化工设备设计

复习塔设备：1塔设备中能进行哪些单元操作？塔设备应满足哪些基本要求？答：单元操作：精馏、吸收、解吸和萃取等（使气液或液液两相间进行紧密接触，达到相际传质和传热的目的）基本要求：1.生产能力大，即气液处理量大；2.高的传质、传热效率，即气液有充分接触的空间、接触时间和接触面积；3.操作稳定、操作弹性大（最大负荷对最小负荷之比），即气液负荷有较大波动时仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作，且塔设备应能长期连续运转；4.流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小，以达到节能降低操作费用的目的；5.结构简单可靠，材料耗用量少，制造安装容易，以达到降低设备投资的要求。2填料塔中液体分布器有何作用？答：将液相加料及回流液均匀的分布到填料的表面上，形成液体的初始分布。3什么叫卡曼涡街？为什么会产生卡曼涡街？引起的塔的振动方向是怎样的？答：卡曼涡街：当空气以某一速度流经圆柱体时，在圆柱体两侧的背风面交替产生漩涡，然后脱离并形成一个漩涡尾流，即卡曼涡街现象。成因：流体受阻后动能和压能相互转换，且压强沿圆柱体周向及边界层的厚度方向发生变化，边界层外部流体的较大压强作用迫使边界层内部压强较小的质点向相反方向流动，从而使边界层增厚，形成旋涡，然后从圆柱体表面脱离，旋涡随着流速增大被拉长后消失。当一侧旋涡长大脱离固体表面而汇入下风气流中时，另一侧的旋涡正在形成并长大，当此旋涡脱离时，原来一侧又形成旋涡，这样圆柱体背风面尾流处交替形成有规律的两列分别为顺时针方向和逆时针方向的旋涡尾流，形似“涡街”。阻力大（静压强高）的一侧产生一垂直于风向的推力，当一侧旋涡脱落后，另一侧又形成旋涡。因此，在另一侧产生一与上述方向相反的推力，从而使塔设备在沿风向的垂直方向产生振动，称之为横向振动。4塔设备振动的原因，决定塔自振频率的因素有哪些？有哪些相关防治措施？答：振动的原因：安装于室外的塔设备，在风力的作用下，将产生两个方向的振动。一种是顺风向的振动，即振动方向沿着风的方向；另一种是横向振动，即振动方向沿着风的垂直方向，又称横向振动或风的诱导振动。决定塔自振频率的因素：塔单位高度上的质量、高度、塔体材料在设计温度下的弹性模量、塔截面的形心轴惯性矩。防治措施：塔在操作时的激振力的频率（即升力作用的频率或旋涡脱落的频率）不得在塔体第一振型固有频率的0.85~1.3倍内，即0.85fc1fc1.3fc1不可取，当激振力的频率在此范围内时，应采取以下措施：1.增大塔的固有频率；2.采用扰流装置；3.增大塔的阻尼。5试分析塔设备在正常操作、停工检修和压力试验等三种工况下的载荷？.答：1.质量载荷：正常操作时的质量：Mo=Mo1+Mo2+Mo3+Mo4+Mo5+Ma++Me水压试验时的最大质量：Mmax=Mo1+Mo2+Mo3+Mo4+Mw+Ma+Me停工检修时的最小质量：Mmin=Mo1+0.2Mo2+Mo3+Mo4+Ma++MeMo:塔设备的操作质量；Mo1：塔壳与裙座壳质量；Mo2：内件质量；Mo3：保温材料质量；Mo4：平台及扶梯质量；Mo5：操作时物料质量；Ma：人孔、接管、法兰等附件的质量；Me：偏心质量；Mw：液压试验时充水质量2.风载荷；3.地震载荷（垂直与水平）；4.偏心载荷。5.操作压力6塔设备危险截面强度的校核？答：1.裙座底部截面及开孔截面较大处是危险截面。2.裙座与塔体的连接焊缝处。7板式塔典型的板式塔盘的结构？答：溢流型塔盘：塔板、降液管、受液盘、溢流堰和气液接触元件等；·8填料塔常见的填料类型（包括散装填料和规整填料）？答：散装填料：1.环形填料：拉西环；2.开孔环形填料：鲍尔环、改进型鲍尔环、阶梯环；3.