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1、第三節(jié) 化工裝置基礎與日常運行 化工生產過程中，化工裝置的正常運行和安全生產是重中之重。任何化工生 產裝置都有與之相應的操作規(guī)程，以指導、組織和管理生產。 “三傳一反”精辟概括了化工生產過程的本質。 “三傳”指化學工業(yè)中遵循 共同的物理變化規(guī)律的三大基本單元操作， 即動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞過 程；“一反”指化學反應。根據(jù)生產工藝要求，將若干單元有機組合起來，就構 成了完整的化工生產過程。下面將簡單介紹一些“三傳一反”中的典型化工裝置 及日常運行和操作。 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、工作原理和結構特征可劃分為動力式泵、容 積式泵、流體作用泵和其他類型泵等。動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 泵、隔膜泵、齒輪泵和螺桿泵等，此類泵的壓頭幾乎與流量無關；流體作用泵是 利用一種流體的作用來產生壓力或真空環(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 離心泵是典型的動力式泵，在化工生產中應用最為廣泛。 ①離心泵的結構 離心泵的名稱很形象，它是依靠離心力作用來輸送流體的。 離心泵的主要構件有：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計支架 圖1- 離心泵的結構 葉輪是離心泵中能量傳遞的部件，它的作用是將原動機的機械能傳遞給被輸 送的液體，以增加液體的靜壓能和動能。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 常用語輸送含有雜質的液體。 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-單獨底閥T-諭網(wǎng) 8*排出口無排出營 1。-調節(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，是離心泵的能量轉化裝置，它的作用是將葉輪提供的動能轉 化為靜壓能，并將葉輪甩出的液體收集起來導向泵的出口管或下一級葉輪。 軸封是用來封閉泵軸穿出泵殼處的問 隙，以防止外界空氣進入泵殼，或阻止泵 內的高壓液體泄漏到泵殼外面。軸封分為 填料密封和機械密封兩種類型，其中機械 密封應用廣泛。 ②離心泵的工作原理 啟動前準備：開泵前，先在泵內灌滿 要輸送的液體（灌泵）0同時關閉排出管路 上的流量調節(jié)閥（出口閥），待電動機啟動 后，再打開出口閥。 泵的排液：啟動后葉輪告訴旋轉產生 較強離心力，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

5、能轉化為 靜壓能，而以較高壓力從排液口排出。 泵的吸液：當泵內液體從葉輪中心被 拋向葉輪外緣時，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 差的作用下，沿著吸入管連續(xù)不斷地進入 葉輪中心。其工作原理如 圖1-所示。 離心泵無自吸能力，啟動前需要灌泵， 否則會發(fā)生氣縛現(xiàn)象。 ③離心泵的特性曲線及應用 離心泵的主要參數(shù)有流量Q、揚程（壓頭）H、軸功率N、有效功率Ne、 效率n和轉速n等。 實驗可知，當離心泵的轉速n一定時，其流量與揚程、軸功率和效率之間存 在著一定的關系,這些關系可以在相應的坐標中繪制成 Q-H、Q-N和Q-"三 條曲線（如下頁圖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20七的清水實驗測定的，當泵輸送的液體與 20七的清水性質不同時，還 需要進行特性換算。 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 電機功率和啟動泵的主要參 考依據(jù)。泵啟動時，為了減 小其啟動電流而保護電機， 應該在關閉泵的排出調節(jié)閥 的情況下啟動電源。 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 該曲線的最高點的工作效率最高， 下的軸功率大于并接近于電機功率 是泵的設計點。選擇電機的原則是使工作狀態(tài) 選擇泵

