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化工裝置基礎知識
第一節、 第一節、化工靜裝置基礎知識
一、化工裝置的概念化工裝置是指化工生產中靜止的或配有少量傳動機構組成的裝置， 主要用於完成傳熱、傳質和化學反應等過程，或用於儲存物料。 二、化工裝置的分類 1、按結構特徵和用途分為容器、塔器、換熱器、反應器（包括各種反應釜、固定床或液態化床）和管式爐等。 2、按結構材料分為金屬裝置（碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鋁、銅等）、非金屬裝置（陶瓷、玻璃、塑料、木材等）和非金屬材料襯裡裝置（襯橡膠、塑料、耐火材料及搪瓷等）其中碳鋼裝置最為常用。
3、按受力情況分為外壓裝置（包括真空裝置）和內壓裝置，內壓裝置又分為常壓裝置（操作壓力小於 1kgf/cm2）、低壓裝置（操作壓力在 1～16 kgf/cm2 之間）、中壓裝置 （操作壓力在 16～100 kgf/cm2 之間） 高壓裝置 、 （操作壓力在 100～1000 kgf/cm2 之間）和超高壓裝置（操作壓力大於 1000 kgf/cm2） 三、化工容器結構與分類 1、基本結構在化工類工廠使用的裝置中， 有的用來貯存物料， 如各種儲罐、 計量罐、 高位槽； 有的用來對物料進行物理處理，如換熱器、精餾塔等；有的用於進行化學反應，如聚合釜，反應器，合成塔等。儘管這些裝置作用各不相同，形狀結構差異很大，尺寸大小千差萬別， 內部構件更是多種多樣， 但它們都有乙個外殼， 這個外殼就叫化工容器。 所以化工容器是化工生產中所用裝置外部殼體的總稱。
由於化工生產中，介質通常具有較高的壓力，故化工容器痛常為壓力容器。化工容器一般由筒體、封頭、支座、法蘭及各種開孔所組成，見圖1-1。
圖1－1化工容器的總體結構
1—法蘭； 2—支座； 3—封頭拼接焊縫； 4—封頭； 5—環焊縫； 6—補強圈； 7—人孔； 8—縱焊縫； 9—筒體； 10—壓力表； 11—安全閥； 12—液面計
1）筒體筒體是化工裝置用以儲存物料或完成傳質、傳熱或化學反應所需要的工作空間， 是化工容器最主要的受壓元件之一，其內直徑和容積往往需由工藝計算確定。圓柱形筒體（即圓筒）和球形筒體是工程中最常用的筒體結構。 2）封頭根據幾何形狀的不同，封頭可以分為球形、橢圓形、碟形、球冠形、錐殼和平蓋等幾種，其中以橢圓形封頭應用最多。
封頭與筒體的連線方式有可拆連線與不可拆連
1接（焊接）兩種，可拆連線一般採用法蘭連線方式。 3）密封裝置化工容器上需要有許多密封裝置，如封頭和筒體間的可拆式連線，容器接管與外管道間可拆連線以及人孔、手孔蓋的連線等，可以說化工容器能否正常安全地執行在很大程度上取決於密封裝置的可靠性。 4）開孔與接管化工容器中，由於工藝要求和檢修及監測的需要，常在筒體或封頭上開設各種大小的孔或安裝接管，如人孔、手孔、視鏡孔、物料進出口接管，以及安裝壓力表、液面計、安全閥、測溫儀表等接管開孔。
5）支座化工容器靠支座支承並固定在基礎上。隨安裝位置不同，化工容器支座分立式容器支座和臥式容器支座兩類，其中立式容器支座又有腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座四種。大型容器一般採用裙式支座。
臥式容器支座有支承式、鞍式和圈式支座三種；以鞍式支座應用最多。而球形容器多採用柱式或裙式支座。 6）安全附件由於化工容器的使用特點及其內部介質的化學工藝特性， 往往需要在容器上設定一些安全裝置和測量、控制儀表來監控工作介質的引數，以保證壓力容器的使用安全和工藝過程的正常進行。
化工容器的安全裝置主要有安全閥、爆破片、緊急切斷閥、安全聯鎖裝置、壓力表、液面計、測溫儀表等。 上述筒體、封頭、密封裝置、開孔接管、支座及安全附件等即構成了一台化工裝置的外殼。對於儲存用的容器，這一外殼即為容器本身。
對用於化學反應、傳熱、分離等工藝過程的容器而言，則須在外殼內裝入工藝所要求的內件，才能構成乙個完整的產品。 2、分類從不同的角度對化工容器及裝置有各種不同的分類方法， 常用的分類方法有以下幾種。 1）按壓力等級分按承壓方式分類，化工容器可分為內壓容器與外壓容器。
內壓容器又可按設計壓力大小分為四個壓力等級，具體劃分如下： 低壓（代號l）容器 0.1mpa≤p<1.
