第一章-化工设备概述

一、化工设备在化工生产中的应用1、化工设备概念化工设备是指化工生产中静止的或配有少量传动机构组成的装置，主要用于完成传热，传质和化学反应等过程，或用于储存物料的设备。化工设备使用与维护管道塔设备加热炉阀门反应设备泵换热设备一、化工设备在化工生产中的应用2、化工设备的应用典型炼油、化工生产装置所需的化工设备化工设备使用与维护序号生产装置名称所需的主要设备1丁烯氧化脱氢生产丁二烯反应器、各种塔器、蒸发器、空气压缩机、混合器、废热锅炉、各种泵2合成氨加热炉、反应器、分馏塔、压缩机、换热设备、各种泵3乙烯催化水合生产乙醇加热炉、反应器、压缩机、分馏塔、洗涤塔、各种泵一、化工设备在化工生产中的应用2、化工设备的应用化工设备不仅用于化工和炼油生产中，而且在轻工、医药、食品、冶金、能源、交通等工业部门也有着广泛的应用。化工设备使用与维护二、化工设备的类型按照各自设备在化工生产的作用进行分类化工设备使用与维护反应设备换热设备传质设备储存设备流体输送设备加热设备二、化工设备的类型1、流体输送设备各种泵、压缩机、鼓风机以及与其相配套的管线和阀门等等化工设备使用与维护二、化工设备的类型2、加热设备加热设备是将原料加热到一定的温度，使其汽化或为其进行反应提供足够的能量。化工设备使用与维护蒸发器废（余）热锅炉二、化工设备的类型3、加换热设备换热设备是将热量从高温物体传给低温物体，以达到加热、冷凝、冷却的目的，并从中回收热量，节约燃料。化工设备使用与维护列管式换热器大型集成换热器二、化工设备的类型4、传质设备传质设备是利用物料之间某些物理性质，如沸点、密度、溶解度等的不同，将处于混合状态的物质（气态或液态）中的某些组分分离出来。化工设备使用与维护吸收塔精馏塔二、化工设备的类型5、反应设备反应设备的作用是完成一定的化学和物理反应，其中化学反应是起主导和决定作用的，物理过程是辅助的或伴生的。化工设备使用与维护高温反应器合成塔二、化工设备的类型6、储存设备储存设备是用来盛装生产用的原料气、液体、液化气等物料的设备化工设备使用与维护液氨储罐高位储罐球形储罐三、化工生产对化工设备的要求1、工艺性能要求（1）达到工艺指标（2）生产消耗低（3）生产效率高2、安全性能要求（1）、强度：指设备及其零部件抵抗外力破坏的能力。（2）、刚度：指设备及其零部件抵抗外力作用变形的能力（3）、稳定性：指设备及其零部件在外力作用下维持原有的能力。化工设备使用与维护三、化工生产对化工设备的要求2、安全性能要求（4）、耐蚀性：指设备抗腐蚀的能力。（5）、密封性：指设备阻止介质泄漏的能力。3、使用和经济性能的要求化工设备除了要满足安全可靠性之外，还需满足经济方面要求。（1）、尽量降低设备成本：通过节约材料、优化加工制造工艺等（2）、操作维修方便：考虑设备在使用过程中便于拆装、检修、清洗等操作。化工设备使用与维护一、金属材料的力学性能材料的力学性能材料在外力（或外加能量）作用下，在变形和强度方面所表现出来的性能。是通过各种力学试验得到的，如拉伸、压缩、弯曲、冲击、疲劳、硬度等试验。化工设备使用与维护硬度强度塑性韧性弹性温影度响刚度一、金属材料的力学性能（一）材料的弹性和刚度1、内力：物体受到外力作用后其内部各部分之间产生了相互作用力。2、应力:单位面积上的内力，用σ表示。3、变形:物体受到外力作用后其原始尺寸或形状发生了变化，这种变化称为变形。4、应变：变形的量与原始尺寸的比值，用ℇ表示化工设备使用与维护一、金属材料的力学性能（一）材料的弹性和刚度σ=F/AA为试件的原始截面积ℇ=∆l/l∆l/l为拉伸时的变形量E=σ/ℇ材料的弹性模量，它反映了材料抵抗弹性变形的能力，即刚度。E值越大、材料的刚度也越大，越不容易发生弹性形变，E值越小、材料的弹性越好，越容易发生弹性形变。化工设备使用与维护一、金属材料的力学性能（一）材料的弹性和刚度化工设备使用与维护p比例极限AA1e弹性极限一、金属材料的力学性能（二）材料的强度和塑性1、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。