7、時應該綜合考慮上述三條曲線，使泵的實際工作狀態(tài)最佳化。 ④離心泵的日常運行與操作 a. 了解輸送任務，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，嚴格按照操作規(guī)程制定操作計劃。 b.檢查各儀表的開車前狀態(tài)，如進口這空表和出口壓力表等。 c.盤車，保證泵能夠正常運轉。 d.灌泵，同時檢查泵的密封性，通知接料崗位準備接料。 f.啟動泵，慢慢打開出口閥，通過流量和壓力等參數(shù)指示，將出口閥調節(jié) 至適當開度。 g.輸送任務完成后，慢慢關閉離心泵出口閥，關閉電機電源，關閉進口閥。 h.離心泵運行過程中，要注意合 理的巡檢，如液位、壓力、流量等參數(shù) 和

8、有無泄漏及異常聲響等。 i.離心泵的安裝高度應該低于其 最大安裝高度，否則會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象或 液體不能被上吸。 圖1-多級離心泵 離心泵的流量調節(jié)可采用經(jīng)典的 出口閥調節(jié)，也可采用現(xiàn)代控制技術的 變頻調節(jié)。如果要求的壓頭較高，可采 用多級離心泵，如圖1-所示。 (2)往復泵 往復泵是典型的正位移泵。往復泵的結構、工作原理和操作方法區(qū)別很大。 ①往復泵的結構及工作原理 如下頁圖1-所示，往復泵由泵缸、活塞、吸入閥、排出閥、活塞桿等組成。 活塞自左向右移動時，泵缸內形成負壓，則貯槽內的液體經(jīng)吸入閥進入泵缸內；當活塞自右向左移動時，缸內液體受 壓而壓力增大，由排出閥排出。活塞往復 一次

9、，各吸入和排出一次液體，稱為一個 工作循環(huán)?；钊梢欢艘浦亮硪欢耍Q為 一個沖程。 往復泵按照往復部件不同，可分為活 塞泵、柱塞泵和隔膜泵等 ②往復泵的日常運行特點與操作注意 事項 a往復泵適用于輸送高壓、高粘度和 小流量的液體。 b.往復泵的流量與壓頭無關，流量取 決于活塞的面積、沖程和往復頻率，而且 瞬時流量不穩(wěn)定。 c.往復泵的出口壓力取決于泵的強 度、密封情況和原動機功率等。 1-錄缸： ”活塞： 務活塞桿 ?1-駁入閥: 5-排出閥 圖1- 往復泵構造和工作原理 d.往復泵啟動前應嚴格檢查進、出口管路、閥門等，給泵體內加入清潔的 潤滑油，使泵各運動部件保持潤濕。

10、 e.往復泵有自吸能力而無需灌泵，但為了避免啟動時的干摩擦，啟動前最 好灌泵。 f.往復泵運行前應向機體內加入清潔潤滑油至油窗上的指示刻度。往復泵 運行中應無異常沖擊聲，進出口閥應無泄漏，否則停泵檢修。 g.往復泵長時間運行后應進行大修，所有零件拆洗重裝。 往復泵的流量調節(jié)方式為旁路調節(jié)， 絕不能用出口閥進行流量調節(jié)。在啟動 往復泵等正位移泵時，先打開出口閥和旁路閥，然后啟動電機，根據(jù)生產工藝要 求的流量緩慢關閉旁路閥，以進行適當?shù)牧髁空{節(jié)；在停泵時，先打開旁路閥， 然后關閉電機，再關閉進口閥，最后關閉出口閥。 2、氣體的壓縮裝置一壓縮機 壓縮機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 力取決于單位時間內氣體分子撞擊單位面積的次數(shù)與強烈程度。 (1)離心式壓縮機 離心式壓縮機因氣體在機內沿徑向流動而得名，就是使氣流不斷增速和減速 而彼此擠壓來提高氣體壓力的。離心式壓縮機的結構和操作原理同離心鼓風機 (透平)相似，但結構上是多級式的，其級數(shù)可以在十級以上。離心式鼓風機的 結構類似于多級離心泵。 離心壓縮機的工作原理：原動機帶動壓縮機主軸葉輪轉動，在離心力作用下， 氣體被甩到工作輪后面的擴壓器中去， 而在工作輪中間形成稀薄地帶，前面的氣 體從工作輪中間 的進汽部份進入葉輪，由于工作輪不斷旋轉，氣體能連續(xù)不斷 地被甩出去，從而保持了氣壓機中氣體的連續(xù)