6 mpa； 中壓（代號m）容器 1.6mpa≤p<10.0 mpa； 高壓（代號h）容器 10.
0mpa≤p<100 mpa； 超高壓（代號u）容器 p ≥100mpa。 外壓容器中， 當容器的內壓小於乙個絕對大氣壓 （約0.1mpa） 時又稱為真空容器。
2）按原理與作用分根據化工容器在生產工藝過程中的作用， 可分為反應容器、 換熱容器、 分離容器、 儲存容器。 ①反應容器（代號r）主要是用於完成介質的物理、化學反應的容器，如反應器、 反應釜、聚合釜、合成塔、蒸壓釜、煤氣發生爐等。 ②換熱容器（代號e）主要是用於完成介質熱量交換的容器。
如管殼式餘熱鍋爐、 熱交換器、冷卻器、冷凝器、蒸發器、加熱器等。 ③分離容器（代號s）主要是用於完成介質流體壓力平衡緩衝和氣體淨化分離的容器。如分離器、過濾器、蒸發器、集油器、緩衝器、乾燥塔等。
④儲存容器（代號c,其中球罐代號b）主要是用於儲存、盛裝氣體、液體、液化氣體等介質的容器。如液氨儲罐、液化石油氣儲罐等。
2在一台化工容器中，如同時具備兩個以上的工藝作用原理時，應按工藝過程的主要作用來劃分品種。 3）按相對壁厚分按容器的壁厚可分為薄壁容器和厚壁容器，當筒體外徑與內徑之比小於或等於 1.2mm 時稱為薄壁容器，大於1.
2mm 時稱厚壁容器。 4）按支承形式分當容器採用立式支座支承時叫立式容器，用臥式支座支承時叫臥式容器。 5）按材料分當容器由金屬材料製成時叫金屬容器；用非金屬材料製成時，叫非金屬容器。
6）按幾何形狀分按容器幾何形狀，可分為圓柱形、球形、橢圓形、錐形、矩形等容器。 7）按安全技術管理分上面所述的幾種分類方法僅僅考慮了壓力容器的某個設計引數或使用狀況， 還不能綜合反應壓力容器面臨的整體危害水平。 例如儲存易燃或毒性程度中度以及上危害介質的壓力容器，其危害性要比相同幾何尺寸、儲存毒性程式輕度或非易燃介質的壓力容器大得多。
壓力容器的危害性還與其設計壓力p和全容積v的乘積有關， pv值愈大，則容器破裂時**能量愈大，危害性也愈大，對容器的設計、製造、檢驗、使用和管理的要求愈高。為此，《壓力容器安全技術監察規程》採用既考慮容器壓力與容積乘積大小，又考慮介質危害程度以及容器品種的綜合分類方法，有利於安全技術監督和管理。該方法將壓力容器分為三類。
（1）、第三類壓力容器具有下列情況之一的為第三類壓力容器。 ①高壓容器； ②中壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質）； ③中壓儲存容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介質，且pv乘積大於等於10 mpam3) ④ 中壓反應容器 （ 僅限易燃或毒性程度為中度危害介質 ， 且 pv 乘積 ≥0.5 mpa .
