过程装备简介

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3. 过程装备发展的推动力

流程工业装置大型化带来了装备技术的新要求 ① 千万吨级大炼油厂 △大型加氢反应器——锻焊技术难度大,材质高强韧化
世界最大 我国最大 内径(m) 6 5 壁厚(mm) 480 300 总重(t) 1438 1200
△塔器大型化——国外最大常压塔Φ9m,减压塔Φ16m。 塔板上气液分配均匀技术 △大型板式换热器——国外最大15000m2,国内只有4000m2, 大波形板成型技术与板间密封技术。

钢铁冶炼过程的进步导致了装备大更新 平炉 纯氧顶吹转炉 连铸连轧 转炉

石油加工过程的发展突出了新装备的不断涌现 ① 最简单的原油蒸馏——塔,炉,换热器,泵,罐。 ② 催化反应过程占据主导地位 △气固流化床反应器(催化裂化工艺)——高温、抗磨 △液气固三相反应器(加氢工艺)——高压、氢腐蚀 27 冷壁(内保温)→热壁(内堆焊) 28
对人才的要 求是什么?
“化工过程机械”,扩展为 “过程装备”,它包 括:
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1. 概述 1.3 基本工业过程
1. 流体动力过程: (Fluid dynamical process) 遵循流体力学规律的 过程。它涉及泵、压缩 机、风机、管道和阀门 等。
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1. 概述 1.3 基本工业过程
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3. 过程装备发展的推动力
3.3 在国家发展方针指引下的具体推动力 推动力之一——过程工艺发展的需要 推动力之二——生态环保的需要 推动力之三——节能降耗的需要 推动力之四——长周期安全运行的需要 推动力之五——现代高新技术的促进
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3. 过程装备发展的推动力
3.4 过程工艺发展不断要求新装备
装备基础
机械工程
(三力一机)
(三传一反)
热量传递、质量传递、 动量传递、反应工程
面宽、方向多, 更wenku.baidu.com重工程应用
3. 过程装备发展的推动力
3.1 最根本的推动力-国民经济和社会发展的需要
我国制造业 轻纺制造业 机电制造业 12类 占30.24% 资源加工业 9类 占33.01%
(以石油、化工、金属冶炼为主)
3.2 当前国家的急需
方针 全面协调 科学发展 观 改变经济增长方式 走新兴工业化道路
资源 投资 粗放 科技 支撑 . 集约
资源节约、环境友好 (循环经济,绿色GDP) 以高新技术为主导, 制造业为支柱
以科技发展和创新为主导 产业结构的战略调整
优先IT技术,发展高技术产业 用高新技术改造传统产业 加快现代服务业(知识型)
古代的炼丹术 士们通过炼金炼丹 的研磨、蒸馏、升 华、结晶、测定等 技术操作,积累了
金属的置换、物质
的化合、分解、氧 化、还原等化学反 应方面的知识。
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1. 概述 1.1 过程装备的由来
但是化学,走出化学家的实验室,与 工程结合,还是这一百多年以来的事。
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1. 概述 1.1 过程装备的由来
英国人帕金,于1856年发现 了苯胺染料,并实现了工业化的 生产。法国化学家拜特洛对有机
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3. 过程装备发展的推动力
3.2 当前国家的急需
瓶颈 资源与环境 不堪重负 创造GDP只 资源消费占世界比重 占世界4% 钢35%,煤30%,水泥55% 能耗—— 日本的11.5倍,美4.3倍 单位GDP 水耗—— 先进国家的4倍 固体废弃物—— 高10倍
..
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3. 过程装备发展的推动力
戴帽的机械专业一律取消:如:轻工机械、纺织 机械、食品机械等。金相热处理、焊接等专业均 归入机械专业。
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1. 概述 1.2 化工机械专业的变革

