第章化工设备结构认识.ppt
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1、第1章 化工设备结构认识,第1章 化工设备结构认识,1.1 常用化工设备种类1.2 典型化工设备结构1.3 化工设备零部件标准化,1.1常用化工设备种类(1)反应类设备 主要用于使物料在其中进行化学反应,生成新的物质或使物料进行搅拌、沉降等单元操作。(2)换热类设备 主要用来使两种不同温度的物料进行热交换,达到加热或冷却的目的。如热交换器、冷凝器、蒸发器、冷却器等。(3)储存类设备 主要用于储存生产用的原料气体、液体、液化气体等,如各种形式的储罐。(4)塔类设备 主要用于吸收、精馏、萃取等单元操作。均为直立式,横截面为圆柱形。如吸收塔、干燥塔和过滤塔等。,1.2 典型化工设备结构1.2.1 容
2、器 主要由钢制圆筒体和两端的封头组成,并设有各种化工工艺接管,以及为检修方便开设的人孔、手孔,和为保护容器安全而设置的安全装置等。,卧式容器示意图,1.容器形状,立式容器,卧式容器,方形容器,球形容器,2.容器的受压情况,1)受内压 压力小于0.1MPa为常压容器,0.11.6MPa为低压容器,1.610MPa为中压容器,10100MPa为高压容器,100MPa为超高压。2)受外压 如真空容器(真空精馏塔)或容器外有夹套。1MPa=10 kg/cm=1N/mm,3.容器分类,(1)具有下列情况之一的,为第三类压力容器:高压容器;中压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质);中压储存容器(仅限易
3、燃或毒性程度为中度危害介质,且pV乘积大于等于10MPam3)。中压反应容器(仅限易燃或毒性程度为中度危害介质,且pV乘积大于等于0.5MPam3)。低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质,且乘积大于等于0.2MPam3)。高压、中压管壳式余热锅炉。,中压搪玻璃压力容器。使用强度级别较高(指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于540MPa)的材料制造的压力容器。移动式压力容器,包括铁路罐车(介质为液化气体、低温液体)、罐式汽车和罐式集装箱(介质为液化气体、低温液体)等;球形储罐(容积大于等于50m3);低温液体储存容器(容积大于5m3)。低温液体储存容器(容积大于5m3),(2)具有下列情
4、况之一的,为第二类压力容器:中压容器;低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质);低压反应容器和低压储存容器(仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质);低压管壳式余热锅炉;低压搪玻璃压力容器。(3)除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。,1.2.2 搅拌反应釜 搅拌反应釜主要零件有:搅拌器、内筒、夹套、搅拌轴、悬挂支座、人孔、轴封装置和传动装置等。,(1)釜体 为进行化学反应提供一定的空间的容器。由圆筒形筒体及上、下封头组成。,(2)传热装置 常用的传热装置是在釜体外部设置夹套,有时也在釜体内部设置蛇管。,(3)搅拌装置 各种物料混合均匀,接触良好。搅拌装置由电动机经减速器减到搅拌器所需转
5、速后,再通过联轴器来带动。,搅拌器的型式主要有:,桨式、推进式、框式、涡轮式、螺杆式和螺带式等。1)桨式搅拌器 桨式搅拌器适用于流动性大,黏度小的液体物料,桨式搅拌器也适用于纤维状和结晶状的溶解液,如果液体物料层很深时可在桨式搅拌器轴上装置数排桨叶。,折叶桨式搅拌器 三宽叶桨式搅拌器,2)框式和锚式搅拌器 框式搅拌器结构比较坚固,搅动物料量大。,框式和锚式搅拌器,特殊框式搅拌器,3)推进式搅拌器 通常为两个搅拌叶,第一个桨叶安装在反应釜的上部,把液体或气体往下压;第二个桨叶安装在下部,把液体往上推。使物料循环流动,所起作用以容积循环为主,剪切作用较小,上下翻腾效果良好。当需要有更大的流速时,反
