化工设备机械基础讲义

化工设备机械基础讲义宁夏化工技师学院化工设备部分1、化工容器结构包括那几部分？答：它是一个钢制圆筒结构，主要由钢制圆筒体和两端的封头组成，并安装有各种化工工艺接管（如物料进出口管、压力表接管、液压计接管等，）以及为检修方便开设的人孔、手孔，和为保护容器安全而设置的安全装置（如安全阀、爆破片）等，整个容器借助支座安放在基础上。

2、化工容器可以分为那几类？答：（1）按照压力容器在生产过程中的作用分类①反应类容器.②换热类容器.③分离类容器.④储存类容器.(2)按照容器的压力等级分类①低压容器(代号为L):0.1MPa≤p＜1.6MPa;②中压容器(代号为M):1.6MPa≤p＜10MPa;③高压容器(代号为H):10MPa≤p＜100MPa;⑤超高压容器(代号为U):p≥100MPa;(3)按照容器的管理等级分类1)第一类压力容器除了第二类、第三类压力容器以外的所有低压容器.2)第二类压力容器它包括:①除第三类容器以外的中压中期.②剧毒介质的低压容器.③易燃或有毒介质的低压反应器和储运器.④内径小于1m的低压废热锅炉.3)第三类压力容器它包括:①高压或超高压容器.②剧毒介质且工作压力p与容器V的乘积:pV≥0.2立方米·MPa的低压容器和剧毒介质的中压容器.③易燃或有毒介质且pV≥0.5立方米·MPa的中压反应容器,或pV≥10立方米·MPa的中压储运器.④中压废热锅炉或直径大于1m的低压废热锅炉.3、化工生产对化工容器的基本要求有哪些?答:1、安全方面的要求.(1)强度要求.(2)刚度要求.(3)稳定性要求.(4)耐蚀性要求.(5)密封性要求.2、经济方面的要求.(1)、尽量降低设备成本.(2)、操作、维修方便。

4、什么是强度？什么是刚度？化工容器除了有强度要求外，为什么还要有刚度要求？答：强度是指设备及其零部件抵抗外力破坏的能力.刚度是指容器及其零部件抵抗外力作用下变形的能力.如果容器在工作时,强度虽然满足要求,但却在外载作用下发生较大变形,则也不能保证其正常运行.例如:长压容器的壁厚,若根据强度计算的结果数值很小,在制造、运输及现场安装过程中容易发生较大变形,故应根据其刚度要求来确定壁厚.5、化工生产对换热类设备有哪些要求?答: ①应满足工艺条件所规定的温度、压力、流量等要求.②应具有较高的传热效率,换热器所用的材料传热性能要好,传热面积足够且流体阻力要小. ③应具足够的机械强度和刚度,整体结构可靠,节省材料.此外,还应便于制造、安装及维修。

