《化工容器及设备》第1单元_概述.

教材邢晓林主编《化工设备》化学工业出版社2005年5月教育部高职高专规划教材教材内容第一章化工设备概述第一节化工设备及其应用第二节化工设备的特点第三节化工设备的基本要求第四节压力容器及其分类第五节压力容器常用材料第六节压力容器常用规范简介第七节本课程的性质及任务第八节学习本课程的方法和教学建议习题教材内容（续）第二章化工设备强度计算基础第一节典型回转薄壳应力分析第二节边缘应力第三节厚壁圆筒应力分析习题教材内容（续）第三章内压薄壁容器第一节内压薄壁壳体强度计算第二节设计参数的确定第三节内压封头结构和计算第四节压力试验习题教材内容（续）第四章外压容器第一节外压容器的稳定性第二节外压圆筒与外压球壳的图算法第三节外压圆筒的加强圈计算第四节外压封头计算第五节轴向受压圆筒习题教材内容（续）第五章厚壁容器第一节厚壁容器的结构和选材第二节厚壁容器的筒体结构形式第三节厚壁圆筒的强度计算第四节厚壁圆筒的自增强第五节厚壁容器的主要零部件习题教材内容（续）第六章化工设备主要零部件第一节法兰连接第二节开孔与补强第三节支座第四节安全附件习题教材内容（续）第七章换热设备第一节换热设备的应用第二节换热设备分类第三节管壳式换热器分类第四节管壳式换热器主要结构第五节管壳式换热器标准及其选用习题教材内容（续）第八章塔设备第一节塔设备应用第二节板式塔第三节填料塔习题教材内容（续）第九章反应设备第一节概述第二节搅拌反应器的罐体第三节搅拌装置第四节搅拌反应器的传动装置第五节搅拌反应器的轴封习题参考文献参考书卓震.《化工容器及设备》.—北京：中国石化出版社，1998年11月郑津洋.《过程设备设计》.—北京：化学工业出版社，2005年7月学习基本要求及考核方式（1）教与学有机结合，多想多问。（2）课后及时复习，答疑。（3）学习过程中的问题及时和教师沟通、反馈，提出好的建议。（4）按时交作业，及时纠正错误。（5）成绩评定：平时成绩（包括作业、课堂提问和考勤）30%+期末考试70%第1单元化工设备概述第一章化工设备概述第一节化工设备及其应用第二节化工设备的特点第三节化工设备的基本要求第四节压力容器及其分类第五节压力容器常用材料第六节压力容器常用规范简介第七节本课程的性质及任务第八节学习本课程的方法和教学建议第一节化工设备及其应用基本概念过程----从原材料到产品要经历一系列物理的或化学的加工处理步骤，这些加工处理步骤称为过程。如化工、轻工、炼油、制药、橡胶、食品等。过程工业是加工制造流程性材料产品的现代国民经济的支柱产业之一。第一节化工设备及其应用（续）典型实例1名称：天然气部分氧化法制氢原料：天然气（甲烷）+富氧空气（氧气）产品：转化气（400℃~420℃）设备：饱和塔、热交换器、混合器、转化器、湿润塔、管路、阀门等。条件：温度：800℃~850℃压力：0.16MPa~0.17MPa催化剂：辅料：冷凝水、蒸汽、热水转化反应：CO3HOHCH224CO2HCOCH224饱和塔热交换器湿润塔转化器混合器天然气热水天然气蒸汽转化气转化气转化气冷凝水氧气或富氧空气天然气热水天然气部分氧化法制氢生产流程第一节化工设备及其应用（续）典型实例2名称：加氢精制重柴油原料：重柴油+氢气产品：燃料气、汽油、煤油（400℃~420℃）设备：加热炉、热交换器、反应器、高压分离器、低压分离器、分馏塔、减压阀、泵、压缩机、管路、阀门等。条件：温度：400℃压力：10~15MPa催化剂：加氢裂化反应：在较高压力下，烃类分子与氢气在催化剂表面进行裂解和加氢反应生成较小分子的转化过程，同时也发生加氢脱硫、脱氮和不饱和烃的加氢反应。