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1、第三節(jié) 化工裝置基礎(chǔ)與日常運(yùn)行 化工生產(chǎn)過(guò)程中，化工裝置的正常運(yùn)行和安全生產(chǎn)是重中之重。任何化工生 產(chǎn)裝置都有與之相應(yīng)的操作規(guī)程，以指導(dǎo)、組織和管理生產(chǎn)。 “三傳一反”精辟概括了化工生產(chǎn)過(guò)程的本質(zhì)。 “三傳”指化學(xué)工業(yè)中遵循 共同的物理變化規(guī)律的三大基本單元操作， 即動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞過(guò) 程；“一反”指化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，將若干單元有機(jī)組合起來(lái)，就構(gòu) 成了完整的化工生產(chǎn)過(guò)程。下面將簡(jiǎn)單介紹一些“三傳一反”中的典型化工裝置 及日常運(yùn)行和操作。 一、流體輸送裝置 流體輸送裝置主要包括液體輸送裝置和氣體的壓縮與輸送裝置。 1.液體輸送裝置 液體輸送裝置統(tǒng)稱泵。根據(jù)泵的

2、工作原理和結(jié)構(gòu)特征可劃分為動(dòng)力式泵、容 積式泵、流體作用泵和其他類型泵等。動(dòng)力式泵也稱葉片式泵，包括離心泵、軸 流泵和旋渦泵等，此類泵的壓頭隨流量而變；容積式泵也稱正位移泵，包括往復(fù) 泵、隔膜泵、齒輪泵和螺桿泵等，此類泵的壓頭幾乎與流量無(wú)關(guān)；流體作用泵是 利用一種流體的作用來(lái)產(chǎn)生壓力或真空環(huán)境， 從而輸送另一種流體的裝置，如酸 蛋、噴射泵、水錘泵和空氣升液器等。 (1)離心泵 離心泵是典型的動(dòng)力式泵，在化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。 ①離心泵的結(jié)構(gòu) 離心泵的名稱很形象，它是依靠離心力作用來(lái)輸送流體的。 離心泵的主要構(gòu)件有：葉輪、泵殼、軸封和泵軸等，見 圖1- 】一泵體 2一叫輪蟀毋

3、3―止動(dòng)墊明 4—密封環(huán) 5一葉輪一泵掖 7一軸套 8—填料環(huán) 9—填料 1A填制壓蓋 II一懸架 12—泉軸 1計(jì)支架 圖1- 離心泵的結(jié)構(gòu) 葉輪是離心泵中能量傳遞的部件，它的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能傳遞給被輸 送的液體，以增加液體的靜壓能和動(dòng)能。離心泵的葉輪可分為閉式、半閉式和開 式三種，如圖1-所示。目前，大多數(shù)離心泵采用閉式葉輪，半開式和開式葉輪 常用語(yǔ)輸送含有雜質(zhì)的液體。 開式葉輪 半用式葉輪 用式葉輪 10 777777777Z 皿 9 9 上葉輪顯兗3?錄陶 口 5咫入哲 6-單獨(dú)底閥T-諭網(wǎng) 8*排出口無(wú)排出營(yíng) 1。-調(diào)節(jié)螂 圖1- 離心泵的工

4、作原理 圖1-離心泵葉輪的類型 泵殼也稱蝸殼，是離心泵的能量轉(zhuǎn)化裝置，它的作用是將葉輪提供的動(dòng)能轉(zhuǎn) 化為靜壓能，并將葉輪甩出的液體收集起來(lái)導(dǎo)向泵的出口管或下一級(jí)葉輪。 軸封是用來(lái)封閉泵軸穿出泵殼處的問(wèn) 隙，以防止外界空氣進(jìn)入泵殼，或阻止泵 內(nèi)的高壓液體泄漏到泵殼外面。軸封分為 填料密封和機(jī)械密封兩種類型，其中機(jī)械 密封應(yīng)用廣泛。 ②離心泵的工作原理 啟動(dòng)前準(zhǔn)備：開泵前，先在泵內(nèi)灌滿 要輸送的液體（灌泵）0同時(shí)關(guān)閉排出管路 上的流量調(diào)節(jié)閥（出口閥），待電動(dòng)機(jī)啟動(dòng) 后，再打開出口閥。 泵的排液：?jiǎn)?dòng)后葉輪告訴旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生 較強(qiáng)離心力，液體從葉輪中心被拋向外周， 以很高的速度流向泵殼，部分動(dòng)

5、能轉(zhuǎn)化為 靜壓能，而以較高壓力從排液口排出。 泵的吸液：當(dāng)泵內(nèi)液體從葉輪中心被 拋向葉輪外緣時(shí)，在葉輪中心處形成低壓 區(qū)，液體在吸入液面與葉輪中心處的壓強(qiáng) 差的作用下，沿著吸入管連續(xù)不斷地進(jìn)入 葉輪中心。其工作原理如 圖1-所示。 離心泵無(wú)自吸能力，啟動(dòng)前需要灌泵， 否則會(huì)發(fā)生氣縛現(xiàn)象。 ③離心泵的特性曲線及應(yīng)用 離心泵的主要參數(shù)有流量Q、揚(yáng)程（壓頭）H、軸功率N、有效功率Ne、 效率n和轉(zhuǎn)速n等。 實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)離心泵的轉(zhuǎn)速n一定時(shí)，其流量與揚(yáng)程、軸功率和效率之間存 在著一定的關(guān)系,這些關(guān)系可以在相應(yīng)的坐標(biāo)中繪制成 Q-H、Q-N和Q-"三 條曲線（如下頁(yè)圖1-）,稱為離心泵的

6、特性曲線。泵的制造商提供的特性曲線 是用20七的清水實(shí)驗(yàn)測(cè)定的，當(dāng)泵輸送的液體與 20七的清水性質(zhì)不同時(shí)，還 需要進(jìn)行特性換算。 Q - H曲線是選擇泵和 操作泵的主要參考依據(jù)。生 產(chǎn)中如果要求的輸出壓頭包 定，則盡量選擇該曲線比較 平坦的離心泵。 Q-N曲線是合理選擇 電機(jī)功率和啟動(dòng)泵的主要參 考依據(jù)。泵啟動(dòng)時(shí)，為了減 小其啟動(dòng)電流而保護(hù)電機(jī)， 應(yīng)該在關(guān)閉泵的排出調(diào)節(jié)閥 的情況下啟動(dòng)電源。 圖1- 離心泵特性曲線 Q 曲線是檢查泵的 工作性能的依據(jù)。離心泵在 該曲線的最高點(diǎn)的工作效率最高， 下的軸功率大于并接近于電機(jī)功率 是泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)。選擇電機(jī)的原則是使工作狀態(tài) 選擇泵

7、時(shí)應(yīng)該綜合考慮上述三條曲線，使泵的實(shí)際工作狀態(tài)最佳化。 ④離心泵的日常運(yùn)行與操作 a. 了解輸送任務(wù)，如壓力、溫度、流量、吸入和排出高度、參數(shù)變化范圍 等，以保證泵的適用；熟悉操作規(guī)程，嚴(yán)格按照操作規(guī)程制定操作計(jì)劃。 b.檢查各儀表的開車前狀態(tài)，如進(jìn)口這空表和出口壓力表等。 c.盤車，保證泵能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 d.灌泵，同時(shí)檢查泵的密封性，通知接料崗位準(zhǔn)備接料。 f.啟動(dòng)泵，慢慢打開出口閥，通過(guò)流量和壓力等參數(shù)指示，將出口閥調(diào)節(jié) 至適當(dāng)開度。 g.輸送任務(wù)完成后，慢慢關(guān)閉離心泵出口閥，關(guān)閉電機(jī)電源，關(guān)閉進(jìn)口閥。 h.離心泵運(yùn)行過(guò)程中，要注意合 理的巡檢，如液位、壓力、流量等參數(shù) 和