化工设备使用与维护持久强度σD蠕变强度σn屈服强度σs(σ0.2)抗拉强度σb疲劳极限σn强度指标一、金属材料的力学性能（二）材料的强度和塑性•σs越大，材料越不容易发生塑性变形。它是衡量材料强度重要指标之一•σb越大，材料越不容易断裂。它是衡量材料强度又一重要指标化工设备使用与维护一、金属材料的力学性能（二）材料的强度和塑性2、塑性：金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。（材料能够产生塑性变形的性质）主要有两个塑性指标：化工设备使用与维护%100%1001lllll%100%1001AAAAA伸长率δ断面收缩率Ψδ和Ψ越大，材料在断裂前产生的塑性变形越大，材料的塑性越好一、金属材料的力学性能（三）硬度材料抵抗他物压入或划痕的能力。表示金属材料在一个小的体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破断的能力。布氏硬度HB（一般在HB450以上就不能使用)、洛氏硬度HR(可以用于硬度很高的材料)、维氏硬度HV(比洛氏硬度更适合于测定极薄试样的硬度)，显微硬度。化工设备使用与维护一、金属材料的力学性能（四）材料的冲击韧性材料抵抗冲击载荷的能力。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——冲击韧性化工设备使用与维护一、金属材料的力学性能（五）温度对材料力学性能的影响材料的力学性能所包括的强度、塑性、韧性、硬度四个指标中，强度和塑性占主导地位，但使用时要考虑温度的变化。化工设备使用与维护sTTs二、化工设备常用的金属材料1、碳钢（1）碳钢的分类化工设备使用与维护低碳钢按含碳量高碳钢镇静钢：Z按脱氧方式半镇静钢：b普通碳素钢按品质高级优质碳素钢中碳钢优质碳素钢随着含碳量的增加，钢的强度硬度增加，而塑性韧性降低。镇静钢，脱氧完全，钢锭组织致密，质量好。优质钢，S、P杂质含量低，质量好。二、化工设备常用的金属材料1、碳钢（2）碳钢的牌号化工设备使用与维护a）普通碳素结构钢（GB700-88）代表钢材屈服点的字母＋屈服点的数值＋材料质量等级符号＋脱氧方法符号，常用Q235B，Q235C，Q235A·F二、化工设备常用的金属材料1、碳钢（2）碳钢的牌号化工设备使用与维护a）普通碳素结构钢（GB700-88）Q235－AF质量等级为A，共分A、B、C、D四级屈服极限σs=235MPa脱氧方式：有Z、TZ、F、b四种，其中Z和TZ可省略。屈二、化工设备常用的金属材料1、碳钢（2）碳钢的牌号化工设备使用与维护b）优质碳素结构钢（GB711-88）•较普通碳素结构含S、P量较少，表面质量较好。•常用10、15、20g、20R和20等。•g—锅炉用钢•R---压力容器用钢•D---低温用钢牌号：两位数字＋表示脱氧方法的字母二、化工设备常用的金属材料1、碳钢（2）碳钢的牌号化工设备使用与维护b）优质碳素结构钢（GB711-88）牌号：两位数字＋表示脱氧方法的字母数字——含碳量万分数字母——只在沸腾钢时注出低碳钢0810152025中碳钢30354045505560高碳钢6065708085二、化工设备常用的金属材料2、合金钢化工设备使用与维护在碳素钢的基础上加入少量合金元素。特别：锅炉钢和容器钢主要用于壳体或锅炉承压元件。在普通低合金结构钢中常加入：Mn、Si、Cr、Mo、V、Cu、P等，Mn、Si、Cr、V提高强度，Cu、P提高耐蚀性二、化工设备常用的金属材料2、合金钢化工设备使用与维护典型牌号：16Mn、16MnR、15MnV、15MnVR、18MnMoNb、18MnMoNbR、09Mn2V等。特点：含碳量一般低于0.25%，较高的屈服强度和屈强比（ss/sb=0.65～0.95），较好的冷热加工性能、良好的焊接性能，较低的冷脆倾向以及较好的抗大气、海水等腐蚀能力。