化学过程课件 绪论

青岛科技大学机电工程学院

过程装备与控制工程系

栾德玉

PhoneMail:qddy05@163.com化学过程设备11/20/20231第1章绪论INTRUDUCTION11/20/20232主要内容

过程工业与工业化学过程化学过程设备中的化学过程和物理过程化学过程设备设计的基本要求过程反应设备的分类11/20/202331.1过程工业与工业化学过程

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z物理或化学加工原材料（流性）产品过程过程设备完成物理或化学加工所用到的设备如：完成物料的粉碎、混合、储存、分离、传热、传质、反应等操作的设备例如：泵、压缩机、管道、储罐、塔、换热器、反应器等过程工业工业是以流性物料为主要处理对象、完成生产过程中从原材料到产品的一系列化学过程、以改变物质的状态、结构及性质的工业生产的总称。

过程工业？11/20/20234绪论过程设备的应用过程工业:所有的工业过程：化工、石油、制药、食品、生物工程、环境等11/20/20235过程设备的应用过程设备的典型例子

加氢反应器：石油加氢炼制过程的关键设备液氢储存容器：用于深冷（-253℃）高压（40MPa）下储存液态氢超高压食品杀菌釜：超高压食品杀菌所需关键设备加氢反应包括加氢精制和加氢裂化，都是利用氢在高压高温下除去石油中有害成分（硫、氮、氧），对石油进行炼制加工氢气是清洁的能源，液态氢在航天中（火箭、飞船）用作液态燃料食品物料密封于弹性材料或置于无菌压力系统，在100～1000MPa压力下作用一段时间后，使之达到灭菌要求。利用压力对微生物的致死作用：高压导致微生物的形态结构、生物化学反应、基因机制及细胞壁膜发生多方面的变化，从而影响微生物原有的生理活动机能

11/20/20236核反应堆：核电站的核心设备超临界流体萃取装置：萃取和分离过程中所需的萃取釜、换热器、分离器等设备潜艇外壳：承受外压作用的壳体。日本于1988年研制成功的潜深为6000m的深海潜艇，其耐压舱为一壁厚70mm的钛合金制球形壳体

绪论过程设备设计核能发电利用原子核裂变反应释放能量----热量，取出来去加热水，产生饱和蒸汽带动汽轮机发电温度和压力高出液、气态共存的临界点（超临界）时，流体具有特殊的性质，利用溶解能力，对物料萃取分离，过程包括萃取（超临界流体将所需组分从原料中提取出来）和分离（改变压力、温度，使所萃取组分从超临界流体中分离出去）11/20/20237在过程工业中进行的各种化学过程往往在密闭状态下连续进行，都需要使用各种型式的反应设备以完成生产过程中的各种化学反应。其主要特点如下：(l)化学反应复杂：一个品种的生产往往要经过一连串的化学反应，有些反应本身常常是复杂反应。一个反应有时生成多种异构物，伴随生成主产物的同时还有副产物生成；(2)反应物料相态多样化：在过程工业生产中，较少遇见均相物料体系，经常是非均相物料体系；（3）反应介质腐蚀性强：在各种过程工业生产中，经常使用强腐蚀性介质，如硫酸、硝酸、盐酸、氯磺酸、有机酸和高温浓碱、湿氯化氢、二氧化硫、氯气等腐蚀性气体；如平行反应、串联反应、可逆反应、链反应等控制物料的流量、温度、压力、停留时间等，而且还需检测设备的安全性11/20/20238(4)高技术密集度：首先，在实际应用中，过程工业产品是以商品的综合功能出现的，这就需要在化学合成中筛选不同的化学结构，在剂型生产中充分发挥其自身功能及与其他配合物质的协同作用，完成从剂型到商品化的复配过程。其次，技术开发成功率低、时间长、费用高。其结果必然导致技术垄断性强，销售利润高；(5)多品种:近年来，过程工业发展迅猛，一方面代表先进生产技术的大型企业不断发展，另一方面，中小生产规模的精细化工行业迅速出现，并且在过程工业内部结构比重也在逐年上升。整个过程工业开始了由粗放型生产向集约型生产转变的新格局。低消耗、低污染、高产出，就是21世纪过程工业发展的潮流。

