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化工設備在內的所有化工機械都是化學工廠中實現(xiàn)化工生產所采用的工具;ぎa品生產過程的正常運轉,產品質量和產量的控制和保證,離不開各種化工設備的適應和正常運轉;ぴO備的選配必需通過對整個化工生產過程的祥細計算、設計、加工、制造和選配,要適應化工生產所需要。
化工設備(英文名稱Chemical Equipment)是化工機械(chemicanl machinery)的一部分,化工機械包括兩部分,其一是化工機器,主要是指諸如流體輸送的風機、壓縮機、各種泵等設備,其主要部件是運動的機械,一般稱為化工機器。其二是化工設備主要是指部件是靜止的機械,諸如塔器等分離設備,容器、反應器設備等,有時也稱為非標準設備。化工機械與其他機械的劃分不是很嚴格的,例如一些用于化工過程的機泵,也是其他工業(yè)部門采用的通用設備。同樣在化工過程中化工機器和化工設備間也沒有嚴格的區(qū)分。例如一些反應器也常常裝有運動的機器。
整套化工生產裝置是由化工設備、化工機器以及其他諸如化工儀表、化工管路與閥門等組成,為保證整套裝置的安全穩(wěn)定可靠生產,要求化工設備要具有以下性能:
(1)要具有與生產裝置的原料、產品、中間產品等所處理物料性能、數(shù)量、工藝特點、生產規(guī)模等相適應;
(2)一套生產裝置,無論連續(xù)和間歇生產,都是由多種多臺設備組成,因此要求化工設備彼此及與其他設備之間,設備和管道、閥門、儀器、儀表、電器電路等之間要有可靠的協(xié)同性和適配性;
(3)要求化工設備對正常的溫度、壓力、流量、物料腐蝕性能等操作條件,在結構材質和強度要有足夠的密封性能和機械強度。對可能出現(xiàn)的不正常,甚至可能出現(xiàn)的極端條件要有足夠的經受和防范、應急和處置能力;
(4)無論是連續(xù)或間歇化工生產裝置都需要長期進行操作使用。因此要考慮化工設備磨損、腐蝕等因素,要保證有足夠長的正常使用壽命;
(5)在滿足上述條件的同時要優(yōu)化化工設備的材質、選型、制造費用,效率和能耗,盡量達到;
(6)大部分各種結構和性能的化工設備也同樣適用于諸如煉油、輕工、食品等工業(yè)部門使用,因此具有通用性。
化工設備種類繁多,分類方法具有多種方式方法,例如按結構材質分,可分為碳鋼設備、不銹鋼設備、非金屬設備---。按承受壓力可分為高壓設備、中壓設備和真空設備、常壓設備等,F(xiàn)按使用功能粗分如下:
(1)化工容器類:有槽、罐、釜等;
(2)分離塔器類:有填料塔、浮閥塔、泡罩塔、轉盤塔等
(3)反應器:有管式反應器、流態(tài)化反應器、攪拌釜反應器等
(4)換熱器:有列管式、板式換熱器、蛇管換熱器等
(5)加熱爐:有電加熱爐、管式裂解爐、廢熱鍋爐等;
(6)結晶設備:溶液結晶器、熔融結晶器等
(7)其他各種專用化工設備等。
化工行業(yè)設備大體分為動設備和靜設備 靜設備包括塔器、換熱器、反應器、工業(yè)管式爐、氣柜、儲罐等,又稱“化工設備”。 動設備是指有驅動機帶動的轉動設備(亦即有能源消耗的設備),如壓縮機、風機、離心機、泵等。即“三機一泵”。又稱“化工機器”。 塔設備通過其內部構件使氣(汽)-液相或液-液相之間的充分接觸,從而使不同相之間進行質量傳遞和熱量傳遞。 塔設備完成的單元操作通常有:精餾、吸收、解吸、萃取等,也可以進行介質冷卻,氣體的凈制與干燥以及增濕等。是化工、石油、生物、制藥等生產過程中廣泛采用的設備。
化工生產對塔設備提出的要求:
工藝性能好——塔設備要使氣、液兩相盡可能充分接觸,具有較大的接觸面積和分離空間,以獲得較高的傳質效率。
生產能力大——在滿足工藝要求的前提下,要使塔截面上單位時間內物料的處理量大。
操作穩(wěn)定性好——當氣液負荷產生波動時,仍能維持穩(wěn)定、連續(xù)操作,且操作彈性好。 化工生產對塔設備提出的要求: ④能量消耗小——要使流體通過塔設備時產生的阻力小、壓降小,熱量損失少,以降低塔設備的操作費用。