6、应釜内设有导流筒。,四叶推进式搅拌器 三叶推进式搅拌器,4)涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器型式很多。桨叶又分为平直叶和弯曲叶两种。涡轮搅拌器的主要优点是当能量消耗不大时,搅拌效率较高。因此它适用于乳浊液、悬浮液等。,六叶开启涡轮式搅拌器 六斜叶开启涡轮式搅拌器 齿形圆盘涡轮式搅拌器,5)特殊型式搅拌器 一种螺带式搅拌器,常用扁钢按螺旋绕成,直径较大,常做成几条紧贴釜内壁,与釜壁的间隙很小,所以搅拌时能不断地将粘于釜壁的沉积物刮下来。对黏稠物料,采用行星传动的搅拌器。行星传动器的优点是搅拌强度很高,被旋转部分带动搅拌的物料体积很大,缺点是结构复杂。螺杆式搅拌器 螺带螺杆式搅拌器,(4)轴封装置 搅拌
7、轴是转动的,釜体封头是静止的,在搅拌轴伸出封头之处必然有间隙,必须进行密封(轴封),以保持设备内的压力(或真空度),防止反应物料逸出和杂质的渗入。通常采用填料密封或机械密封。,填料密封结构简单、易于制造,并适用于低压、低温的场合。,图1-12 填料密封结构,机械密封,工作特性 机械密封又称端面密封(Mechanical End Face Seal),是旋转轴用动密封。机械密封性能可靠,泄漏量小,使用寿命长,功耗底,毋需经常维修,且能适应生产过程自动化和高温、低温、高压、真空、高速以及各种强腐蚀性介质、含固体颗粒介质等苛刻工况的密封要求。,目前水平,单级压力:10 3pa35MP a使用温度:最
8、高达1000C;最低可达低温深冷机器转速:高达50000r/minpV值:达1000Mpa m/s,工作原理,机械密封是靠一对或几对垂直于轴作相 对滑动的端面在流体压力和补偿机构的 弹力(或磁力)作用下保持接合并配以 辅助密封而 达到的阻漏 的轴封装置。,该密封端面有时也称为摩擦副,是机械密封的核心。摩擦副在磨损后在弹簧和介质压力的推动下实现补偿,始终保持两密封端面的紧密接。,摩擦副,补偿环密封圈2阻止了介质可能沿补偿环和轴之间间隙的泄漏(泄漏点2);而非补偿环辅助密封圈7阻止了介质可能沿非补偿环与压盖之间间隙的泄漏(泄漏点3)。,紧定螺钉 弹簧座 弹簧 密封圈 补偿环 非补偿环 密封圈 防转
9、销,工作时,辅助密封圈无明显相对运动,基本上属于静密封。压盖与机体联接处的泄漏点4不属于机械密封,常用O型圈和垫片来密封。,紧定螺钉 弹簧座 弹簧 密封圈 补偿环 非补偿环 密封圈 防转销,机械密封结构图,紧定螺钉 弹簧座 弹簧 密封圈 动环 静环 密封圈 防转销,机械密封的基本结构,非补偿环(静环),O形密封圈,弹簧,补偿环(动环),弹簧座,紧定螺钉孔,机械密封安装在旋转轴上,密封腔内有补偿环1、补偿环辅助密封圈2、弹簧3、弹簧座4、紧定螺钉5,它们随轴一起旋转。机械密封的其它零件,包括非补偿环6、非补偿环密封圈7和防转销8安装在压盖内,压盖与机体用螺栓联接。,紧定螺钉 弹簧座 弹簧 密封圈
10、 补偿环 非补偿环 密封圈 防转销,机械密封主要是将较易泄漏的轴向密封改变为不易泄漏的端面密封。,机械密封与填料密封比较,优点:(1)密封可靠,在长期运转中密封状态很稳定,泄漏量很小,其泄漏约为软填料密封的1;(2)使用寿命长,在油、水介质中一般可达12年或更长,在化工介质中一般工作半年以上;(3)摩擦功率消耗小,其摩擦功率仅为软填料密封的1050;(4)轴或轴套基本上不磨损;(5)维修周期长,端面磨损后可自动补偿,一般情况下不需经常性维修;,(6)抗振性好,对旋转机械轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感;(7)适用范围广,机械密封能用于高温、低温、高压、真空、不同旋转频率,以及各种腐蚀介
11、质和含磨粒介质的密封。缺点:(1)结构较复杂,对加工制造要求高;(2)安装与更换比较麻烦,要求工人有一定的技术水平;(3)发生偶然性事故时,处理较困难;(4)价高,(5)传动装置 通常采用立式布置在罐体的顶部,包括电动机、减速装置、联轴器及机座等。,1.2.3 换热设备 管壳式换热器 是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的换热器,是目前应用最广的类型。,管壳式换热器工作原理图,换热器主要零部件,f垫圈 g分层搁板 h管箱筒节 i管板 j折流板 k支持板,a筒体 b管束 d封头 e筒节,管壳式换热器装配图,分类,管壳式换热器按结构特点分为固定管板式换热器、浮头式换热器、型管式换热器、双重管式换热