8、有無(wú)泄漏及異常聲響等。 i.離心泵的安裝高度應(yīng)該低于其 最大安裝高度，否則會(huì)發(fā)生汽蝕現(xiàn)象或 液體不能被上吸。 圖1-多級(jí)離心泵 離心泵的流量調(diào)節(jié)可采用經(jīng)典的 出口閥調(diào)節(jié)，也可采用現(xiàn)代控制技術(shù)的 變頻調(diào)節(jié)。如果要求的壓頭較高，可采 用多級(jí)離心泵，如圖1-所示。 (2)往復(fù)泵 往復(fù)泵是典型的正位移泵。往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)、工作原理和操作方法區(qū)別很大。 ①往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)及工作原理 如下頁(yè)圖1-所示，往復(fù)泵由泵缸、活塞、吸入閥、排出閥、活塞桿等組成。 活塞自左向右移動(dòng)時(shí)，泵缸內(nèi)形成負(fù)壓，則貯槽內(nèi)的液體經(jīng)吸入閥進(jìn)入泵缸內(nèi)；當(dāng)活塞自右向左移動(dòng)時(shí)，缸內(nèi)液體受 壓而壓力增大，由排出閥排出?；钊鶑?fù) 一次

9、，各吸入和排出一次液體，稱為一個(gè) 工作循環(huán)?；钊梢欢艘浦亮硪欢?，稱為 一個(gè)沖程。 往復(fù)泵按照往復(fù)部件不同，可分為活 塞泵、柱塞泵和隔膜泵等 ②往復(fù)泵的日常運(yùn)行特點(diǎn)與操作注意 事項(xiàng) a往復(fù)泵適用于輸送高壓、高粘度和 小流量的液體。 b.往復(fù)泵的流量與壓頭無(wú)關(guān)，流量取 決于活塞的面積、沖程和往復(fù)頻率，而且 瞬時(shí)流量不穩(wěn)定。 c.往復(fù)泵的出口壓力取決于泵的強(qiáng) 度、密封情況和原動(dòng)機(jī)功率等。 1-錄缸： ”活塞： 務(wù)活塞桿 ?1-駁入閥: 5-排出閥 圖1- 往復(fù)泵構(gòu)造和工作原理 d.往復(fù)泵啟動(dòng)前應(yīng)嚴(yán)格檢查進(jìn)、出口管路、閥門等，給泵體內(nèi)加入清潔的 潤(rùn)滑油，使泵各運(yùn)動(dòng)部件保持潤(rùn)濕。

10、 e.往復(fù)泵有自吸能力而無(wú)需灌泵，但為了避免啟動(dòng)時(shí)的干摩擦，啟動(dòng)前最 好灌泵。 f.往復(fù)泵運(yùn)行前應(yīng)向機(jī)體內(nèi)加入清潔潤(rùn)滑油至油窗上的指示刻度。往復(fù)泵 運(yùn)行中應(yīng)無(wú)異常沖擊聲，進(jìn)出口閥應(yīng)無(wú)泄漏，否則停泵檢修。 g.往復(fù)泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后應(yīng)進(jìn)行大修，所有零件拆洗重裝。 往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)方式為旁路調(diào)節(jié)， 絕不能用出口閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。在啟動(dòng) 往復(fù)泵等正位移泵時(shí)，先打開出口閥和旁路閥，然后啟動(dòng)電機(jī)，根據(jù)生產(chǎn)工藝要 求的流量緩慢關(guān)閉旁路閥，以進(jìn)行適當(dāng)?shù)牧髁空{(diào)節(jié)；在停泵時(shí)，先打開旁路閥， 然后關(guān)閉電機(jī)，再關(guān)閉進(jìn)口閥，最后關(guān)閉出口閥。 2、氣體的壓縮裝置一壓縮機(jī) 壓縮機(jī)是一種用于壓縮氣體，以提高氣體壓力或

11、輸送氣體的裝置。氣體的壓 力取決于單位時(shí)間內(nèi)氣體分子撞擊單位面積的次數(shù)與強(qiáng)烈程度。 (1)離心式壓縮機(jī) 離心式壓縮機(jī)因氣體在機(jī)內(nèi)沿徑向流動(dòng)而得名，就是使氣流不斷增速和減速 而彼此擠壓來(lái)提高氣體壓力的。離心式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作原理同離心鼓風(fēng)機(jī) (透平)相似，但結(jié)構(gòu)上是多級(jí)式的，其級(jí)數(shù)可以在十級(jí)以上。離心式鼓風(fēng)機(jī)的 結(jié)構(gòu)類似于多級(jí)離心泵。 離心壓縮機(jī)的工作原理：原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)主軸葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，在離心力作用下， 氣體被甩到工作輪后面的擴(kuò)壓器中去， 而在工作輪中間形成稀薄地帶，前面的氣 體從工作輪中間 的進(jìn)汽部份進(jìn)入葉輪，由于工作輪不斷旋轉(zhuǎn)，氣體能連續(xù)不斷 地被甩出去，從而保持了氣壓機(jī)中氣體的連續(xù)

12、流動(dòng)，氣體因離心作用增加了壓力， 還可以很大的速度離開工作輪，氣體經(jīng)擴(kuò)壓器逐漸降低了速度，動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓 能，進(jìn)一步增加了壓力。如果一個(gè)工作葉輪得到的壓力還不夠， 可通過(guò)使多級(jí)葉 輪串聯(lián)起來(lái)工作的辦法來(lái) 達(dá)到對(duì)出口壓力的要求。級(jí)間的串聯(lián)通過(guò)彎通，回流 器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 離心式壓縮機(jī)的級(jí)構(gòu)成如 下頁(yè)圖1-所示。離心式壓縮機(jī)的基本單元是由 圖1- 離心式壓縮機(jī)的級(jí)構(gòu)成 一個(gè)葉輪和與之相匹配的固定原件構(gòu) 成的級(jí)。一臺(tái)壓縮機(jī)可由若干個(gè)缸串聯(lián) 而成，每缸又可有若干段，每段可由一 個(gè)或若干個(gè)級(jí)組成。 離心式壓縮機(jī)的主要結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn) 子、葉輪、缸體、隔板、密封和軸承等。 一般離心式壓縮機(jī)的壓力范圍在 3

13、50kPa以上，工業(yè)用高壓工業(yè)用高壓 離心壓縮機(jī)的壓力有15~35MPa的，海 上油田注氣用的離心壓縮機(jī)壓力有高 達(dá)70MPa的。 離心式壓縮機(jī)的主要參數(shù)包括流 量、排氣壓強(qiáng)、壓縮比、功率和效率等。 多級(jí)離心式壓縮機(jī)還有中間冷卻或缸 內(nèi)冷卻裝置，理論上看，冷卻次數(shù)越多， 壓縮過(guò)程越接近于等溫壓縮。 離心式壓縮機(jī)在運(yùn)行中可能發(fā)生氣動(dòng)非穩(wěn)定現(xiàn)象，主要有阻塞、喘振和失速 現(xiàn)象。阻塞是離心式壓縮機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行， 流量增加至某個(gè)值時(shí)，壓縮機(jī)性 能急劇惡化而不能繼續(xù)增加流量或提高排氣壓力的現(xiàn)象； 喘振是在壓縮機(jī)隨著流 量減小到某個(gè)值時(shí)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)失速后， 更進(jìn)一步出現(xiàn)的非穩(wěn)定工況現(xiàn)象，這里不再 詳述。

