动设备及静设备概述教学文稿.docx
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动设备及静设备概述教学文稿
动设备及静设备概述
动设备定义、种类
（1）石油化工动设备定义
石油化工动设备是指在石油化工生产装置中具有转动机构的工艺设备。
（2）石油化工动设备种类
石油化工动设备种类可按其完成化工单元操作的功能进行分类，一般可分成流体输送机械类、非均相分离机械类、搅拌与混合机械类、冷冻机械类、结晶与干燥设备等。
1J411022动设备（容积泵、离心泵、往复式压缩机、离心式压缩机等）的结构及工作原理
（1）容积泵的结构及工作原理
容积泵又称“正位移泵”。
通过若干封闭的充满液体的空间（如缸体），周期性地将能量施加于液体，使液体压力直接增加到所需值的泵，包括往复泵、转
子泵等。
1）往复泵
往复泵是活塞泵、柱塞泵和隔膜泵的总称，它是容积式泵中应用比较广泛的一种。
按驱动方式，往复泵可分为机动泵（电动机驱动）、直动泵（蒸汽、气体或液体驱动）和手动泵三大类。
往复泵是通过活塞的往复运动直接以压力能的形式向液体提供能量的液体输送机械。
1活塞泵
活塞泵的王要部件是泵缸、活塞、活塞杆、单向开启的吸入阀和排出阀。
泵缸内活塞与阀门间的空间为工作室。
2计量泵
计量泵又称比例泵，其装置特点是通过改变柱塞的冲程大小来调节流量，当要求精确输送流量恒定的液体时，可以方便而准确地借助调节偏心轮的偏心距离，改变柱塞的冲程来实现。
有时，还可通过一台电机带动几台计量泵的方法将几种液体按比例输送或混合。
3隔膜泵
当输送腐蚀性液体或悬浮液时，可采用隔膜泵。
隔膜泵实际上就是柱塞泵。
隔膜式计量泵可用来定量输送剧毒、易燃、易爆和腐蚀性液体。
2）转子泵
转子泵又称回转泵，属正位移泵，它们的工作原理是依靠泵内一个或多个转子的旋转来吸液和排液的。
石油化工中较为常用的有齿轮泵和螺杆泵。
1齿轮泵
目前石油化工中常用的外啮合齿轮泵的结构泵壳内有两个齿轮，其中一个为主动轮，它由电机带动旋转；另一个为从动轮，它是靠与主动轮的相啮合而转动。
两齿轮将泵壳内分成互不相通的吸入室和排出室。
当齿轮旋转时，吸入室内两轮的齿互相拨开，形成低压而将液体吸入；然后液体分两路封闭于齿穴和壳体之间随齿轮向排出室旋转，在排出室两齿轮的齿互相合拢，形成高压而将液体排出。
此种泵的流量和压头有些波动，且有噪声和振动。
近年来己逐步采用内啮合式的齿轮泵，其较外啮合齿轮泵工作平稳，但制造较复杂。
齿轮泵的流量小而扬程高，适用于黏稠液体乃至膏状物料的输送，但不能输送含有固体粒子的悬浮液。
2螺杆泵
螺杆泵由泵壳和一根或多根螺杆所构成。
双螺杆泵的工作原理与齿轮泵十分相似，它是依靠互相啮合的螺杆来吸送液体的。
当需要较高压头时，可采用较长的螺杆。
螺杆泵的压头高、效率高、运转平稳、噪声低，适用于高黏度液体的输送。
转子泵的操作特性与往复泵相似。
在一定转速下，泵的流量不随泵的扬程而变，有自吸能力，启动前不需要灌泵，采用旁路调节流量。
由于转动部件严密性的限制，回转泵的压头不如往复泵高。
（2）离心泵的基本结构和工作原理
1）离心泵的基本结构
离心泵的基本部件是高速旋转的叶轮和固定的蜗壳形泵壳，具有若干个（通常为4〜12个）后弯叶片的叶轮紧固于泵轴上，并随泵轴由电机驱动作高速旋转。
叶轮是直接对泵内液体做功的部件，为离心泵的供能装置。
泵壳中央的吸入口与吸入管路相连接，吸入管路的底部装有单向底阀。
泵壳侧旁的排出口与装有调节阀门的排出管路相连接。
2）离心泵的工作原理
当离心泵启动后，泵轴带动叶轮一起作高速旋转运动，迫使在叶片间的液体作近似等角速度的旋转运动，在惯性离心力作用下，液体自叶轮中心向外周作径向运动。
液体在流经叶轮的运动过程获得了能量，静压能增高，流速增大。
当
液体离开叶轮进入泵壳后，由于壳内流道逐渐扩大而减速，部分动能转化为静压能，最后沿切向流人排出管路，所以蜗形泵壳不仅是汇集由叶轮流出液体的部件，而且又是一个转能装置。
