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1、化工设备基础,一、说明本课程考核方法,大纲,1、化工生产定义,化工生产是以流程性物料(气体、液体、粉体)为原料，以化学处理和物理处理为手段，以获得设计规定的产品为目的的工业生产。,第一章 基础知识,第一节 基本要求,二、介绍本课程主要内容，围绕目录分析、分块作以介绍,化工设备（静设备、动设备） 厂图、泵图本课程,化工机械通常分为化工设备和化工机器两大类， 化工设备指静止设备，如各种塔器、换热器等； 化工机器指动设备，如各种压缩机、泵等。本书主要介绍化工设备。,图片,第一节 基本要求,图片,第一节 基本要求,图片,第一节 基本要求,图片,第一节 基本要求,2019/1/12,9,现代化企业的雄姿
2、,2019/1/12,10,现代化企业的雄姿,2019/1/12,11,现代化企业的雄姿,三、化工生产的特点,与其他工业生产相比，化工生产具有其自身的特点。 （1）生产的连续性强,PVC生产流程,（2）生产的条件苛刻：介质腐蚀性强、温度和压力变化大、介质大多易燃易爆有毒性 （3）.生产原理的多样性 化工生产过程按作用原理可分为质量传递、热量传递、能量传递和化学反应等若干类型。同一类型中功能原理也多种多样，如传热设备的传热过程，按传热机理又可分为热传导、对流和辐射。故化工设备的用途、操作条件、结构形式也千差万别。 （4）生产的技术含量高 现代化工生产既包含了先进的生产工艺，又需要先进的生产设备，
3、还离不开先进的控制与检测手段。因此，生产技术含量要求高。并呈现出学科综合，专业复合，化、机、电一体化的发展势态。,四、化工生产对化工设备的基本要求,(1)安全性能要求： 足够的强度； 良好的韧性； 足够的刚度和抗失稳能力； 良好的抗腐蚀性； 可靠的密封性。 (2)工艺性能要求： 达到工艺指标； 生产效率高； 消耗低。,(3)使用性能要求：结构合理； 制造简单； 运输与安装方便； 操作、控制、维护简便 (4)经济性能要求：在满足安全性、工艺性、使用性的前提下，应尽量减少化工设备的基建投资和日常维护、操作费用，并使设备在使用期内安全运行，以获得较好的经济效益。,第一章 基础知识,第二节化工容器结构
4、与分类,一、化工容器的基本结构,化工容器定义：化工设备作用各不相同，形状结构差异很大，尺寸大小千差万别，内部构件更是多种多样，但它们都有一个外壳，这个外壳就叫化工容器。所以化工容器是化工生产中所用设备外部壳体的总称。 由于化工生产中，介质通常具有较高的压力，故化工容器通常为压力容器。,压力容器的特点,锅炉、换热器、加热炉 = 圆筒外壳 + 传热管束 核反应堆 = 圆筒安全壳 + 核反应零部件 塔器 = 圆筒外壳 + 传质元件（浮阀、填料等） 反应釜 = 圆筒夹套 + 搅拌器 压缩机、真空泵 = 圆筒气缸 + 活塞 透平机、泵 = 蜗壳 + 叶轮 ,应用的广泛性,过 程 装 备 = 受 压外 壳
5、 + 功 能 内 件,第一章 基础知识,第二节化工容器结构与分类,高速均质不锈钢反应釜-远红外加热不锈钢反应釜-不锈钢电加热反应釜-外半圆管加热反应釜-搪玻璃反应釜,第一章 基础知识,第二节化工容器结构与分类,螺旋板式换热器,列管式换热器,板式换热器,换热器,列管式换热器,第一章 基础知识,第二节化工容器结构与分类,1、规整填料 2、支撑栅板 3、液体收集器 4、集液环 5、多级槽式液体分布器 6、填料压圈 7、支撑栅板 8、蒸汽入口管 9、塔底 10、至再沸器循环管 11、裙座 12、底座环,槽式液体分布器,支撑栅板,2、化工容器结构与分类：化工容器一般由筒体、封头、支座、法兰及各种开孔所组
6、成，见图11。 （1）筒体 筒体是化工设备用以储存物料或完成传质、传热或化学反应所需要的工作空间，是化工容器最主要的受压元件之一，其内直径和容积往往需由工艺计算确定。圆柱形筒体(即圆筒)和球形筒体是工程中最常用的筒体结构。 （2）封头 根据几何形状的不同，封头可以分为球形、椭圆形、碟形、球冠形、锥壳和平盖等几种，其中以椭圆形封头应用最多。封头与筒体的连接方式有可拆连接与不可拆连接(焊接)两种，可拆连接一般采用法兰连接方式。,封头又称端盖，其分类,碟形,锥形,椭圆,碟形,球冠形,（3）密封装置 化工容器上需要有许多密封装置，如封头和筒体间的可拆式连接，容器接管与外管道间的可拆连接以及人孔、手孔盖
