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第1章化工设备结构认识换热器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Ｕ型管式换热器双重管式换热器填函式换热器和双管板换热器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(PrincipleofRectify)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。（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。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。4）弧鞍型表面全部敞口，不分内外，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，流动呈弧形，气体阻力小。但两面对称有重叠现象，容易产生沟流。强度差，易破碎。应用较少。5）矩鞍型矩鞍形填料结构不对称，堆积时不重叠，均匀性更高。该填料气流阻力小，处理能力大，性能虽不如鲍尔环好，但构造简单，是一种性能优良的填料。6）环矩鞍兼具环型、鞍型填料的优点。敞开的侧壁有利于气体和液体通过，减少了填料层内滞液死区。填料层内流体孔道增多，使气液分布更加均匀，传质效率得以提高。一般采用金属材质，机械强度高。7）球型球体为空心，气体和液体从其内部经过。由于球体结构的对称性，填料装填密度均匀，不易产生空穴和架桥，故气液分散性能好。常采用塑料材质。一般用于特定场合，工程上应用较少。8）格栅填料以条状单元体经一定规则组合而成，其结构随条状单元体的形式和组合规则而变，具有多种结构形式。特点是比表面积较低，主要用于低压降、大负荷、防堵的场合。木格栅填料格里奇格栅填料9）波纹填料波纹填料是由许多层波纹薄片组成，各片高度相同但长短不等，搭配组合成圆盘状，填料波纹与水平方向成45°倾角，相邻两片反向重叠使其波纹互相垂直。圆盘填料块水平放入塔内，相邻两圆盘的波纹薄片方向互成90°角。金属丝网波纹填料金属孔板波纹填料10）脉冲填料：是由带缩颈的中空棱柱形单体，按一定方式拼装而成的一种规则填料。脉冲填料组装后，会形成带锁颈的多孔棱形通道，其纵面流道交替收缩和扩大，气液两相通过时产生强烈的湍动，在缩颈处，气速最高，湍动剧烈，从而强化传质，在扩大段，气速减到最小，实现两相的分离。（2）填料支承填料的支承结构不仅要支承全部湿填料的重量，还必须使上升的气体能够顺利通过。因此填料支承除应有足够的强度和刚度外，还应有足够的截面积，以免在支承处发生液泛。最常用的填料支承有栅板式和升气管式。（3）液体喷淋装置填料塔操作时，在任一横截面上保证气液的均匀分布十分重要。因此，对液体分布装置的基本要求是：能均匀分布液体；不易堵塞；气体通过时阻力小，喷淋时液滴飞溅小；不需要很大的液体压力。经验表明，对塔径为0.75m以上的塔，每平方米塔横截面上应有40～50个喷淋点；对塔径在0.75m以下的塔，喷淋点至少应为160个/m2。（4）液体再分布装置为了使液体沿塔截面均匀分布，不论颗粒型或规整型填料，堆积高度若超过塔径的2～6倍，则应设置液体再分布装置，使向塔壁弥散的液体重新集中于塔截面中部。作用是减小壁流现象。对拉西环填料，再分布器的距离约为塔径的2.5～3倍，对鲍尔环及鞍形等较好填料约为塔径的5～10倍，但通常不应超过6m。填料塔用于：塔径小真空操作易起泡腐蚀性物系热敏性物系2.板式塔板式塔为逐级接触式气液传质设备，它主要由圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降液管及受液盘等部件构成。根据塔板结构形式的不同，板式塔可分为泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔和喷射塔。泡罩塔操作弹性大，效率高，液气比范围大，不易堵塞，易于操作；但结构复杂，造价高，压降大，安装维修麻烦。筛板塔效率高，处理能力强，压降小，结构简单，制造维修方便；但操作弹性稍低于泡罩塔，小孔径筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液。浮阀塔操作弹性大，效率高，处理能力强，压降小，不易积垢堵塞，结构简单，安装容易；但其构造、生产能力、塔板效率及压降等略低于筛板塔。舌形塔与泡罩塔相比，塔盘结构简单，压降小，处理能力大，且安装维修方便，但操作弹性小，塔板效率低。(5)填料塔与板式塔的比较对于许多逆流气液接触过程，填料塔和板式塔都是可以适用的，设计者必须根据具体情况进行选用。填料塔和板式塔有许多不同点，了解这些不同点对于合理选用塔设备是有帮助的。1）填料塔操作范围较小，特别是对于液体负荷变化更为敏感。当液体负荷较小时，填料表面不能很好地润湿，传质效果急剧下降；当液体负荷过大时，则容易产生液泛。设计良好的板式塔，则具有大得多的操作范围。2）填料塔不宜于处理易聚合或含有固体悬浮物的物料，而某些类型的板式塔（如大孔径筛板、泡罩塔等）则可以有效地处理这种物质。另外，板式塔的清洗亦比填料塔方便。3）当气液接触过程中需要冷却以移除反应热或溶解热时，填料塔因涉及液体均不问题而使结构复杂化。