6、列管式换热器有那几种类型?其中管子与壳体之间无温差应力的换热器有那几中?答:由于管束、管板和壳体的结构和连接方式不同,列管式换热器有可分为固定管板式、浮头式、填料函式和U型管式四种.7、固定管板式列管换热器管壳之间易产生温差应力,为什么在现实中应用较为广泛?答: ①如果管、壳壁受拉伸和压缩的总应力超过了材料容许的应力时,管子或壳体就会失效. ②管子是胀接或焊接在管板上的,如果管子所受的轴向力过大,会使管子从管板连接处拉脱. ③另外,温差应力过大,还会使得管板发生翘曲,破坏管板密封处的密封性.因而必须对温差应力予以适当不补偿,从而减小(或消除)温差应力的危害.常采用的措施有以下两种.8、管子与管板之间的连接通常有三种方式,试比较这三种方式各自的优缺点? 答:(1)胀接这种方法劳动量较大,效率较底.用液压胀管和爆破胀管的方法使管子与管板牢固连接,是较新的制造技术,它具有生产效率高,劳动强度底,密封性能好等优点. (2)焊接它连接可靠,具有良好的气密性,承压能力高,且在高温高压下也能保证连接的紧密性和抗拉脱能力.为了保证焊接质量,管板孔边上应开斜口,称为焊接坡口. (3)胀接并用胀焊并用有良种形式:一种是强度胀加密封焊,另一种是强度焊加密封胀.前者是胀承受作用力,而密封则由焊接保证.焊接高度一般为1~2mm,不影响胀接强度.后者是焊接承受作用力,而胀接只消除间隙.胀焊并用这种结构形式适用于密封要求高、承受振动、有间隙腐蚀及采用复合钢板的场合.9、折流板有何作用?它可分为哪几类?答:常用的弓形折流板有单弓形、双弓形和三弓形三种.折流板即起折六作用又起支撑作用.10..板式塔由哪几种部分组成?试说明各主要组成部分的作用?答(1)塔顶部分.塔顶是气液分离段,为了使气液分离充分,必须使塔顶部分具有叫大的空间,以降低气体上升速度,便于液滴从气体中分离出来.(2)塔体部分.塔体内部装有板式塔的主要结构元件之一塔盘,气-液或液-液两相在塔盘上充分接触,达到传至和传热的目的.(3)裙座部分.塔体的最下部分为裙座部分,它的上端与塔体下封头焊接在一起,下端通过地脚螺栓固定在基础上.11、试比较泡罩塔、浮阀塔和筛板塔三种板式塔的优缺点.答（1）泡罩塔优点：气液接触比较充分，踏板效率较高，塔的操作弹性大，具有较高的生产能力，适用于大型生产。

缺点：结构复杂，造价较高，安装维修麻烦，气相压力降较大等，因而限制了它的使用范围。

（2）浮阀塔优点：由于浮阀的开度大小可以自动调节，因此它的操作弹性大，适用于产量波动和变化的情况，浮阀不断上下运动，阀孔不易被赃物或粘性物料堵塞，塔板的清洗也比较容易，与泡罩塔相比生产能力、塔板效率高，操作周期也长，并且结构简单，安装容易，节省材料，制造和维修费用比泡罩塔低。

12、填料塔有那几部分组成?它与板式塔再结构上有何区别?答:由塔体、喷淋装置、填料、再分布器、栅板等组成。

板式塔气液主要在塔盘上进行传质过程的，而填料塔进行传质的过程主要是在填料内外表面上。

13、试阐述填料的种类及其运用状况.答(1)拉西环一般在填料的低层为了提高抗压能力,采用外径较大的填料整砌,而上层则采用外径较小的填料乱堆.(2)鲍耳环提高了塔的传质效率和生产能力,降低了塔内的压力降.因此它的应用比拉西环广泛.(3)鞍形填料但矩鞍形填料是对称式的,容易重合会使得下面的填料得不到充分的运用,而弧鞍形填料则避免了上述缺点,因而后者跟具有发展潜力.(3)阶梯环这种填料由于两端形状不对称,装入塔内可以减小填料之间的相互重叠,使表面得以充分利用,同时增大它们之间的空隙,使压力降降低,传质效果提高.14、试阐述喷淋装置的种类及各自的优缺点.答:喷洒型：对于直径较小的填料塔使用管式喷洒器，由塔顶进料管的出口或缺口直径喷洒在填料上。

该结构简单，但喷淋面积小而且不均匀。

对于直径较大的塔体，可采用环管多孔喷洒或多支管喷洒器以及莲蓬头喷洒器，这两种喷洒器结构也比较简单，喷洒比前一种均匀，但要求喷淋液不能含固体颗粒，负责容易堵塞喷洒器小孔。

另外，操作是液体压力必须维持在恒定值，负责喷淋半径改变，会造成喷洒不均匀。

溢流型：液体由进料管加到喷淋盘内，然后从均匀分布在分布板上的降液管的矩形或齿形缺口处均匀往下喷淋，分布板上钻有泪孔，以便在停工检修时排净板上的液体。

冲击型喷淋器：反射板式喷淋器具有一定速度的液体从关内流出，冲击在反射板上使液体向四周飞溅，达到均匀喷淋的目的。

反射板中央钻有一些小孔，以便部分液体有小孔流出，喷淋中央部分的填料。

15、试阐述搅拌反应釜的组成及各主要组成部分的功用.答:由釜体：由于化学反应物料可能是易燃、易爆或有毒，而且常常要保持一定的操作温度、压力等，所以反应釜大多数是密闭的，在常压、无毒及反应过程允许的条件下它也可以设计成敞开的。