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过程工业通过对流性物料进行一系列处理，从而得到有用的产品，在处理过程中包含各种物理变化过程和化学反应过程，其中物理过程可以不牵涉到化学反应，但化学过程却总是与物理因素如温度、压力、浓度等有着紧密的联系，所以化学过程是物理与化学两类因素的综合体，过程工业中常要进行以化学反应为主的过程。工业化学过程的特点是以化学反应为中心，用化学方法和化学—物理方法对原料进行加工处理，通过物理变化和化学反应来制得化学产品、化工原料或其他化学加工产品。所谓化学方法，就是根据化学反应原理，创造适当的条件，使原材料物质发生化学反应，改变其分子结构，以制得新物质的方法。应用化学方法可以使价廉易得的物质转变为具有一定特性、价值较高的物质，为人类创造更多的财富，这就是化学方法在许多场合往往优越于其他方法的一个重要标志。工业化学过程11/20/202310z+++

z在一个现代化的化工企业中，化学工业生产过程可以概括为图1-1所示的典型流程，化学工业生产过程从原料到产品都可以概括为下列三个组成部分：(1)原料的预处理，按照化学反应的要求将原料进行处理，例如输送、粉碎、混合等；提纯原料，除去对反应有害的杂质；加热原料，使达到反应要求温度；几种原料的配料混合，以适应反应浓度要求等。这些预处理操作一般都属于物理过程。工业化学过程11/20/202311z+++

z（2）化学反应，是整个生产过程的核心和关键所在，主要功能是将一种或几种物质转化为所需的物质或从一组混合物中脱除某一组分，如汽车尾气中脱除烃和氮的氧合物，使气体净化达到排放标准等，这些属于化学过程。（3）产物的分离，由于副反应的存在生成不希望的产物，又因反应不完全或某些反应物过量，致使反应产物需要进行分离获得符合规格的纯净产物。这一步主要也是物理过程，例如蒸馏、吸收、萃取、结晶、过滤等。其中化学反应过程是化学工业过程的核心，原料预处理和产物分离两步是化学反应的要求和结果。显然在化工生产过程中，除了需要反应进行的设备以外，还需要大量设备进行流体输送、热交换、吸收、精馏、干燥、分离等各种前后处理操作。化工生产过程中完成化学反应过程的设备统称为反应器，是化工过程的核心设备，往往是在一项成功的化工生产流程中起着重要的甚至是决定性的因素，由此可见，设计出合理的反应设备，对过程的顺利进行具有重要意义。工业化学过程11/20/202312z+++

z化学反应器中发生的过程有化学反应过程(化学过程)和传递过程(物理过程)。反应结果受化学动力学因素和传递因素的影响。一个工业反应在实际生产中能否成功，主要取决于动力学因素。为了实现某一个反应过程，还要选择合适的反应器类型、结构和操作条件，确定反应器的尺寸和生产能力等等。任何化学反应过程的进行和结果除了由该反应的动力学特征及规律控制外，还受到物料的混合、传质和传热等物理过程的影响。在反应器中化学反应过程和物理传送过程同时进行，并相互影响。反应过程和传递过程是构成化学反应工程最基本的两个内容，是反应工程的基础。但是反应器中的化学过程和物理过程不是简单的加和，而是两者的有机结合。工业化学过程11/20/2023131.2化学过程设备中的化学过程和物理过程

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z化学过程设备中进行的过程不仅发生化学反应过程，同时还伴有许多物理过程。这些物理过程与化学过程的相互影响、相互渗透，必然影响过程的特性和反应的结果，使工业反应过程复杂化。对于一个工业反应过程而言，设计者的任务是要选择适宜的反应器型式、结构、操作方式和工艺条件。在满足各项约束条件的前提下确定合理的反应转化率、选择率和相应的反应器尺寸，使工业生产过程的生产成本达到最低值。这里简要说明工业反应器中化学过程和物理过程的性质、特点及相互间的关系。11/20/202314z+++

z化学过程设备中进行的过程不仅发生化学反应过程，同时还伴有许多物理过程。这些物理过程与化学过程的相互影响、相互渗透，必然影响过程的特性和反应的结果，使工业反应过程复杂化。对于一个工业反应过程而言，设计者的任务是要选择适宜的反应器型式、结构、操作方式和工艺条件。在满足各项约束条件的前提下确定合理的反应转化率、选择率和相应的反应器尺寸，使工业生产过程的生产成本达到最低值。这里简要说明工业反应器中化学过程和物理过程的性质、特点及相互间的关系。1.2.1化学反应过程化学变化是由分子与分子之间的接触碰撞而发生的。因此从微观角度来考察化学反应过程，它就是一种以分子为单位参与的物质变化过程。但是从宏观角度统计地加以考察，11/20/202315z+++