当液体自叶轮中心甩向外周的同时，叶轮中心形成低压区，在储槽液面与叶轮中心压力差的作用下，致使液体被吸进叶轮中
心。
依靠叶轮的不断运转，液体便连续地被吸入和排出。
液体在离心泵中获得
的机械能量最终表现为静压能的提高。
（3）往复压缩机的基本结构和工作原理
往复压缩机的基本结构和工作原理与往复泵相近，其主要部件有活塞、气缸、吸气阀和排气阀，依靠活塞的往复运动而将气体吸入和排出。
但是，由于往复压缩机处理的气体密度小、可压缩性，压缩后气体的体积变小、温度升高，因
而往复压缩机的吸气阀门和排气阀门必须灵巧精制，为移除压缩放出的热量以降低气体的温度，还应附设冷却装置。
往复压缩机实际的工作过程也比往复泵更加复杂。
（4）离心式压缩机
离心式压缩机，其结构类似于多级离心泵，它主要由蜗形机壳和多叶片的叶轮组成，每级叶轮之间都有导轮，工作原理和离心泵基本相同。
离心式压缩机的叶轮级数多（可在10级以上），转速也较高，可产生更高的出口压力。
由于气体的压缩比较高，气体的体积变化比较大，温度升高也较明显，因而离心式压缩机的叶轮直径和宽度逐级缩小，并且将叶轮分成几段，每段又包括几级，段与段之间设置冷却器，以免气体温度过高。
离心式压缩机优势明显，因此，除要求很高的压缩比外，大都采用离心式压缩机。
1J411023离心泵的安装高度确定
（1）离心泵的气蚀现象
由离心泵的工作原理可知，泵的吸液作用是依靠液面（设为0-0'截面）与泵
吸人口截面（设为1-1'截面）之间的势能差而实现的，也就是说在泵的吸入口附近为低压地区。
当叶片入口附近的最低压力等于或小于输送温度下液体的饱和蒸汽压时，液体将在此处汽化或者溶解在液体中的气体析出并形成气泡。
含气泡的液体进人叶轮高压区后，气泡在高压作用下急剧地缩小而破灭，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占据的空间，造成冲击和振动。
在巨大冲击力反复作用下，使叶片表面材质疲劳，从开始点蚀到形成裂缝，导致叶轮或泵壳破坏。
这种现象称为汽蚀。
汽蚀现象发生时，由于部分流道空间被气泡占据，致使泵的流量、压头及效率下降，严重时吸不上液体，泵不能正常工作。
汽蚀发生的原因归根结底是叶片吸入口附近的压力过低。
而造成吸入口压力过
低的原因是多方面的，诸如泵的安装高度超过规定值、吸入管路局阻力过大、泵送液体的温度超过允许值，泵的工作点偏离额定流量过多等。
为避免汽蚀的发生就要采取措施使叶片入口附近的压力必须维持在某一数值以上，通常取输
送温度下液体的饱和蒸汽压力作为最低压力。
根据泵的抗汽蚀性能，合理地确定泵的安装高度，是避免汽蚀发生的有效措施。
（2）离心泵的允许安装（或吸上）高度
泵的允许安装高度或允许吸上高度是指上游储槽液面与泵吸入口之间允许达到
的最大垂直距离，以H表示。
离心泵的允许安装高度H，可在0—0'（上游储槽液面）与1—1'（泵吸入口）两截面列伯努利方程求得，即
式中—泵的允许安装高度（垃人卩
……P）——磁口处可允许的最低压力（P"*
H如——液体流经吸入管路的压头损尖（m）s口
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于是上式可表示为2
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1）裔心泵的气蚀余量昇
为了防止汽蚀现彖发主,在离心泵的人口处液体的静压头与动压头之和旦十咏必须大于操作温度下蔽体的饱和蒸汽压头空某一数值，此数值艮卩离心慕的汽蚀余其定义式为屮
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2）离心泵的允许吸上真空度口
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离心泵的允许吸上真空度与趣汽性余量的（砲児»关垂为门
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静设备（化学反应器、塔器、换热设备、分离设备、储存设备）种类