m3）； ⑤低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質，且pv乘積≥ 0.2 mpa m3）； ⑥高壓、中壓管殼式餘熱鍋爐； ⑦中壓搪玻璃壓力容器； ⑧使用強度級別較高（指相應標準中抗拉強度規定值下限大於等於540 mpa ） 的材料製造的壓力容器； ⑨移動式壓力容器， 包括鐵路罐車 （介質為液化氣體、 低溫液體） 罐式汽車液 、 ［ 化氣體運輸（半掛）車、低溫液體運輸（半掛）車、永久氣體運輸（半掛）車］ 和罐式貨櫃（介質為液化氣體、低溫液體）等； ⑩球形儲罐（容積大於等於50m3）； ⑾低溫液體儲存容器（容積大於5 m3）。 （2）、第二類壓力容器具有下列情況之一的為第二類壓力容器。
①中壓容器； ②低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質）； ③低壓反應容器和低壓儲存容器（僅限易燃介質或毒性程度為中度危害介質）； ④低壓管殼式餘熱鍋爐； ⑤低壓搪玻璃壓力容器。
3（3）、第一類壓力容器除上述規定以外的低壓容器為第一類壓力容器。 四、化工塔裝置的分類和結構 （一）塔裝置的分類 1、按操作壓力分類 1）加壓塔；2）減壓塔；3）常壓塔。 2、按化工單元操作分類 1）精餾塔； 2）吸收塔和解吸塔； 3）萃取塔； 4）反應塔； 5）再生塔； 6）乾燥塔。
3、按氣液接觸的基本構件分類 1）填料塔； 2）板式塔 （二） 塔裝置的結構 1、塔裝置的基本部件填料塔和板式塔結構見圖1－2圖1－3。從圖中可看出，兩種不同的塔結構，均包括一些基本部件，如塔體、支座及塔體附件。而其不同的內件結構則在介紹兩種塔型時分別介紹。
圖1－2填料塔結構圖
1—支座； 2—液體出口； 3—填料支承； 4—卸料孔； 5—塔體； 6—填料； 7—液體再分布器； 8—噴淋裝置
1）塔體塔體是塔裝置的主要部件，大多數塔體是等直徑、等壁厚的圓筒體，頂蓋以橢圓形封頭為多。但隨著裝置的大型化，不等直徑、不等壁厚的塔體已逐漸增多。塔體除滿足工藝條件對它提出的強度、剛度要求外，還應考慮風力、**、偏心載荷所帶來的影響，以及吊裝、運輸、檢驗、開停工等情況。
塔體材質常採用的有：鑄鐵、碳素鋼、低合金鋼、不鏽耐酸鋼（複層、襯裡）等。 2）塔體支座塔裝置常採用裙式支座。
它應當具有足夠的強度和剛度，來承受塔體操作重量、 風力、**等引起的載荷。 塔體支座的材質常採用碳素鋼，也有採用鑄鐵的。 3）塔體附件 ①接管；②人孔和手孔；③吊耳；④吊柱；⑤平台和爬梯。
2、填料塔
4圖1－3板式塔總體結構圖
1—裙座； 2—裙座人孔； 3—塔底液體出口； 4—裙座氣孔； 5—塔體； 6—人孔； 7—蒸汽入口； 8—塔板； 9—回流入口； 10—吊柱； 11—塔頂蒸汽出口； 12—進料口
填料塔是化學工業中最常用的氣液傳質裝置之一， 在塔內設定填料使氣液兩相能夠達到良好傳質所需的接觸面積。填料塔具有結構簡單，便於用耐腐蝕材料製造，適應性較好。 填料塔廣泛的應用在蒸餾、吸收和解吸操作，而在大型裝置中，填料塔的使用範圍正在擴大。
六十年代後期，直徑超過3公尺的填料塔已十分普遍。目前，填料塔不僅可以大型化，而且在某些方面超過了板式塔的規模。所以，近代化學、石油工業中， 填料塔的地位變得日益重要。
近來，由於塔內採用接觸面積較大的矩鞍型或聚丙烯鮑爾環填料，經實踐證明，已克服大型填料塔的不足，顯示出效率高，處理量大，壓力降小等優點。 1）填料 ⅰ、填料的選擇填料塔操作的好壞與選用填料的正確與否有很大關係。選擇填料的原則如下：
