化工厂常用化工设备简介
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化工厂常用化工设备简介 化工设备是指化工生产中静止的或者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。
化工设备通常按以下方式分类。
1. 按照结构特征和用途分为：容器，塔器，热换器，反应器（包括 反应釜，固定床或流化床和管式炉等）、分离器、储存器。
2. 按照材料分为：金属设备（碳钢，合金钢，铸铁，铝，铜等），非 金属设备（内衬橡胶，塑料，耐火材料和搪瓷等），其中碳钢设备 最常用。
3. 按受压情况分为：外压设备（包括真空设备）和内压设备，内压 设备又分为常压设备（操作压力 v=0.7MPA ）低压设备（ 0.1 MPAvpvIOMPA 中压设备（ 1.6MPA<p10 MPA 高压设备 （ 10MPA<p<100MPA 超高压设备（ p>100MPA）
4. 按设备静止与否分为：静设备和动设备。静设备（塔、釜、换热 器、干燥器、储罐等）动设备（压缩机、离心机、风机、泵、固 体粉碎机械、）
三、化工容器结构与分类 1 1、基本结构 在化工类工厂使用的设备中， 有的用来贮存物 料，如各种储罐、 计量罐、高位槽；有的用来对物料进行物 理处理，如换热器、精馏塔等；有的用于进行化学反应，如聚合
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釜，反应器，合成塔等。尽管这些设备作用各不相同，形状结构 差异很大，尺寸大 小千差万别，内部构件更是多种多样， 但它 们都有一个外壳， 这个外壳就叫化工容器。
所以化工容器是化 工生产中所用设备外部壳体的总称。由于化工生产中，介质通常 具有较高的压力，故化工容器痛常为压力容器。
化工容器一般由筒体、封头、支座、法 兰及各种开孔所组成. . 1 1）
筒体 筒体是化工设备用以储存物料或完成传质、传热或 化学反应所需要的工作空间， 是化工容器最主要的受压元件之 一，其内直径和容积往往需由工艺计算确定。圆柱形 筒体（即圆 筒）和球形筒体是工程中最常用的筒体结构。
2 2）
封头 根据几何形状的不同，封头可以分为球形、椭圆形、 碟形、球冠形、锥壳和平盖等几种，其中以椭圆形封头应用最多。
圭寸头与筒体的连接方式有可拆连接与不可拆连接（焊接）两种， 可拆连接一般采用法兰连接方式。
3 3）
密封装置化工容器上需要有许多密封装置，如封头和筒 体间的可拆式连接，容器接管与外管道间可拆连接以及人孔、手 孔盖的连接等，可以说化工容器能否正常安全地运行在 很大程度 上取决
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于密封装置的可靠性。
4 4）开孔与接管 化工容器中，由于工艺要求和检修及监测的 需要，常在筒体或封头上开设各种大小的孔或安装接管，如人孔、 手孔、视镜孔、物料进出口接管，以及安装压力表、液面计、安 全阀、测温仪表等接管开孔。
5 5）支座化工容器靠支座支承并固定在基础上。随安装位置 不同，化工容器支座分立式容器支座和卧式容器支座两类，其中 立式容器支座又有腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座 四种。大型容器一般采用裙式支座。卧式容器支座有支承式、鞍 式和圈式支座三种；以鞍式支座应用最多。而球形容器多采用柱 式或裙式支座。
6 6）安全附件由于化工容器的使用特点及其内部介质的化学 工艺特性，往往需要在容器上设置一些安全装置和测量、控制仪 表来监控工作介质的参数，以保证压力容器的使用安全和工艺过 程的正常进行。
化工容器的安全装置主要有安全阀、爆破片、紧 急切断阀、安全联锁装置、压力表、液面计、测温仪表等。
上述筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座及安全附件等 即构成了一台化工设备的外壳。对于储存用的容器，这一外壳即 为容器本身。
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对用于化学反应、传热、分离等工艺过程的容器而
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言，则须在外壳内装入工艺所要求的内件，才能构成一个完整的 产品。
2 2、分类 从不同的角度对化工容器及设备有各种不同的分类 方法，常用的分类方法有以下几种。