z化学过程设备中进行的过程不仅发生化学反应过程，同时还伴有许多物理过程。这些物理过程与化学过程的相互影响、相互渗透，必然影响过程的特性和反应的结果，使工业反应过程复杂化。对于一个工业反应过程而言，设计者的任务是要选择适宜的反应器型式、结构、操作方式和工艺条件。在满足各项约束条件的前提下确定合理的反应转化率、选择率和相应的反应器尺寸，使工业生产过程的生产成本达到最低值。这里简要说明工业反应器中化学过程和物理过程的性质、特点及相互间的关系。1.2.1化学反应过程化学变化是由分子与分子之间的接触碰撞而发生的。因此从微观角度来考察化学反应过程，它就是一种以分子为单位参与的物质变化过程。但是从宏观角度统计地加以考察，11/20/202316z+++

z则化学反应过程可以分为容积反应过程和表面反应过程两类不同的情况。

1、容积反应过程此时反应过程是在一定的容积中发生的。在气相或液相中进行的均相反应过程就是两种典型的容积反应过程。对于某些非均相反应过程，尽管整个反应系统可能包括几个相态，但是只要实际化学反应仅在某一相内发生的话，则就化学反应过程而言仍然是发生在反应相中的容积反应过程。此时，它的化学反应规律与均相容积反应过程并无二致。对于大多数气-液非均相反应过程和部分液-液非均相反应过程都属此例。11/20/202317z+++

z则化学反应过程可以分为容积反应过程和表面反应过程两类不同的情况。

1、容积反应过程此时反应过程是在一定的容积中发生的。在气相或液相中进行的均相反应过程就是两种典型的容积反应过程。对于某些非均相反应过程，尽管整个反应系统可能包括几个相态，但是只要实际化学反应仅在某一相内发生的话，则就化学反应过程而言仍然是发生在反应相中的容积反应过程。此时，它的化学反应规律与均相容积反应过程并无二致。对于大多数气-液非均相反应过程和部分液-液非均相反应过程都属此例。11/20/202318z+++

z2、表面反应过程表面反应过程是在某一表面上发生的。在固体催化剂表面上进行的催化反应就是一例。容积反应过程和表面反应过程具有不同的特征。就单位时间内的反应转化量来说，前者正比于反应容积，后者则正比于反应表面积的大小。因而定义这两类反应过程时，它们的反应速率定义也就有所不同，即应当分别以反应容积或反应表面积为基准。11/20/202319z+++

z1.2.2物理过程工业反应器中的物理过程包括流体流动的均匀性和混合过程、传质过程和传热过程等，这些过程的存在将改变反应器中的浓度和温度分布，最终影响反应结果。1、混合过程返混和不均匀流动是连续流动反应器中发生的两种流动现象。例如在连续搅拌反应器中，由于搅拌器的搅拌作用，使进入反应器的物料被均匀地分散到反应器内的各个部位。使早先进入的存在于反应器内的物料有机会与刚进入的反应物料相混合，这种混合现象称为返混现象。流体在管内流动时呈现的不均匀速度分布则是一种典型的不均匀流动。11/20/202320z+++

z以上两类流动现象将改变反应器内物料浓度在空间上的自然分布，从而影响反应结果。2、传质过程对非均相反应，大多数情况下反应仅在其中某一相中发生，非均相反应过程中的反应物经常是部分或全部由反应相外部提供。例如在气-固催化反应中，反应物必然由气相主体扩散到催化剂颗粒的外表面，继而通过颗粒内的细孔向催化剂内表面扩散，最后在颗粒内表面上发生反应。对于气相主体而言，仅是反应物料的供应相，在气相主体中不发生反应。又如在气-液反应过程中，反应通常在液相中进行，此时气体反应物必须由气相主体扩散到气液界面，然后溶解进入液相，最后再由液相表面向液相主体扩散，与液相反应物完成反应过程。

