第一章化工设备基础知识

化工设备基础知识学习目标1.了解化工设备的基本要求2.掌握化工设备的分类3.了解化工容器标准课程性质本课程是一门技术基础课。课程内容化工生产过程不仅取决于化学工艺过程，而且与化工机械装备密切相关。化工机械通常分为化工设备和化工机器两大类，化工设备指静止设备，如各种容器（反应容器、储存容器、分离容器等）、塔器、换热器等；化工机器指动设备，如各种压缩机、泵等。本书主要介绍化工设备。

任何一种石油、化工产品，都是人们利用一定的生产技术和按照特定的工艺要求，将原料经过一系列物理或化学加工处理后得到的。这一系列加工处理的步骤称为化工生产过程。实现某种化工生产过程，就需要有相应的机器和设备。如：对物料进行混合、分离、加热和化学反应等操作，就需要有混合搅拌设备、分离设备、传热和反应设备；对流体进行输送，就需要有管道、阀门和储存设备等。

化工机器及设备是实现化工生产的重要工具，没有相应的机器和设备，任何化工生产过程都将无法实现。化工设备及其应用●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、化工设备的特点

＊功能原理多样化

＊外壳多为压力容器＊化工—机械—电气一体化

＊设备结构大型化承受一定压力，与外界形成一个封闭系统的容器，称为压力容器。如所有过程装备的壳体、航天器与潜艇的壳体;水压机的液压缸；压缩机的储罐；发酵罐；锅炉，核电站核容器；液化石油气罐等

储存设备

国内最大的板式塔

2007年9月13日，由张家港市化工机械有限公司为大唐国际年产46万吨煤基烯烃项目制造的“亚洲第一塔”——C3分离塔在内蒙古锡林格勒建设现场成功吊装。该C3分离塔以其塔身主体板厚（68毫米），直径（8米）、高度（100.115米）、重量（总重2460吨，空重1750吨），不仅创造了多项国内第一，在亚洲同行业内也属首创，被誉为“亚洲第一塔”。第一章化工设备基本知识第一节化工生产对化工设备的基本要求一、化工生产的特点1、生产的连续性强为了提高生产效率，节约成本，化工生产过程一般采用连续的工艺流程。2、生产条件的苛刻性化工生产的特点：高温、高压、易燃、易爆、剧毒、强腐蚀性等。3、生产原理的多样性4、生产技术含量高专业复合化、机电一体化的发展势态。二、化工生产对化工设备的基本要求简单地说：既安全又经济（一）安全性能要求足够的强度——抵抗破坏能力

良好的韧性——断裂前吸收变形能量的能力

足够的刚度和抗失稳能力——抵抗变形能力和保持原有平衡状态的能力

良好的抗腐蚀性——金属与周围介质发生化学或电化学作用而引起的破坏

可靠的密封性——防止介质泄漏的能力。

（二）工艺性能要求工艺指标如储罐的储存量、换热器的传热量、反应器的反应速率、塔设备的传质效率等。生产效率高、消耗低化工设备的生产效率用单位时间内单位体积（或面积）所完成的生产任务来衡量。消耗是指生产单位质量或体积产品所需要的资源（如原料、燃料、电能等）。（三）使用性能要求结构合理、制造简单运输与安装方便操作、控制、维护简便

（四）经济性能要求

在满足安全性、工艺性、使用性的前提下，应尽量减少化工设备的基建投资和日常维护、操作费用，并使设备在使用期内安全运行，以获得较好的经济效益。

第二节化工容器结构与分类一、化工容器的基本结构二、化工容器与设备的分类（一）按承压性质（压力等级）分按承压方式分类，化工容器可分为内压容器（）外压容器（）；内压容器又可按设计压力大小分为四个压力等级常压容器p＜0.1MPa；低压容器（代号L）0.1MPa≤p＜1.6MPa；中压容器（代号M）1.6MPa≤p＜10MPa；高压容器（代号H）10MPa≤p＜100MPa；超高压容器（代号U）p≥100MPa。

（二）按工艺过程中的作用不同分①反应容器（代号R）主要是用于完成介质的物理、化学反应的容器。如反应器、反应釜、聚合釜、合成塔、蒸压釜、煤气发生炉等。②换热容器（代号E）主要是用于完成介质热量交换的容器。如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器等。③分离容器（代号S）主要是用于完成介质流体压力平衡缓冲和气体净化分离的容器。如分离器。过滤器、蒸发器、集油器、缓冲器、干燥塔等。④储存容器（代号C，其中球罐代号B）主要是用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的容器。如液氨储罐、液化石油气储罐等。

（三）按相对壁厚分按容器的壁厚可分为薄壁容器和厚壁容器，称为薄壁容器称厚壁容器。(Do外径，Di内径）（四）按支承形式分当容器采用立式支座支承时叫立式容器，用卧式支座支承时叫卧式容器。

（五）按材料分当容器由金属材料制成时叫金属容器；用非金属材料制成时，叫非金属容器。（六）按几何形状分按容器几何形状，可分为圆筒形、球形、椭圆形、锥形、矩形、方形等容器。

