化工设备概述

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1、一、化工设备在化工生产中的应用一、化工设备在化工生产中的应用1 1、化工设备概念、化工设备概念 化工设备是化工设备是指化工生产中静止的或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，或用于储存物料的设备。管道塔设备加热炉阀门反应设备泵换热设备一、化工设备在化工生产中的应用一、化工设备在化工生产中的应用2 2、化工设备的应用、化工设备的应用 典型炼油、化工生产装置所需的化工设备典型炼油、化工生产装置所需的化工设备序号序号生产装置名称生产装置名称所需的主要设备所需的主要设备1丁烯氧化脱氢生产丁二烯反应器、各种塔器、蒸发器、空气压缩机、混合器、废热锅炉、各种泵2合成氨加热炉、反

2、应器、分馏塔、压缩机、换热设备、各种泵3乙烯催化水合生产乙醇加热炉、反应器、压缩机、分馏塔、洗涤塔、各种泵一、化工设备在化工生产中的应用一、化工设备在化工生产中的应用2 2、化工设备的应用、化工设备的应用 化工设备不仅用于化工和炼油生产中，而且在轻工、医药、食品、冶金、能源、交通等工业部门也有着广泛的应用。二、化工设备的类型二、化工设备的类型按照各自设备在化工生产的作用进行分类按照各自设备在化工生产的作用进行分类 反应设备换热设备传质设备储存设备流体输送设备加热设备 二、化工设备的类型二、化工设备的类型1 1、流体输送设备、流体输送设备 各种泵、压缩机、鼓风机以及与其相配套的管线和阀门等等 二

3、、化工设备的类型二、化工设备的类型2 2、加热设备、加热设备加热设备是将原料加热到一定的温度，使其汽化或为其进行反应提供足够的能量。二、化工设备的类型二、化工设备的类型3 3、加换热设备、加换热设备换热设备是将热量从高温物体传给低温物体，以达到加热、冷凝、冷却的目的，并从中回收热量，节约燃料。列管式换热器 大型集成换热器 二、化工设备的类型二、化工设备的类型4 4、传质设备、传质设备传质设备是利用物料之间某些物理性质，如沸点、密度、溶解度等的不同，将处于混合状态的物质（气态或液态）中的某些 组分分离出来。吸收塔精馏塔 二、化工设备的类型二、化工设备的类型5 5、反应设备、反应设备反应设备的作用

4、是完成一定的化学和物理反应，其中化学反应是起主导和决定作用的，物理过程是辅助的或伴生的。高温反应器合成塔 二、化工设备的类型二、化工设备的类型6 6、储存设备、储存设备储存设备是用来盛装生产用的原料气、液体、液化气等 物料的设备 液氨储罐高位储罐球形储罐球形储罐三、化工生产对化工设备的要求三、化工生产对化工设备的要求1 1、工艺性能要求、工艺性能要求（1）达到工艺指标（2）生产消耗低（3）生产效率高 2 2、安全性能要求、安全性能要求（1）、强度：指设备及其零部件抵抗外力破坏的能力。（2）、刚度：指设备及其零部件抵抗外力作用变形的能力（3）、稳定性：指设备及其零部件在外力作用下维持原有 的能力

5、。三、化工生产对化工设备的要求三、化工生产对化工设备的要求2 2、安全性能要求、安全性能要求（4）、耐蚀性：指设备抗腐蚀的能力。（5）、密封性：指设备阻止介质泄漏的能力。3 3、使用和经济性能的要求使用和经济性能的要求 化工设备除了要满足安全可靠性之外，还需满足经济方面要求。（1）、尽量降低设备成本：通过节约材料、优化加工制造 工艺等（2）、操作维修方便：考虑设备在使用过程中便于拆装、检修、清洗等操作。一、金属材料的力学性能一、金属材料的力学性能 材料的力学性能材料的力学性能 材料在外力（或外加能量）作用下，在变形和强度方面所表现出来的性能。是通过各种力学试验得到的，如拉伸、压缩、弯曲、冲击、