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z在非均相反应过程中，虽然反应相中的反应动力学规律与均相反应完全相同，但是反应相中物料的浓度却受到扩散传质过程的影响。扩散传质过程也是一个速率过程，化学反应要以一定的速率进行就要求反应物能以一定的速率传递进入反应相。反应物要以一定速率扩散传递就要有一定的浓度推动力。因此，非均相反应过程中由于传质过程的存在，必然伴有浓度差异，从而造成反应场所各部位的新的浓度差异，使反应结果发生变化，影响反应转化率和选择率。11/20/202322z+++

z3、传热过程化学反应过程总是伴有热效应，因此化学反应过程将伴有热量传递过程，即需要向反应相提供热量或是由反应相导出热量。传热过程同样需要传热推动力并由此而引起反应场所各部位的温度差异。显然，上述的流体混合、传质和传热等是工业反应器内难以避免的过程，它们将伴随着化学反应过程同时发生，并将影响化学反应的结果。上述这些物理过程，从本质上说它们并没有改变反应过程的动力学规律。就是说，反应的真正动力学规律并不因为这些物理过程的存在而发生变化，但是这些物理过程将会影响反应场所的浓度和温度在时间、空间上的分布，从而影响化学反应的最终结果。更明确的讲，这些物理过程的存在不影响化学反应速率的微分表达式，但却改变了反应器中的温度和浓度分布，进而影响反应的积分结果。化学反应是化学过程，其实质是微观的。传递过程是物理过程，是宏观的。所以相对化学反应而言，传递过程往往被称为宏观动力学因素。11/20/202323z+++

z从科学角度来看，传递过程的规律在传统上是化学工程的领域。例如对于气-液鼓泡床而言，应该选择怎样的鼓泡状态；在鼓泡状态下可获得多大的相际接触面积；相际传递速率有多大等；这些问题都是典型的化学工程单元操作问题。但是鼓泡床作为气-液反应器，毕竟是单元设备的一种变型，它还具有作为反应器的特殊性。一个新的反应过程的开发，在最初阶段是化学过程的研究，即发现和认识新的化学反应，研究其反应动力学规律，然后才进入工程阶段。在工程阶段，首先遇到的问题是反应器的选型，这就需要开发研究工作者熟悉各类反应设备的传递特性。为了做出抉择，当然需要掌握对这个特定反应的传递因素影响特征，弄清哪些传递因素是有利的，哪些传递因素是不利的。确定反应器选型后，接着是操作条件的选择和反应器的工程设计，同样需要化学反应规律和传递过程规律相结合的化学反应工程知识。11/20/202324绪论如我国：GB150《钢制压力容器》 JB4732《钢制压力容器―分析设计标准》 JB/T4735《钢制焊接常压容器》

技术法规《压力容器安全技术监察规程》等为了保证压力容器的安全，制订标准，对压力容器的材料、设计、制造、安装、使用、检验和修理、修改提出相应的要求绪论过程设备设计压力容器的规范标准——11/20/202325

材料的强度高、韧性好环境影响材料韧性，低温、受中子辐照或在高温 高压临氢条件下工作都会降低材料韧性，使材料脆化。要掌握环境对材料性能的影响规律绪论过程设备设计绪论材料强度是指载荷作用下材料抵抗永久变形和断裂的能力，屈服极限和强度极限是钢材常用的强度指标材料韧性韧性是指材料断裂前吸收变形能量的能力。材料韧性越好，允许缺陷临界尺寸越大，过程设备对缺陷就越不敏感。韧性随着强度的提高而降低。在选择材料时，应特别注意材料强度和韧性的合理匹配环境11/20/202326绪论材料与介质相容材料被腐蚀后，不仅会导致壁厚减薄，而且有可能改变其组织和性能。因此，材料必须与介质相容。绪论过程设备设计结构有足够的刚度和抗失稳能力刚度是过程设备在载荷作用下保持原有形状的能力，刚度不足将导致过程设备过度变形—失稳。失稳是过程设备常见的失效形式之一，过程设备应具有足够的抗失稳能力——足够的刚度密封性能好―密封性是指过程设备防止介质泄漏的能力内泄漏：内部各腔体间的泄漏，引起污染、爆炸等外泄漏：通过可拆部件向外或向内泄漏；引起环境污染、中毒、燃烧和爆炸等——密封是过程设备安全操作的必要条件11/20/202327绪论

满足过程工艺要求功能要求功能要满足生产的需要：如储罐的储存量、换热器的传热量和压力降，反应器的反应速率，塔的流量、传热传质效率等寿命要求一般而言，过程设备的寿命：高压容器：>20年塔设备、反应设备：>15年一般设备：>10年绪论过程设备设计影响设备寿命的主要因素：腐蚀、疲劳、蠕变，设计时要综合考虑温度、压力、介质、环境对材料性能的影响，保证在设计寿命内安全可靠11/20/202328绪论