（1）化学反应器
化学反应器是用于实现化学反应工程的设备。
其结构和形式与化学反应过程的
类型和性质有密切的关系
1）搅拌式反应器
搅拌式反应器，俗称“反应锅”，内部装有搅拌器和必要传热装置的反应器＜
一般由罐体、传热装量（如有）、搅拌装置、传动装置、轴封装置等组成。
1咼压釜
2聚合釜
2）固定床反应器
固定床反应器用于使反应在固定床层中进行的设备，即流体和静止状态下的固体物料起反应，或使流体在静止状态下的固体催化剂（触媒）影响下起反应的设备。
3）沸腾床反应器
沸腾床反应器又称“流化床反应器”，用于使反应在沸腾床层内进行的设备,
分有单段式和多段式两类，单段式又有非循环操作和循环操作两种。
4）管式反应器
管式反应器是在管内完成化学反应过程的反应器，有管式（裂解）炉和圆筒管式炉等。
1管式裂解炉
2圆筒管式炉
5）滚动式反应器
滚动式反应器是使固体物料进行焙烧反应的设备，主要结构为一个内衬耐火材料的倾斜装置的回转圆筒。
固体物料由上端加料装置加入，借滚筒的回转产生搅拌与混和，强化反应并向前移动。
燃烧加热的气体由下端进人。
物料逆向由卸料室卸出，炉气由烟道排出。
6）合成塔
合成塔是进行化学合成反应的一种塔型反应器。
应用于氨、氯化氢、甲醇、尿素的合成和重油的加氢等。
其结构、材料和形式随反应物和反应条件而不同。
一般由外壳和内件组成，外壳承受介质的高压，内件由催化剂（触媒）支撑装置、热交换装置、气体分配装置等组成。
有固定床反应和沸腾床反应两大形式，前者的应用较广。
7）焙烧炉
（2）塔器
塔器又称“塔设备”。
类似塔形的直立式石油化工设备，其高度与直径之比较大。
根据其作用的不同可分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔等。
根据其结构特点则可分为板式塔或填料塔两大类。
1）精馏塔
精馏塔是用以进行精馏操作的塔器。
精馏操作是将液体物料在塔内同时进行多次部分气化和部分冷凝，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，以分离液体混合物中的不同组分。
操作时，将由精馏塔顶冷凝所得的液体的一部分，由塔顶回流人塔内，并与下部上升的蒸汽密切接触，进行
热量与质量的交换，使低沸点组分沿着塔的向上方向不断增加浓度，而高沸点组分则沿着相反方向不断增加浓度，从而将液体混合物分离为塔顶产品（馏出液）和塔底产品（蒸馏釜残液），或在塔身任意部位引出不同馏份的产品。
2）吸收塔
吸收塔用以进行吸收操作的塔器。
吸收操作是选用适当的液体为吸收剂以分离气体混合物中的不同组分。
由于气体混合物中各组分对该液体吸收剂的溶解度各不相同，因而使易溶的组分溶于吸收剂中，以达到与其他组分分离的目的。
操作时，使从塔顶喷淋的液体吸收剂，与由塔底上升的气体混合物密切接触，从而气体中易溶组分逐渐溶于吸收剂中。
吸收塔根据作用的不同又可分为表面式、膜式、喷洒式和鼓泡式等。
3）解吸塔
解吸塔用以进行解吸操作的塔器。
解吸操作是与吸收操作正好相反的过程。
即将所吸收的气体从吸收剂放出。
在工业上往往使解吸与吸收结合进行，以获得纯净气体并再生吸收剂。
4）萃取塔
萃取塔用以进行萃取操作的塔器。
萃取操作是利用不同物质在选定溶剂（萃取剂）中的不同溶解度，以分离混合物中的不同组分。
当用溶剂分离液体混合物中的组分时，称为液体萃取。
当用溶剂分离固体混合物中的组分时，称为浸取，又称固体萃取。
习惯上，萃取多数仅指液体萃取。
萃取塔根据作用的不同又可分为搅拌式、脉动式、喷淋式和填料式。
5）气提塔
气提塔用于气提过程的塔器。
气提过程是将某一组分的蒸汽分压增大破坏了原来的蒸汽平衡分压，引发液相中的另一组分从液相中逸入气相的过程，也称蒸
汽蒸馏，是一种比较简单的蒸馏方法，常用以蒸馏在常压下沸点较高或在其沸点时易于分解的物料，也常用于高沸点的物料与不挥发的杂质分离。
为了实现较为理想的传质过程，往往在管子的另一侧供应热量，使气提组分化合物的分解所需热量得到补充，是一种传热传质类型的塔器。