12、流動，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)擴壓器逐漸降低了速度，動能轉變?yōu)殪o壓 能，進一步增加了壓力。如果一個工作葉輪得到的壓力還不夠， 可通過使多級葉 輪串聯(lián)起來工作的辦法來 達到對出口壓力的要求。級間的串聯(lián)通過彎通，回流 器來實現(xiàn)。 離心式壓縮機的級構成如 下頁圖1-所示。離心式壓縮機的基本單元是由 圖1- 離心式壓縮機的級構成 一個葉輪和與之相匹配的固定原件構 成的級。一臺壓縮機可由若干個缸串聯(lián) 而成，每缸又可有若干段，每段可由一 個或若干個級組成。 離心式壓縮機的主要結構包括轉 子、葉輪、缸體、隔板、密封和軸承等。 一般離心式壓縮機的壓力范圍在 3

13、50kPa以上，工業(yè)用高壓工業(yè)用高壓 離心壓縮機的壓力有15~35MPa的，海 上油田注氣用的離心壓縮機壓力有高 達70MPa的。 離心式壓縮機的主要參數(shù)包括流 量、排氣壓強、壓縮比、功率和效率等。 多級離心式壓縮機還有中間冷卻或缸 內冷卻裝置，理論上看，冷卻次數(shù)越多， 壓縮過程越接近于等溫壓縮。 離心式壓縮機在運行中可能發(fā)生氣動非穩(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在某一轉速下運行， 流量增加至某個值時，壓縮機性 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； 喘振是在壓縮機隨著流 量減小到某個值時出現(xiàn)旋轉失速后， 更進一步出現(xiàn)的非穩(wěn)定工況現(xiàn)象，這里不再 詳述。

14、 離心式壓縮機的運行注意以下幾點: ①自控儀表和系統(tǒng)裝置齊全，并逐步確認其準確可靠； ②機組缸體和管路完整到位； ③壓縮機與工藝管路連線的止逆閥正常無內泄， 止逆閥出現(xiàn)問題不能使用; ④啟動前，操作人員應按操作規(guī)程對各部位和系統(tǒng)全面檢查、確認； ⑤對危險氣體壓縮機，應對壓縮機及相關系統(tǒng)進行氮氣置換。 ⑥壓縮機一定在工藝條件允許情況下運行，決不可超負荷運轉； ⑦壓縮機停機后的維護十分重要，否則可能造成再次啟動時發(fā)生事故 (2)往復式壓縮機 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 樂曲軸以曲軸箱】口 ?油過撼器小齒輪 如圖1-所示，往復式 壓縮機屬于容

15、積式壓縮機， 其工作原理類似于往復泵。 目前往復式壓縮機主要是活 塞式空壓機為主，而活塞式 空壓機現(xiàn)在主要向中壓及高 壓方向發(fā)展，這是離心式壓 縮機目前無法達到的一個高 度。 圖1-往復式壓縮機的結構 往復式壓縮機按照排氣 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。一般工業(yè)中常用多級往復式壓縮機，將幾個氣缸串聯(lián)起 來進行多級氣體壓縮。氣體在一個氣缸被壓縮后，經(jīng)中間冷卻器、油水分離器， 再進入另一個氣缸 壓縮，連續(xù)地依次 經(jīng)過若干個氣缸的 壓縮，即達到要求 的最終壓力。壓縮

16、 一次稱為一級，連 續(xù)壓縮的次數(shù)就是 級數(shù)。多級往復壓 口編 i級級間冷卻亞 n級畿間冷卻舞國皆 區(qū)級冷卻韓 圖1-多級往復壓縮示意圖 縮如圖1- o 往復式壓縮機的特點與運行： ①運動部件多，結構復雜，檢修工作量大，維修費用高； ②壓縮空氣不是連續(xù)排出、有脈動； ③活塞環(huán)的磨損、氣缸的磨損、皮帶的傳動方式使效率下降很快； ④噪音大，且不適應連鎖控制和無人值守； ⑤往復式壓縮機啟動前必須加好潤滑油， 打開管路上的出口閥，打開進入氣 缸夾套的冷卻水閥，檢查自控儀表和安全裝置情況，試運轉正常后再打開吸入閥 進氣； ⑥經(jīng)常檢查各級進、出口閥門的工作情況，檢查壓縮機的潤滑情