14、 離心式壓縮機(jī)的運(yùn)行注意以下幾點(diǎn): ①自控儀表和系統(tǒng)裝置齊全，并逐步確認(rèn)其準(zhǔn)確可靠； ②機(jī)組缸體和管路完整到位； ③壓縮機(jī)與工藝管路連線的止逆閥正常無(wú)內(nèi)泄， 止逆閥出現(xiàn)問(wèn)題不能使用; ④啟動(dòng)前，操作人員應(yīng)按操作規(guī)程對(duì)各部位和系統(tǒng)全面檢查、確認(rèn)； ⑤對(duì)危險(xiǎn)氣體壓縮機(jī)，應(yīng)對(duì)壓縮機(jī)及相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行氮?dú)庵脫Q。 ⑥壓縮機(jī)一定在工藝條件允許情況下運(yùn)行，決不可超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)； ⑦壓縮機(jī)停機(jī)后的維護(hù)十分重要，否則可能造成再次啟動(dòng)時(shí)發(fā)生事故 (2)往復(fù)式壓縮機(jī) 1-活塞不排氣閥生排氣彈簧4-閥座5-暖氣閥日-汽缸套7-軸封 樂(lè)曲軸以曲軸箱】口 ?油過(guò)撼器小齒輪 如圖1-所示，往復(fù)式 壓縮機(jī)屬于容

15、積式壓縮機(jī)， 其工作原理類似于往復(fù)泵。 目前往復(fù)式壓縮機(jī)主要是活 塞式空壓機(jī)為主，而活塞式 空壓機(jī)現(xiàn)在主要向中壓及高 壓方向發(fā)展，這是離心式壓 縮機(jī)目前無(wú)法達(dá)到的一個(gè)高 度。 圖1-往復(fù)式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu) 往復(fù)式壓縮機(jī)按照排氣 壓力可分為低壓 (0.2-0.98MPa )、中壓 (0.98 -9.8MPa )、高壓 (9.8 -98.0MPa )和超高壓 (>98.0MPa)壓縮機(jī)。一般工業(yè)中常用多級(jí)往復(fù)式壓縮機(jī)，將幾個(gè)氣缸串聯(lián)起 來(lái)進(jìn)行多級(jí)氣體壓縮。氣體在一個(gè)氣缸被壓縮后，經(jīng)中間冷卻器、油水分離器， 再進(jìn)入另一個(gè)氣缸 壓縮，連續(xù)地依次 經(jīng)過(guò)若干個(gè)氣缸的 壓縮，即達(dá)到要求 的最終壓力。壓縮

16、 一次稱為一級(jí)，連 續(xù)壓縮的次數(shù)就是 級(jí)數(shù)。多級(jí)往復(fù)壓 口編 i級(jí)級(jí)間冷卻亞 n級(jí)畿間冷卻舞國(guó)皆 區(qū)級(jí)冷卻韓 圖1-多級(jí)往復(fù)壓縮示意圖 縮如圖1- o 往復(fù)式壓縮機(jī)的特點(diǎn)與運(yùn)行： ①運(yùn)動(dòng)部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修工作量大，維修費(fèi)用高； ②壓縮空氣不是連續(xù)排出、有脈動(dòng)； ③活塞環(huán)的磨損、氣缸的磨損、皮帶的傳動(dòng)方式使效率下降很快； ④噪音大，且不適應(yīng)連鎖控制和無(wú)人值守； ⑤往復(fù)式壓縮機(jī)啟動(dòng)前必須加好潤(rùn)滑油， 打開管路上的出口閥，打開進(jìn)入氣 缸夾套的冷卻水閥，檢查自控儀表和安全裝置情況，試運(yùn)轉(zhuǎn)正常后再打開吸入閥 進(jìn)氣； ⑥經(jīng)常檢查各級(jí)進(jìn)、出口閥門的工作情況，檢查壓縮機(jī)的潤(rùn)滑情

17、況，定期排 放各級(jí)中間冷卻器、油水分離器中的油、水等； ⑦往復(fù)壓縮機(jī)的流量調(diào)節(jié)可用旁路法， 也可用變頻器控制轉(zhuǎn)速，還有一些其 他方法不再詳述。 二、傳熱裝置 傳熱裝置即換熱器，是對(duì)物料進(jìn)行加熱或冷卻的裝置。 傳熱過(guò)程的推動(dòng)力是溫度差，流體在換熱器內(nèi)可以進(jìn)行無(wú)相變或有相變的熱 量傳遞，如加熱、沸騰、冷卻、冷凝等過(guò)程。因此，換熱器按照其用途可以分為 加熱器、冷卻器、冷凝器、再沸器和蒸發(fā)器等，它們根據(jù)化工過(guò)程中不同的工藝 要求，應(yīng)用非常廣泛。 換熱器主要是用作控制和調(diào)節(jié)工藝介質(zhì)的溫度， 使工藝介質(zhì)發(fā)生相變，或者 進(jìn)行熱量的回收。工業(yè)換熱器大多是間壁式，下面介紹列管式換熱器和加熱爐。 1、

18、列管式換熱器 (1)列管式換熱器的構(gòu)造及類型 如圖1-所示，列管式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板(擋板) 和管箱(封頭)等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在  管板上。進(jìn)行換熱的冷、熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體；另一種 在管外流動(dòng)，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝 若干擋板，擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過(guò)管束， 增強(qiáng)流體湍動(dòng)程度。 列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了流體流動(dòng)空間的特點(diǎn)，流體每通過(guò)管束一次 稱為一個(gè)管程；每通過(guò)殼體一次稱為一個(gè)殼程。上圖就是最簡(jiǎn)單的單殼程單管程 換熱器。為提高管內(nèi)流體的速

19、度，可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分成 若干組。這樣流體每次只通 過(guò)部分管子，因而在管束中 往返多次，這稱為多管程。 同樣，為提高管外流體的流 速，也可在殼體內(nèi)安裝縱向 擋板，迫使流體多次通過(guò)殼 體空間，稱為多殼程。多管 程與多殼程可配合應(yīng)用。如 圖1-即為單殼程四管程列 管式換熱器。 由于列管式換熱器管程 和殼程內(nèi)流體的溫度不同， 換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，可能導(dǎo)致管子熱變形而從管板上拉脫或熱斷裂。 因此需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力的作用。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施， 列管式換熱器可分為： ①固定管板式換熱器。管束兩端的管板與殼體聯(lián)成一體，適用于冷熱流體溫 度差不大，且殼程不

