化工静设备基础知识

机械维修公司2015年08月××日目录一、化工生产及特点化工生产与每个公民的生活息息相关，大到国防、航天、火箭，小到涉及到每一个人的衣、食、住、行等等。在当今的信息化时代，化工生产任在国民经济中占有很大的比例。可以说，化工生产的水平的高低是衡量一个国家综合国力的表现。化工生产尤其重要，其本身又具有其以下特点：生产的连续性很强介质的腐蚀性强、设备维护难度大原料品种多、大多是危险化学品工艺条件苛刻、温度和压力的变化大单元操作多，设备种类复杂生产技术含量高、管理难度大二、化工设备的概念化工设备指主要作用部件是静止的或者只有很少运动的机械，如各种容器（槽、罐等）、反应釜、换热器、塔器、普通干燥器、蒸发器，反应炉、电解槽、结晶设备、吸附设备、普通分离设备以及离子交换设备等，又称“静设备”。化工机器（化工机械）指主要作用部件为运动的机械，如各种粉碎机，过滤机，离心分离机、旋转窑、搅拌机、旋转干燥机以及流体输送机械等，又称“动设备”。化工设备1.各种物料泵2.各种风机3.各种空压机4.各种冷冻机5.各种真空泵动设备静设备1、常压容器2、压力容器三、压力容器及分类压力容器一般是指在工业生产中用来完成反应、传热、传质、分离、贮存等工艺过程，并承受0.1MPa表压以上压力的密闭容器。《特种设备安全监察条例》中明确指出压力容器的定义为：压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa·L的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛装公称工作压力大于或者等于0.2MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于1.0MPa·L的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于60℃液体的气瓶；氧舱等。Ⅰ、压力容器的定义II.压力容器的基本组成压力容器主要由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座及安全附件这六大部件即构成了一台压力容器的外壳。对于储存用的容器，这一外壳即为容器本身；对于用于化学反应、传热、分离等工艺过程的容器，则须在外壳内装入工艺所要求的内件，才能构成一个完整的产品。III.压力容器分类介质危害性指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等，其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性。A、毒性B、易燃性可燃气体或蒸汽与空气的混合物遇着明火能够发生爆炸的浓度范围称爆炸浓度极限，爆炸时的最低浓度称为爆炸下限，最高浓度称为爆炸上限，爆炸极限一般用可燃气体或蒸汽在混合物中的体积分数表示。爆炸下限小于10%，或爆炸上限和下限之差值大于等于20%的介质，一般称为易燃介质。①按压力等级分类按承压方式可分为内压容器与外压容器。内压容器又可按设计压力分为四个等级：②按容器在生产中的作用分类按根据压力容器在生产工艺过程中的作用，可分为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器、储存压力容器4种。③按安装方式分类固定式压力容器；移动式压力容器。移动式压力容器④按安全技术管理分类TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》根据介质、设计压力和容积三个因素进行压力容器分类，共分三类压力容器。(1)第一组介质：毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体。(2)第二组介质：除第一组以外的介质。a、对于第一组介质，压力容器的分类见图A-1；b、对于第二组介质，压力容器的分类见图A-2。图A-1压力容器类别划分图—第二组介质四、反应设备Ⅰ、反应设备概述在器内实现一个或几个化学反应，并使反应物通过化学反应转变为反应产物的设备，称为反应设备。