综合经济性好生产效率高、消耗系数低工艺流程和结构形式都对过程设备经济型有显著影响

结构合理、制造简便绪论过程设备设计生产效率：常用单位时间内单位容积（或面积）处理物料或所得产品的数量来衡量生产效率消耗系数:是指生产单位重量或体积产品所需的资源（包括原材料和能量，如原料、燃料、电等）和人力内件形式与结构

易于运输和安装11/20/202329绪论

易于操作、维护和控制

操作简单可维护性（

maintainability）和修理性（reparability）好便于控制绪论过程设备设计

优良的环境性能服役过程的影响

泄漏服役期满后的影响

循环利用11/20/202330绪论安全，工艺，经济，环境

上述要求很难全部满足，设计问题时应具体问题具体分析，满足主要要求，兼顾次要要求绪论过程设备设计11/20/202331绪论设计工作的质量和水平，对产品的质量、性能、研制周期和经济效益往往起着决定性的作用绪论过程设备设计过程设备设计概述基本设计步骤影响设计参数的因素11/20/202332绪论基本设计步骤需求分析、目标界定、总体结构设计、零部件结构设计参数设计和设计实施等，是一个系统的决策过程总体结构设计、零部件结构设计和参数设计中都要反复应用这一决策过程成功的设计综合平衡产品性能、成本和环境这三个要求绪论过程设备设计11/20/202333绪论需求分析和目标界定：用途；用户--性能、价格

确定过程设备的工作原理、总体布局和零部件之间的相互关系。决定着过程设备的效率、安全性、可靠性、可制造性总体结构设计时，常常根据设计要求，将过程设备功能逐步分解，直至零部件

零部件结构设计四类：确定参数、设计参数、状态参数和性能参数绪论过程设备设计基本设计步骤总体结构设计参数设计工艺确定的不允许改变的参数：压力、温度、容积等设计计算确定：容器壁厚、搅拌轴直径等按强度、刚度、稳定性要求控制的参量：应力、变形、固有频率等描述设备性能：重量、效率、处理能力、寿命等11/20/202334绪论+影响设计参数、状态参数和性能参数的因素主要有：设计准则失效方式限制条件：参量≤许用值设计准则：控制失效的原则设计参数

随着经验的积累、测试手段的改进、计算技术的提高和研究的深入，设计准则不断得到丰富和发展。例如，压力容器常规设计（弹性失效设计准则）,压力容器分析设计（弹性失效设计准则、塑性失效设计准则、弹塑性失效设计准则）。绪论过程设备设计影响设计参数的因素11/20/202335绪论材料材料的屈服极限、强度极限、断后伸长率、断面收缩率、弹性模量、泊松比、应力应变关系、持久强度、夏比V型缺口冲击功、断裂韧性、裂纹扩展速率、热膨胀系数等

规范标准绪论过程设备设计影响设计参数的因素合理选用规范标准，正确使用规范标准11/20/202336

本课程的内容

压力容器总体结构压力容器应力分析环境和时间对材料性能的影响压力容器设计方法绪论过程设备设计具有进行设计和在设计阶段分析和解决压力容器全寿命周期内的安全问题的初步能力11/20/202337第一章压力容器基本知识CHAPTERⅠINTRODUCTIONOFPRESSUREVESSELS11/20/202338本章主要内容1.1压力容器总体结构

1.1.1压力容器基本组成

1.2压力容器分类1.2.1介质危害性1.2.2压力容器分类1.3压力容器质量保证体系

1.3.1压力容器的安全性

1.3.2压力容器的质量保证

1.3.3设计质量保证1.4压力容器规范标准1.4.1国外主要规范标准简介1.4.2国内主要规范标准简介11/20/2023391.1压力容器总体结构过程设备设计教学重点：

压力容器基本组成11/20/2023401.1压力容器总体结构1.1.1压力容器基本组成1-法兰；2-支座；3-封头拼接焊缝；4-封头；5-环焊缝；6-补强圈；7-人孔；8-纵焊缝；9-筒体；10-压力表；11-安全阀；12-液面计1.1压力容器总体结构过程设备设计11/20/2023411.1压力容器总体结构1.1.1压力容器基本组成(续)基本组成筒体封头密封装置开孔与接管支座安全附件1.1压力容器总体结构过程设备设计11/20/2023421.1压力容器总体结构