反应器分馏塔高压分离器低压分离器加热炉新氢原料油燃料气汽油煤油冷却水加氢精制重柴油工艺流程循环油循环氢流化床催化裂化装置高低并列的提升管FCC装置南充炼厂FCC装置正在建设中的FCC装置催化剂冷却器的冷流模型80万吨/年加氢裂化装置第一节化工设备及其应用（续）化学工程项目的建设过程：就是将化学工业范畴内的某一个设想，实现为一个序列化的，能够达到预期目的的,可安全稳定生产的工业生产装置。化学工程项目建设过程分四个阶段：可行性研究阶段；工程设计阶段；项目的施工阶段；项目的开车，考核及验收阶段；第一节化工设备及其应用（续）成套过程装置：是由一系列的过程机器和过程设备，按一定的流程方式用管道、阀门等连接起来的一个独立的密闭连续系统，再配以必要的控制仪表和设备，即能平稳连续地把以流体为主的各种流程性材料，让其在装置内部经历必要的物理化学过程，制造出人们需要的新的流程性材料产品。第一节化工设备及其应用（续）过程装备：单元过程设备（如塔、换热器、反应器、储罐等）与单元过程机器（流体机械；如压缩机、泵、分离机等）二者的统称为过程装备。流体机械：以流体（气体、液体、粉体）为工质进行能量转换、处理与输送的机械。过程设备：用于传质、传热和化学反应等过程的装置。为过程的实现服务，必须满足过程的要求，没有相应的设备，过程也无法实现。第一节化工设备及其应用（续）设备是静止的，没有相对运动的机构（有些静止设备上带有运动的传动装置，如夹套反应釜），如储存设备、换热设备、塔设备、反应设备等。容器：设备外部壳体的总称压力容器：承受一定压力的容器机器：有相对运动的机构，如泵、压缩机、离心机等。第一节化工设备及其应用（续）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。第一节化工设备及其应用（续）压力管道：是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道。第一节化工设备及其应用（续）特种设备（包括其附属的安全附件、安全保护装置和与安全保护装置相关的设施）：是指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器（含气瓶，下同）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施。引用《特种设备安全监察条例》2003年6月1日起施行第七章附则，第八十八条本条例用语的含义。第一节化工设备及其应用（续）生产过程装备：过程设备过程机器管道、阀门、工具、测量仪器控制仪表、电脑、调节机构生产过程：人利用工具改变劳动对象以适应人们需要的过程。指劳动对象进入生产领域到制成产品的全部过程。化工生产过程：以物理化学方法得到的制成品，如药品、汽油、酿酒等。3MCL707离心压缩机第一节化工设备及其应用（续）影响参数设计的主要因素设计准则——先确定最可能的失效方式，选择合适的失效判据，将应力或其它有关参量限制在许用范围内——最新的应力限制准则材料规范标准更新换代。三个途径——改变工作原理、改进制造工艺、结构和材料以提高综合技术性能、加强辅助功能是其更适应使用者要求第一节化工设备及其应用（续）典型实例：加氢反应器——现代石油炼制工艺中最重要的转化过程之一；液态氢储存容器；超高压食品杀菌釜；超临界流体萃取装置——新型分离技术；核反应堆；航空航天；其它产品——如军工产品等。神六舱门神洲六号神洲六号返回舱由美国AP1000核反应堆组成的核电站俄罗斯维克托-3级核潜艇，建造于1988年，载员85人大型加氢反应器固态氢气储存容器液态氢气固定储存超临界流体萃取装置第二节化工设备的特点1.非标设备，功能原理多样化。化工设备及技术与“化工过程”的原理和工艺密不可分；化工生产过程的介质特性、工艺条件、操作方法以及生产能力决定了化工设备的功能、使用条件、使用寿命、安全质量以及环境保护要求等；化工产品和生产过程的多种多样性。