唯一例外:化工机械由于其重要性,更名为“过 程装备与控制工程”,归入机械学科。 机械学科下设置五个教学指导委员会: 机械设计制造及其自动化专业教学指导分委员 材料成型及控制工程专业教学指导分委员会 工业设计专业教学指导分委员会 过程装备及控制工程教学指导分委员会 机械基础课程教学指导分委员会
遵循热力学诸规律的过 程。它涉及燃烧、冷冻, 深度冷冻, 空气分离等过 程及设备。
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1. 概述 1.3 基本工业过程
6. 化学过程: (Chemical process) 遵循化学反应诸规律的过程。它 涉及化学反应,如:合成、分解 等过程及设备。
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2. 过程装备的学科范围、地位、与关系
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3. 过程装备发展的推动力
3.4 过程工艺发展不断要求新装备
②百万吨级大乙烯 △大型离心压气机——单机45,000KW,要求高可靠性, 高寿命。 △大型低温球罐(-30℃,1.72MPa)——国外最大3700m3 双层结构,低温钢。
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3. 过程装备发展的推动力
3.5 生态环境保护呼唤先进装备 .......
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3. 过程装备发展的推动力
3.5 生态环境保护呼唤先进装备
温室气体CO2的减排 无熖化学燃烧——非常容易单独分出CO2加以利用
CO2,H2O 透平作功 冷凝器 CO2气 水 含少量氧 的氮气 透平 放空
...
NO
流化氧化
天然气 可燃气
流化燃烧
N 空气
又会出现许 多新设备。
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3. 过程装备发展的推动力
化合物的合成进行过系统研究,
于1856年合成了甲烷,1858年合 成了甲醇,1859年合成了乙炔,
1866年从乙炔合成了苯,进入了
合成化学的年代。
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1. 概述 1.1 过程装备的由来
合成氨的发明者,德国 化学家哈柏,从1906年开始
研究用高温高压法合成氨,
1909年从实验室得到了一百 克的合成氨后,德国化学家
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1. 概述 1.2 化工机械专业的变革

研究生教育归入“动力工程与工程热物理”学科, 下设“化工过程机械”。 “化工机械”拓宽为“过程装备”,体现了时代 的要求,形势的要求,社会的要求。

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1. 概述 1.2 化工机械专业的变革
化工过程机械 扩展为“过程装备”
什么叫过程 装备? 它包含哪些 内容?
我于1962年就读本校时的五个系为:第一有机系、第二有 机系、第一无机系、第二无机系、化工机械系。 化工机械系设三个专业:化工机械专业、化学工程专业、
自动化专业。
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1. 概述 1.2 化工机械专业的变革

高等院校的专业设置,五十年代学习苏联,设置 了一千多个专业。

教育部从1998年开始,合并为500个专业。2000 年合并为250个专业。
1.1 过程装备的概念
化学与物理变化
....
物质
众多化学工艺
产品
过程工业
覆盖面宽 资源、能源耗量大, 污染严重 产值比例高 发展前景好
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2. 过程装备的学科范围、地位、与关系 . . .
1.1 过程装备的概念
过程工业
石油 煤化工 冶金 建材 制药 化肥 轻工 燃烧 制氢 合成 环境 生态 化工 食品 产汽 能源 材料 保护 循环
3. 过程装备发展的推动力
3.4 过程工艺发展不断要求新装备
③聚烯烃品种越来越多,相应需要许多技术难度大的新设备 ——乙烯裂解炉,板翅式冷箱,350MPa超高压反应器, 聚丙烯环管反应器,带搅拌浆的各类聚合反应器,重型 螺旋卸料离心机等。

流程工业装置大型化带来了装备技术的新要求 ① 千万吨级大炼油厂 △大型加氢反应器——锻焊技术难度大,材质高强韧化
3.5 生态环境保护呼唤先进装备 ....
放空尾气的资源化 炼厂干气的水蒸汽重整制氢——高温转化炉,变压吸附器, 中空纤维膜分离器

水合物生成法分离气体——逐级分离出H2,CH4,C2H4等。 高效高负荷化的水合物生成反应器 从烟气中分出CO2 ——吸收塔,吸附器,膜分离器等。 ——注CO2采油,聚碳酸酯等。
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3. 过程装备发展的推动力
3.5 生态环境保护呼唤先进装备