20、需要機(jī)械清洗的換熱操作。當(dāng)溫度差稍大而殼程壓力又不太 高時(shí)，可在殼體上安裝有彈性的補(bǔ)償圈，以減小熱應(yīng)力，如上 圖1-。 ②U管換熱器。每根換熱管都是U形，兩端分別固定在同一管板的上下兩區(qū)， 借助于封頭內(nèi)的隔板分成進(jìn)、出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)比 浮頭式簡(jiǎn)單，但管程不易清洗。見圖1- a o ③浮頭式換熱器。管束一端的管板可自由浮動(dòng)，完全消除了熱應(yīng)力，且整個(gè) 管束可從殼體中抽出，管程和殼程均便于機(jī)械清洗和檢修。 見圖1- b。 圖1- U管和浮頭式換熱器 (2)列管式換熱器的參數(shù)和控制原理 列管式換熱器的主要控制參數(shù)為流量、進(jìn)出口溫度、傳熱面積和傳熱系數(shù)等， 如有壓力操

21、作，壓力的測(cè)量與控制也是重點(diǎn)。 換熱器操作的最終目的是控制流體的溫度和流量， 并設(shè)法強(qiáng)化傳熱過(guò)程?？?利用熱量衡算關(guān)系式來(lái)進(jìn)行溫度和載熱體流量的控制。如工業(yè)換熱利用水蒸氣作 為熱流體對(duì)冷流體就行加熱。 Q =4^!熱r熱=4仙令c冷。2 — ti ) (1-) 式中 Q ——傳熱速率，W； qm熱、qma -—-熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s； r熱一一水蒸汽在其工作條件下的冷凝潛熱，J/kg; ti、t2一一冷流體的進(jìn)、出口溫度，C。 例如，可根據(jù)所測(cè)量的冷流體進(jìn)口溫度 ti和設(shè)定的目標(biāo)出口溫度t2,流量 qm冷及定性溫度t= ?下的比熱容c冷來(lái)計(jì)算水蒸汽用量，前提是先設(shè)定水蒸

22、汽 2 的壓力，在這個(gè)壓力下查取蒸汽對(duì)應(yīng)的冷凝潛熱 r熱，可得： qm令 C冷 *2 - ti) qm 熱= (1-) r熱 而列管式換熱器白^傳熱系數(shù) K = —Q— (1-) A ：tm 式中K——總傳熱系數(shù)，W/(m2 ,℃)； Q一一傳熱速率，W； △tm 一一傳熱推動(dòng)力平均溫差，℃； 2 A——傳熱壁面的面積，m。對(duì)列管換熱器： A = n二d。1 式中n——列管換熱器的管數(shù)； do ——列管白外徑，m； l ——列管白^長(zhǎng)度，m。 換熱器在實(shí)際工作狀態(tài)中，若忽略熱其損失，則認(rèn)為熱流體的放熱 Qh等于 冷流體的吸熱Qc,也等于換熱器的傳熱速率 Q。

23、 (3)換熱器的日常運(yùn)行原則 ①吹掃時(shí)應(yīng)盡可能避免對(duì)有涂層的設(shè)備進(jìn)行吹掃，工藝上確實(shí)避免不了，應(yīng) 嚴(yán)格控制吹掃溫度，以免造成涂層破壞。 ②開、停車過(guò)程中，換熱器應(yīng)緩慢升溫和降溫，避免造成壓差過(guò)大和熱沖擊， 同時(shí)應(yīng)遵循停工時(shí)“先熱后冷”即先退熱介質(zhì)，再退冷介質(zhì)；開工時(shí)“先冷后熱”， 即先進(jìn)冷介質(zhì)，后進(jìn)熱介質(zhì)。 ③在開工前應(yīng)確認(rèn)螺紋鎖緊環(huán)式換熱器系統(tǒng)通暢，避免管板單面超壓。 ④認(rèn)真檢查設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，嚴(yán)禁超溫、超壓。保持保溫層完好。 ⑤操作人員應(yīng)嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程，定時(shí)對(duì)換熱設(shè)備進(jìn)行巡回檢查。 ⑥應(yīng)經(jīng)常對(duì)管、殼程介質(zhì)的溫度及壓降進(jìn)行檢查，分析換熱器的泄漏和結(jié)垢 情況。在壓降增大和

24、傳熱系數(shù)降低超過(guò)一定數(shù)值時(shí)， 應(yīng)根據(jù)介質(zhì)和換熱器的結(jié)構(gòu)， 選擇有效的方法進(jìn)行清洗。 ⑦應(yīng)經(jīng)常檢查換熱器的振動(dòng)情況。 ⑧在操作運(yùn)行時(shí)，有防腐涂層的冷換設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格控制溫度，避免涂層損壞。 ⑨有蒸汽作為冷、熱流體之一的傳熱操作中，要及時(shí)排放不凝性氣體來(lái)強(qiáng)化 傳熱，還要及時(shí)排放冷凝水。 （4）列管式換熱器操作的流體流道選擇 ①對(duì)固定管板式換熱器，不潔凈和易結(jié)垢流體宜走管程，因管內(nèi)清洗較方便； ②腐蝕性流體宜走管程，以免管束與殼體同時(shí)受腐蝕； ③壓力高的流體宜走管程，以免殼體承受壓力； ④飽和蒸汽宜走殼程，因蒸汽冷凝傳熱系數(shù)與流速無(wú)關(guān)但冷凝液容易排出； ⑤若兩流體溫度差較大，選用固定管板

25、式換熱器時(shí)，宜使傳熱分系數(shù)大的流 體走殼程，以減小熱應(yīng)力。 2、加熱爐 加熱爐是用來(lái)給物料或工件加熱的設(shè)備。加熱爐沒有統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，最常 見的就是管式加熱爐和蓄熱式加熱爐，按熱源不同可分為燃料加熱爐、電阻加熱 爐、感應(yīng)加熱爐、微波加熱爐等。加熱爐的應(yīng)用遍及石油、化工、制藥、冶金、 建材、機(jī)械、輕工、電子、材料等諸多領(lǐng)域。 （1）加熱爐的工作原理 如圖1-,以燃料加熱爐加熱原油為例說(shuō)明加熱爐的工作原理：燃料在加 熱爐輻射室（爐膛）中燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔獠⒁? 煙囪排出。待加熱的原油首先進(jìn)入加熱爐對(duì)流室 爐管，爐管主要以對(duì)流方式從流過(guò)對(duì)流室的煙氣 中獲得熱量，這些熱量又以傳導(dǎo)方式由爐管外表

26、 面?zhèn)鲗?dǎo)至內(nèi)表面，同時(shí)又以對(duì)流方式傳遞給管內(nèi) 流動(dòng)的原油。原油由對(duì)流室爐管進(jìn)入輻射室爐管， 輻射室內(nèi)的燃燒器噴出的火焰主要以輻射方式將 熱量的一部分輻射到爐管外表面，另一部分輻射 到爐墻上，爐墻再次以輻射方式將熱量輻射至爐 管外表面上。這兩部分輻射熱共同作用，使?fàn)t管 外表面升溫并與管壁內(nèi)表面形成了溫差，熱量以 傳導(dǎo)方式傳遞至管內(nèi)壁，管內(nèi)流動(dòng)的原油又以對(duì) 流方式不斷從管內(nèi)壁獲得熱量，便實(shí)現(xiàn)了加熱原 油的工藝要求。加熱爐加熱能力的大小取決于火 焰的強(qiáng)度（爐膛溫度）、爐管表面積和總傳熱系 數(shù)的大小。 圖1-加熱爐工作原理示意圖 加熱爐的運(yùn)行參數(shù)主要有爐膛溫度 （擋墻溫度）和排煙溫度。①爐膛溫度指