6、疲劳、硬度等试验。硬度强度塑性韧性弹性温影度响刚度一、金属材料的力学性能一、金属材料的力学性能（一）材料的弹性和刚度（一）材料的弹性和刚度 1、内力内力：物体受到外力作用后其内部各部分之间产生了 相互作用力。2、应力应力:单位面积上的内力，用表示。3、变形变形:物体受到外力作用后其原始尺寸或形状发生了变 化，这种变化称为变形。4、应变应变：变形的量与原始尺寸的比值，用 表示一、金属材料的力学性能一、金属材料的力学性能（一）材料的弹性和刚度（一）材料的弹性和刚度=F/A A为试件的原始截面积 =l/l l/l为拉伸时的变形量E=/材料的弹性模量，它反映了材料抵抗弹性变形的能力，即刚度。E值越大、

7、材料的刚度也越大，越不容易发生弹性形变，E值越小、材料的弹性越好，越容易发生弹性形变。一、金属材料的力学性能一、金属材料的力学性能（一）材料的弹性和刚度（一）材料的弹性和刚度p比例极限AA1 e弹性极限一、金属材料的力学性能一、金属材料的力学性能（二）材料的强度和塑性（二）材料的强度和塑性1、强度强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。持久强度持久强度DD蠕变强度蠕变强度nn屈服强度屈服强度s s(0.20.2)抗拉强度抗拉强度bb疲劳极限疲劳极限nn强 度 指 标一、金属材料的力学性能一、金属材料的力学性能（二）材料的强度和塑性（二）材料的强度和塑性s 越大，材料越不容易发生

8、塑性变形。它是衡量材料强越大，材料越不容易发生塑性变形。它是衡量材料强度重要指标之一度重要指标之一b 越大，材料越不容易断裂。它是衡量材料强度又一重越大，材料越不容易断裂。它是衡量材料强度又一重要指标要指标一、金属材料的力学性能一、金属材料的力学性能（二）材料的强度和塑性（二）材料的强度和塑性2、塑性塑性：金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。（材料能够产生塑性变形的性质）主要有两个塑性指标：%100%1001lllll%100%1001AAAAA伸长率断面收缩率一、金属材料的力学性能一、金属材料的力学性能（三）硬度（三）硬度 材料抵抗他物压入或划痕的能力。表示金属材料在一个小的体积范围内

9、抵抗弹性变形、塑性变形或破断的能力。布氏硬度HB（一般在HB450以上就不能使用)、洛氏硬度HR(可以用于硬度很高的材料)、维氏硬度HV(比洛氏硬度更适合于测定极薄试样的硬度)，显微硬度。一、金属材料的力学性能一、金属材料的力学性能（四）材料的冲击韧性（四）材料的冲击韧性 材料抵抗冲击载荷的能力。表示材料弹塑性变形为断裂全过程吸收能量的能力，也就是材料抵抗裂纹扩展的能力。承受静载荷抗裂纹扩展的能力 缺口敏感性承受动载荷时抗裂纹的能力 冲击韧性一、金属材料的力学性能一、金属材料的力学性能（五）温度对材料力学性能的影响（五）温度对材料力学性能的影响 sTTs二、化工设备常用的金属材料二、化工设备常

10、用的金属材料1 1、碳钢、碳钢 （1 1）碳钢的分类）碳钢的分类 低碳钢按含碳量 高碳钢 镇静钢：Z 按脱氧方式 半镇静钢：b 普通碳素钢按品质 高级优质碳素钢中碳钢优质碳素钢随着含碳量的增加，钢的强度硬度增加，而塑性韧性降低。镇静钢，脱氧完全，钢锭组织致密，质量好。优质钢，S、P杂质含量低，质量好。二、化工设备常用的金属材料二、化工设备常用的金属材料1、碳钢、碳钢 （2）碳钢的牌号）碳钢的牌号 a）普通碳素结构钢（GB700-88）代表钢材屈服点的字母代表钢材屈服点的字母 屈服点的数值屈服点的数值 材料质量材料质量等级符号等级符号 脱氧方法符号脱氧方法符号，常用Q235B，Q235C，Q23