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湿法除尘脱硫一体化 ━━文氏管洗涤器(压降高,耗水少) ━━喷雾吸收塔(压降小,耗水多) ━━泡沫吸收器(压降与耗水适中) ━━环流反应吸收器(效率高,压降高,耗水少) 低NOX燃烧器
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3. 过程装备发展的推动力
3.5 生态环境保护呼唤先进装备 ..
工业污水的处理回用 工业污水——全球4260亿m3/年,我国365.2亿m3/年(8.6%) 人均占有水量——我国只有世界平均值的1/4 工业用水有效率——我国只有10%,耗水率为世界平均值的 5倍 石油化工厂内: 吨油耗水——世界平均0.5,我国2.4 吨油排污水——世界平均0.15,我国1.84 工业污水回用率——美80%,日83%,我国只有10-20%
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3. 过程装备发展的推动力
3.5 生态环境保护呼唤先进装备. .
工业污水的处理回用 水处理技术
传统工艺: (>100μm) 汽提脱硫塔 隔油池 (25-100μm) 脱非乳化油 脱乳化油 溶气气浮
7类 占35.48%
流程(过程)工业 装备与装置 终端产品
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3. 过程装备发展的推动力
3.1 最根本的推动力-国民经济和社会发展的需要 .
制造业比重
占GDP
35.75%
占全部工业
79.69%
占工业税金
90%
占工业从业人员
90.7%
占外贸出口
91.2%
工业增加值——美国1/4,日本1/2,与德国接近,世界第四。
博希和伯杰亚斯共同发展了
哈柏的方法,使它能用于工 业生产,开创了化学工业。
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1. 概述 1.1 过程装备的由来
在化学工业诞生和发展的同时,也 诞生和发展了一个与之相伴,密不可分 的专业和技术-化工机械。
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1. 概述 1.1 过程装备的由来
我校于1952年建校时设立的三个系为:有机工业系、无机
工业系、化工机械系。
2. 热量传递过程: (Heat transfer process) 遵循传热学规律的过程。它涉及热量交 换过程及设备,即:换热器,热交换器 等。
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1. 概述 1.3 基本工业过程
3. 质量传递过程: (Mass transfer process) 遵循传质诸规律的过程。它涉及有关干 燥, 蒸馏, 浓缩, 萃取等传质过程及装备。
现代重要作用
新材料生产的基础 能源开发转化的核心 现代农业生产的后盾 生物技术产业化的依托信息 技术发展的支撑 环境治理的手段
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2. 过程装备的学科范围、地位、与关系 . .
1.2 过程与装备的关系
工艺 过程 (Technology) (Process) 化学 三传一反 装备 (Equipment) 材料与机械 制造与控制 装置 (Unit) 系统集成与优化调 控经济与管理
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3. 过程装备发展的推动力
3.5 生态环境保护呼唤先进装备 ......
放空气体的净化━━烟气除尘脱硫,酸性气除酸等 干法除尘━━旋风分离(7~8μm ,80~100mg/m3), 静电除尘(1μm,30mg/m3), 过滤(布袋、滤管、移动床) 干法脱硫━━移动床(反应吸附介质不再生,需资源化) ━━ 循环流化床(反应吸附介质可再生)
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1. 概述 1.3 基本工业过程
4. 动量传递过程: (Momentum transfer process) 遵循动量传递及固体 力学诸规律的过程。它 涉及固体物料的输送、 粉碎、造粒等过程及设 备。
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1. 概述 1.3 基本工业过程
5. 热力学过程: (Thermodynamic process)
我国大气的污染程度 排放SO2━━2100万t/a,世界第一,其中87%由煤排放。 酸雨危害全国40%以上面积,农业损失高达 37亿元/年。

排放NOX━━290万t/a,占世界10%,其中煤排占67%。 排放CO2━━600万t/a,占世界9.6%,其中煤排71%。
排放粉尘━━1400万t/a,其中煤排占70%。
过程装备 —
21世纪高新技术的重要工具
潘家祯 华东理工大学化工机械研究所 2005年10月8日
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过程装备 — 21世纪高新技术的重要工具
1. 概述 2. 过程装备的学科范围、地位、与关系
3. 过程装备发展的推动力
4. 过程装备发展的方向
5. 过程装备的趋势和前沿
6. 结束语
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1. 概述 1.1 过程装备的由来
研究与开发
放大与设计 工艺包
施工与生产
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施工图(CAE)
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2. 过程装备的学科范围、地位、与关系 .
1.3 过程装备的内涵与特色 具有多学科交叉 的特点
化学工程 过程原理 化学工艺 依托 化工过程装备 工程技术 过程放大设计 材料与机械 制造与控制 系统集成与优化
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固体力学、流体力学、 热力学、机械原理
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