7、的连接等，可以说化工容器能否正常安全地运行在很大程度上取决于密封装置的可靠性 （4）开孔与接管 化工容器中，由于工艺要求和检修及监测的需要，常在筒体或封头上开设各种大小的孔或安装接管，如人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开孔。,（5）支座 化工容器靠支座支承并固定在基础上。随安装位置不同，化工容器支座分立式容器支座和卧式容器支座两类，其中立式容器支座又有腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座四种。大型容器一般采用裙式支座。卧式容器支座有支承式、鞍式和圈式支座三种；以鞍式支座应用最多。而球形容器多采用柱式或裙式支座。 （6）安全附件 由于化工容器
8、的使用特点及其内部介质的化学工艺特性，往往需要在容器上设置一些安全装置和测量、控制仪表来监控工作介质的参数，以保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。 化工容器的安全装置主要有安全阀、爆破片、紧急切断阀、安全联锁装置、压力表、液面计、测温仪表等。 上述筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座及安全附件等即构成了一台化工设备的外壳。对于储存用的容器，这一外壳即为容器本身。对用于化学反应、传热、分离等工艺过程的容器而言，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。,鞍座,圈座,腿式支座,耳式支座, 支承式支座,第一章 基础知识,第二节 化工容器结构与分类,二、化工容器与设备分类,(一
9、) 按压力等级分（三类压力容器的分类依据）,按承压方式分类，化工容器可分为内压容器与外压容器。内压容器又可按设计压力大小 分为四个压力等级，具体划分如下： 低压(代号L)容器 0.1 MPap1.6 MPa； 中压(代号M)容器 1.6 MPap10 MPa； 高压(代号H)容器 10 MPap100 MPa； 超高压(代号U)容器 p100 MPa。 外压容器中，当容器的内压小于一个绝对大气压(约01 MPa)时又称为真空容器。,(二) 按原理作用分,根据化工容器在生产工艺过程中的作用，可分为反应容器、换热容器、分离容器、储存容器。 反应容器(代号R)主要是用于完成介质的物理、化学反应的容器
10、，如反应器、反应釜、聚合釜、合成塔、蒸压釜、煤气发生炉等。 换热容器(代号E)主要是用于完成介质热量交换的容器。如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器等。 分离容器(代号S)主要是用于完成介质流体压力平衡缓冲和气体净化分离的容器。 如分离器、过滤器、蒸发器、集油器、缓冲器、干燥塔等。 储存容器(代号C，其中球罐代号B)主要是用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的容器。如液氨储罐、液化石油气储罐等。 containers 在一台化工容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程的主要作用来划分品种。,(三)按相对壁厚分,(四)按支承形式分,按容器的壁厚可分为薄壁
11、容器和厚壁容器， 薄壁容器DO/Di1.2 厚壁容器DO/Di1.2,当容器采用立式支座支承时叫立式容器，用卧式支座支承时叫卧式容器,(五)按材料分,当容器由金属材料制成时叫金属容器；用非金属材料制成时，叫非金属容器。,(六)按几何形状分,按容器几何形状，可分为圆柱形、球形、椭圆形、锥形、矩形等容器。,(七)按安全技术管理分（划分依据P5）,压力容器的危害性还与其设计压力P和全容积V的乘积有关，pV值愈大，则容器破裂时爆炸能量愈大，危害性也愈大，对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求愈高。压力容器安全技术监察规程采用既考虑容器压力与容积乘积大小，又考虑介质危害程度以及容器品种的综合分类方法
