管箱还起到分隔管程,改变流向的作用。横向折流板垂直于壳体轴线安装的挡板,它可以提高壳程内流体的流速,增加介质的湍流程度,提高传热效率;另外它还起到支撑管束的作用。常用:单弓形、双弓形和三弓形。,2020/3/25,尚辅网,140,另一种折流板:圆环形,在列管式换热器中,折流板和支持板的固定是通过拉杆和定距管来实现的。,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。为了克服这一现象,可在入口处装设缓冲挡板和缓冲接管等。,2.1.4.其它类型的换热器,(1)套管式换热器由两种大小不同的标准管连接或焊接而成的同心圆套筒,根据换热要求,可适当增减套筒的数目来组成换热器。每一段套筒称为一程,每程的内管依次与下一程的内管用U形短接管连接;外管之间也用管子连接。,(2)翅片管式换热器翅片管式换热器的特点是换热管内外有许多金属翅片,以增加传热速度。,2020/3/25,尚辅网,翅片管轧片机正在工作,翅片管,(3)螺旋板式换热器由两块薄金属板位于中心的一块挡板上,并卷成螺旋形而构成,因而在换热器内构成两条螺旋形通道,分别走两冷、热两股流体。,石油、化工、轻工等生产部门,塔设备主要用在气液两相或液相与液相之间传质或传热过程,如萃取、精馏、解吸、吸收及吸附等过程。分类:按生产操作过程中的作用分:精馏塔、解吸塔、吸收塔和萃取塔等按塔设备内部的压力分:加压塔、常压塔、减压塔按塔设备的内件分:板式塔和填料塔,2.2塔设备,实训用的塔设备,2.2.1板式塔,2.2.1.1板式塔的总体结构(1)塔顶部分塔顶是气液分离段,为了使气液分离充分,必须使塔顶部分具有较大的空间,以降低气体上升速度,便于液滴从气体中分离出来。(2)塔体部分塔体内部装有板式塔的主要结构元件之一塔盘,气-液或液-液两相在塔盘上充分接触,到传质和传热的目的。(3)裙座部分最下部分为裙座,它的上端与塔体下封头焊接在一起,下端通过地脚螺栓固定在基础上。,2.2.1.2板式塔的种类(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。如图2-23是应用最广泛的一种圆筒形泡罩。,(2)浮阀塔浮阀塔是二十世纪五十年代发展起来的一种塔盘结构,大型浮阀塔直径可达10m,塔高达83m,塔板可有数百块,目前化工生产中应用最广泛。浮阀的类型也很多,有盘形浮阀和条形浮阀,其中盘形浮阀应用最广,而F-1型盘形浮阀最常用。F-1型浮阀(国外通称V-1型)的结构如图2-24所示。,(3)筛板塔筛板塔的结构与浮阀塔相类似,不同之处是塔板上不是开设装置浮阀的阀孔,而只是开设许多直径35的筛孔,因此,结构非常简单。,2.2.1.3塔盘的结构塔盘应具有一定的刚度,这样在承受一定液体重量时才能保持水平;塔盘与塔壁之间应有一定的密封,以避免气、液走短路;塔盘应便于制造、安装和维修,并且造价要低。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800-900以内的小直径塔内,分块式塔盘一般用在1000以上的大直径塔内。,2.2.1.4溢流装置根据液体的回流量、气液比,以及塔径大小,液体在塔板上的流动常采取三种不同的形式。板式塔内的溢流装置包括溢流堰、降液管和受液盘等。,受液盘有平板形和凹形两种结构形式,一般采用凹形。凹形受液盘可以缓冲降液管流下的液体冲击,减小液体飞溅;而且当回流量较小时也具有较好的“液封”作用;还使回流液均匀地流入鼓泡区。,2.2.2填料塔,板式塔气液主要是在塔盘上进行传质;填料塔在填料内外表面上进行气液传质。填料塔的主要结构由塔体、喷淋装置、填料、再分布器、栅板等组成。,2.2.2.1填料的种类传统填料可分为实体填料和网体填料两大类。实体填料包括拉西环及其衍生型如鲍尔环、鞍形填料等;网体填料则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,尚辅网,新型填料是整体式的填料,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,增加液体表面与气体的接触。喷淋装置的类型很多,常用:喷洒型、溢流型和冲击型等。(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(图2-37);-溢流型喷洒器(图2-38),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)冲击型喷淋器如图2-39是常用的反射板式喷淋器,2.2.2.3液体再分布器常见的液体再分配器中,分配锥最简单,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,适用于小直径的塔。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的栅板结构如图2-42,栅板的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,要相应地增大栅板的自由横截面积,这时可采用开孔波形板支承结构如图2-43。波形板的波纹侧面和底面均开孔,自由截面积较栅板支承结构大,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基础上,常采用的裙座有圆筒形和圆锥形两种。室外无框架的塔,在塔顶设置可转动的吊柱,如图2-44,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塔内液体(液沫)带出填料塔,一般在塔顶内部设置除沫器;为了防止气量较大时将塔内填料吹翻,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。可以有很多种类和结构,原因是具体情况有很多种:-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)搅拌反应釜是一种典型的反应设备,广泛应用于化工、轻工、化纤、医药等工业。它是在一定的压力和温度下,将一定容积的两种或多种液态物料(或以液态为主)搅拌混合,促进其化学反应的设备;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夹套传热及其结构搅拌反应釜最常用的传热方式为夹套和蛇管传热。在釜体外侧,以焊接或法兰连接的方法装设各种形状的外套,与釜体外表面形成密闭的空间,在此空间内通入蒸汽或者冷水等,加热或冷却釜内的物料,维持物料的温度在规定范围,这种结构称为夹套。常用的夹套形式为整体夹套。,整体夹套与筒体的连接方式有可拆卸式和不可拆卸式两种。,2.3.3蛇管传热及其结构夹套传热不能满足要求时可采用。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,但检修较麻烦。蛇管长度不宜过长,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搅拌器的型式型式很多,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。见图2-50所示。,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。有些场合采用许多管子,这时称为管式反应器。外形有圆

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