（七）按安全技术监察规程分《压力容器安全技术监察规程》采用既考虑容器压力与容积乘积大小，又考虑介质危害程度以及容器品种的综合分类方法，有利于安全技术监督和管理。该方法将压力容器分为三类。1．第三类压力容器具有下列情况之一的为第三类压力容器。①高压容器；②中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；③中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于10MPa·m；④中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV乘积大于等于0．5MPa·m；⑤低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且pV乘积大于等于0．2MPa·m。⑥高压、中压管壳式余热锅炉；⑦中压搪玻璃压力容器；⑧使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于540MPa）的材料制造的压力容器；⑨移动式压力容器，包括铁路罐车、罐式汽车车、低温液体运输车、永久气体运输车和罐式集装箱等；⑩球形储罐（容积大于等于50m3）；⑾低温液体储存容器（容积大于5m3）。2．第二类压力容器具有下列情况之一的为第二类压力容器。①中压容器；②低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；③低压反应容器和低压储存容器（仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）；④低压管壳式余热锅炉；⑤低压搪玻璃压力容器。3．第一类压力容器除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。

第三节化工容器与设备有关标准规范简介一、常用材料标准1．钢板⑴碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带（GB912—89）⑵碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带（GB3274—88）(3)不锈钢热轧钢板（GB4237—92）(4)压力容器用钢板（GB6654—1996）

2.钢管(1)输送流体用无缝钢管（GB8163—87）(2)石油裂化用无缝钢管（GB9948—88）(3)化肥设备用高压无缝钢管（GB6479—8）（4）高压锅炉用无缝钢管（GB5310—85）二、压力容器规范简介美国机械工程协会制订的《锅炉和受压容器规范》（简称ASME规范）等。美国ASME规范是世界上制订最早（1915）、最完备的压力容器规范。1989年制订了有关压力容器的第一部国家标准《钢制压力容器》（简称GB150）。

小结本课程性质、内容、任务化工生产对化工设备的基本要求化工容器结构与分类压力容器规范简介化工设备常用材料学习目标1.掌握常用材料的性能第四节化工设备常用材料目前化工设备的金属用材主要是碳钢、合金钢、有色金属及其合金。1．碳钢又称非合金钢，碳钢是指含碳量小于2．11％的铁碳合金常按含碳量不同分为三类。（1）低碳钢，含碳量C≤0.25％，常用钢号有10、15、20、25等。（2）中碳钢，含碳量C0.25％<C＜0.60％，常用牌号有30、35、40、45、50、55、60等，其中以45钢应用最广。（3）高碳钢，含碳量C≥0.60％，常用的牌号有60、65、70钢。低碳钢塑性、韧性和焊接型好，但强度、硬度不高；高碳钢的强度和硬度均较高，但塑性、韧性和焊接性差。

优质碳素结构钢的牌号以钢中平均含碳量的万分数（两位数字）表示。如45表示优质碳素结构钢，平均含碳量为万分之四十五，即0.45％。碳素结构钢有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个钢种，其中Q235A钢在化工设备制造中应用广泛。

2．合金钢合金钢是指在碳钢基础上加入一定量的合金元素所形成的钢种。常加人的元素有Si、Mn、Cr、B、W、V、Ni、Ti、Nb、Al等。

(1)“低合金”是指钢中含有合金元素总量＜3％.有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460.最常用的是Q345钢.例如40Cr钢平均含碳量为万分之四十，即0．4％、平均含Cr＜1.5％；1Cr18Ni9Ti钢平均含碳量为万分之一，即0.01％、平均含Cr18万分之一Ni9万分之一。Ti＜1.5％。（2）不锈钢：分为铬不锈钢和铬镍不锈钢Cr是不锈钢获得耐蚀性的基本合金元素，一般不锈钢含Cr11.7％以上；大多数不锈钢的含C量为0.1％～0.2％。铬不锈钢的常用牌号有0Cr13、1Cr13、1Cr174Cr13、1Crl7、8Crl7等。铬镍不锈钢的常用牌号有OCr18Ni8、、1Crl8Ni9Ti等。（3）耐热钢与低温刚耐热钢用于650℃以上的高温环境下工作的设备。耐热钢按耐热要求不同分为抗氧化钢和热强钢两类。氧化钢主要能抗高温氧化，但强度并不高，常用作直接着火但受力不大的部件，如热裂解管、热交换器等。常用牌号有OCrl9Ni93Cr18Mn12Si2N等。热强钢主要能抗蠕变，也有一定的抗氧化能力，常用做高温下受力的零部件。常用牌号有1Cr13、1Cr18Ni9Ti、1Cr5M。1CrllMoV等。

3．有色金属（1）铜及其合金铜在各种浓的硝酸、氨和铵盐溶液中的耐蚀性差，但对稀的硫酸、亚硫酸、盐酸、醋酸、氢氟酸及其他非氧化性酸等介质的耐腐蚀性较好。纯铜（紫铜）主要用于制造有机合成和有机酸工业上的蒸发器、蛇管等。铜合金按主要合金元素的种类分为黄铜、青铜等，黄铜是以锌为主要合金元素的铜合锌金；Cu-Zn合金（黄铜）由于其价格低，锌质量分数小于45%是又具有良好的压力加工性和较好的力学性能，耐蚀性与铜相似，特别是在大气中耐蚀性要比铜好，在化工设备上应用很广。

青铜是以锌以外的其他元素为主要合金元素的铜合金。以锡为主要合金元素的青铜称为锡青铜，以锡以外的其他元素为主要合金元素的青铜称为无锡青铜。如如ZCuSn10Zn2表示平均含Sn10％、Zn2％、其余铜的铸造锡青铜。工业纯铜和黄铜具有极好的导热性，优越的低温力学性能和耐腐蚀性能；青铜具有良好的耐腐蚀性和耐磨性。（2）铝及其合金工业纯铝广泛用于制造硝酸、含硫石油化工、橡胶硫化和含硫的药剂等生产所用设备，如反应器、热交换器、槽车和管件等。铝的耐腐蚀性好，导热性能好，不易产生火花，铝不污染物品和不改变物品颜色等。铸铝常用来铸