12、器、填函式换热器和双管板换热器等。前 3种应用比较普遍。,固定管板式换热器,浮头式换热器,U型管式换热器,1.2.4 塔设备,塔设备有许多种类型,塔设备是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。它可使气液或液液两相之间进行紧密接触,达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成常见的单元操作有:精馏、吸收、解吸和萃取等。此外,工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥,以及兼有气液两相传质和传热。,精馏原理(Principle of Rectify),蒸气由塔底进入,与下降液进行逆流接触,两相接触中,下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸气中转移,蒸气中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中
13、转移。蒸气愈接近塔顶,其易挥发组分浓度愈高,而下降液愈接近塔底,其难挥发组分则愈富集,达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸气进入冷凝器,冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中,其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体,其中的一部分送入再沸器,热蒸发后,蒸气返回塔中,另一部分液体作为釜残液取出。,1.2.4 塔设备,一般可将塔分成填料塔和板式塔两大类。,1.填料塔 以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。,底部装有填料支承板,填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板,以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上,并沿填料表面流下。气体从塔底送入,经气
14、体分布装置(小直径塔一般不设气体分布装置)分布后,与液体呈逆流连续通过填料层的空隙,在填料表面上,气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备,两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。,(1)填料 填料塔气液接触的元件,填料分成乱堆填料(颗粒填料)和规整填料两大类。,1)拉西环 拉西环是工业上最早使用的一种填料,为外径与高度相等的圆环,通常由陶瓷或金属材料制成。,拉西环,环拉西环,拉西环结构简单,制造容易,但堆积时相邻环间易形成线接触,填料层的均匀性差,因而存在严重的向壁偏流和沟流现象,致使传质效率低。而且流动阻力大,操作范围小。其改善方面有形、十字
15、格形的拉西环。,2)鲍尔环 鲍尔环是在拉西环的壁上开一层或两层长方形窗口,窗孔的母材两层交错地弯向环中心对接。这种结构使填料层内气、液分布性能大为改善,尤其是环的内表面得到充分利用。,与同样尺寸的拉西环相比,鲍尔环的气液通量可提高50%,而压降仅为其一半,分离效果也得到提高。其改进为阶梯形鲍尔环,圆筒部分的一端制成喇叭口形状。这样填料间呈现点接触,床层均匀且空隙率大,与鲍尔环相比气体阻力减少25%,生产能力提高10%。,3)阶梯环 鲍尔环基础上改造得出的。环壁上开有窗孔,其高度为直径的一半。由于高径比的减少,使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短,减少了阻力。,喇叭口一边,不仅增加机械强度,而且
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