1.1.1压力容器基本组成（续）储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间形式：圆柱筒体、球形筒体圆筒体制造方法无缝钢管（无纵焊缝）直径较小（ф〈500）卷焊（有纵环焊缝）直径较大整体锻造（可能有环焊缝）高压容器整体铸造（无纵环焊缝)高压容器圆筒体结构单层式：沿壁厚连续组合式：沿厚度方向不连续多层式缠绕式1.1压力容器总体结构过程设备设计11/20/2023431.1压力容器总体结构1.1.1压力容器基本组成（续)凸形封头：球形、椭圆形、蝶形和球冠形封锥形封头平形封头封头与筒体的连接不可拆式（焊接）可拆式（螺栓连接）1.1压力容器总体结构过程设备设计封头与筒体等部件形成容器的封闭空间封头形式11/20/2023441.1压力容器总体结构1.1.1压力容器基本组成（续)压力容器上的可拆结构都需要密封装置，最常见的密封装置：螺栓法兰连接（简称法兰连接），其可靠性关系到压力容器能否正常、安全地运行。容器法兰：用于封头与筒体、筒节与筒节间的连接管道法兰：用于管道连接筒体端部：厚壁筒体中，法兰与筒体为一体1.1压力容器总体结构过程设备设计密封装置法兰连接11/20/2023451.1压力容器总体结构人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管。开孔与接管1.1.1压力容器基本组成（续)1.1压力容器总体结构过程设备设计工艺、检修、安全要求开孔和安装接管开孔类型：开孔大小：手孔≥150mm(Dg>1000mm手孔失去意义）人孔≥400mm(椭圆人孔一般350x450）物料进出口

(根据工艺计算确定）仪表接口

(根据仪表确定）

开孔对容器强度有削弱作用，应进行补强11/20/2023461.1压力容器总体结构支座1.1.1压力容器基本组成1.1压力容器总体结构过程设备设计用来支持和固定容器的结构支座型式：卧式容器支座（鞍座，圈座，支腿）立式容器支座（腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座）11/20/2023471.1压力容器总体结构1.1.1压力容器基本组成（续)安全附件1.1压力容器总体结构过程设备设计用来监测和控制容器介质的参量主要有：安全阀爆破片装置紧急切断阀安全连锁装置压力表液位计温度计11/20/2023481.1

压力容器总体结构1.1.1压力容器基本组成（续)筒体┿封头┿密封装置┿

开孔接管┿

支座┿

安全附件1.1压力容器总体结构过程设备设计压力容器外壳储运容器┿内件反应、传质、传热、分离等设备11/20/2023491.2压力容器分类教学重点：压力容器分类1.2压力容器分类

过程设备设计本章重点11/20/2023501.2压力容器分类1.2.1介质危害性介质危害性：指介质的毒性、易燃性、腐蚀、氧化性等

其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性。1.2压力容器分类

过程设备设计11/20/2023511.2压力容器分类毒性

(1)

极度危害（I级）：最高容许浓度＜0.1mg/m3

(2)

高度危害（II级）：最高容许浓度0.1~＜1.0mg/m3(3)

中度危害（Ⅲ

级）：最高容许浓度1.0~＜10mg/m3(4)

轻度危害（Ⅳ级）：最高容许浓度≥10mg/m3毒性：是指某种化学毒物引起机体损伤的能力※介质毒性程度愈高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高1.2压力容器分类

过程设备设计气态毒物毒性以空气中允许该物质的浓度（允许浓度：对人体不会发生危害作用的最高浓度）分为11/20/2023521.2压力容器分类毒性Q235-A或Q235-B

不能使用钢板应逐张超声检测100%射线或超声检测焊后热处理气密性试验法兰带颈且PN≥1.6MPa1.2压力容器分类

过程设备设计极度或高度毒性介质11/20/2023531.2压力容器分类易燃性爆炸下限＜10%或爆炸下限和上限之差≥20％的介质如甲烷、乙烷、乙烯、氢气、丙烷、丁烷等1.2压力容器分类