第二节化工设备的特点（续）2.外部壳体一般为压力容器。常在苛刻环境下工作（高温、高压、低温、低压、高真空、强腐蚀等）可能承受动载荷（风载、地震载荷、冲击载荷等）寿命较长，易发生意外事故，发生时易造成人员伤亡、企业停产、财产损失和环境污染第二节化工设备的特点（续）3.化-机-电技术紧密结合（化机电一体化）过程工艺、设备、控制三个方面紧密结合。第二节化工设备的特点（续）4.过程设备设计的规范性和能动性（设备结构大型化）。发展方向：多功能、大型化、成套化、自动化如：换热器直径已达2.4m；热壁高压容器制造直径6m、壁厚450mm、质量达1200t；第三节化工设备的基本要求1979年9月7日国内某电化厂415升液氯钢瓶爆炸，击穿5个，爆炸5个，10200公斤液氯外泄，波及7公里范围，59人死亡，779人严重中毒。第三节化工设备的基本要求（续）1979年12月18日国内某液化气站400M3储罐爆炸，引发3个球罐和一个卧罐爆炸，5000只气瓶爆炸，600吨液化气燃烧，32人死亡，54人。第三节化工设备的基本要求（续）1986年4月28日前苏联切尔诺贝利核电站压力壳发生核泄漏，31人死亡，20个国家4亿人受害。第三节化工设备的基本要求（续）1984年12月3日印度博帕尔市农药厂异氰甲酸脂储罐发生泄漏，2,580人死亡，125,000人中毒，5万人失明。第三节化工设备的基本要求（续）在保证安全的前提下，尽可能做到经济。需实现的最佳技术经济指标：高效、节能、清洁和安全不断推向新的技术水平，确保本产业在国际上的竞争力。化工设备以气体、液体和粉体等流体材料为工作对象，工艺条件和生产过程比较复杂，尤其是化学工业、石油化工工业存在高温、高压、高真空、强腐蚀、易燃、易爆、有毒的工作环境下使用。生产过程连续、自动化程度高的特点。第三节化工设备的基本要求（续）1.安全可靠①材料的强度高、韧性好；强度----抵抗永久变形和断裂的能力韧性----材料对缺口或裂纹的敏感程度，即材料断裂前吸收变形能量的能力②材料与介质相容（耐腐蚀性）；③结构有足够的刚度和抗失稳能力（构件在载荷作用下维持原有形状的能力）；④密封性能好。第三节化工设备的基本要求（续）2.满足过程要求（工艺条件）①功能要求；实现设备的预定功能（储存量、换热量、反应速率等），满足生产要求，提高生产效率和经济效益。②寿命要求。第三节化工设备的基本要求（续）3.综合经济性好（合理性）①生产效率高（单位生产能力高）、消耗系数低单位生产能力----单位时间、单位设备容积（面积）处理的物料量或所得产品的数量。消耗系数----生产单位重量或体积产品所消耗的资源（原材料、能量、燃料、水、电、蒸汽等）和人力。②结构合理、制造方便；③易于运输、安装。2007年9月6日独山子200万吨蜡油加氢裂化装置建设现场直径4m；吊装高度47.7m；吊装重量1218t第三节化工设备的基本要求（续）4.操作简单、易于维护和控制①简单操作、安全；操作容易，误操作或错误操作时发出报警信号。②可维护性、修理；安全、正常地运转，维修周期长③便于控制。手动或自动检测装置，对工艺参数及时测量、报警和控制。第三节化工设备的基本要求（续）5.优良的环境性能跑、冒、滴、漏、噪音。有害介质的泄漏、噪音、环境污染等基本要求较多，主要要求是安全性、工艺性和经济性。安全性是核心，优先考虑主要要求，在适当考虑次要要求。第四节压力容器及其分类一、压力容器结构第四节压力容器及其分类（续）压力容器六大基本部件筒体封头支座开孔与接管密封装置安全附件基本组成第四节压力容器及其分类（续）1.筒体：存储物料或完成物理化学反应或传质传热所需的主要压力空间。形式：圆柱筒体、球形筒体。第四节压力容器及其分类（续）