1 1）按压力等级分 按承压方式分类，化工容器可分为内压容 器与外压容器。内压容器又可按设计压力大小分为四个压力等级， 具体划分如下：
低压（代号 L L）容器 O.IMPa W p<1.6 MPa; 中压（代号 M M）容器 1.6MPa< p<10.0 MPa; 高压（代号 H H）容器 lO.OMPa W p<100 MPa; 超高压（代号 U U）容器 p > lOOMpa。
外压容器中，当容器的内压小于一个绝对大气压时又称为真 空容器。
2 2）按原理与作用分根据化工容器在生产工艺过程中的作用,
可分为反应容器、换热容器、分离容器、储存容器。①反应 容器（代号 R R）主要是用于完成介质的物理、化学反应的容器， 如反应器、 反应釜、聚合釜、合成塔、蒸压釜、煤气发生炉等。
② 换热容器（代号 E E）主要是用于完成介质热量交换的容器。
如管壳式余热锅炉、 热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热 器等。
③ 分离容器（代号 S S）主要是用于完成介质流体压力平衡缓冲 和气体净化分离的 容器。如分离器、过滤器、蒸发器、集油器、 缓冲器、干燥塔等。
④ 储存容器（代号 C C 其中球罐代号 B B）主要是用于储存、盛 装气体、液体、液化 气体等介质的容器。如液氨储罐、液化石油 气储罐等。
在一台化工容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时， 应按工艺过程的主要作用来划分品种。
3 3）按相对壁厚分按容器的壁厚可分为薄壁容器和厚壁容器， 当筒体外径与内径之比小于或等于 m 1.2mm 时称为薄壁容器，大于 m 1.2mm 时称厚壁容器。
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4 4）
按支承形式分当容器采用立式支座支承时叫立式容器， 用卧式支座支承时叫卧式容器。
5 5）
按材料分 当容器由金属材料制成时叫金属容器；用非金 属材料制成时，叫非金属容器。
6 6）
按几何形状分 按容器几何形状，可分为圆柱形、球形、 椭圆形、锥形、矩形等容器。
7 7）
按安全技术管理分上面所述的几种分类方法仅仅考虑了 压力容器的某个设计参数或使用状况， 还不能综合反应压力容器 面临的整体危害水平。
例如储存易燃或毒性程度中度以及上危害 介质的压力容器，其危害性要比相同几何尺寸、储存毒性程序轻 度或非易燃介质的压力容器大得多。压力容器的危害性还与其设 计压力 p p 和全容积 V V 的乘积有关，V pV 值愈 大，则容器破裂时爆 炸能量愈大，危害性也愈大，对容器的设计、制造、检验、使用 和管理的要求愈高。为此，《压力容器安全技术监察规程》采用既 考虑容器压力与容积乘积大小，又考虑介质危害程度以及容器品 种的综合分类方法，有利于安全技术监督和管理 该方法将压力容器分为三类。
（1 1）、第三类压力容器 具有下列情况之一的为第三类压力容
① 高压容器； ② 中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）； ③ 中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且 V pV 乘积大于等于 10 MPam3 ）
④ 中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为 中度危害介质，且 V pV 乘积＞ 0.5 MPa .m3）; ⑤ 低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质， 且 V pV 乘 积》 0.2 MPa m3）; ⑥ 高压、中压管壳式余热锅炉； ⑦ 中压搪玻璃压力容器;⑧ 使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下限大 于等于 540 MPa）的材料制造的压力容器； ⑨ 移动式压力容器， 包括铁路罐车 （介质为液化气体、 低 温液
体）罐式汽车 液、［化气体运输（半挂）车、低温液体 运输（半挂）车、永久气体运输（半挂）车］ 和 罐式集装箱（介 质为液化气体、低温液体）等； ⑩ 球形储罐（容积大于等于 50m3）; （ 11 ）低温液体储存容器（容 积大于 5 m3）。
（2 2）
、第二类压力容器 具有下列情况之一的为第二类压力容 器。①中压容器； ②低压容器（仅 限毒性程度为极度和高度危害介质）；③低压反应容器和低 压储存容器（仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）；④低 压管壳式余热锅炉；⑤低压搪玻璃压力容器。