27、 煙氣離開輻射室而未進(jìn)入對(duì)流室的溫度或輻射室擋火墻前的溫度， 是加熱爐運(yùn)行 的重要參數(shù)。爐膛溫度是保證加熱爐長(zhǎng)期安全運(yùn)行的指標(biāo)。②排煙溫度指煙氣離 開加熱爐最后一組對(duì)流受熱面進(jìn)入煙囪的溫度。 排煙溫度不應(yīng)過(guò)高，否則熱損失 大，在保證加熱爐處于負(fù)壓完全燃燒的情況下， 應(yīng)降低排煙溫度，但排煙溫度過(guò) 低，會(huì)使對(duì)流傳熱溫差降低而增加傳熱面積， 加大加熱爐的投資費(fèi)用。排煙溫度 的調(diào)節(jié)一般用控制進(jìn)風(fēng)量，即調(diào)整過(guò)?？諝庀禂?shù)的辦法。在選擇最合理的排煙溫度時(shí)，還應(yīng)考慮低溫腐蝕的影響，使排煙溫度高于燃料燃燒所產(chǎn)生的硫氧化物的 酸蒸汽的露點(diǎn)溫度。 (2)圓筒形管式加熱爐 管式加熱爐的種類繁多，一般常用的多為圓

28、筒形加熱爐和箱式加熱爐。 管式 爐爐體一般由鋼架及筒體(或箱體)組成，爐內(nèi)襯有耐火材料和隔熱材料。根據(jù) 其受熱形式有純輻射式和輻射-對(duì)流式。 ①管式加熱爐的結(jié)構(gòu) 如圖1-所示，圓 筒形管式加熱爐大致可 以分為底座、燃燒器、 輻射室、對(duì)流室、煙囪 和爐配件等幾部分。 I一底冷；士一風(fēng)機(jī)門T燒卷：4一貓射室：5f就爐管；16理門：7—對(duì)流室；燈一對(duì)渝爐管; 9TlmcH人■禮門 圖1— 圓筒形加熱爐結(jié)構(gòu)圖 爐底由爐底立柱和 爐底鋼板組成，起支撐 爐子的作用，并使?fàn)t底 有一定高度的操作空 間，燃燒器置于爐底鋼 板下面；輻射室即爐膛， 也就是燃燒室，燃燒煙 氣通過(guò)輻射傳熱方式把 熱量傳遞給輻

29、射爐管， 煙氣隨后進(jìn)入對(duì)流室； 煙氣在對(duì)流室通過(guò)對(duì)流 傳熱方式將熱量傳遞給 對(duì)流爐管，隨后通過(guò)煙 道、煙囪排入大氣；煙 囪在對(duì)流室頂部，起到 排煙和形成抽力的作 用；爐配件除燃燒器外， 還包括入孔門、看火門、 防爆門、煙囪擋板、爐管吊架、掛鉤和除灰器等。 ②影響加熱爐熱效率的因素：加熱爐排煙溫度越高，熱效率越低；過(guò)?？諝?系數(shù)越大，熱效率越低；化學(xué)不完全燃燒損失越大，即排煙中的一氧化碳和氫氣 越多，熱效率越低；機(jī)械不完全燃燒損失越大，即排煙中未燒盡碳粒子含量越高， 熱效率越低；爐壁散熱損失越大，熱效率越低。 ③加熱爐的運(yùn)行與操作 a.點(diǎn)火前的檢查：檢查燃料管線閥、爐壁襯里、管吊架和爐管、

30、防爆門等 配件、火盆和火嘴、滅火蒸汽接管、各儀表、爐壁、爐膛、控制系統(tǒng)閥等；檢查 余熱鍋爐系統(tǒng)，并確認(rèn)在加熱爐系統(tǒng)開工之前煮爐操作已經(jīng)完成； 檢查余熱鍋爐 系統(tǒng)和空氣預(yù)熱系統(tǒng)，引風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)盤車等。 b.點(diǎn)火前準(zhǔn)備：空氣預(yù)熱系統(tǒng)各閥關(guān)閉；消防蒸汽引至爐前，消防器材準(zhǔn) 備就緒；燃料管線試壓合格，并逐個(gè)把火嘴貫通，引燃料至爐前；打開排放大氣 閥放空；爐膛測(cè)爆合格；煙氣氧分析儀與爐膛壓力測(cè)定儀表投用 c.點(diǎn)火：確認(rèn)點(diǎn)火準(zhǔn)備工作完畢后，按照操作規(guī)程點(diǎn)火。 三、氣液傳質(zhì)裝置 氣液傳質(zhì)設(shè)備是氣液傳質(zhì)單元操作過(guò)程的專用設(shè)備，它必須為氣液傳質(zhì)過(guò)程 提供所需的一切條件，如氣液接觸面積、氣液混合與分離的接

31、觸場(chǎng)所和空間、 溫 度和壓力等?；どa(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的氣液傳質(zhì)設(shè)備為塔設(shè)備，主要包括板式塔 和填料塔，可根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝要求來(lái)選擇塔的類型。 塔設(shè)備具有較大的長(zhǎng)徑比和物料處理能力， 能夠滿足高溫高壓和低溫低壓的 各種條件，塔內(nèi)結(jié)構(gòu)各有不同，一般為非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。 1、板式塔 板式塔由圓筒形塔體和按一定間距水平裝置在塔內(nèi)的若干塔板組成， 廣泛應(yīng) 用于工業(yè)精儲(chǔ)和吸收分離操作，有些板式塔也用于萃取或作為反應(yīng)器用于氣液相 反應(yīng)過(guò)程。板式塔主要包括篩板塔、浮閥塔和泡罩塔，下面以精儲(chǔ)為例來(lái)介紹篩 板塔。 （1）板式塔的結(jié)構(gòu) 板式塔的結(jié)構(gòu)如圖1-所示，板式塔由鋼 質(zhì)圓筒及橢圓形封頭構(gòu)成。塔體上還要

32、設(shè)置人 孔或手孔、平臺(tái)、扶梯、吊柱、保溫圈等。整 個(gè)塔體由支座（塔裙座）支撐，裙座高度由工 藝條件的附屬設(shè)備（如再沸器、泵）及管道的 布置決定?？赊D(zhuǎn)動(dòng)的吊柱設(shè)置在塔頂，用于安 裝和檢修時(shí)運(yùn)送塔內(nèi)的構(gòu)件。 板式塔內(nèi)部除裝有塔板、降液管及各種物 料進(jìn)出口接管外，還有許多附屬裝置，如除沫 器等。除沫器用于捕集在氣流中的液滴，使用 高效的除沫器、對(duì)于提高分離效率，改善塔后 設(shè)備的操作狀況，回收物料及減少環(huán)境污染等 都非常重要。常用有絲網(wǎng)除沫器和折板除沫器。 （2）板式塔的精儲(chǔ)原理 精微單元操作是通過(guò)加熱，使均相液體混 合物系本身汽化而造成汽、液兩相，在揮發(fā)性 差異的驅(qū)動(dòng)下，使大部分易揮發(fā)組分由液