17、況，定期排 放各級中間冷卻器、油水分離器中的油、水等； ⑦往復壓縮機的流量調節(jié)可用旁路法， 也可用變頻器控制轉速，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，是對物料進行加熱或冷卻的裝置。 傳熱過程的推動力是溫度差，流體在換熱器內可以進行無相變或有相變的熱 量傳遞，如加熱、沸騰、冷卻、冷凝等過程。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)化工過程中不同的工藝 要求，應用非常廣泛。 換熱器主要是用作控制和調節(jié)工藝介質的溫度， 使工藝介質發(fā)生相變，或者 進行熱量的回收。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，內部裝有管束，管束兩端固定在  管板上。進行換熱的冷、熱兩種流體，一種在管內流動，稱為管程流體；另一種 在管外流動，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管束， 增強流體湍動程度。 列管式換熱器的結構特點決定了流體流動空間的特點，流體每通過管束一次 稱為一個管程；每通過殼體一次稱為一個殼程。上圖就是最簡單的單殼程單管程 換熱器。為提高管內流體的速

19、度，可在兩端管箱內設置隔板，將全部管子均分成 若干組。這樣流體每次只通 過部分管子，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，也可在殼體內安裝縱向 擋板，迫使流體多次通過殼 體空間，稱為多殼程。多管 程與多殼程可配合應用。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 和殼程內流體的溫度不同， 換熱器內將產生很大的熱應力，可能導致管子熱變形而從管板上拉脫或熱斷裂。 因此需采取適當補償措施，以消除或減少熱應力的作用。根據(jù)所采用的補償措施， 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、需要機械清洗的換熱操作。當溫度差稍大而殼程壓力又不太 高時，可在殼體上安裝有彈性的補償圈，以減小熱應力，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)， 借助于封頭內的隔板分成進、出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應力，結構比 浮頭式簡單，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，完全消除了熱應力，且整個 管束可從殼體中抽出，管程和殼程均便于機械清洗和檢修。 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，壓力的測量與控制也是重點。 換熱器操作的最終目的是控制流體的溫度和流量， 并設法強化傳熱過程?？?利用熱量衡算關系式來進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、出口溫度，C。 例如，可根據(jù)所測量的冷流體進口溫度 ti和設定的目標出口溫度t2,流量 qm冷及定性溫度t= ?下的比熱容c冷來計算水蒸汽用量，前提是先設定水蒸

22、汽 2 的壓力，在這個壓力下查取蒸汽對應的冷凝潛熱 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 一一傳熱推動力平均溫差，℃； 2 A——傳熱壁面的面積，m。對列管換熱器： 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^長度，m。 換熱器在實際工作狀態(tài)中，若忽略熱其損失，則認為熱流體的放熱 Qh等于 冷流體的吸熱Qc,也等于換熱器的傳熱速率 Q。

23、 (3)換熱器的日常運行原則 ①吹掃時應盡可能避免對有涂層的設備進行吹掃，工藝上確實避免不了，應 嚴格控制吹掃溫度，以免造成涂層破壞。 ②開、停車過程中，換熱器應緩慢升溫和降溫，避免造成壓差過大和熱沖擊， 同時應遵循停工時“先熱后冷”即先退熱介質，再退冷介質；開工時“先冷后熱”， 即先進冷介質，后進熱介質。 ③在開工前應確認螺紋鎖緊環(huán)式換熱器系統(tǒng)通暢，避免管板單面超壓。 ④認真檢查設備運行參數(shù)，嚴禁超溫、超壓。保持保溫層完好。 ⑤操作人員應嚴格遵守安全操作規(guī)程，定時對換熱設備進行巡回檢查。 ⑥應經(jīng)常對管、殼程介質的溫度及壓降進行檢查，分析換熱器的泄漏和結垢 情況。在壓降增大和