原料前处理化学反应后处理产品排污排气循环化工生产的典型流程Ⅱ、反应器分类a)按聚集状态分类反应器均相非均相气相反应器：石油烃裂解的管式炉就是气相反应器液相反应器：如生产乙酸乙酯的设备就是液相反应器气—液：苯烃化制乙苯是采用气—液相反应器气—固：乙烯直接氧化制环氧乙烷是采用气—固相反应器液—液液—固气—液—固槽形（釜式）固定床反应器管式流化床塔式b)按反应器结构形式分类移动床釜式搅拌反应器槽形（釜式）反应器：主要用于液相均相、液相非均相或气液相反应。可间歇操作，也可连续操作。由壳体、搅拌器和换热装置等组成。塔式反应器：指高径比较大的反应设备。广泛用于气－液相反应、液－液相反应。管式反应器：用于气相或液相连续反应，由于管子能承受较高的压力，用于加压下的反应尤为适合。固定床反应器：流体通过静态催化剂颗粒进行反应的反应器，多用于气－固相反应，一般固体为催化剂，气体为反应物料。流化床反应器：固体在反应器内呈流化状态。主要用于气－固相催化反应。移动床反应器：固体颗粒自反应器顶部连续加入，自上而下移动，由底部卸出，反应流体与颗粒成逆流接触。Ⅲ、机械搅拌式反应器搅拌容器又称搅拌罐，它由罐体、夹套和附件等构成，其中罐体和夹套均包括筒体、上封头和下封头；附件包括各管接头、仪表、人孔和支座等。搅拌容器的主要作用是为反应物料提供容积，并为反应过程提供温度和压力。Ⅳ、管式反应器管式反应器的应用条件：需要的反应时间较长；反应过程放出或吸入的热量较大；或反应过程在高温、高压条件下进行。一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应。水平管式反应器盘管式反应器多管并联管式反应器Ⅴ、塔式反应器塔式反应器是指高径比较大的反应设备。广泛应用于气—液相反应和液—液相反应。在气液相反应过程中，至少有一种反应物在气相，另一些反应物则在液相，气相中的反应物必须传递至液相，在液相中发生化学反应。有时，反应物都存在于气相，它们一齐传递到催化剂溶液中进行反应。气液相反应属于非均相反应过程。处理气液相反应过程的反应器称为气液相反应器。填料塔反应器板式塔反应器回流的作用？喷淋塔反应器喷淋塔反应器结构较为简单，液体以细小液滴的方式分散于气体中，气体为连续相，液体为分散相，具有相接触面积大和气相压降小等优点。适用于瞬间、界面和快速反应，也适用于生成固体的反应。喷淋塔反应器具有持液量小和液侧传质系数过小，气相和液相返混较为严重的缺点。鼓泡塔反应器塔式反应器特征：⑴反应器高度为直径的数倍以至十几倍；⑵内部常设置能增加两相接触的构件，如填料，筛板等；⑶适用于两种流体相反应的过程。如气液反应、液液反应。Ⅵ、固定床反应器催化剂以固相装填在反应器内，反应物流以气相或液相通过催化剂床层，在催化剂表面进行化学反应的装置称固定床反应器。固定床反应器在石油加工、石油化工工业应用十分广泛，例如：乙烯氧化制环氧乙烷、乙苯脱氢制苯乙烯等都在固定床反应器中进行。特征：反应器内填充有固定不动的固体颗粒。可以是催化剂，也可以是固体反应物。适用于气固催化反应，固相加工反应，应用非常广泛。固定床反应器根据换热方式不同,可分为三种型式:(1)换热式固定床反应器列管式固定床反应器特点：1）结构型式类似于列管式换热器。2）管内装填催化剂，反应物料自上而下通过床层；管间为载热体，与管内物料进行换热，以维持所需的温度条件。优点：1、返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。2、催化剂机械损耗小。3、结构简单。缺点：1、传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）。2、操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。（2）绝热式固定床反应器绝热式固定床反应器特点：1）床层与外界没有热量交换。2）结构简单，造价低廉，但适用热效应不大或催化剂对温度要求不高的反应。特点：流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。特点：流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动，床层同外界无热交换。