11、5AF 二、化工设备常用的金属材料二、化工设备常用的金属材料1、碳钢、碳钢 （2 2）碳钢的牌号）碳钢的牌号 a）普通碳素结构钢（GB700-88）Q 235A F质量等级为质量等级为A，共分，共分A、B、C、D四级四级屈服极限屈服极限s=235MPa脱氧方式：有脱氧方式：有Z、TZ、F、b四种，四种，其中其中Z和和TZ可省略。可省略。屈屈二、化工设备常用的金属材料二、化工设备常用的金属材料1、碳钢、碳钢 （2）碳钢的牌号）碳钢的牌号 b）优质碳素结构钢（优质碳素结构钢（GB711-88）较普通碳素结构含S、P量较少，表面质量较好。常用10、15、20g、20R和20等。g锅炉用钢 R-压力容

12、器用钢 D-低温用钢 牌号：牌号：两位数字 表示脱氧方法的字母二、化工设备常用的金属材料二、化工设备常用的金属材料1、碳钢、碳钢 （2）碳钢的牌号）碳钢的牌号 b）优质碳素结构钢（优质碳素结构钢（GB711-88）牌号：牌号：两位数字 表示脱氧方法的字母 数字 含碳量万分数 字母只在沸腾钢时注出低碳钢 08 10 15 20 25中碳钢 30 35 40 45 50 55 60高碳钢 60 65 70 80 85二、化工设备常用的金属材料二、化工设备常用的金属材料2、合金钢、合金钢 在碳素钢的基础上加入少量合金元素在碳素钢的基础上加入少量合金元素。特别：锅炉钢和容器钢主要用于壳体或锅炉承压元件

13、。在普通低合金结构钢中常加入在普通低合金结构钢中常加入：Mn、Si、Cr、Mo、V、Cu、P等，Mn、Si、Cr、V提高强度，Cu、P提高耐蚀性二、化工设备常用的金属材料二、化工设备常用的金属材料2、合金钢、合金钢 典型牌号典型牌号：16Mn、16MnR、15MnV、15MnVR、18MnMoNb、18MnMoNbR、09Mn2V等。特点特点：含碳量一般低于0.25%，较高的屈服强度和屈强比（ss/sb=0.650.95），较好的冷热加工性能、良好的焊接性能，较低的冷脆倾向以及较好的抗大气、海水等腐蚀能力。二、化工设备常用的金属材料二、化工设备常用的金属材料2、合金钢、合金钢 （1 1）低合金

14、）低合金钢的牌号（钢的牌号（GB/T221-2000）平均含碳量万分数 合金元素符号 平均合金元素含量百分数 平均合金含量小于1.5%不标注 平均合金含量1.52.49%“2”平均合金含量2.53.49%“3”，依此类推 压力容器用普通低合金钢牌号后加“R”低温用钢牌号后加“D”二、化工设备常用的金属材料二、化工设备常用的金属材料2、合金钢、合金钢 （2）高合金钢的牌号（）高合金钢的牌号（GB/T221-2000）指不锈钢、耐热钢和高温合金 不锈钢牌号表示方法不锈钢牌号表示方法平均含碳量质量分数的千分数 合金元素符号 平均合金元素含量百分数平均含碳量小于千分之一“0”平均含碳量小于万分之三“0

15、0”二、化工设备常用的金属材料二、化工设备常用的金属材料 优质碳素钢优质碳素钢沸腾钢含碳量为0.08%；容器钢含碳量为0.2%普通碳素钢普通碳素钢Q235-A,F沸腾钢类别为A钢材屈服点(MPa)屈服点屈字的拼音首位字母08F 20 R 二、化工设备常用的金属材料二、化工设备常用的金属材料 低合金钢16MnR 16含碳量0.16%；Mn合金元素；R 容器钢。1Cr18Ni9 1含碳量0.1%（千分数）；Cr,Ni主要合金元素；18含铬量18%；9 含镍量9%。二、化工设备常用的金属材料二、化工设备常用的金属材料3 3、铸铁、铸铁含碳量2.11%以上，大多碳以石墨形式存在，并含有 较多S、P、S