（3 3）
、第一类压力容器 除上述规定以外的低压容器为第一类 压力容器。
四、化工塔设备的分类和结构 （一）
塔设备的分类
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1 1、 按操作压力分类 ：加压塔 ，减压塔；常压塔。
2 2、 按化工单元操作分类 ：精馏塔；吸收塔和解吸塔；萃取塔; 反应塔；再生塔；干燥塔 3 3、 按气液接触的基本构件分类 ：填料塔；板式塔 （二）
塔设备的结构 1 1、塔设备的基本部件 ：支座；液体出口；填料支承；卸料孔; 塔体；填料；液体再分布器 ：喷淋装置 1 1）塔体 塔体是塔设备的主要部件，大多数塔体是等直径、 等壁厚的圆筒体，顶盖以椭圆 形封头为多。但随着装置的大型化， 不等直径、不等壁厚的塔体已逐渐增多。塔体除满足工艺条件对 它提出的强度、刚度要求外，还应考虑风力、地震、偏心载荷所 带来的影响，以及吊装、运输、检验、开停工等情况。
塔体材质 常采用的有：铸铁、碳素钢、低合金钢、不锈耐酸钢（复层、衬 里）等。
2 2）
塔体支座 塔设备常采用裙式支座。它应当具有足够的强 度和刚
度，来承受塔体操作重量、 风力、地震等引起的载荷。
塔 体支座的材质常采用碳素钢，也有采用铸铁的。
3 3）
塔体附件接管；人孔和手孔；吊耳；吊柱 ；平台和爬梯。
2 2、填料塔 1 —裙座；2 2—裙座人孔；3 3—塔底液体出口； 4 4—裙座气孔； 5 5—塔体；6 6—人孔；7 7—蒸汽入口； 8 8—塔板；9 9—回流入口； 10—吊柱； 11—塔顶蒸汽出口； 12—进料口 填料塔是化学工业中最常用的气液传质设备之一， 在塔内设 置填料使气液两相能够达到良好传质所需的接触面积。填料塔具 有结构简单，便于用耐腐蚀材料制造，适应性较好。
填料塔广泛 的应用在蒸馏、吸收和解吸操作，而在大型装置中，填料塔的使 用范围正在扩大。六十年代后期，直径超过 3 3 米的填料塔已十分 普遍。目前，填料塔不仅可以大型化，而且在某些方面超过了板 式塔的规模。所以，近代化学、石油工业中， 填料塔的地位变得 日益重要。近来，由于塔内米用接触面积较大的矩鞍型或聚丙烯 鲍尔环填料，经实践证明，已克服大型填料塔的不足，显示出效
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率高，处理量大，压力降小等优点。
1 1）填料 i i、填料的选择 填料塔操作的好坏与选用填料的正确与否有 很大关系。选择填料的原则如下：单位体积填料的表面积要大； 使气液相接触的自由体积要大；对气相阻力要小，即空隙截面积 大；重量要轻；机械强度要高；耐介质腐蚀，经久耐用；价格低 廉。填料的选择，应根据操作压力和介质来选择填料的材质， 根 据操作工艺要求， 选择填料的型式， 根据填料塔径选择填料尺 寸。ii、填料的分类 工业用填料大致分为实体填料和网体填料 两大类。iii、填料材质 选择填料要根据被处理物料的腐蚀性及 操作压力，确定使用填料的材质。
iv、填料尺寸选择 填料尺寸选定与塔径尺寸有关，一般要求塔径与填料直径之 比不能太小，否则， 填料与塔壁的间隙过大，易使液体沿塔壁空 隙流下，使截面上液体分布不均。
V V、常用填料的特性 ①拉西 环 拉西环使用历史悠久，各种参数比较完整；设计与操作经验丰 富，外形简单、制造方便；取材容易、造价低廉，适用于非金属 耐腐蚀材料制
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造等优点。但拉西环由于表面积利用率低，因而使 塔的生产能力降低，阻力较大，加上自身的形状决定了它沟 流和 壁流严重，使气液分布不均匀，气一液接触不良。
②鲍尔环 鲍 尔环除钢制外，还有用陶瓷和塑料制成的。具有如下优点：
对于 同样的空隙率而言， 阻力比拉西环小， 因而可提高气速， 生产 能力可以提高。
由于小窗叶片向环中心弯， 液体分布较为均匀， 所以沟流和壁流情况比拉西环好。
开小窗后表面积比拉西环要 大，且环内表面得以充分利用，以进行气液传质，而拉西环内表 面利用率较低。
操作弹性范围大。
在一般情况下，当同样压降 时，处理量比拉西环大 50%以上；在同样处理量时， 压降可降 低，传质效率能提高 20%左右。③、鞍形填料鞍形填料又 分弧鞍形和矩鞍形两种。
此种填料常用于吸收操作，处理腐蚀性 介质较为适宜，且成本低。近来，又对矩鞍形填料予以改进。它 是目前瓷制填料中处理量大，效率较高的一种。