鞍形填料：弧鞍形、矩鞍形、改进型矩形；金属环矩鞍填料规整填料：丝网波纹填料、板波纹填料。9.板式塔、填料塔的基本结构形式换热器：1典型的换热器类型？答:按换热设备热传递原理或传热方式进行分类，可分为以下几种主要形式：1.混合式换热器:利用、热流体直接接触，彼此混合进行换热。2.蓄热式换热器:借助于由固体构成的蓄热体与热流体和冷流体交替接触，把热量从热流体传递给冷流体。3.间壁式换热器:利用间壁（固体壁面）冷热两种流体隔开，热量由热流体通过间壁传递给冷流体。分为：管式换热器、板面式换热器、其他型式换热器。2管壳式换热器的基本类型、结构特点和适用场合？有哪些主要零部件？答：基本类型结构特点适用场合固定管板式两块管板分别焊于壳体的两端，管束两端固定在管板上壳体侧流体清洁且不易结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合浮头式两端管板之一不与壳体固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩壳体与管束壁温差较大或壳程介质易结垢的场合U形管式只有一块管板，管束由多根U形管组成。管的两端固定在同一块管板上，管子可以自由伸缩，当壳体与U形换热管有温差时，不会产生温差应力管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要清洗，又不宜采用浮头式和固定管板式的场合，特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料填料函只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封，管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力管、壳壁温差较大或介质易结垢，需要经常清理但压力不高的场合釜式重沸器于壳体上部设置一蒸发空间处理不清洁/易结垢的介质，并能承受高温，高压3设置折流板和折流杆的目的？折流板常用型式，如何固定？答：目的：1.折流板：为了提高壳程流体的流速，增加湍动程度，并使壳程流体垂直冲刷管束，以改善传热，增大壳程流体的传热系数，同时减少结垢。卧式容器中，折流板还起支撑管束的作用；2.折流杆：为解决传统折流板换热器中换热管与折流板的切割破坏与流体的诱导振动，强化传热提高传热系数。常用型式：弓形、圆盘－圆环形。折流板与支持板一般用拉杆和定距管连接在一起。4固定管板式换热器的工作原理及其简图？5管板力学模型的几种假设答：三种力学模型：(1)将管板看成周边支承条件下受均布载荷的圆平板(2)将管束当作管板的固定支承，而管板式受管束支承着的圆平板(3)认为管板式弹性基础上受轴对称载荷的多孔圆平板，既考虑到管束弹性反力约束的加强作用，又考虑到管孔的削弱作用。我国GB151-1999与英国B.S.采用的是第三种，但我国的考虑更多因素。B.S.管板计算方法又称米勒法，其基本假设有：(1)管束和管板连接处无滑动，否则就影响了管束对管板的支承作用；(2)管束在受压缩时不产生弯曲而只有轴向压缩，因此管束对管板的支承作用可以直接用管子的轴向压缩量予以反应；(3)管板受载后的弯曲为最小挠度弯曲，且忽略管束对管板弯曲的约束作用；(4)管束均匀分布在整个管板上，即把管束视为管板的均匀弹性基础；(5)管板开孔后的削弱。6管板计算中有哪几种危险工况组合？答：1.只有壳程压力ps，而管程压力pt=0，令温差等于零；2.有壳程压力ps，且有温差作用，此时正温差比负温差更加危险；3.只有管程压力pt，而管程压力ps=0，令温差等于零；4.有管程压力pt，且有温差作用，此时负温差比正温差更加危险；（1.ps、pt、γ共存，这种情况最为常见；2.ps、pt共存，这种工况出现在启动过程中；3.只存在γ，这种工况可能出现在停车过程中；4.