16、i、Mn等杂质。是脆性材料，抗拉强度较低，但有良好铸造性、耐磨性、减振性及切削加工性。在一些介质如浓硫酸、醋酸、盐溶液、有机溶剂等中耐腐蚀性能好。按铸铁中石墨的不同形态铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和特殊性能铸铁等。二、化工设备常用的金属材料二、化工设备常用的金属材料3 3、铸铁、铸铁（1 1）灰铸铁灰铸铁1.牌号：HT+抗拉强度b表示 如 HT100，其中100表示b 100MPa。常用灰铸铁牌号有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350。2.力学性能：强度低，硬度高，塑性很差。3.工艺性能：优良的铸造性，切削性好，能焊接。二、化工设备常用的金属材料二、化

17、工设备常用的金属材料3 3、铸铁、铸铁（2 2）球墨）球墨铸铁铸铁1.牌号：用QT抗拉强度值延伸率表示如QT400-18，其中400表示b400MPa，18表示 s=18%常用的QT400-17、QT420-10、QT500-5、QT600-2、QT700-2、QT800-2等。2.力学性能：在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸铁，甚至接近钢材。二、化工设备常用的金属材料二、化工设备常用的金属材料3 3、铸铁、铸铁（3 3）可锻可锻铸铁铸铁1.牌号 “KT”“可锻铸铁”、“KTH”铁素体可锻铸铁，“KTZ”珠光体可锻铸铁。后面的数字分别表示最低抗拉强度（MPa）和最低延伸率。如：KTH350-1

18、0表示b=350MPa，s=10的铁素体可锻铸铁。2.性能：强度、塑韧性优于灰铸铁，低于球墨铸铁。3.注意：可锻铸铁不能进行压力加工！4.应用：管件、弯头、三通、低压阀门等。三、非金属材料三、非金属材料既可用作结构材料，又能作设备的保护衬里、涂层，还可做设备的密封材料、保温材料和耐火材料。非金属材料分为无机非金属材料（陶瓷、搪瓷、岩石、玻璃等）及材料（塑料、涂料、橡胶等）及近2030年来发展的复合材料（玻璃钢、不透性石墨等）。三、非金属材料三、非金属材料l 聚氯乙稀塑料l 耐酸酚醛塑料l 聚乙烯塑料l 聚四氟乙烯塑料l 玻璃钢l 涂料有机非金属材料有机非金属材料无机非金属材料无机非金属材料化工

19、陶瓷化工搪瓷砖板衬里耐热玻璃不透性石墨三、非金属材料三、非金属材料1.化工陶瓷化工陶瓷特点特点：1）良好的耐腐蚀性能；2）足够的不透性、耐热性；3）一定的机械强度；4）性脆易裂，导热性差。用场用场：化工陶瓷设备及管道，管件等。三、非金属材料三、非金属材料2.化工搪瓷含高硅的瓷釉经900煅烧，密着在金属胎表面而成。特点：1）优良的耐腐蚀性能；2）优良的电绝缘性能；3）易碎裂。用场：搪瓷设备，如反应釜、储罐、换热器、塔、阀门等。三、非金属材料三、非金属材料3.工程塑料高分子合成树脂+填料提高力学性能；增塑剂降低硬度和脆性；稳定剂延缓老化；固化剂加快固化速度。特点特点：1）良好的耐腐蚀性能；2）一定