單位體積填料的表面積要大；使氣液相接觸的自由體積要大；對氣相阻力要小，即空隙截面積大；重量要輕；機械強度要高；耐介質腐蝕，經久耐用；**低廉。填料的選擇， 應根據操作壓力和介質來選擇填料的材質， 根據操作工藝要求， 選擇填料的型式， 根據填料塔徑選擇填料尺寸。 ⅱ、填料的分類工業用填料大致分為實體填料和網體填料兩大類。
ⅲ、填料材質選擇填料要根據被處理物料的腐蝕性及操作壓力，確定使用填料的材質。 ⅳ、填料尺寸選擇
5填料尺寸選定與塔徑尺寸有關，一般要求塔徑與填料直徑之比不能太小，否則， 填料與塔壁的間隙過大，易使液體沿塔壁空隙流下，使截面上液體分布不均。 ⅴ、常用填料的特性 ①拉西環拉西環使用歷史悠久，各種引數比較完整；設計與操作經驗豐富，外形簡單、製造方便；取材容易、造價低廉，適用於非金屬耐腐蝕材料製造等優點。但拉西環由於表面積利用率低，因而使塔的生產能力降低，阻力較大，加上自身的形狀決定了它溝流和壁流嚴重，使氣液分布不均勻，氣—液接觸不良。
②鮑爾環鮑爾環除鋼製外，還有用陶瓷和塑料製成的。具有如下優點： 對於同樣的空隙率而言， 阻力比拉西環小， 因而可提高氣速， 生產能力可以提高。
由於小窗葉片向環中心彎， 液體分布較為均勻， 所以溝流和壁流情況比拉西環好。 開小窗後表面積比拉西環要大，且環內表面得以充分利用，以進行氣液傳質，而拉西環內表面利用率較低。 操作彈性範圍大。
在一般情況下，當同樣壓降時，處理量比拉西環大50％以上；在同樣處理量時， 壓降可降低，傳質效率能提高20％左右。 ③、鞍形填料鞍形填料又分弧鞍形和矩鞍形兩種。 此種填料常用於吸收操作，處理腐蝕性介質較為適宜，且成本低。
近來，又對矩鞍形填料予以改進。它是目前瓷製填料中處理量大，效率較高的一種。 2）塔裝置噴淋裝置在塔頂部裝設噴淋裝置，可使塔頂引入的液體能沿塔截面均勻分布進入填料層， 避免部分填料得不到濕潤，降低填料層的有效利用率，影響傳質效果。
噴淋裝置的型別很多，常用的如下表： 管式噴淋型蓮蓬頭式盤式溢流式槽式噴淋裝置型別反射板式衝擊式寶塔式離心式機械式 ①管式噴淋器小直徑的填料塔（300mm以下）可以採用管式噴淋器，如圖1-4（a）、（b）所示。直徑小於600mm的塔可採用多孔直管式如圖1-4（c）。
該結構的優點是結構簡單，缺點是噴淋面積小而且不均勻。
化工裝置安裝基礎知識
說明要求掌握的內容 1化工裝置安裝前應做哪些準備？2安裝裝置的基礎驗收有哪些要求？3如何確定墊鐵的尺寸和數量？4裝置有墊鐵安裝是怎樣進行的？5裝置無墊鐵安裝有哪些方法？6地腳螺栓安裝應注意什麼問題？7裝置找正 找平應選擇哪些部位測量？8常用的聯軸器有哪些種類？9裝置安裝的灌漿有哪些要求？10裝置的清...
化工裝置基礎知識考試題
姓名 一 填空題 每題4分 1 化工管路由管子 管件 閥件和附屬於管路的管架 管卡 管撐等組成。2 填料密封主要由填料箱 軟填料和填料壓蓋組成。填料一般為 石墨盤根或者石棉繩。正常執行時，應允許液體有少量滴漏 約每分鐘一滴 否則，如填料是幹的，可能會與幫浦軸摩擦產生高溫而被燒毀。3 搪瓷裝置表面粘附...
化工靜裝置基礎知識
一 化工裝置的概念 化工裝置是指化工生產中靜止的或配有少量傳動機構組成的裝置，主要用於完成傳熱 傳質和化學反應等過程，或用於儲存物料。二 化工裝置的分類 1 按結構特徵和用途分為容器 塔器 換熱器 反應器 包括各種反應釜 固定床或液態化床 和管式爐等。2 按結構材料分為金屬裝置 碳鋼 合金鋼 鑄鐵 ...