传热装置、搅拌装置、轴封装置、其他结构。

16、反应釜的传热装置有哪些?各运用在什么情况之下?答:1、夹套传热及其结构适用于筒体细长得厂房,考虑到筒体承受外压,为了增加筒体的稳定性或者是釜内反应的需要,在筒体的上下不同位置上分段设置夹套,各段夹套之间设置加强圈或采用能够起到加强圈作用的夹套封口件.2、蛇管传热结构当需要传热面积较大.夹套传热不能满足要求时,可采用蛇管传热.17、搅拌器有哪些形式,各适用于何种反应情况?答:桨式搅拌器、框式和锚式搅拌器、推进式搅拌器、涡轮式搅拌器.18、加热炉在化工生产上有何作用?它可以分为哪几类?答:加热炉不仅消耗大量的能量,而且在石油裂解、转化或合成氨反应中起到核心设备的作用，支配着整个工厂产品的质量、效率、能耗和操作周期等。

:外形来分类。

（1）箱式炉。

（2）立式炉。

（3）立式圆管炉.（4）大型方炉。

按用途分类（1）炉管内进行化学反应的炉子。

（2）加热液体的炉子。

19、管式加热炉有哪几部分组成?各部分有何作用?答：由辐射室是通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分，也是加热炉进行热交换的主要场所，其热负荷约占全炉的70%~80%，是全炉最重要的部位。

对流室，是紧接辐射室靠由辐射室排出的高温烟气与物料对流传热的部分。

余热回收系统，是指离开对流室的烟气中进一步回收余热的部分。

燃烧器的作用是完成燃料的燃烧过程，为炉子的热交换提供热量，是炉子的重要组成部分。

通风系统的任务是将燃烧用的空气导入燃烧器，并将废烟气引出炉子。

五部分组成。

20、.废热锅炉在化工生产中的运用有何经济意义?答:化工生产中的能耗很大，但往往并不都是有效的。

以天然气为原料的合成氨生产为例，目前每吨氨产品的能耗总额约为9.3×10 kcal，但最终产品带走的能量只有4.7×10 kcal，剩余的约有一般的能量在生产过程中损耗了。

因此如何提高能量的有效利用率是目前化学工业生产中的一个重要问题。

化工生产中最常用最简单的方法就是利用锅炉来回收工艺物流中的余热，生产蒸气通常这种回收余热生产蒸气的锅炉称之为废热锅炉，又称之为余热锅炉。

21、沸热锅炉可分为哪几类,并作说明.答:（1）立式和卧式卧式锅炉大都采用火管式，及管内走高温工艺气体，而管外走饱和水或水蒸汽。

立式锅炉通常比卧式锅炉水循环速度快，传热效率较高蒸汽空间也比较，因此这种锅炉蒸发量大。

（2）按压力来分类低压锅炉按照国内习惯，通常把蒸气压力在1.3MPa以下的称低压废热锅炉，其容量较小，一般不超过20t/h。

中压锅炉蒸汽压力在1.4到3.9MPa范围内的称中压废热锅炉,通常中压锅炉的蒸汽温度不超过450℃,容量不超过130t/h.高压锅炉蒸汽压力在4.0到10.0MPa范围内的称高压废热锅炉.高压废热锅炉的蒸汽温度通常不超过540℃,容量不超过220t/h.(3)按结构和工艺意图来分类按照炉管的结构形式不同，废热锅炉可以分为：列管式、U形管式、刺刀管式、螺旋盘管式以及双套管式等。

按照其生产工艺或使用的场合不同，废热锅炉可以分为：重油气化废热锅炉、乙烯生产裂解气急冷废热锅炉、合成氨前置式、中置式或后置式废热锅炉等。

22、试说明蒸发器的作用、种类及其运用情况.答:在化工生产过程中，蒸发是指将不挥发性物质的稀溶液加热沸腾，使部分汽化，以提高浓度的单元操作。