24、傳熱系數(shù)降低超過一定數(shù)值時， 應根據(jù)介質和換熱器的結構， 選擇有效的方法進行清洗。 ⑦應經(jīng)常檢查換熱器的振動情況。 ⑧在操作運行時，有防腐涂層的冷換設備應嚴格控制溫度，避免涂層損壞。 ⑨有蒸汽作為冷、熱流體之一的傳熱操作中，要及時排放不凝性氣體來強化 傳熱，還要及時排放冷凝水。 （4）列管式換熱器操作的流體流道選擇 ①對固定管板式換熱器，不潔凈和易結垢流體宜走管程，因管內清洗較方便； ②腐蝕性流體宜走管程，以免管束與殼體同時受腐蝕； 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)與流速無關但冷凝液容易排出； ⑤若兩流體溫度差較大，選用固定管板

25、式換熱器時，宜使傳熱分系數(shù)大的流 體走殼程，以減小熱應力。 2、加熱爐 加熱爐是用來給物料或工件加熱的設備。加熱爐沒有統(tǒng)一的分類標準，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、感應加熱爐、微波加熱爐等。加熱爐的應用遍及石油、化工、制藥、冶金、 建材、機械、輕工、電子、材料等諸多領域。 （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明加熱爐的工作原理：燃料在加 熱爐輻射室（爐膛）中燃燒，產生高溫煙氣并以1 煙囪排出。待加熱的原油首先進入加熱爐對流室 爐管，爐管主要以對流方式從流過對流室的煙氣 中獲得熱量，這些熱量又以傳導方式由爐管外表

26、 面?zhèn)鲗е羶缺砻妫瑫r又以對流方式傳遞給管內 流動的原油。原油由對流室爐管進入輻射室爐管， 輻射室內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，使爐管 外表面升溫并與管壁內表面形成了溫差，熱量以 傳導方式傳遞至管內壁，管內流動的原油又以對 流方式不斷從管內壁獲得熱量，便實現(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入對流室的溫度或輻射室擋火墻前的溫度， 是加熱爐運行 的重要參數(shù)。爐膛溫度是保證加熱爐長期安全運行的指標。②排煙溫度指煙氣離 開加熱爐最后一組對流受熱面進入煙囪的溫度。 排煙溫度不應過高，否則熱損失 大，在保證加熱爐處于負壓完全燃燒的情況下， 應降低排煙溫度，但排煙溫度過 低，會使對流傳熱溫差降低而增加傳熱面積， 加大加熱爐的投資費用。排煙溫度 的調節(jié)一般用控制進風量，即調整過剩空氣系數(shù)的辦法。在選擇最合理的排煙溫度時，還應考慮低溫腐蝕的影響，使排煙溫度高于燃料燃燒所產生的硫氧化物的 酸蒸汽的露點溫度。 (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-對流式。 ①管式加熱爐的結構 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、對流室、煙囪 和爐配件等幾部分。 I一底冷；士一風機門T燒卷：4一貓射室：5f就爐管；16理門：7—對流室；燈一對渝爐管; 9TlmcH人■禮門 圖1— 圓筒形加熱爐結構圖 爐底由爐底立柱和 爐底鋼板組成，起支撐 爐子的作用，并使爐底 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 氣通過輻射傳熱方式把 熱量傳遞給輻

