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第1页第一章化工基础知识1、传热基础知识传热是自然界和工程领域中较为普遍的一种传递过程，通常来说有温度差的存在就有热的传递，也就是说温差的存在是实现传热的前提条件或者说是推动力，当没有外功加入时，热量就总是会自动地从高温物体传递到低温物体，可见，传热过程是普遍存在的。在化工中很多过程都直接或间接的与传热有关。但是进行传热的目的不外乎是以下三种：1、加热或冷却；2、换热；3、保温。1.1、传热的基本方式根据传热的机理不同，热传递有三种基本方式：热传导，热对流和热辐射。化工生产中碰到的各种传热现象都属于这三种基本方式。热传导（导热）一个物体的两部分连续存在温差，热就要从高温部分向低温部分传递，直到个部分的温度相等为止，这种传热方式就称为热传导。物质的三态均可以充当热传导介质，但导热的机理因物质种类不同而异，具体为：固体金属：自由电子运动在晶格之间；液体和非金属固体：个别分子的动量传递；气体：分子的不规则运动。对流传热热对流是指物体中质点发生相对的位移而引起的热量交换，热对流是流体所特有的一种传热的方式，即存在气体或液体中，在固体中不存在这种传热方式。其中只有流体的质点能发生的相对位移。据引起对流的原因不同可分为：自然对流和强制对流。热辐射热辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。一切物体都能以这种方式传递能量，而不借助任何传递介质。通常在高温下热辐射才是主要方式。1.2、传热的基本方程当两种流体间需要进行换热而又不允许直接混合时，需在间壁式换热器中进行换热。如在间壁式换热器中，热流体通过管壁将热量传给冷流体．热传递的快慢用传热速率Ｑ来表示。传热速率Ｑ是指单位时间内通过传热面传递的能量．单位是Ｊ／Ｓ．Ｗ。换热器的传热速率Q与传热面积A和冷热两种流体的平均温差⊿tm成正比；第2页图2-1套管式换热器1—内管2—外管图2-2单程列管式换热器1—外壳2—管束3、4—接管5—封头6—管板7—挡板图2-3双程列管式换热器1—壳体2—管束3—挡板4—隔板1.3、强化传热的途径传热过程的强化占有十分重要的地位，设计和开发高效换热设备,可以达到节能降耗的经济目的。相反，许多场合需要力求削弱传热，隔热保温技术在高温和低温工程中对提高经济第3页效益关系重大，已经发展成为传热学的一个重要分支。（1）、增加传热温差（2）、提高传热系数（3）、提高流体速度（4）、改变流动状态（5）、引入机械振动（6）、增大传热面积1.4、蒸汽传热在化工生产中具体应用（1）、蒸汽泠凝的对流传热蒸汽是工业上最常用的热源，在锅炉内利用煤燃烧时产生的热量将水加热汽化，使之产生蒸汽。蒸汽具有一定的压力，饱和蒸汽的压力和温度具有一定的关系。蒸汽在饱和温度下冷凝成同温度的冷凝水时，放出冷凝潜热，供冷流体加热。（2）、蒸汽冷凝的方式①膜状冷凝：②滴状冷凝：2、常见管件2.1、弯头：在管路系统中，弯头是改变管路方向的管件。按角度分，有45°及90°180°三种最常用的，另外根据工程需要还包括60°等其他非正常角度弯头。图1各种弯头三通：三通是用于管道分支处的一种管件。三通有等径和异径之分，等径三通的接管端部均为相同的尺寸；异径的三通的主管接管尺寸相同，而支管的接管尺寸小于主管的接管尺第4页寸。四通：四通有等径和异径之分，等径四通的接管端部均为相同的尺寸；异径的四通的主管接管尺寸相同，而支管的接管尺寸小于主管的接管尺寸。四通是用于管道分支处的一种管件。异径管：又称大小头。化工管件之一，用于两种不同管径的连接。又分为同心大小头和偏心大小头。图2三通、四通、异径管2.2、法兰法兰是用来连接管线、阀门、设备等的连接部件，法兰连接有法兰对、垫片和螺栓组成，借助螺栓紧固力把两部分连在一起，同时压紧垫片使连接处达到密封，密封效果的好坏取决于法兰密封面的形式、垫片的种类及预紧力的情况。法兰按结构形式不同可分为平焊法兰、对焊法兰和活套法兰。