过程设备设计

可燃气体与空气的混合物当满足一定条件（浓度、温度）可发生燃烧反应，遇到明火可发生爆炸发生爆炸时的最低浓度——爆炸下限发生爆炸时的最高浓度——爆炸上限易燃介质：压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体和液化气体※易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求11/20/2023541.2压力容器分类1.2.1介质危害性（易燃性）易燃介质容器不能使用Q235-A.F采用全焊透焊接结构Q235-A不能用于液化石油气容器1.2压力容器分类

过程设备设计11/20/2023551.2.2压力容器分类

世界各国规范对压力容器分类的方法各不相同，这里着重介绍我国《压力容器安全技术监察规程》中的分类方法。压力容器分类方式按承压方式按压力等级按安装方式按容器在生产中的作用按安全技术管理1.2压力容器分类1.2压力容器分类

过程设备设计容器常压容器：按刚度和制造要求确定壁厚压力容器：一般是按强度要求确定壁厚设计压力低于0.1MPa，真空度低于0.02MPa，设计温度低于350度设计压力大于等于0.1MPa；直径大于150mm，容积0.025m3；盛装介质为气体、液化气体或最高丁作温度高于等于标准沸点的液体11/20/2023561.2压力容器分类1.2.2压力容器分类（续）承压方式外压容器：(po-pi<0)主要是稳定问题（当内压力小于一个绝对大气压（约0.1MPa）时又称真空容器）内压容器：(po-pi>0)主要是强度问题承压大小1.2压力容器分类

过程设备设计低压容器(Llow):0.1≤p<1.6MPa中压容器(Mmiddle):1.6≤p<10MPa高压容器(Hhigh):

10≤p<100MPa超高压容器

(Uultra):p≥100MPa11/20/2023571.2压力容器分类1.2.2压力容器分类（续）1.2压力容器分类

过程设备设计按壁厚安装方式薄壁容器：一般为中低压容器厚壁容器：K>1.2一般为高压容器固定式压力容器：有固定安装和使用地点，工艺条件和操作人员相对固定，如：生产车间使用的储罐、换热器、反应釜等移动式压力容器：经常搬运的压力容器，受冲击力，该安装方式的压力容器在结构、使用和安全方面均有其特殊的要求11/20/202358按生产过程中的作用反应压力容器（代号R

，Reation)：完成介质的物理、化学反应，如反应釜、聚合釜、合成塔、煤气发生炉等换热压力容器（代号E，Exchange)：完成介质的热交换，如余热锅炉、换热器、冷却器、冷凝器等分离压力容器（代号S，Separate)：主要完成介质压力平衡缓冲和净化分离，如分馏塔、吸收塔、分离器、过滤器、缓冲器等储存压力容器（代号C，其中球罐代号B)：主要用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质，如液氨储罐、液化石油气储罐等1.2压力容器分类

过程设备设计1.2压力容器分类1.2.2压力容器分类（续）11/20/202359按安全技术管理分类1.2压力容器分类

过程设备设计1.2压力容器分类1.2.2压力容器分类（续）《压力容器安全技术监察规程》根据容器压力与容积乘积大小、介质危害程度以及容器的作用将压力容器分为三类第一类压力容器第二类压力容器第三类压力容器11/20/202360第三类压力容器1.2压力容器分类

过程设备设计1.2压力容器分类1.2.2压力容器分类（续）a.高压容器b.中压容器:仅限毒性为极度和高度危害介质c.中压储存容器：仅限易燃或毒性为中度危害介质，且pV≥10MPa.m3d.中压反应容器：仅限易燃或毒性为中度危害介质，且pV≥0.5MPa.m3

e.低压容器：仅限毒性为极度和高度危害介质，且pV≥0.2MPa.m3f.中压管壳式余热锅炉g.中压搪瓷玻璃压力容器h.使用强度级别较高（σb≥540MPa）的材料制造的压力容器i.移动式压力容器：铁路罐车、罐式汽车和罐式集装箱j.球形储罐：容积≥50m3k.低温液体储存容器：容积≥5m311/20/202361第二类压力容器a.中压容器b.低压容器:仅限毒性为极度和高度危害介质c.低压反应容器和低压储存容器：仅限易燃或毒性为中度危害介质d.低压管壳式余热锅炉g.低压搪瓷玻璃压力容器1.2压力容器分类

过程设备设计1.2压力容器分类1.2.2压力容器分类（续）11/20/202362第一类压力容器：除上面规定以外的低压容器1.2压力容器分类

过程设备设计1.2压力容器分类1.2.2压力容器分类（续）

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由于各国的经济政策、技术政策、工业基础和管理体系的差异，压力容器的分类方法也互不相同。采用国际标准或国外先进标准设计压力容器时，应采用相应的分类方法11/20/2023631.3压力容器质量保证