29、射爐管， 煙氣隨后進入對流室； 煙氣在對流室通過對流 傳熱方式將熱量傳遞給 對流爐管，隨后通過煙 道、煙囪排入大氣；煙 囪在對流室頂部，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?？諝?系數(shù)越大，熱效率越低；化學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加熱爐的運行與操作 a.點火前的檢查：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)和空氣預熱系統(tǒng)，引風機、通風機盤車等。 b.點火前準備：空氣預熱系統(tǒng)各閥關閉；消防蒸汽引至爐前，消防器材準 備就緒；燃料管線試壓合格，并逐個把火嘴貫通，引燃料至爐前；打開排放大氣 閥放空；爐膛測爆合格；煙氣氧分析儀與爐膛壓力測定儀表投用 c.點火：確認點火準備工作完畢后，按照操作規(guī)程點火。 三、氣液傳質裝置 氣液傳質設備是氣液傳質單元操作過程的專用設備，它必須為氣液傳質過程 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、觸場所和空間、 溫 度和壓力等?；どa中應用最廣泛的氣液傳質設備為塔設備，主要包括板式塔 和填料塔，可根據(jù)不同的生產工藝要求來選擇塔的類型。 塔設備具有較大的長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，塔內結構各有不同，一般為非標準設備。 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的若干塔板組成， 廣泛應 用于工業(yè)精儲和吸收分離操作，有些板式塔也用于萃取或作為反應器用于氣液相 反應過程。板式塔主要包括篩板塔、浮閥塔和泡罩塔，下面以精儲為例來介紹篩 板塔。 （1）板式塔的結構 板式塔的結構如圖1-所示，板式塔由鋼 質圓筒及橢圓形封頭構成。塔體上還要

32、設置人 孔或手孔、平臺、扶梯、吊柱、保溫圈等。整 個塔體由支座（塔裙座）支撐，裙座高度由工 藝條件的附屬設備（如再沸器、泵）及管道的 布置決定?？赊D動的吊柱設置在塔頂，用于安 裝和檢修時運送塔內的構件。 板式塔內部除裝有塔板、降液管及各種物 料進出口接管外，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、對于提高分離效率，改善塔后 設備的操作狀況，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）板式塔的精儲原理 精微單元操作是通過加熱，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 差異的驅動下，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、液兩相之間的傳質過程，其過程伴 隨著動量傳遞和熱量傳遞。精儲是液體多次部 分汽化和氣體多次部分冷凝同時進行的過程。 圖1-板式塔的整體結構圖 如圖1-, 一個完整的精儲塔應包括精儲段和提儲段。加料板把精儲塔分 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提儲段。精儲塔正常工作時，蒸汽由塔底進入，與下降的液體進行逆流接觸，兩 相接觸中，下降液中的輕組分不斷地向蒸氣中轉移， 蒸汽中的重組分不斷地向下

34、降的液體中轉移，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，最終達到分離目的。塔頂蒸汽最終進入冷凝器變?yōu)槔淠?液，冷凝液的一部分作為回流液返回精儲塔塔頂，其余部分作為塔頂產品采出。 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與傳熱提供了場所。當液體流量一定 時，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)號名筆毒；池案坐擊；(的十射卷蠢. 圖1-精儲流程示意圖 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)：當氣速較低時，氣體以鼓泡形式通過液層。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。當氣泡的形成 速度大于氣泡的浮升速度時，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。 c.泡沫接觸狀態(tài)：當氣速繼續(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、擾動十分劇烈的動態(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)：當氣速繼續(xù)增加，由 于氣體動能很大，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。此時塔板上的氣體為連 續(xù)相，液體為分散相，兩相傳質的面積是液 滴的外表面。由于液滴回到塔板上又被分 散，這種液滴的反復形成和聚集，使傳質面 積大大增加，而且表面不斷更新，有利于傳 質與傳熱進行，也是一種較好的接觸狀態(tài)。 (4)精儲裝置流程及控制參數(shù) 如圖1-所示