（3）自热式固定床反应器以冷的原料作为载热体，使冷原料本身预热到反应所需的温度，然后进入床层进行反应。自热式固定床反应器使用前提：放热反应，热量大致平衡。固定床反应器的特点：1）固定床反应器之所以成为气固相催化反应器的主要型式，是和它具有的下述优点分不开的。2）床层极薄、流速很低，床层内流体轴向流动可看成理想置换流动，因而化学反应速度快，因此，为完成同样生产任务，所需要的催化剂用量和反应器体积小。3）流体停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，因而有利于提高化学反应的转化率和选择性。固定床中催化剂不易磨损，可在高温高压下操作。Ⅶ、流化床反应器特征：反应器内固体粒子可以象流体一样被流化起来。适用于气固，液固，气液固反应。Eg:催化剂快速失活需立即再生的：催化裂化装置；强放热反应：丙烯氨氧化，萘氧化，丁烯氧化脱氢；固相加工反应：黄铁矿，闪锌矿的焙烧，石灰石的煅烧等。（1）流化床工作原理气体从反应器底部的气体分布板、分布管进入，将反应器床层上固体催化剂颗粒流化如液体沸腾状，在流化状态中进行反应。（2）流化床反应器的结构流化床由浓相段、稀相段和扩大段三部分组成。流化床的下部称为浓相段，或称密相段，化学反应主要在此段进行。在浓相段部装有气体分布板，它有以下作用：支承床层上的催化剂或其它固体颗粒；分流作用，使气体通过分布板的孔均匀分布在床层的整个截面上，造成良好的起始流化床稀相段也装有冷却水管，目的是将反应温度降至规定的温度以下，以终止反应。稀相段之上为扩大段。扩大段内装有旋风分离器，以分离并回收被反应气体带走的催化剂细粒。Ⅷ、移动床反应器当催化剂由于积炭而迅速失活时，可以在移动床反应器中周期性地或连续地使催化剂缓缓离开反应器去再生，然后通过机械传送或气动传输返回反应器。移动床中催化剂的磨损比流化床少。但由于混合不均匀以及传热性能差，不适于放热反应。这类反应器应用于石油炼制中的催化裂化。后来又推广到连续再生的催化重整工艺中。在反应器外再生催化剂，避免了为再生使工业装置频繁停工，并可使催化剂在更为苛刻的条件下工作。移动床反应器（鲁奇炉）特征：固体颗粒自反应器顶部连续加入，自上而下移动，由底部卸出。反应流体与颗粒成逆流接触。适用：催化剂需要连续再生的催化反应、固相加工反应。五、塔设备Ⅰ、塔设备简介塔设备是能够实现蒸馏和吸收两种分离操作的气液传质设备，广泛地应用于化工、石油化工、石油等工业中。其结构形式基本上可以分为板式塔和填料塔两大类。虽然这两种塔既能用于蒸馏操作也适用于吸收操作，但在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量小时多采用填料塔，当然也有例外。对于一个具体地工艺过程，选用何种塔型为宜，尚需根据两类塔型各自地特点和工艺本身地要求而定。Ⅱ、塔设备的分类塔设备的形式很多，为了便于比较和选择，将塔设备进行分类。分类方式有很多种：按操作压力分：常压塔、减压塔和加压塔；按所完成的工艺过程分：精馏塔、吸收塔、解析塔、萃取塔、反应塔和干燥塔；按塔内件结构分：板式塔、填料塔。Ⅲ、塔设备的总体结构塔设备的总体结构有内件、塔体、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱、扶梯、操作平台等。a.塔体（外壳）——由圆筒（等径或不等径）、上、下封头构成。工作时承受内压或外压及温度；风载荷；地震载荷；偏置构件的偏心重力载荷等。b.支座——塔设备高大沉重，一般采用裙式支座。c.人孔——不同的塔设备，人孔或手孔的结构及位置等也不相同。d.接管——有进、出液管、进、出气管、回流管、取样管、仪表管、液位计管等。e.除沫器——用于捕集夹带在气流中的液滴。f.吊柱——安装于塔顶，用于安装、检修时吊运塔内件。注：板式塔和填料塔除内件以外，其余构件是大致相同的。吊柱气体出口回流管集油箱进料管塔盘保温支持防涡流板出料口裙座气体入口管壳体人孔梯子平台破沫器回流液体分布管液体分布器填料压圈填料填料支承液体收集器液体再分布器气体分布管填料塔与板式塔的比较填料塔板式塔Ⅳ、填料塔以填料作为气、液