2 2）塔设备喷淋装置 在塔顶部装设喷淋装置，可使塔顶引入 的液体能沿塔截面均匀分布进入填料层， 避免部分填料得不到湿 润，降低填料层的有效利用率，影响传质效果。喷淋装置的类型 很多，常用的如下表：
管式喷淋型 莲蓬头式 盘式 溢流式 槽式 喷淋装置类型
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反射板式冲击式宝塔式离心式机械式 ① 管式喷淋器 小直径的填料塔（m 300mm 以下）可以采用管 式喷淋器，。该结构的优点是结构简单，缺点是喷淋面积小而且不 均匀。
管式喷淋器：直管；弯管；多孔直管式 对于直径稍大的填料塔（m 1200mm 以下），可以采用多孔环管 喷淋器，。环状管的下面开有小孔，小孔直径为 4~8mm，共有 3~5 排，小孔面积总和约与 管截面积相等， 环管中心圆直径一般为 塔径的 60? 80%。这种喷淋器优点是结构简单，制造及安装方便， 但缺点是喷淋面积小，不够均匀，而且液体要清洁，否则小孔易 堵塞。
② 莲蓬头式喷淋器 这种结构是应用最普遍的一种喷淋装置， 结构简单，喷淋较均匀。莲蓬头可以作成半球形、 碟形或杯形, 它悬于填料上方中央处，液体经小孔分股喷出，莲蓬头直径一 般为塔径的 20? 30%,小孔直径为 3 3? 15mm,它的安装位置离 填料表面 此种结构的缺点是容易堵塞， 液体分布情况与压头有 关，的距离一般约为 （ 0.5?1 1 ）,所以适用于料液清洁且料液压头 不变或变化不大的情况，一般用于直径 m 600mm 以下的 塔设备。
③ 溢流型喷淋器 盘式分布器是常用的一种溢流型喷淋装置, 液体经
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过进液管加到喷淋盘内，然后从喷淋盘内的降液管溢流,
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喷淋到填料上。降液管一般按等边三角形排列，焊接在喷淋盘的 分布板上。
④ 冲击型喷淋器反射板式喷洒器为冲击型的一种， 利用液 流冲击反射板（可以是平板、凸板或锥形板）以飞溅分布液体。
最简单的结构为平板，液体循中心管流下，冲击后分成液滴并向 各方飞溅。
3 3）
液体再分布装置 由于工艺条件的要求，需要的填料层总 高度较大，当喷淋液体喷到填料表面后， 液体有流向塔壁造成“壁 流”的倾向，称为“干锥体”现象，使液体分布不均，降低了填 料塔的效率。为避免产生“干锥体”现象，必须在塔结构上采取 措施，即沿填料层每隔一段距离，装设液体再分布器，使其在整 个高度的填料层内部都得到喷淋液的均匀分布。分配锥是最简单 的一种结构，适用塔径在 600~800mm的塔，槽形液体再分配器， 器上的通孔是增加气体通过的截面积，使气体通过再分配器时， 速度变化不大，该分布器适用塔径 m 600mm 以上的塔。
4 4）
填料的支承结构 填料的支承结构不但要有足够的强度和 刚度，而且须有足够的自由截面积，否则会增大塔的压力降，使 在支承处不致首先发生液泛。在工业填料塔中，最常用的填料支 承是栅板，它是用竖扁钢制成，
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5 5）除沫器 除沫器是用来捕集夹带在气相中液滴的装置，装 在塔内顶部，它能起到保证传质效率，降低物料损失，改善塔后 压缩机或真空泵的操作状况以及减少对环境污染的作用。
小型除 沫器 常见的除沫器有折板除沫器、填料除沫器及丝网除沫器，其 中丝网除沫器采用最多，它适用于分离 5 5 微米的液滴，其除沫率 可达 99% %。丝网由一定规格编织成的丝网带卷制成盘状物，再用 支承板加以固定，丝网带可用金属或非金属材料制成，丝网支承 栅板的自由截面积应大于90%。适用于洁净气体。若在气液中含 有粘结物时，则易堵塞网孔，影响塔的正常操作。
三、板式塔 板式塔因空塔速度比填料塔高，所以生产强度比填料塔大。
板式塔的塔板结构有多种，它是决定塔特性的主要因素。
1 1、塔板的主要部件有：
1 1）降液管 降液管的作用是使液体由上一层塔板流到下一层
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塔板 2 2）出口堰 出口堰具有维持板上液层高度及使液流均匀的作 用。
3 3）入口堰 其作用是使上一层板流入的液体能在板上均匀分 布，并减少进入处液体水平冲 出。
降液管与下层塔板至入口堰处称为受液盘，这种结构便于液 体的侧线抽出。在低液流量时，仍能造成正液封，具有改变液体 流向的缓冲作用。
塔板 塔板有整块式或分块式两种。