二、化工设备常用的金属材料2、合金钢（1）低合金钢的牌号（GB/T221-2000）–平均含碳量万分数＋合金元素符号＋平均合金元素含量百分数–平均合金含量小于1.5%——不标注平均合金含量1.5～2.49%——“2”–平均合金含量2.5～3.49%——“3”，依此类推压力容器用普通低合金钢——牌号后加“R”–低温用钢——牌号后加“D”化工设备使用与维护二、化工设备常用的金属材料2、合金钢（2）高合金钢的牌号（GB/T221-2000）指不锈钢、耐热钢和高温合金化工设备使用与维护不锈钢牌号表示方法平均含碳量质量分数的千分数＋合金元素符号＋平均合金元素含量百分数平均含碳量小于千分之一——“0”平均含碳量小于万分之三——“00”二、化工设备常用的金属材料举例钢号表示法优质碳素钢——化工设备使用与维护沸腾钢含碳量为0.08%；容器钢含碳量为0.2%普通碳素钢—Q235-A,F沸腾钢类别为A钢材屈服点(MPa)屈服点屈字的拼音首位字母08F20R二、化工设备常用的金属材料低合金钢——16MnR16——含碳量0.16%；Mn——合金元素；R——容器钢。特殊性能钢——1Cr18Ni91——含碳量0.1%（千分数）；Cr,Ni——主要合金元素；18——含铬量18%；9——含镍量9%。化工设备使用与维护二、化工设备常用的金属材料3、铸铁化工设备使用与维护含碳量2.11%以上，大多碳以石墨形式存在，并含有较多S、P、Si、Mn等杂质。是脆性材料，抗拉强度较低，但有良好铸造性、耐磨性、减振性及切削加工性。在一些介质如浓硫酸、醋酸、盐溶液、有机溶剂等中耐腐蚀性能好。按铸铁中石墨的不同形态铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和特殊性能铸铁等。二、化工设备常用的金属材料3、铸铁（1）灰铸铁化工设备使用与维护1.牌号：HT+抗拉强度b表示如HT100，其中100表示b≮100MPa。常用灰铸铁牌号有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350。2.力学性能：强度低，硬度高，塑性很差。3.工艺性能：优良的铸造性，切削性好，能焊接。二、化工设备常用的金属材料3、铸铁（2）球墨铸铁化工设备使用与维护1.牌号：用QT＋抗拉强度值＋延伸率表示如QT400-18，其中400表示b＝400MPa，18表示s=18%常用的QT400-17、QT420-10、QT500-5、QT600-2、QT700-2、QT800-2等。2.力学性能：在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸铁，甚至接近钢材。二、化工设备常用的金属材料3、铸铁（3）可锻铸铁化工设备使用与维护1.牌号“KT”—“可锻铸铁”、“KTH”—铁素体可锻铸铁，“KTZ”——珠光体可锻铸铁。后面的数字分别表示最低抗拉强度（MPa）和最低延伸率。如：KTH350-10表示b=350MPa，s=10的铁素体可锻铸铁。2.性能：强度、塑韧性优于灰铸铁，低于球墨铸铁。3.注意：可锻铸铁不能进行压力加工！4.应用：管件、弯头、三通、低压阀门等。三、非金属材料•既可用作结构材料，又能作设备的保护衬里、涂层，还可做设备的密封材料、保温材料和耐火材料。•非金属材料分为无机非金属材料（陶瓷、搪瓷、岩石、玻璃等）及有机非金属材料（塑料、涂料、橡胶等）及近20～30年来发展的复合材料（玻璃钢、不透性石墨等）。化工设备使用与维护三、非金属材料化工设备使用与维护聚氯乙稀塑料耐酸酚醛塑料聚乙烯塑料聚四氟乙烯塑料玻璃钢涂料有机非金属材料无机非金属材料化工陶瓷化工搪瓷砖板衬里耐热玻璃不透性石墨三、非金属材料1.化工陶瓷特点：1）良好的耐腐蚀性能；2）足够的不透性、耐热性；3）一定的机械强度；4）性脆易裂，导热性差。用场：化工陶瓷设备及管道，管件等。化工设备使用与维护三、非金属材料2.化工搪瓷含高硅的瓷釉经900℃煅烧，密着在金属胎表面而成。特点：1）优良的耐腐蚀性能；2）优良的电绝缘性能；3）易碎裂。用场：搪瓷设备，如反应釜、储罐、换热器、塔、阀门等。化工设备使用与维护三、非金属材料3.工程塑料高分子合成树脂+填料