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
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線（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。
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。
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。
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。
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。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
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。
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
3）填料的支承結構
填料的支承結構不但要有足夠的強度和剛度，而且須有足夠的自由截面積，否則會增大塔的壓力降，使在支承處不致首先發生液泛。
5）除沫器
除沫器是用來捕集夾帶在氣相中液滴的裝置，裝在塔內頂部，它能起到保證傳質效率，降低物料損失，改善塔後壓縮機或真空幫浦的操作狀況以及減少對環境汙染的作用。
圖1-10填料支承結構圖1-11 小型除沫器
常見的除沫器有折板除沫器、填料除沫器及絲網除沫器，其中絲網除沫器採用最多，它適用於分離5微公尺的液滴，其除沫率可達99%。絲網由一定規格編織成的絲網帶捲製成盤狀物，再用支承板加以固定，絲網帶可用金屬或非金屬材料製成，絲網支承柵板的自由截面積應大於90%。適用於潔淨氣體。
若在氣液中含有粘結物時，則易堵塞網孔，影響塔的正常操作。
三）板式塔
板式塔因空塔速度比填料塔高，所以生產強度比填料塔大。板式塔的塔板結構有多種，它是決定塔特性的主要因素。
1、塔板的主要部件
塔板的主要部件有：
1）降液管
降液管的作用是使液體由上一層塔板流到下一層塔板。
2）出口堰
出口堰具有維持板上液層高度及使液流均勻的作用。
3）入口堰
其作用是使上一層板流入的液體能在板上均勻分布，並減少進入處液體水平衝出。
降液管與下層塔板至入口堰處稱為受液盤，這種結構便於液體的側線抽出。在低液流量時，仍能造成正液封，具有改變液體流向的緩衝作用。
4）塔板
塔板有整塊式或分塊式兩種。
（1）整塊式塔板
此種塔板一般用於塔徑小於800mm，人不便進入安裝和檢修的塔內。塔體由若干塔節組成，塔節與塔節之間用法蘭連線。塔板與塔板之間用管子支承。塔板與塔壁間隙用填料來密封。
（2）分塊式塔板
分塊式塔板用於塔徑在900mm以上，人可以進入的塔內。塔體為一焊製整體圓筒，不分塔節，而塔板是分成數塊，通過人孔送入塔內，裝到焊在塔內壁的塔板固定件上。
為了進行塔內清洗和檢修，在塔板**設定一塊內部通道板，通道板應為上、下均可拆的。
塔板上的鼓泡構件型式很多，常用鼓泡構件為泡罩、浮閥等。下節分別敘述。
（3）泡罩塔板
泡罩塔板所用的泡罩有圓形和條形兩類，其主要特點是鼓泡元件各具有公升氣管。上公升氣體經公升氣管由泡罩齒縫吹入液層，兩相接觸密切，加之板上液層較高，兩相接觸時間較長，分離效果較好。但由於氣體通過泡罩的路線曲折及液層較高，導致壓降及霧沫夾帶增高等缺點。
同時，由於塔板上液面梯度較大，氣相分布不均，影響傳質效率，這也是泡罩結構所造成的。
（4）浮閥塔板及特點
①生產能力大，比泡罩塔板約提高20～40％，與篩板塔相近。
②操作彈性大，在較寬的氣速變化範圍內，板效率變化較小，其彈性範圍（即最大負荷與最小負荷之比）為7～9。
③由於氣－液接觸狀態良好，以及氣體為水平方向吹出，霧沫夾帶量小，因此塔板效率高，比泡罩塔效率可提高15％左右。
④液面梯度小，蒸汽分配比較均勻，塔板壓降比泡罩塔小。
⑤塔板結構簡單，安裝容易。
化工裝置基礎知識
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