（1 1）整块式塔板此种塔板一般用于塔径小于 800mm，人不 便进入安装和检修的塔内。塔体由若干塔节组成，塔节与塔节之 间用法兰连接。塔板与塔板之间用管子支承。塔板与塔壁间隙用 填料来密封。
（2 2）分块式塔板 分块式塔板用于塔径在 m 900mm 以上，人可
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以进入的塔内。塔体为一焊制整体圆筒， 不分塔节，而塔板是
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分成数块，通过人孔送入塔内， 装到焊在塔内壁的塔板固定件 上。为了进行塔内清洗和检修，在塔板中央设置一块内部通道板， 通道板应为上、下 均可拆的。
塔板上的鼓泡构件型式很多，常 用鼓泡构件为泡罩、浮阀等。下节分别叙述。
（3 3）泡罩塔板 泡罩塔板所用的泡罩有圆形和条形两类，其 主要特点是鼓泡元件各具有升气管。
上升气体经升气管由泡罩齿 缝吹入液层，两相接触密切，加之板上液层较高，两相接触时间 较长，分离效果较好。但由于气体通过泡罩的路线曲折及液层较 高，导致压降及雾沫夹带增高等缺点。同时，由于塔板上液面梯 度较大，气相分布不均，影响传质效率，这也是泡罩结构所造成 的。
（4 4）浮阀塔板及特点 ① 生产能力大，比泡罩塔板约提高 20? 40%,与筛板塔相近。
② 操作弹性大，在较宽的气速变化范围内，板效率变化较小，其 弹性范围（即最大负荷与最小负荷之比）为 7 7?9 9。
③ 由于气一液接触状态良好，以及气体为水平方向吹出，雾 沫夹带量小，因此塔板效率高，比泡罩塔效率可提高 15%左右
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④ 液面梯度小，蒸汽分配比较均匀，塔板压降比泡罩塔小。⑤ 塔板结构简单，安装容易。
浮阀塔板结构与泡罩塔板类同。操作 时气流自下而上吹起浮阀，从浮阀周边水平 方向吹入塔板上液 层，进行两相接触。液体则由上一层塔板的降液管流入，经进口 堰 均布，再横向流过塔板与气相接触传质后， 再经溢流堰进入 降液管，流入下一层塔板。
五、化工换热设备的结构和分类 1. 化工换热设备是在化工生产过程中即化学反应物中实现热能 传递的设备，使热量从温度较高的流体传给另一种温度较低的流 体。在化肥、化工、炼油工业生产中，常常进行着各种不同的换 热过程，特别是近年开发的各种化工工艺，充分进行了热能的综 合利用，各种型式的高效、节能换热设备不断推出，应用到不同 的冷换操作单元中。例如：加热或冷却、蒸发或冷凝。换热设备 就是在生产过程即化学反应或物理反应中实现热能传递的设备， 使热量从温度较高的流体传给另一种温度较低的流体。根据生产 工艺的不同，为达到热量的充分利用和满足工艺参数，换热设备 可以是热交换器（如两流体介质相互换热）、冷凝器（如用水
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蒸汽 冷凝）、加热器（如高温工艺气加热水）、冷却器（如水或液体氨 作冷载体）等。在化工生产中，换热设备不但作为一个单独的化 工设备，而且在其他设备中也常 附有换热设备或换热部分，如蒸 馏设备中的回流冷凝器，蒸发设备中的加热，高低变炉和氨合成 塔中触媒的换热等，均为重要的不可缺少的化工操作设备。
2•化工生产流程中，用于汽—液、汽—气、气—气、液—液之间 的换热设备，按热量的授受方式可分为、① 表面式换热器是温度 不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和 流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。表面式换热器有管 壳式、套管式和其他型式的热交换器。②蓄热式换热器是借助于 由固体构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，蓄热 体与高温流体接触一定时间，接受和储蓄了一定热量，然后与低 温流体接触一定时间，把热量释放给低温流体。蓄热式换热器有 用在一段炉对流段上的旋转换热器，回收烟气温度用于预热燃烧 空气；还有阀门切换式换热器等。
③流体连接间接式换热器，是 把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器， 热载体在高温流体热交换器和低温流体之间循环，在高温流体换 热器接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。
直 接接触式热交换器是两种流体直