20、的机械强度；3）密度不大；4）价格较低。三、非金属材料三、非金属材料3.工程塑料常用工程塑料：n硬聚氯乙烯塑料n聚乙烯塑料n耐酸酚醛塑料n聚四氟乙烯塑料n玻璃钢三、非金属材料三、非金属材料3.工程塑料 使用温度为-10+55。当温度在6090时，强度显著下降。在室温下，除硝酸外，对各种酸、碱盐溶液均稳定，对氢氟酸特别稳定。使用温度为-30+130。这种塑料性质较脆、冲击韧性较低。三、非金属材料三、非金属材料3.工程塑料 耐强腐蚀性介质腐蚀。甚至超过贵重金属金和银，有塑料王之称。常用作耐腐蚀、耐高温密封元件及高温管道。有良好的自润滑性，还可以用作无油润滑压缩机的活塞环。有突出的耐热和耐寒性，使用

21、温度范围为-200250。三、非金属材料三、非金属材料3.工程塑料 又称玻璃纤维增强塑料。用合成树脂为粘结剂，以玻璃纤维为增强材料，按一定成型方法制成。具有优良的耐腐蚀性能，强度高和良好的工艺性能，是一种新型非金属材料。树脂不同而差异很大。环氧玻璃钢（常用）、酚醛玻璃钢（耐酸性好）、呋喃玻璃钢（耐腐蚀性好）、聚酯玻璃钢（施工方便）等。一、腐蚀的概念及类型一、腐蚀的概念及类型 腐蚀的定义腐蚀的定义50年代，腐蚀的定义仅指金属的腐蚀：“在周围介质作用下，由于化学反应、电化学反应或物在周围介质作用下，由于化学反应、电化学反应或物理溶解而产生的金属破坏理溶解而产生的金属破坏。”50年代后，随着非金属材

22、料的发展，腐蚀定义扩大到所有的材料:“由于材料和它所处的环境发生反应使材料和材料的由于材料和它所处的环境发生反应使材料和材料的性质发生恶化的现象性质发生恶化的现象”“腐蚀是由于物质与周围环境的作用而产生的破坏腐蚀是由于物质与周围环境的作用而产生的破坏”一、腐蚀的概念及类型一、腐蚀的概念及类型 （一）按腐蚀的机理分类（一）按腐蚀的机理分类1、化学腐蚀化学腐蚀：是指金属与非电解质直接发生化学作用而引起的 破坏。特点：金属原子与介质两相的界面上直接交换电子，发生直接的化学反应。化学介质是不电离不导电的干气体和非电介质溶液。无电流，钝压膜，例如：钢脱碳、氢脆一、腐蚀的概念及类型一、腐蚀的概念及类型 （

23、一）按腐蚀的机理分类（一）按腐蚀的机理分类2、电化学腐蚀电化学腐蚀：是金属与电解质溶液发生电化学作用而引起的 破坏。特点：电化学与化学腐蚀不同之处在于前者形成了原电池反应。金属离子金属离子失去电子失去电子氧化反应氧化反应金属原子金属原子金属腐蚀的本质金属腐蚀的本质：M neMn+一、腐蚀的概念及类型一、腐蚀的概念及类型 化学腐蚀与电化学腐蚀的比较化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀条件条件现象现象本质本质联系联系金属跟非金属单质或非电金属跟非金属单质或非电解质液体直接接触解质液体直接接触不纯金属或合金与电解不纯金属或合金与电解质溶液接触质溶液接触无电流产生无电流产生有微弱电流产生有微弱电流产生

24、金属被氧化金属被氧化较活泼金属被氧化较活泼金属被氧化两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍一、腐蚀的概念及类型一、腐蚀的概念及类型 （二）按腐蚀破坏的特征分类（二）按腐蚀破坏的特征分类1、均匀腐蚀均匀腐蚀均匀腐蚀:均匀的全面腐蚀和不均匀的全面腐蚀，也称为全面腐蚀非均匀腐蚀（局部腐蚀）非均匀腐蚀（局部腐蚀）：根据局部腐蚀的形态、位置、机理，可分为多种类型 主要的局部腐蚀：点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、电偶腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀、磨损腐蚀、腐蚀疲劳。一、腐蚀的概念及类型一、腐蚀的概念及类型 （二）按腐蚀破坏的特征分类（二）按腐蚀破坏的特征分类1、均匀腐蚀 均匀（全面腐蚀）