只存在ps,这是在启动过程中可能出现的工况；5.ps和γ共存，这是在启动或停车过程中可能出现的工况，此时正温差（γ0）比负温差（γ0）更加危险；6.只存在pt,这种工况出现在启动过程中；7.pt和γ共存，这是在启动或停车过程中可能出现的工况，此时负温差（γ0）比正温差（γ0）更加危险。）7膨胀节设置与否的依据？了解轴向应力产生的原因，如何分配在管程和壳程上的？答：依据：当因管、壳壁温差较大而导致管子或壳体超应力时，降低此应力最有效的措施是在壳体上设置膨胀节。对于工程固定管板式换热器判定是否设置膨胀节的依据，是通过各应力计算后决定。原因：1.温差应力引起的轴向应力。管壁与壳壁之间温度不同引起的变形量不相等；2.压差引起的轴向应力。管、壳程流体的压差较大；3.温差和压差共同作用8管子与管板常见的连接方式，适用场合答：1.强度胀（密封与抗拉脱弱，无缝隙）设计压力≤4.0MPa，设计温度≤300℃，操作中无剧烈振动、无过大温度波动，及无明显应力腐蚀等场合。（特殊：爆炸胀接）2.强度焊（密封与抗拉脱强，有缝隙，存在焊接残余热应力）除较大振动和缝隙腐蚀场合外，该方法应用广泛；薄管板不能胀，只能焊。3.胀焊并用（先焊后胀，至少保证其中之一抗拉脱）密封性能要求较高，承受振动和疲劳载荷，有缝隙腐蚀，需使用复合管板等的场合9强化传热的技术与方法答：三种途径：提高传热系数K、扩大传热面积F、增大冷热流体的平均温差△T；强化换热管、管内插入物强化传热、改进壳程管束支承结构、对流换热耗功强化、沸腾换热的强化、凝结换热的强化。10换热器横向流诱导振动的原因，及其防治措施答：横向流诱导振动的主要原因有：卡曼漩涡、流体弹性扰动、湍流颤振、声振动、射流转换。在横流速度较低时，容易产生周期性的卡曼漩涡，这时在换热器中既可能产生管子的振动，也可能产生声振动。当横流速度较高时，管子的振动一般情况下是由流体弹性不稳定性激发振动，但不会产生声振动。只有当横流速度很高，才会出现射流转换而引起管子的振动。防治措施：避免出现共振，要使激振频率远离固有频率。可通过改变流速、改变管子固有频率、增设消声板、抑制周期性漩涡、设置防冲板或导流筒等途径来实现。11壳体及管子轴向应力的产生原因、计算方法答：1.温差应力引起的轴向应力。管壁与壳壁之间温度不同引起的变形量不相等；2.压差引起的轴向应力。管、壳程流体的压差较大；3.温差和压差共同作用反应器：1有几种典型的反应器？答：机械搅拌式、固定式、管式、流化床等2典型搅拌反应器结构型式，几种典型的搅拌浆？答：典型搅拌器：桨式、框式和锚式、涡轮式、推进式、螺带式、螺杆式3在搅拌反应器中，挡板的作用？答：1.削弱切向流，增强轴向流和径向流动；2.增大搅动液体的湍流程度，改善搅拌效果从而“消除圆柱状回转区”，及打漩现象4什么叫充分挡板化？答：当增加挡板数和挡板宽度，功率消耗不再增加时，即为全挡板条件。5搅拌反应器中，为什么要避免圆柱状回转区？答：危害：轴向不混合、多相系统会发生分层或分离，发生表面吸入气体现象，降低了搅拌效果，且加剧搅拌器的振动。4搅拌反应器常用传热方式有哪几种？答：夹套传热、蛇管（内盘管）传热。5机械密封及填料密封的原理，结构简图？答：机械密封：把转轴的密封面由轴向改为径向，通过动环和静环两个端面的互相贴合，并作相对运动达到密封的装置。填料密封：在压盖作用下，装在搅拌轴与填料箱之间的填料，对搅拌轴的表面产生径向的压紧力。由于填料中含有润滑剂，因此，在对搅拌轴产生径向压紧力的同时，形成了一层极薄的液膜，一方面是搅拌轴得到润滑，另一方面，阻止设备内流体的溢出或外部流体的渗入，以达到密封。6搅拌轴设计应考虑哪几个因素？答：转变形、临界转速、扭矩和弯矩联合作用下的强度、轴封处允许的径向位移。（PPT：强度、刚度、临界转速、轴封出允许径向位移）7功率准数的图算法，如何校核搅拌桨强度？