33、相向 氣相傳遞，大部分難揮發(fā)組分由氣相向液相傳 遞，是氣、液兩相之間的傳質(zhì)過(guò)程，其過(guò)程伴 隨著動(dòng)量傳遞和熱量傳遞。精儲(chǔ)是液體多次部 分汽化和氣體多次部分冷凝同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程。 圖1-板式塔的整體結(jié)構(gòu)圖 如圖1-, 一個(gè)完整的精儲(chǔ)塔應(yīng)包括精儲(chǔ)段和提儲(chǔ)段。加料板把精儲(chǔ)塔分 為兩段，加料板以上 的部分完成上升蒸汽 的精制，除去其中的 重組分，因而稱為精 儲(chǔ)段。加料板以下（包 括加料板）的部分完 成下降液體中重組分 的提濃，除去大部分 的輕組分，因而稱為提儲(chǔ)段。精儲(chǔ)塔正常工作時(shí)，蒸汽由塔底進(jìn)入，與下降的液體進(jìn)行逆流接觸，兩 相接觸中，下降液中的輕組分不斷地向蒸氣中轉(zhuǎn)移， 蒸汽中的重組分不斷地向下

34、降的液體中轉(zhuǎn)移，蒸汽越接近塔頂，其輕組分濃度越高，而下降的液體越接近塔 底，其重組分濃度越高，最終達(dá)到分離目的。塔頂蒸汽最終進(jìn)入冷凝器變?yōu)槔淠?液，冷凝液的一部分作為回流液返回精儲(chǔ)塔塔頂，其余部分作為塔頂產(chǎn)品采出。 塔底液體的一部分送入再沸器再次沸騰汽化返回塔底，另一部分作為塔底產(chǎn)品采 出。 (3)篩板塔板上的氣液接觸狀態(tài) 如圖1-所示，塔板為氣液接觸和傳質(zhì)與傳熱提供了場(chǎng)所。當(dāng)液體流量一定 時(shí)，隨著氣速的增加，可以出現(xiàn)四種不同的接觸狀態(tài)。 6)勰港妹亳；6)號(hào)名筆毒；池案坐擊；(的十射卷蠢. 圖1-精儲(chǔ)流程示意圖 I一加詢塔：暮沸苫；A全就方: 4-M察革:5-貯槽

35、 圖1-塔板上的氣液接觸狀態(tài) a.鼓泡接觸狀態(tài)：當(dāng)氣速較低時(shí)，氣體以鼓泡形式通過(guò)液層。由于氣泡的數(shù) 量不多，形成的氣液混合物基本上以液體為主， 氣液兩相接觸的表面積不大，傳 質(zhì)效率很低。 b.蜂窩狀接觸狀態(tài)：隨著氣速的增加，氣泡的數(shù)量不斷增加。當(dāng)氣泡的形成 速度大于氣泡的浮升速度時(shí)，氣泡在液層中累積。氣泡之間相互碰撞，形成各種 多面體的大氣泡，板上為以氣體為主的氣液混合物。由于氣泡不易破裂，表面得 不到更新，所以此種狀態(tài)不利于傳熱和傳質(zhì)。 c.泡沫接觸狀態(tài)：當(dāng)氣速繼續(xù)增加，氣泡數(shù)量急劇增加，氣泡不斷發(fā)生碰撞 和破裂，此時(shí)板上液體大部分以液膜的形式存在于氣泡之間， 形成一些直徑較小,

36、擾動(dòng)十分劇烈的動(dòng)態(tài)泡沫，在板上只能看到 較薄的一層液體。由于泡沫接觸狀態(tài)的表面 積大，并不斷更新，為兩相傳熱與傳質(zhì)提供 了良好的條件，是一種較好的接觸狀態(tài)。 d.噴射接觸狀態(tài)：當(dāng)氣速繼續(xù)增加，由 于氣體動(dòng)能很大，把板上的液體向上噴成大 小不等的液滴，直徑較大的液滴受重力作用 又落回到板上，直徑較小的液滴被氣體帶 走，形成液沫夾帶。此時(shí)塔板上的氣體為連 續(xù)相，液體為分散相，兩相傳質(zhì)的面積是液 滴的外表面。由于液滴回到塔板上又被分 散，這種液滴的反復(fù)形成和聚集，使傳質(zhì)面 積大大增加，而且表面不斷更新，有利于傳 質(zhì)與傳熱進(jìn)行，也是一種較好的接觸狀態(tài)。 (4)精儲(chǔ)裝置流程及控制參數(shù) 如圖1-所示

37、，精儲(chǔ)設(shè)備主要包括精儲(chǔ) 塔、再沸器和塔頂冷凝器三大部分。再沸器 是供給精儲(chǔ)塔熱能的最重要的部分，一般采用立式管殼式換熱器（也有臥式或傾 斜式），管內(nèi)走塔釜液，管外走加熱介質(zhì)，一般設(shè)有安全閥，由于其內(nèi)外壓差比 較大，一般都有膨脹節(jié)。塔頂冷凝器是供給精儲(chǔ)塔冷量的設(shè)備， 一般采用固定管 板式或浮頭式換熱器，塔內(nèi)上升蒸汽進(jìn)入冷凝器被冷凝為液體， 一部分作為回流 液返回至塔頂，一部分作為塔頂產(chǎn)品采出。 精儲(chǔ)一般主要控制參數(shù)有進(jìn)料量、進(jìn)料組成、進(jìn)料溫度、塔頂溫度、回流溫 度、塔釜溫度、塔（頂）壓力、塔壓差、回流量（或回流比）、塔釜液位和回流 罐液位等，也可出現(xiàn)靈敏板溫度。這些控制參數(shù)正常與否，直接決

38、定了產(chǎn)品質(zhì)量 的好壞，尤其是塔頂溫度或靈敏板溫度，直接反映了產(chǎn)品的質(zhì)量狀況。 （5）精儲(chǔ)塔運(yùn)行與維護(hù) 精儲(chǔ)塔的控制要求主要包括產(chǎn)品質(zhì)量控制、物料平衡控制、能量平衡控制和 約束條件控制（精儲(chǔ)塔的操作限度）等。 ①開車準(zhǔn)備：首先試壓、吹掃、試密和置換合格，電氣儀表和公用工程等處 于備用狀態(tài)。 ②先用實(shí)物料將塔內(nèi)氮?dú)庵脫Q干凈，然后用氣相物料（也可用氮?dú)猓┏鋲褐?操作壓力，再進(jìn)液體物料。 ③如有需要，進(jìn)行必要的化學(xué)處理。 ④在控制好塔壓的狀態(tài)下進(jìn)行工藝調(diào)節(jié)，將相關(guān)參數(shù)調(diào)整到位。 ⑤當(dāng)回流罐液位達(dá)到工藝要求時(shí)，啟動(dòng)回流泵建立回流并調(diào)節(jié)工藝要求的穩(wěn) 定狀態(tài)。 ⑥在各工藝條件滿足要求后，開始

39、塔頂和塔釜 ⑦根據(jù)產(chǎn)品工藝參數(shù)要求、氣液接觸狀態(tài)和 設(shè)備情況進(jìn)行生產(chǎn)控制和調(diào)節(jié)。 ⑧為了保證精儲(chǔ)塔的正常運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量， 可能需要考慮阻聚劑和其他助劑，切換再沸器和 加料位置等。 2、填料塔 填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液接觸構(gòu)件的 傳質(zhì)設(shè)備。其工作原理和操作運(yùn)行類似于板式塔， 下面仍以精儲(chǔ)用塔為例簡(jiǎn)介填料塔。 0 蒸氣出口至冷凝器 規(guī)整埴料 支承架 液體收集器 埴料壓槽 塔底 塔底產(chǎn)品 來(lái)自冷凝器的 回流液 進(jìn)料 排放孔? 液體分布器 裙座 底座圈 支承糟 蒸氣入口營(yíng) 到再沸器的循環(huán)管 填料塔如圖1-所示，填料塔的塔身是一直 立式圓筒，底部裝有填料支承槽