板式塔可方便地在塔板上安装冷却盘管。同理，当有侧向出料时，填料塔也不如板式塔方便。4）以前乱堆填料塔直径很少大于0.5m，后来又认为不宜超过1.5m，根据近10年来填料塔的发展状况，这一限制似乎不再成立。板式塔直径一般不小于0.6m。5）关于板式塔的设计资料更容易得到而且更为可靠，因此板式塔的设计比较准确，安全系数可取得更小。6）当塔径不很大时，填料塔因结构简单而造价便宜。7）对于易起泡物质，填料塔更适合，因填料对泡沫有限制和破碎的作用。8）对于腐蚀性物质，填料塔更适合，因可采用瓷质填料。9）对热敏性物质宜采用填料塔，因为填料塔内的滞液量比板式塔少，物料在塔内的停留时间短。10）填料塔的压降比板式塔小，因而对真空操作更为适宜。1.3化工设备零部件标准化化工设备常用零部件：①容器(简体、封头)；②法兰；③人孔、手孔、视孔；④搅拌器；⑤密封装置；⑥联接零件；⑦机械传动件；⑧设备附件，如支座、接管、液面计、气体或液体分布器等。为了便于设计、制造及零件的互换，从而提高化工设备的质量，降低成本，各国已制订了一系列化工设备零部件标准。例如：①筒体标准：GB/T9019-2001(GB—国家标准)；②封头标准：JB/T4746-2002(JB—机电部标准)；③法兰标准：管法兰有两个标准，一个是国家标准（GB/T9115—2000），另一个是原化学工业部标准（HG/T20592～HG/T20635-2009）(HG—化工部标准)，设备法兰标准：JB/T4701～4703—2000；④人孔标准：JB/T2555—1979，HG/T21515～HG/T21535—2005等。1.公称直径与公称压力（1）公称直径标准化的名义直径，代号DN(或Dg)。表1-1所示卷制压力容器公称直径化工设备及零部件标准化的最重要参数是公称直径与公称压力。(2)公称压力规定的标准压力等级，表示管子、法兰、管件的耐压程度，记作PN。如国家标准GB/T1048—2005将管路元件的公称压力定为十个等级：0.25MPa、0.6MPa、1.0MPa、1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa、6.3MPa、10MPa、16MPa、25MPa等。2．筒体化工设备中圆筒形容器应用最为广泛，无论是立式或卧式。其主体一般是由圆筒体和两个封头组成的。筒体有钢板卷焊而成和取自大口径无缝钢管的两种。卷板机3．封头（1）封头形式常见的封头形式有椭圆形、碟形、球形、锥形和平板封头等。（2）封头形式的选择1）一般压力容器封头(中、低压)，在条件许可时，应采用受力状态好与制造难度不大的椭圆形封头。2）当制造条件较差时可用碟形或无折边球形封头，但壁厚应适当加大或采用加固措施。3）锥体封头(底)一般用于收集固体颗粒或使流体分布均匀的场合。此外，也常用于两直径不等设备的联结过渡段(变径段)。4）平板封头一般用作常压容器的盖或底。直径较大时应加固。当制造条件较差时，也可考虑用作小型低压设备的封头。压力容器上的孔盖、法兰盖等也属平板封头。4．法兰连接是可拆连接的一种。由于法兰连接有较好的强度和密封性，使用范围也较广，因而在化工企业中广泛应用。（1）工作原理预紧工况：螺栓力通过法兰压紧面作用到垫片上，使垫片发生弹性或塑性变形，以填满法兰压紧面上的不平间隙。操作工况：当通入介质压力时，螺栓被拉长，法兰压紧面沿着彼此分离的方向移动、垫片的压缩量减小，垫片产生部分回弹，预紧密封比压下降。（2）分类化工设备用的法兰有两类：管法兰用于管道连接。压力容器法兰（或称设备法兰）：用于设备筒体（或封头）的连接。5.垫片作用：密封、增大承力面积、锁紧等作用。类型：按材料有：橡胶板、塑料板、石棉板、石棉橡胶板、缠绕垫片(薄金属带与石棉带一起缠绕成型)、金属片包裹石棉垫片、金属垫片等。按形状分有：平面、环状(O形环)、波形(齿形)等。缠绕垫片金属垫片耐油橡胶垫片•普通橡胶垫片适用于温度低于120℃的场合。•石棉橡胶板用于对水蒸汽温度低于450℃，对油类温度低于350℃，压力小于5MPa以下的情况。•对于一般的腐蚀性介质，最常用的是耐酸石棉板。•在一些重要场合，则可用聚四氟乙烯作垫片材料。•缠绕式垫片具有多道密封作用，在温度、压力有较大波动时应用。6．手孔和人孔为了便于安装、检修或清洗设备内部的装置，需要在设备上开设人孔或手孔。7．支座设备的支座用来支承设备的重量和固定设备的位置。支座有适用于立式设备和卧式设备两大类，分别按设备的结构形状、安装位置、材料和载荷情况而有多种型式。悬挂式支座鞍式支座裙座腿式支座作业：1.1化工容器的主要结构包括哪几部分?1.2化工容器可分成哪几类？除了课本介绍的几种分类方式外，你还知道哪些分类方式？请举例说明。1.3化工生产对化工设备的基本要求有哪些？1.4试阐述搅拌反应釜的组成及各主要组成部分的功用。1.5反应釜的传热装置有哪些?各运用在什么情况之下?1.11填科塔由哪几部分组成，它与板式塔在结构上有何区别？1.12试阐述填料的种类及其运用情况。1.13试阐述喷淋装置的种类及各自的优缺点1.14板式塔由哪几部分组成?试说明各主要组成部分的作用。1.15试比较泡罩塔、浮阁塔和筛板塔三种板式塔的优缺点。1.16化工设备上通用零部件标准的最基本参数是？1.17法兰密封面的形式有哪三种？1.18设备支座最常用的标准化结构有哪几种?