37、，精儲設備主要包括精儲 塔、再沸器和塔頂冷凝器三大部分。再沸器 是供給精儲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），管內走塔釜液，管外走加熱介質，一般設有安全閥，由于其內外壓差比 較大，一般都有膨脹節(jié)。塔頂冷凝器是供給精儲塔冷量的設備， 一般采用固定管 板式或浮頭式換熱器，塔內上升蒸汽進入冷凝器被冷凝為液體， 一部分作為回流 液返回至塔頂，一部分作為塔頂產品采出。 精儲一般主要控制參數(shù)有進料量、進料組成、進料溫度、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、定了產品質量 的好壞，尤其是塔頂溫度或靈敏板溫度，直接反映了產品的質量狀況。 （5）精儲塔運行與維護 精儲塔的控制要求主要包括產品質量控制、物料平衡控制、能量平衡控制和 約束條件控制（精儲塔的操作限度）等。 ①開車準備：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先用實物料將塔內氮氣置換干凈，然后用氣相物料（也可用氮氣）充壓至 操作壓力，再進液體物料。 ③如有需要，進行必要的化學處理。 ④在控制好塔壓的狀態(tài)下進行工藝調節(jié)，將相關參數(shù)調整到位。 ⑤當回流罐液位達到工藝要求時，啟動回流泵建立回流并調節(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)產品工藝參數(shù)要求、氣液接觸狀態(tài)和 設備情況進行生產控制和調節(jié)。 ⑧為了保證精儲塔的正常運行和產品質量， 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 填料塔是以塔內的填料作為氣液接觸構件的 傳質設備。其工作原理和操作運行類似于板式塔， 下面仍以精儲用塔為例簡介填料塔。 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 塔底產品 來自冷凝器的 回流液 進料 排放孔? 液體分布器 裙座 底座圈 支承糟 蒸氣入口營 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。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 塔一般不設氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆 流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液 兩相密切接觸進行傳質。填料塔屬于連續(xù)接觸式 氣液傳質設備，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。 當液體沿填料層向下流動時，有逐漸向塔壁集中 的趨勢，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種 現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應造成氣液兩相在填料層 中分布不均，從而使傳質效率下降。因此，當填料層較高時

41、，需要進行分段，中 間設置再分布裝置。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，當液體負荷較小時，填料表面不容易潤濕，傳質就 效果急劇下降；當液體負荷過大時，則容易產生液泛。但設計良好的板式塔，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當塔設備內部有化學反應

42、需要傳熱或生產中需要側線出料時， 填料塔也不 如板式塔方便。 ④對于易起泡物系，填料塔更適合，因填料對泡沫有限制和破碎的作用。 ⑤對于腐蝕性物系，填料塔更適合，因可采用瓷質填料。 ⑥對熱敏性物系宜采用填料塔，因為填料塔內的滯液量比板式塔少，物料在 塔內的停留時間短。 ⑦填料塔的壓降比板式塔小，因而對真空操作更為適宜。 ⑧當塔徑不很大時，填料塔因結構簡單而造價便宜。 ⑨板式塔的設計比填料塔要準確。 四、反應器 反應器是實現(xiàn)化工反應過程的設備，可以實現(xiàn)化工生產所需的液相單相反應 過程和液液、氣液、固液、氣固液等多相反應過程。反應器內一般均設有攪拌器。 為了適應反應器內物料的加熱或

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

44、應器內的個點濃 度相等而基本不隨時間而變；大多數(shù)的實際 圖1-反應器中的非理想混合流動 反應器是非理想混合流反應器，由于反應器 中存在死角、溝流、旁路、短路及不均勻的 速度分布等原因，使物料流動形態(tài)偏離理想 流動。非理想混合流動如 圖1-。 (3)按結構類型分類：按照反應器的結構類型與特征，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 轉筒式和螺桿擠壓機式等。如 圖1-。 2、反應器的操作條件 應器的操作最重要的條 件是操作溫度和操作壓力。反 應器的操作條件直接決定反 應過程和反應結果。 溫度是