40、，填料以亂堆或 整砌的方式放置在支承槽上，填料的上方安裝填 料壓槽，以防止填料被上升氣流吹動(dòng)。液體從塔 頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流 下；氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑 塔一般不設(shè)氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆 流連續(xù)通過(guò)填料層的空隙，在填料表面上，氣液 兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式 氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正 常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。 當(dāng)液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，有逐漸向塔壁集中 的趨勢(shì)，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種 現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應(yīng)造成氣液兩相在填料層 中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。因此，當(dāng)填料層較高時(shí)

41、，需要進(jìn)行分段，中 間設(shè)置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分， 上 層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后， 送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋 到下層填料上。另外，填料塔塔頂也經(jīng)常設(shè)置除沫器。 3、填料塔與板式塔的比較 填料塔和板式塔都可以用于一般的逆流氣液接觸操作，但它們有區(qū)別。 ①填料塔操作彈性較小，當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)，填料表面不容易潤(rùn)濕，傳質(zhì)就 效果急劇下降；當(dāng)液體負(fù)荷過(guò)大時(shí)，則容易產(chǎn)生液泛。但設(shè)計(jì)良好的板式塔，則 在這方面優(yōu)于填料塔。 ②板式塔的清洗亦比填料塔方便。填料塔不宜處理易聚合或有懸浮物的物 料，但某些板式塔則可以。 ③當(dāng)塔設(shè)備內(nèi)部有化學(xué)反應(yīng)

42、需要傳熱或生產(chǎn)中需要側(cè)線出料時(shí)， 填料塔也不 如板式塔方便。 ④對(duì)于易起泡物系，填料塔更適合，因填料對(duì)泡沫有限制和破碎的作用。 ⑤對(duì)于腐蝕性物系，填料塔更適合，因可采用瓷質(zhì)填料。 ⑥對(duì)熱敏性物系宜采用填料塔，因?yàn)樘盍纤?nèi)的滯液量比板式塔少，物料在 塔內(nèi)的停留時(shí)間短。 ⑦填料塔的壓降比板式塔小，因而對(duì)真空操作更為適宜。 ⑧當(dāng)塔徑不很大時(shí)，填料塔因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而造價(jià)便宜。 ⑨板式塔的設(shè)計(jì)比填料塔要準(zhǔn)確。 四、反應(yīng)器 反應(yīng)器是實(shí)現(xiàn)化工反應(yīng)過(guò)程的設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)所需的液相單相反應(yīng) 過(guò)程和液液、氣液、固液、氣固液等多相反應(yīng)過(guò)程。反應(yīng)器內(nèi)一般均設(shè)有攪拌器。 為了適應(yīng)反應(yīng)器內(nèi)物料的加熱或

43、冷卻需要， 可在反應(yīng)器壁處設(shè)置夾套或在反應(yīng)器 內(nèi)設(shè)置傳熱部件，也可通過(guò)反應(yīng)器的外循環(huán)進(jìn)行換熱。 1、反應(yīng)器的分類 如操作方式、流動(dòng)模型和結(jié) 工業(yè)反應(yīng)器可以按照不同的分類依據(jù)進(jìn)行分類， 構(gòu)類型等。 死痢 姬疑，學(xué)觥 (1)按操作方式特征分類：間歇反應(yīng) 器、連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器和平間歇反應(yīng)器。 (2)按流動(dòng)模型分類：平推流反應(yīng)器、 理想混合流反應(yīng)器和非理想混合流反應(yīng)器。 平推流反應(yīng)器的物料在長(zhǎng)徑比很大的管式 反應(yīng)器中流動(dòng)時(shí)，如果反應(yīng)器每一微元體積 里的流體物料以相同的速度向前移動(dòng)， 流體 在流動(dòng)方向上基本不存在返混；理想混合流 反應(yīng)器的物料微元與反應(yīng)器內(nèi)原有的物料 微元能在瞬間充分混合，反

44、應(yīng)器內(nèi)的個(gè)點(diǎn)濃 度相等而基本不隨時(shí)間而變；大多數(shù)的實(shí)際 圖1-反應(yīng)器中的非理想混合流動(dòng) 反應(yīng)器是非理想混合流反應(yīng)器，由于反應(yīng)器 中存在死角、溝流、旁路、短路及不均勻的 速度分布等原因，使物料流動(dòng)形態(tài)偏離理想 流動(dòng)。非理想混合流動(dòng)如 圖1-。 (3)按結(jié)構(gòu)類型分類：按照反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)類型與特征，有釜式、管式、床 式（如固定床、流化床、氣流 床、滴流床、三相流化床、鼓 泡淤漿床等）、塔式（如填料 塔、板式塔、噴霧塔等）、回 轉(zhuǎn)筒式和螺桿擠壓機(jī)式等。如 圖1-。 2、反應(yīng)器的操作條件 應(yīng)器的操作最重要的條 件是操作溫度和操作壓力。反 應(yīng)器的操作條件直接決定反 應(yīng)過(guò)程和反應(yīng)結(jié)果。 溫度是

45、決定反應(yīng)過(guò)程和 結(jié)果的主要因素，要使反應(yīng)過(guò) 程在優(yōu)化條件下進(jìn)行，必須選 擇適宜的操作溫度或溫度序 列。 G同歉攪拌器 集鬟操作攬掉能 （d）固定床反應(yīng)器 （0）管式反應(yīng)提 {c）流化床反應(yīng)器 （0毆泡床反應(yīng)揩 圖1-工業(yè)常用反應(yīng)器類型 不同的反應(yīng)要求的壓力也不同，反應(yīng)器可在常壓、加壓或減壓（真空）條件 下操作。加壓操作的反應(yīng)器主要用于有氣體參與反應(yīng)的過(guò)程， 提高操作壓力有利 于加速氣相反應(yīng)，對(duì)于總物質(zhì)的量減小的氣相可逆反應(yīng)可提高平衡轉(zhuǎn)化率 ，如合 成氨；提高操作壓力還可增加氣體在液體中的溶解度， 許多氣液、氣液固反應(yīng)過(guò) 程采用加壓操作，以提高反應(yīng)速率，如對(duì)二甲苯氧化。 3、

46、典型反應(yīng)器列舉 （1）反應(yīng)釜 ①反應(yīng)釜的構(gòu)造 刮溫計(jì)接口 V- 冷卻東進(jìn){出）: 謝期壓雎口 物科口 ?府抹棒播管 工■體 3JI* 4攬持益 支支座 7 .AD ,投抨軸 斗黑封 10傳動(dòng)裝置 利溫接口 j 電熱棒 視境 視鎮(zhèn) 放料閥接口 工豎式分譙柱 授 I冷篇器 前 水 4Jt水器 閥 上毒油槽 如圖1-所示，反應(yīng)釜一般屬于全混流反應(yīng)器。一般由鍋體、鍋蓋、攪拌器、 夾套、支承及傳動(dòng)裝置、軸封裝置和溫度、壓力的測(cè)量元件及儀表等組成，其材 質(zhì)及開孔可根據(jù)工藝要求設(shè)定 圖1-反應(yīng)釜構(gòu)造與反應(yīng)釜系統(tǒng) 反應(yīng)釜的加熱形式有氣加熱、水加