6）板式塔
7）填料塔
8）栅板塔
9）湍球塔
（3）换热设备
换热设备即换热器；又称热交换器。
根据作用原理可分为间壁式换热器、蓄热式换热器和混合式换热器。
根据使用目的可分为加热器、冷却器、汽化器和冷凝器。
根据制造材料可分为金属材料换热器和非金属材料换热器。
根据传热面形式和结构可分为管式换热器、板式换热器和特种换热器。
1）间壁式换热器
间壁式换热器是通过分隔各流体的问壁进行热量交换的一类换热器。
主要是管
式换热器和板式换热器。
在化学工业中普遍使用管壳式换热器。
2）蓄热式换热器
3）混合式换热器
4）蛇管式换热器
蛇管式换热器是管式换热器的一种。
蛇管常用钢管制成，也可用有色金属和陶质材料制成。
5）套管式换热器
6）管壳式换热器
管壳式换热器又称“列管式换热器”。
优点是；①单位体积的传热面较大，设备较紧凑；②可竖立安装，也可横卧安装。
它是目前化工生产中用得最广泛的一种换热器。
7）多筒式换热器
8）刮面式换热器
适用于高黏度流体的加热或冷却，以及含有固体颗粒泥浆的冷却，也用作伴随
有放热或吸热反应的反应装置或溶解装置。
9）立式降膜式冷却（冷凝）器
10）螺旋管式换热器
螺旋管式换热器是由许多卷成同心螺旋状的传热管固定在盖板和壳体底板之间构成的一种换热器。
主要优点有：
①适用于小流量或小传热面场合；②因螺旋管中的层流传热系数大于直管的层流传热系数，所以可用于高黏度流体的加热或冷却；③由于两流
体为逆流流动，传热效果好；④传热管呈螺旋盘管状，具有弹簧作用，无热应力存在；⑤结构紧凑，安装容易。
主要缺点是：
①当传热管与入口管和出口管连接处产生泄漏时，修理困难；②管内的机械清洗很困难。
11）折流杆换热器
由于壳程流体流过折流杆时产生涡流，以及利用节流原理产生流体流经管束时
变横向流为平行流的作用，从而提高壳程流体的给热系数和降低壳程流体的阻力降。
为一种新型高效换热器。
缺点是杆式折流圈的加工制造和安装精度要求较高，因此使它的生产应用受到限制。
12）翅片管式换热器
翅片管式换热器是传热管外表面具有纵向翅片或径向翅片的一种换热器。
13）热管
热管是主要靠载热介质相变时吸收和释放汽化潜热及蒸汽流动来传热的一种具
有很高传热性能的传热元件。
当管子的一端受热时（称蒸发段），液体即在芯网中吸收热量汽化，产生的蒸汽通过管子中间部位的隔热段流向冷端（称冷凝
段），蒸汽遇到冷表面，冷凝成液体放出热量，而后在毛细力作用下，又补充回到热端。
14）板式换热器
（5）储存设备主要是用来盛装生产和生活用的原料气体、液体、液化气体等的容器。
如各种形式的储槽
④高压容器:
容器最高工作压力
P在下述范围之内:
1OMP系Pv1OOMPa对高
1）储存容器按压力分为
压容器的用材、制造和检验都有严格的要求⑤超高压容器：
容器最高工作压力等于或大于1OOMPa对超高压容器的设计必须遵循专门的规定。
⑥真空容器：
内部压力小于0.098MPa（Ikgf/cm2）的容器。
其破坏形式常为由于刚度不够而造成的失稳破坏。
⑦外压容器
外部压力高于内部压力的容器。
如真空容器、超真空容器及夹套压力大于容器
压力的夹套容器。
2）储存容器按壁分为
1薄壁容器
壳体外径与内径之比小于或等于1.2（或壁厚与内直径之比小于或等于0.1）的容器。
中低压容器按壁厚分类，一般均属于薄壁容器。
2厚壁容器
壳体外径与内径之比大于1.2（或壁厚与内直径之比大于0.1）的容器。
超高压
容器按壁厚分类，一般属于厚壁容器。
4）储存容器按使用温度分为
1常温容器
设计温度介于材料无延性转变温度（NDT与材料蠕变温度之间的容器。
2低温容器
设计温度等于或低于-20C的容器。
3高温容器
设计温度高于材料蠕变温度的容器。
5）根据容器压力高低、介质的危害程度以及在生产过程中的重要作用分为
1一类容器
2二类容器
3三类容器
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