如图：图3法兰结构图2.3、垫片按材料不同可分为非金属垫片、金属非金属组合垫片和金属垫片；根据材料的弹性，硬度及耐热情况不同分别用在不同压力和温度的场合。非金属垫片有橡胶垫、石棉垫、聚四氟乙烯垫和膨胀石墨垫，组合垫片有全包垫片、半包垫片、高强石墨垫片和缠绕垫。金属垫片有铝垫、钢垫、铬钼钢垫和不锈钢垫等。第5页2.4、阻火器阻火器的作用是防止外部火焰窜入有燃烧爆炸危险的设备、管道、容器中，它安装在加热炉、高温氧化炉和高温反应器，输送可燃气体的管线之间。阻火器的类型有：金属网阻火器、波纹金属片阻火器、砾石阻火器等。阻火器的灭火原理是：当火焰通过狭小孔隙时，由于热损失突然增大使燃烧不能继续下去而熄火。阻火器的内径一般取安装阻火器管道直径的4倍。2.5、过滤器过滤器的种类很多，过滤介质不同采用的过滤器形式也不同，我们最常见的是过滤液体和气体介质的管道式过滤器。它的特点是体积小、清洗方便，可直接安装在管道上，如图：滤芯的材料一般有：化纤滤布、金属丝网等。图5过滤器结构图2.6、阀门阀门定义：凡是用来控制流体在管路内流动的装置通称为阀门或阀件。主要作用：切断或沟通管内流体的流动，这是启闭作用；改变管路阻力，调节管内流体的流速，这是调节作用；使流体通过阀门后产生很大的压力降，这是节流作用；另有一些阀件，它能根据一定的因素自动启闭，以控制流体的流向维持一定的压力或其它作用。各阀构造可画简易图讲解第6页图6各种阀门简图2.7、截止阀截止阀：是利用阀盘来控制启闭的阀门。截止阀特点：第7页结构复杂，价格较贵；操作可靠，不甚费力；易于调节流量或截断通道；流体流动的阻力系数较大；启动缓慢，无水锤现象。应用范围：很广，主要用于蒸汽管路中，故又称汽门，也可用于给水压缩空气、真空及物料管路中，它可精确地调节流量和严密地截断通道。但它不能用于粘度较大。易结焦。含悬浮物与结晶的料液管路中，因为积聚在阀盘与阀座之间的固体颗粒，不仅阻止了阀盘与阀座的闭合，而且会使两者的接触面磨损，而造成泄漏现象。2.8、闸阀闸阀：又称闸板阀或闸门阀，是利用闸板来控制启闭的阀门。图8闸阀特点：结构复杂，尺寸较大，价格较高；水力阻力最小；开启缓慢，无水锤现象；易于调节流量；闭合面磨损较快，研磨较难。用途：化工厂应用较广，主要用于大直径的给水管路上，故又称水门，也可用于压缩空气、真空管路和120℃以下的低压气体管路；但不能用于介质中含沉淀物的管路，很少用于蒸汽管路。2.9、旋塞阀旋塞阀是利用带孔的锥形栓塞来控制启闭的阀门。第8页主要启闭零件是带孔的锥形栓塞和阀体，它们以圆锥形的压合面相配，栓塞顶上有方头，当板手套在方头上旋转栓塞时，即可开通或截断管路，起着启闭的作用。图9旋塞阀连接方法：螺纹连接，法兰连接。结构形式：根据介质流动方向的不同，旋塞可分为直通旋塞阀和三通旋塞阀。在直通旋塞阀内，流体的流向不变；在三通旋塞阀内，流体的流向决定于栓塞的位置，可以使三路全通、三路全不通或任意两路通，因此，在某些管路中，一个三通旋塞阀最多可以起到三个直通旋塞阀的作用。特点：结构简单；启闭迅速；阻力甚小；转动费力（对于大直径的旋塞而言）；研磨费工。输送较大压力下流动的液体管路（因急启或急闭旋塞时能产生水锤现象）。2.10、球阀结构与旋塞阀相似，带孔的球体是球阀中主要关闭件。主要优点：操作方便，开关迅速，旋转90°即可开关；流动阻力小；结构比闸阀、截止阀简单，零件少，重量轻，密封面比旋塞阀易加工，且不易擦伤，密封性能高。主要适用于低温、高压及粘度较大的介质和要求开关迅速的部位。缺点：不能用于调节精细流量。第9页图10球阀2.11、蝶阀靠旋转手柄通过齿轮带动阀杆，转动杠杆和松紧弹簧使阀门板达到启闭的目的。当关闭阀门板时，手柄应按顺时针方向旋转。当阀门板关闭后，旋转锁紧装置的手柄锁紧阀门板，保证密封面不漏气。优点：结构简单；维修方便，当阀门渗漏时，只需要更换橡胶密封圈，不须进行机加工。缺点：不能用来精确地调节流量；橡胶密封圈容易老化失去弹性。图11蝶阀2.12、止回阀止回阀：又称止逆阀或单向阀。