47、熱(或冷卻)、油加熱、電加熱、明火加熱 等。夾套形式有夾套型和外半管型，夾套油加熱型都設(shè)有導(dǎo)流裝置。攪拌形式一 般有槳式、錨式、框式、螺條式、刮壁式等；高轉(zhuǎn)速類有分散葉輪式、渦輪式、 高剪切式、推進(jìn)器式等。傳動(dòng)形式有普通電機(jī)、防爆電機(jī)、電磁調(diào)速電機(jī)、 變 頻器等。 ②反應(yīng)釜的操作 a.檢查所有相關(guān)設(shè)備、管路、儀表和其他輔助系統(tǒng)等。 b.檢查公用設(shè)施是否準(zhǔn)備充分，處于備用狀態(tài)。 c.加料前先開啟攪拌器，在攪拌裝置正常運(yùn)行條件下，按照工藝要求加料。 d.如需夾套蒸汽加熱，先打開回氣閥，再打開進(jìn)氣閥，進(jìn)氣閥操作須緩慢， 以使夾套緩慢預(yù)熱逐步升壓，夾套壓力勿超標(biāo)；如需冷卻，先打開回水閥，再

48、打 開上水閥。 e.嚴(yán)格按照操作規(guī)程控制反應(yīng)釜的溫度和壓力，并注意反應(yīng)時(shí)間。 f.隨時(shí)檢查反應(yīng)釜的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，出現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)采取措施停車檢修。 g.反應(yīng)釜停車時(shí)，一定停止攪拌，切斷電源，關(guān)閉各相關(guān)閥門。鏟鍋是必須 切斷攪拌機(jī)電源。 h.反應(yīng)釜必須按要求定期進(jìn)行技術(shù)檢查，檢查不合格不得運(yùn)行。 i.向反應(yīng)釜投料時(shí)，嚴(yán)禁夾帶塊狀金屬物或其他雜物，且盡量減小物料與釜 壁之間的溫差，避免冷釜或熱釜加熱。 j.根據(jù)生產(chǎn)的工藝要求，可采用多級(jí)反應(yīng)釜串聯(lián)的反應(yīng)器。 (2)管式反應(yīng)器 a 如圖1-所示， 管式反應(yīng)器屬于平 推流反應(yīng)器，一種 呈管狀、長(zhǎng)徑比很 大的連續(xù)操作反應(yīng) 器。管式應(yīng)器的結(jié)

49、 構(gòu)可以是單管，也 可以是多管并聯(lián)； 可以是直管，也可 以是盤管；可以是 空管，也可以是管 內(nèi)填充填料的填充 管，以進(jìn)行多相催 化反應(yīng)，如列管式 固定床反應(yīng)器。 管式反應(yīng)器的特點(diǎn)： ①管式反應(yīng)器容積效率高、返混少、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，適用于轉(zhuǎn)化率要求 高和有串聯(lián)副反應(yīng)的場(chǎng)合，可實(shí)現(xiàn)分段溫度控制。 ②管式反應(yīng)器的傳熱可以?shī)A套傳熱、套筒傳熱、電加熱和煙道氣加熱等。 ③在恒定壓力、溫度和流量條件下，反應(yīng)器內(nèi)任一截面上的物料濃度不隨時(shí) 問(wèn)而變，但不同截面上的濃度不同。 ④當(dāng)物料的處理量較大時(shí)，管內(nèi)物料一般處于高度湍動(dòng)狀態(tài)，各物料微團(tuán)在 反應(yīng)器內(nèi)停留的時(shí)間大致相同，故反應(yīng)比較均勻。 ⑤管式反應(yīng)

50、器適用于均相或非均相反應(yīng)，尤其適于加壓反應(yīng) ⑥管式反應(yīng)器的缺點(diǎn)是，反應(yīng)速率較低時(shí)，所需管道過(guò)長(zhǎng)。 (3)固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器 ①固定床反應(yīng)器 反應(yīng)物 種填有顆粒狀固體物質(zhì)(如催化劑或 圖1-固定床反應(yīng)器 產(chǎn)物 軸向固定床反應(yīng)黑 固定床反應(yīng)器又稱填充床反應(yīng)器，是 固體反應(yīng)物)以實(shí)現(xiàn) 多相反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng) 器。固定床反應(yīng)器的 床層靜止不動(dòng)，流體 通過(guò)床層進(jìn)行反應(yīng)， 主要用于實(shí)現(xiàn)氣固相 催化反應(yīng)，如氨合成 塔等。 固定床反應(yīng)器可 分為軸向換熱式固定 床反應(yīng)器、徑向換熱 式固定床反應(yīng)器和列 管式固定床反應(yīng)器。 如圖1-。 固定床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是返混小，流體可與催化劑進(jìn)行有效接觸，

51、當(dāng)反應(yīng)伴有 串聯(lián)副反應(yīng)時(shí)可得較高選擇性；催化劑機(jī)械損耗??；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。固定床反應(yīng)器的 缺點(diǎn)是：傳熱情況較差，當(dāng)反應(yīng)放熱量很大時(shí)，即使是列管式反應(yīng)器也可能出現(xiàn) 反應(yīng)溫度失去控制，急劇上升，超過(guò)允許范圍的飛溫現(xiàn)象；操作過(guò)程中催化劑不 能更換，不宜需要催化劑頻繁再生的反應(yīng)，因此常代之以流化床反應(yīng)器或移動(dòng)床 反應(yīng)器。 固定床反應(yīng)器的操作的主要控制點(diǎn)是溫度和壓力。 如反應(yīng)器的入口溫度、床 層溫度、反應(yīng)溫度和反應(yīng)器初期與末期的溫度變化等，反應(yīng)器的總壓、反應(yīng)物料 的分壓及各因素對(duì)壓力的影響等。 ②流化床反應(yīng)器 反歐y體 氣體 流化床反應(yīng)器是利用氣體或液體自上而下通過(guò)固體顆粒床層而使固體顆粒 處于懸浮

52、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)行氣固相反應(yīng)和液固相 反應(yīng)的反應(yīng)器，氣固相流化床反應(yīng)器又稱沸騰 床反應(yīng)器。 床層 -授熱流體 氣體 如圖1-所示，流化床催化反應(yīng)器中催化 劑在氣流的作用下呈流態(tài)化。原料氣體由下部 進(jìn)氣管送入，經(jīng)過(guò)換熱器換熱后進(jìn)入床層發(fā)生 催化反應(yīng)，再經(jīng)過(guò)過(guò)濾器分離催化劑后，由排 氣管排放。為防止催化劑顆粒堵塞過(guò)濾器，從 上部噴入某種氣體進(jìn)行周期性反吹消灰。換熱 器的主要作用是控制反應(yīng)溫度。 圖1-流化床催化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 流化床反應(yīng)器的基本特點(diǎn)是所用的催化 劑顆粒小、重度輕，床層始終處于激烈的湍動(dòng) 狀態(tài)。所以，氣固相間傳熱和傳質(zhì)速率高，床 層溫度較均勻；便于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化和自動(dòng)化操 作；設(shè)備生產(chǎn)的操作條件較平穩(wěn)，生產(chǎn)強(qiáng)度較大。 流化床反應(yīng)器的主要控制點(diǎn)為反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力和反應(yīng)時(shí)間