25、（定义）均匀（全面腐蚀）（定义）：暴露于腐蚀环境中，在整个金属表面上进行的腐蚀称为全面腐蚀。各部位腐蚀速率接近，金属的表面比较均匀地减薄，金属表面无明显的腐蚀形态差别。同时允许具有一定程度的不均匀性。非均匀（局部腐蚀）（定义）非均匀（局部腐蚀）（定义）：在腐蚀环境中，金属表面某些区域发生的腐蚀称局部腐蚀。腐蚀发生在金属的某一特定部位，阳极区和阴极区明显分开，可以用肉眼或微观观察加以区分，次生腐蚀产物又可在阴、阳极交界的第三地点形成。一、腐蚀的概念及类型一、腐蚀的概念及类型 （二）按腐蚀破坏的特征分类（二）按腐蚀破坏的特征分类2、缝隙腐蚀 电解质溶液存在，在金属与金属及金属和非金属之间构成狭窄的

26、缝隙内，介质的迁移受到阻滞时而产生的一种局部腐蚀形态。缝隙腐蚀将减小部件的有效几何尺寸，降低吻合程度。缝内腐蚀产物的体积增大，形成局部应力，并使装配困难。一、腐蚀的概念及类型一、腐蚀的概念及类型 （二）按腐蚀破坏的特征分类（二）按腐蚀破坏的特征分类2、缝隙腐蚀 缝隙的形成 在工程结构中，一般需要将不同的结构件相互连接，缝隙是在工程结构中，一般需要将不同的结构件相互连接，缝隙是不可避免的不可避免的，例如：不同结构件之间的连接，如金属和金属之间的铆接、搭焊、螺纹连接，以及各种法兰盘之间的衬垫等金属和非金属之间的接触。在金属表面的沉积物、附着物、涂膜等，如灰尘、沙粒、在金属表面的沉积物、附着物、涂膜

27、等，如灰尘、沙粒、沉积的腐蚀产物沉积的腐蚀产物。一、腐蚀的概念及类型一、腐蚀的概念及类型 （二）按腐蚀破坏的特征分类（二）按腐蚀破坏的特征分类3、晶间腐蚀 晶间腐蚀晶间腐蚀:金属材料在腐蚀介质中，沿着或紧挨着晶粒边界发生的腐蚀。特点：特点：晶间腐蚀是一种危害性很大的局部腐蚀，宏观上可能没有任何明显的变化，但材料的强度显著下降，经常导致设备的突然破坏。一、腐蚀的概念及类型一、腐蚀的概念及类型 （二）按腐蚀破坏的特征分类（二）按腐蚀破坏的特征分类4、应力腐蚀 应力腐蚀的裂纹扩展应力腐蚀的裂纹扩展金属在腐蚀介质和拉应力的共同作用下产生的一种破坏形式。腐蚀与拉应力起互相促进的作用。腐蚀性介质金属本身原

28、始裂纹原始裂纹裂纹尖端裂纹尖端保护膜保护膜裂纹将扩展的区域裂纹将扩展的区域应力方向应力方向裂纹尖端裂纹将扩展的区域二、常用的防腐措施二、常用的防腐措施 1 1、降低介质的腐蚀性、降低介质的腐蚀性 去除腐蚀介质中的氧，控制土壤及大气的组成、湿度、温度，加入缓蚀剂。降低环境的腐蚀性，如除去大气中的SO2，在水溶液中除O2，改变溶液的pH值，在环境中加入缓蚀剂等；2 2、采用耐腐蚀材料、采用耐腐蚀材料 研制新耐蚀材料和改善材料的组织、状态热处理及表面处理改善材料的组织及表面状态采用金属和非金属涂层、改变材料的表面结构，使材料表面具有耐蚀的特性；采用衬里、防锈油、防锈纸等，将材料与腐蚀介质隔开。二、常用的防腐措施二、常用的防腐措施 3 3、电化学保护、电化学保护 利用电化学原理，通过改变金属在电解质溶液中的电极电位，达到防止电化学腐蚀的目的，实行阳极保护及阴极保护。