止回阀是一种根据阀前阀后介质的压力差而自动启闭的阀门，它的作用是使介质只作一定方向的流动，而阻止其逆向流动。第10页图14止回阀止回阀可用于泵和压缩机的管路上，疏水器的排水管上，以及其它不允许介质作方向流动的管路上。2.13、安全阀是一种根据介质工作压力而自动启闭的阀门，当工作压力超过规定值时，它能自动开启，将过量介质排出；当压力恢复正常，阀盘又能自动关闭。根据平衡内压方式不同分两种杠杆重锤式：利用重锤的重量通过杠杆的放大作用所产生的压力来平衡内压的，根据工作压力的大小确定重锤的重量和杠杆的长度，调整后用铁盒罩住。图15安全阀弹簧式：根据工作压力的大小来调整弹簧的压力，调好后，即可用锁紧螺母固定，套上安全护罩。第11页图16弹簧式安全阀按开启高度不同，分微、全启式两种弹簧微启式：主要用于液体介质的场合。弹簧全启式：突然全启，用于气体和蒸汽介质的场合。2.14、减压阀作用是降低设备和管道内介质的压力，使之成为所须的压力，并能依靠介质本身的能量，使出口压力保持稳定。图17减压阀○1、薄膜式减压阀是卸荷式，出口压力高，阀门关闭；出口压力低，阀门开启。○2、活塞式减压阀当活塞受到介质压力以后，通过阀杆推动阀芯下移，使主阀开启。2.15、疏水阀功用是能自动地间歇地排除蒸汽管道.加热器.散热器等蒸汽设备系统中的冷凝水，而又能第12页防止蒸汽泄出，故又称凝液排除器.阻气排水阀或疏水器。图18疏水阀○1、钟形浮子式疏水阀：又称吊桶式疏水阀它是利用冷凝水与蒸汽的重量差，使浮子升降并带动阀芯开启或关闭，达到排水阻汽的目的。○2、热动力式疏水阀：它是利用蒸汽和水的热力性质的不同，使阀片直接开启或关闭，达到排水阻汽的目的。○3、脉冲式疏水阀：它也是一种热力型的疏水阀。通过控制盘的冷凝水量逐渐增加，直到控制盘上下的压力相等时，阀芯停止上升。第二章泵1离心泵1.1离心泵的用途和分类泵在化学工业中被广泛应用，品种规格繁多。对它的分类方法也各不相同，按其工作原理可以分为三大类：叶片式泵，容积式泵，其他类型泵。第13页图15-1离心泵实物照片1.2离心泵的工作原理离心泵依靠旋转叶轮对液体的作用把原动机的机械能传递给液体。由于离心泵的作用液体从叶轮进口流向出口的过程中，其速度能和压力能都得到增加，被叶轮排出的液体经过压出室，大部分速度能转换成压力能，然后沿排出管路输送出去，这时，叶轮进口处因液体的排出而形成真空或低压，吸水池中的液体在液面压力（大气压）的作用下，被压入叶轮的进口，于是，旋转着的叶轮就连续不断地吸入和排出液体。离心泵的特点有：转速高，体积小，重量轻，效率高，流量大，结构简单，性能平稳，容易操作和维修；其不足是：起动前泵内要灌满液体。液体精度对泵性能影响大，只能用于精度近似于水的液体，流量适用范围：5-20000立方米/时，扬程范围在3-2800米。1.3离心泵的结构离心泵的基本构造（以离心式水泵为例见图10-2）第14页图15-2离心泵结构图离心泵的基本构造是由六部分组成的，分别是叶轮，泵体，泵轴，轴承，密封环，填料函（或机械密封）。1.4离心泵的过流部件离心泵的过流部件有：吸入室，叶轮，压出室三个部分。叶轮室是泵的核心，也是流部件的核心。其中封闭式叶轮应用很广泛，前述的单吸叶轮和双吸叶轮均属于这种形式。1.5离心泵的操作离心泵投入运转前，应符合下列要求：（1）、驱动机的转向应与泵的转向相同；（2）、检查工艺条件准备完成，泵前后流程通畅；（3）、各固定连接部位应无松动，各润滑部位加注润滑剂的规格和数量应符合设备技术文件的规定；（4）、有预润滑要求的部位应按规定进行预润滑；（5）、各指示仪表，安全保护装置均应灵敏，准确，可靠；（6）、盘车应灵活，无异常现象；1.6离心泵的启动○1、离心泵启动前的准备（1）、清除泵附近杂物，如破布、铁丝、油等；（2）检查泵出、入口管线上的阀门，法兰地脚螺栓、联轴器、温度计和压力表等；（3、盘车检查转子是否灵活，泵内有无磨擦或碰撞声；第15页（4）、开压力表引压阀，关其它所有阀；（5）、开入口阀引介质，开排气阀排出泵内空气，当液体流出后关排气阀。