12、，有利于安全技术监督和管理。该方法将压力容器分为三类。,作业：P22 2、3、4,第一章 基础知识,第三节 标准规范简介,一、常用材料标准,1钢板,2钢管,化工生产工艺条件多样,化工容器及设备所用材料多样,金属材料,非金属材料,复合材料,二、压力容器规范简介,1美国ASME规范 2GBl50钢制压力容器 3JB 4732钢制压力容器分析设计标准 4压力容器安全技术监察规程 5压力容器设计与制造的有关规则,阅读课文，找出下列问题答案： 1、世界上制定最早、最完备的压力容器规范是？采用了怎样的设计准则？ 2、我国第一部压力容器国家规范是？采用了怎样的设计准则？适用的范围是？ 3、我国现行的压力容器
13、国家标准与美国的压力容器规范有何异同？,第四节 化工设备常用材料,第一章 基础知识,一、材料常用性能,1材料的性能可分为两类：工艺性能和使用性能。,2工艺性能：铸造性能、焊接性能、切削加工性能,3使用性能：物理性能、化学性能和力学性能,（1）物理性能：密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性和磁性,（2）化学性能：高温搞氧化性性、耐腐蚀性,（3）力学性能：强度、硬度、塑性、韧性、疲劳,表1-1 几种材料在不同温度和浓度的酸、碱和盐类介质中的耐腐蚀性,（一）、力学性能 材料在外力（或外加能量）作用下抵抗外力所表现的行为，包括变形和抗力，即在外力作用下不产生超过允许的变形或不被破坏的能力。,硬 度,强
14、 度,塑 性,韧 性,46,1、强度 强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。,按所抵抗外作用形式可分为 抵抗外力的静强度 抵抗冲击外力的冲击强度 抵抗交变外力的疲劳强度,常温下抵抗外力的常温强度 按环境温度可分为 高温下抵抗外力的高温强度 低温下抵抗外力的低温强度,金属材料承受载荷作用，当载荷不再增加或缓慢增加时，仍继续发生明显的塑性变形，这种现象就称为屈服。,常温拉应力下20号钢的拉抻试验,l0=10d0,l0= 5d0,或,从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值，叫做抗拉强度。,开始出现塑性变形时的应力，称为“屈服点”,ss,sb,金属在拉伸条件下，从开始加载到发生断裂
15、所能承受的最大应力值，叫作抗拉强度。,材料在高温下，在一定的应力下，抵抗发生缓慢塑性变形的能力。,材料在高温下，抵抗发生断裂的能力。,材料在交变载荷作用下，会在远低于材料本身的屈服点时就已经断裂了，这种现象就是疲劳。我们把经过106108次循环试验而不发生断裂的最大应力，作为疲劳强度。,2019/1/12,54,2、塑性,延伸率,断面收缩率,化工设备材料一般要求5=10%-20% “5”表示：比例试样原始标距与直径的比为5 ，现标为A5,塑性反映材料在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力,主要有两个塑性指标：,3、韧性： 表示材料弹塑性变形为断裂全过程吸收能量的能力，也就是材料抵抗裂纹扩展的能
16、力。,承受静载荷抗裂纹扩展的能力 缺口敏感性 承受动载荷时抗裂纹的能力 冲击韧性,冲击功 ，而冲击韧度 （F为面积）,图1-1冲击试样的安放 1-摆锤 2-试样 3-机座,图1-2 冲击试验原理 1-摆锤 2-试样,（1）冲击韧度,韧性高的材料，塑性好；塑性较高的材料，韧性也好。,问题,判断正误并说出理由,注意！韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。韧性高的材料，一般都有较高的塑性指标；但塑性较高的材料，却不一定都有高的韧性。其所以如此，就是因为静载菏下能够缓慢塑性变形的材料在动载荷下不一定能迅速塑性变形。,（2）缺口敏感性,指在带有一定应力集中的缺口条件下，并且在静载荷作用条件下，抵抗裂纹扩展的能力。,图1-3 冲击试验的标准试样,4、硬度： 金属材料抵抗其它更硬的物体压入其内的能力。 表示金属材料在一个小的体积范围内抵抗 弹性变形、塑