过程设备设计1.3压力容器质量保证1.3.1压力容器的安全性影响安全性的因素设计质量制造质量使用合理性11/20/2023641.3压力容器质量保证

过程设备设计1.3压力容器质量保证1.3.1压力容器的安全性设计质量设计条件确定合理性容器结构合理性选材合理性强度设计正确性技术要求合理性焊接方法焊接材料质量检验方法等11/20/2023651.3压力容器质量保证

过程设备设计1.3压力容器质量保证1.3.1压力容器的安全性制造质量制造所用材料制造工艺制造质量检验焊接工艺成型工艺热处理工艺11/20/2023661.3压力容器质量保证

过程设备设计1.3压力容器质量保证1.3.1压力容器的安全性使用合理性操作使用方法定期检验控制检修质量11/20/2023671.3压力容器质量保证

过程设备设计1.3压力容器质量保证1.3.2压力容器质量保证建立完善的质量保证体系：多标准组合从设计、制造、使用管理等方面保证质量多标准组合设计标准材料标准焊接质量标准检验标准监督、监察规程11/20/2023681.3压力容器质量保证

过程设备设计1.3压力容器质量保证1.3.2压力容器质量保证建立严格的取证制度设计单位资格证制造单位资格证使用操作证设计人员资格证审核人员资格证焊接操作证探伤检验证质保师证等专门的监督、监察机构持证上岗11/20/2023691.3压力容器质量保证

过程设备设计1.3压力容器质量保证1.3.3设计质量的保证合理地确定设计条件载荷条件：压力、重量、地震及风载荷等温度：设计温度介质条件：腐蚀性、毒性、易燃性、易爆性等结构设计要合理可焊性：易保证焊接质量，减少焊接应力——接头型式受力性：应力集中的处理，减少用材11/20/2023701.3压力容器质量保证

过程设备设计1.3压力容器质量保证1.3.3设计质量的保证合理选用材料采用压力容器用钢：对材料成分和机械性能有严格的控制和检验综合考虑使用条件：参考成熟的经验正确应用标准进行设计11/20/2023711.3压力容器质量保证

过程设备设计1.3压力容器质量保证1.3.3设计质量的保证合理地确定技术要求设计、制造等遵循的标准焊接方法及材料探伤要求试验方法及要求管口方位其它：防腐，运输等完善的设计资料设计计算书、施工图、技术要求等11/20/2023721.4压力容器规范标准教学重点：

美国ASME规范

GB150《钢制压力容器》1.4压力容器标准规范

过程设备设计11/20/2023731.4压力容器规范标准1.4.1国外主要规范标准简介1.4压力容器标准规范

过程设备设计美国ASME规范日本压力容器标准欧盟压力容器标准11/20/2023741.4压力容器规范标准1.4.1国外主要规范标准简介美国ASME规范包括锅炉、压力容器、核动力装置、焊接、材料、无损检测等内容在形式上，ASME规范分为4个层次规范（Code）规范案例（CodeCase)条款解释(Interpretation)规范增补（Addenda)1.4压力容器标准规范

过程设备设计AmericanSocietyofMechanicalEngineers目前ASME规范共有十一卷11/20/2023751.4压力容器规范标准ASME规范中与压力容器设计有关的主要是第Ⅷ篇《压力容器》和第Ⅹ篇《玻璃纤维增强塑料压力容器》第1分篇《压力容器》第2分篇《压力容器》第3分篇《高压容器另一规则》1.4压力容器标准规范

过程设备设计1.4.1国外主要规范标准简介第Ⅷ篇分为3个分篇简称ASMEⅧ-1、ASMEⅧ-2和ASMEⅧ-311/20/2023761.4压力容器规范标准ASMEⅧ-11.4压力容器标准规范

过程设备设计1.4.1国外主要规范标准简介

ASMEⅧ-1为常规设计标准，适用压力≤

20MPa

它以弹性失效设计准则为依据，根据经验确定材料的许用应力，并对零部件尺寸作出一些具体规定。由于它具有较强的经验性，故许用应力较低

ASMEⅧ-1不包括疲劳设计，但包括静载下进入高温蠕变范围的容器设计11/20/2023771.4压力容器规范标准ASM