45、決定反應過程和 結果的主要因素，要使反應過 程在優(yōu)化條件下進行，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）固定床反應器 （0）管式反應提 {c）流化床反應器 （0毆泡床反應揩 圖1-工業(yè)常用反應器類型 不同的反應要求的壓力也不同，反應器可在常壓、加壓或減壓（真空）條件 下操作。加壓操作的反應器主要用于有氣體參與反應的過程， 提高操作壓力有利 于加速氣相反應，對于總物質的量減小的氣相可逆反應可提高平衡轉化率 ，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、氣液固反應過 程采用加壓操作，以提高反應速率，如對二甲苯氧化。 3、

46、典型反應器列舉 （1）反應釜 ①反應釜的構造 刮溫計接口 V- 冷卻東進{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，反應釜一般屬于全混流反應器。一般由鍋體、鍋蓋、攪拌器、 夾套、支承及傳動裝置、軸封裝置和溫度、壓力的測量元件及儀表等組成，其材 質及開孔可根據(jù)工藝要求設定 圖1-反應釜構造與反應釜系統(tǒng) 反應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，夾套油加熱型都設有導流裝置。攪拌形式一 般有槳式、錨式、框式、螺條式、刮壁式等；高轉速類有分散葉輪式、渦輪式、 高剪切式、推進器式等。傳動形式有普通電機、防爆電機、電磁調速電機、 變 頻器等。 ②反應釜的操作 a.檢查所有相關設備、管路、儀表和其他輔助系統(tǒng)等。 b.檢查公用設施是否準備充分，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，再打開進氣閥，進氣閥操作須緩慢， 以使夾套緩慢預熱逐步升壓，夾套壓力勿超標；如需冷卻，先打開回水閥，再

48、打 開上水閥。 e.嚴格按照操作規(guī)程控制反應釜的溫度和壓力，并注意反應時間。 f.隨時檢查反應釜的運轉情況，出現(xiàn)異常應及時采取措施停車檢修。 g.反應釜停車時，一定停止攪拌，切斷電源，關閉各相關閥門。鏟鍋是必須 切斷攪拌機電源。 h.反應釜必須按要求定期進行技術檢查，檢查不合格不得運行。 i.向反應釜投料時，嚴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)生產的工藝要求，可采用多級反應釜串聯(lián)的反應器。 (2)管式反應器 a 如圖1-所示， 管式反應器屬于平 推流反應器，一種 呈管狀、長徑比很 大的連續(xù)操作反應 器。管式應器的結

49、 構可以是單管，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 內填充填料的填充 管，以進行多相催 化反應，如列管式 固定床反應器。 管式反應器的特點： ①管式反應器容積效率高、返混少、易于控制等優(yōu)點，適用于轉化率要求 高和有串聯(lián)副反應的場合，可實現(xiàn)分段溫度控制。 ②管式反應器的傳熱可以夾套傳熱、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，反應器內任一截面上的物料濃度不隨時 問而變，但不同截面上的濃度不同。 ④當物料的處理量較大時，管內物料一般處于高度湍動狀態(tài)，各物料微團在 反應器內停留的時間大致相同，故反應比較均勻。 ⑤管式反應

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

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

52、運動狀態(tài)，進行氣固相反應和液固相 反應的反應器，氣固相流化床反應器又稱沸騰 床反應器。 床層 -授熱流體 氣體 如圖1-所示，流化床催化反應器中催化 劑在氣流的作用下呈流態(tài)化。原料氣體由下部 進氣管送入，經(jīng)過換熱器換熱后進入床層發(fā)生 催化反應，再經(jīng)過過濾器分離催化劑后，由排 氣管排放。為防止催化劑顆粒堵塞過濾器，從 上部噴入某種氣體進行周期性反吹消灰。換熱 器的主要作用是控制反應溫度。 圖1-流化床催化反應器結構簡圖 流化床反應器的基本特點是所用的催化 劑顆粒小、重度輕，床層始終處于激烈的湍動 狀態(tài)。所以，氣固相間傳熱和傳質速率高，床 層溫度較均勻；便于實現(xiàn)連續(xù)化和自動化操 作；設備生產的操作條件較平穩(wěn)，生產強度較大。 流化床反應器的主要控制點為反應溫度、反應壓力和反應時間