化工设备与管路

化工设备与管路知识讲座

前言

本书分两部分，第一部分主要讲解化工设备知识，第二部分讲解化工管路方面的知识，很适合新手学习。

第一章设备概论与分类

第二章压力容器

第一节各种反应罐

第二节各种常用换热器

第三节各种常用塔器

第四节几种常用的蒸馏塔填料

第三章压力容器的安全附件

第四章泵与风机

第一节离心泵

第二节隔膜式计量泵

第三节自吸泵

第四节螺杆泵

第五节隔膜泵

第六节屏蔽泵

第五章化工转动设备的润滑与保养

第六章化工管道工程基础

第一节管道的设计压力和设计温度

第二节公称直径、外径及壁厚

第七章管道器材及选择

第一节管子

第二节管件

第三节阀门

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第一章设备概论与分类

设备概论

（一）什么是设备？

设备是人们在生产或生活上所需的机械、装置和设施等可供长期使用，并在使用中基本保持原有实物形态的物质资料。

（二）设备是企业的主要生产工具，也是企业现代化水平的重要标志。

（三）设备是固定资产的重要组成部分。

化工设备的特性

➢化工生产过程一般具有高温、高压、低温或真空的特点。

➢化工生产所处理的物料品种复杂，大多数具有易燃、易爆等特性。

➢化工生产过程中的反应物和生成物，都离不开酸、碱、盐介质，它们具有不同程度的腐蚀性。

➢化工生产过程是连续性很强的作业，任何一个生产环节上的设备发生故障都将影响整个生产系统的正常运行。

随着生产的发展和科学技术的进步化工设备日趋大型化、自动化和计算机程序控制。

化工设备的分类

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第二章压力容器

压力容器的定义：

（1）最高工作压力P≥0.1MPa（表压）；

（2）内直径≥0.15m，且容积≥0.025m3；

（3）盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于标准沸点的液体。按压力分类

（1）低压容器：0.1MPa≤P＜1.6MPa;

（2）中压容器： 1.6MPa≤P＜10MPa；

（3）高压容器：10MPa≤P＜100MPa；

（4）超高压容器：P ≥100MPa

第一节各种反应罐

一、反应设备（反应釜）

化工生产是由原料处理、化学反应、产品分离/提纯三部分所组成.而化学反应过程是化工生产关键的一个部分,它对化工生产情况的好坏起着决定性的作用.而化学反应是在反应设备内进行的,所以反应设备就成为化工生产的关键设备。

目前我公司最常见的还是釜式反应设备。因此下面主要认识釜式反应设备。由于化学反应设备的类型很多,因此反应设备的类型是多种多样的,反应设备还包括管式反应器、塔式反应器及流化床反应器。

釜式反应器是液液相反应或液固相反应最常用的一种反应设备。

釜式反应器主要由釜体、搅拌器和换热器三部分组成

反应釜组成

釜体：为圆筒形其高与直径之比一般为1~3之间。上、下盖多为椭圆形；

釜式反应器的材质多采用普通碳钢或不锈钢。

搅拌器：为了使反应器的物料混合均匀和传热良好，反应釜多装有搅拌

器，不同的反应要求有不同形状的搅拌器。

换热器：为了使反应釜内的物料在最适宜的温度下反应，常常需要对物

料进行加热或冷却。反应釜的换热装置最常用的有夹套、蛇管（盘管）

和回流冷凝器三种。

二、塔式反应器

1、鼓泡塔反应器

鼓泡塔反应器广泛应用于液体相也参与反应的中速、慢速反应和放热量大的反应。例如，各种有机化合物的氧化反应、各种石蜡和芳烃的氯化反应、各种生物化学反应、污水处理曝气氧化和氨水碳化生成固体碳酸氢铵等反应，都采用这种鼓泡塔反应器。鼓泡塔反应器在实际应用中具有以下优点：

➢气体以小的气泡形式均匀分布，连续不断地通过气液反应层，保证了气、液接触面，使气、液充分混合，反应良好。

➢结构简单，容易清理，操作稳定，投资和维修费用低。

➢鼓泡塔反应器具有极高的储液量和相际接触面积，传质和传热效率较高，适用于缓慢化学反应和高度放热的情况。

➢在塔的内、外都可以安装换热装置。

➢和填料塔相比较，鼓泡塔能处理悬浮液体。

鼓泡塔在使用时也有一些很难克服的缺点，主要表现如下：

➢为了保证气体沿截面的均匀分布，鼓泡塔的直径不宜过大，一般在2~3m以内。

➢鼓泡塔反应器液相轴向返混很严重，在不太大的高径比情况下，可认为液相处于理想混合状态，因此较难在单一连续反应器中达到较高的液相转化率。➢鼓泡塔反应器在鼓泡时所耗压降较大。

简单鼓泡塔（上图）

1-塔体；2-夹套；3-气体分布器；4-塔体；5-挡板；6-塔外换热器；7-液体捕集器；8-扩大段

主要由塔体和气体分布器组成。塔体可安装夹套或其它型式换热器或设有扩大段、液滴捕集器等；塔内液体层中可放置填料；塔内可安置水平多孔隔板以提高气体分散程度和减少液体返混。

简单鼓泡塔内液相可近似视为理想混合流型，气相可近似视为理想置换流型。

最佳空塔气速应满足两个条件：（1）保证反应过程的最佳选择性；(2）保证反应器体积最小。

影响传质的因素：

当气体空塔气速低于0.05m/s时，气体分布器的结构就决定了气体的分散状况、气泡的大小，进而决定了气含率和液相传质系数的大小。

当气体空塔气速大于0.1m/s时，气体分布器的结构无关紧要。此时的气泡是靠气流与液体间的冲击和摩擦而形成，气泡大小及其分布状况主要取决于气体空塔气速。