結構合理——塔設備內部結構既要滿足生產的工藝要求,又要結構簡單、便于制造、檢修和日常維護。
選材要合理——塔設備材料要根據(jù)介質特性和操作條件進行選擇,既要滿足使用要求,又要節(jié)省材料,減少設備投資費用。
安全可靠——在操作條件下,塔設備各受力構件均應具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性,以確保生產的安全運行。
上述各項指標的重要性因不同設備而異,要同時滿足所有要求很困難。因此,要根據(jù)傳質種類、介質的物化性質和操作條件的具體情況具體分析,抓住主要矛盾,合理確定塔設備的類型和內部構件的結構形式,以滿足不同的生產要求。
塔設備的種類很多,常見的分類:
⑴按操作壓力分為加壓塔、常壓塔及減壓塔
⑵按單元操作分為精餾塔、吸收塔、萃取塔、反應塔等。
⑶按塔內氣、液接觸構件的結構分為板式塔和填料塔。 目前工業(yè)生產中應用最廣泛的是填料塔和板式塔。 填料塔是一種常用的氣、液傳質設備。它結構簡單,塔內裝有填料,其作用是使向下流動的液體與向上逆流的氣體在填料層中充分接觸達到傳質的目的。填料塔造價低,阻力小,具有良好的耐腐蝕性能。 在生產中,當生產量較大時,一般采用板式塔。在板式塔中,塔內設有許多塊塔盤,相鄰兩塊塔盤有一定的距離,氣、液兩相傳質就在塔板上進行。板式塔具有單位處理量大,分離效果好、重量輕、清理檢修方便等特點。 無論是填料塔還是板式塔,大體上都是由塔體、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及塔的內件等組成。
1 塔體 塔體即塔設備的外殼,常見的塔體由等直徑、等厚度的圓筒及上下封頭組成。塔設備通常安裝在室外,因而塔體除了承受一定的操作壓力(內壓或外壓)、溫度外,還要考慮風載荷、地震載荷、偏心載荷。此外還要滿足在試壓、運輸及吊裝時的強度、剛度及穩(wěn)定性要求 。
2 支座 塔體支座是塔體與基礎的連接結構。因為塔設備較高、重量較大,為保證其足夠的強度及剛度,通常采用裙式支座(簡稱“裙座” )。裙座分為圓筒形和圓錐形兩種。
3 人孔和手孔 為安裝、檢修、檢查等需要,往往在塔體上設置人孔或手孔。不同的塔設備,人孔或手孔的結構及位置等要求不同。
4 接管 為用于連接工藝管線,使塔設備與其他相關設備相連接。按其用途可分為進液管、出液管、回流管、進氣出氣管、側線抽出管、取樣管、儀表接管、液位計接管等。
5 除沫器 為用于捕集夾帶在氣流中的滴。除沫器工作性能的好壞對除沫效率、分離效果都具有較大的影響。
6 吊柱 安裝于塔頂,主要用于安裝、檢修時吊運塔內件。 板式塔是一種逐級(板)接觸的氣液傳質設備。塔內以塔板為基本構件,氣體自塔底以鼓泡或噴射的形式穿過塔板上的液層,使氣-液相密切接觸而進行傳質傳熱,兩相的濃度呈階梯式變化。 板式塔類型的不同,在于其中的塔板結構不同,常見的主要類型有:泡罩塔、篩板塔、浮閥塔等。 工作原理:正常工作時,液體在重力作用下自上而下通過各層塔板后由塔底排出;氣體在壓差推動下,經均布在塔板上的開孔由下而上穿過各層塔板后由塔頂排出,在每塊塔板上皆儲有一定的液體,氣體穿過時兩相接觸進行傳質。
1 泡罩塔是工業(yè)應用最早的板式塔,而且在相當長的一段時期內是板式塔中較為流行的一種塔型。泡罩塔盤的結構主要由泡罩(氣液接觸元件)、升氣管、溢流堰、降液管及塔板等部分組成。 泡罩塔的優(yōu)點: 操作彈性大,因而在負荷波動范圍較大時,仍能保持塔的穩(wěn)定操作及較高的分離效率;氣液比的范圍大,不易堵塞等。 泡罩塔的缺點 : 結構復雜、造價高、氣相壓降大、以及安裝維修麻煩等。 目前,只是在某些情況如生產能力變化大,操作穩(wěn)定性要求高,要求有相當穩(wěn)定。
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