化工静设备基础知识

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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。
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:
(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
填料塔反应器
回流的作用?
板式塔反应器
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。
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。
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。
排 气
原 料
前处理
化学反应
循 环
后处理
产 品
排 污
化工生产的典型流程
Ⅱ、反应器分类
a) 按聚集状态分类
气相反应器:石油烃裂解的管式炉就是气相反 应器 均相 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
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)
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:
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
非均相 液—液
液—固
气—液—固
b) 按反应器结构形式分类
槽形(釜式)
管式
反应器
塔式
固定床
流化床 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。
(1)换热式固定床反应器
Baidu Nhomakorabea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。
列管式固定床反应器
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:
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。
(2)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。
绝热式固定床反应器
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
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。
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。
喷淋塔反应器
鼓 泡 塔 反 应 器
塔式反应器特征:
⑪ 反应器高度为直径的数倍以至十几倍; ⑫ 内部常设置能增加两相接触的构件,如填料,筛板等;
⑬ 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。
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
移动床反应器(鲁奇炉)
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
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
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。
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。
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”。
静设备
1、常压容器 2、压力容器
化工 设备
动设备
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
三、压力容器及分类
Ⅰ、压力容器的定义
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。
④按安全技术管理分类 TSG R0004-2009《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。
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。
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。
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
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