包罗空载试 运行战负载试运行

  化工设备 第七章 反映设备 课件设想:沙剑秋 化工人才的摇篮 第七章 反映设备 ? 本章指导 用于完成化学和物理变化的设备称为反映设 备。它是化工出产中遍及使用的典型工艺设备。 反映设备布局型式多种多样,合用场所各不不异。 本章次要引见反映设备的使用及类型;釜式搅拌 器的总体布局,搅拌器的感化、布局类型和合用 前提,传动安拆感化,轴封的类型、感化,简要 引见搅拌反映器制制取查验次要手艺要求;搅拌 反映器的罐体尺寸确定,传热安拆类型、感化及 工艺接管的常见型式。 化工人才的摇篮 第一节 反映设备的使用及类型 一、反映设备的使用 用于完成化学反映的设备称为反映设备。很多化工及石 油化工产物出产过程中,都是正在对原料进行若干物理过程 处置后,再按必然的要求进行化学反映获得最终产物。 例如,氨的合成反映就是颠末制气、精美,获得必然比 例、及格纯度的氮氢混和气后,正在合成塔中以必然的压力、 温度及催化剂的存鄙人起化学反映获得氨气。其他如染料、 油漆、农药等工业也都有氧化,氯化、硫化、硝化等化学 反映过程则更为遍及。 因而,反映设备正在化工设备中常主要的。 化工人才的摇篮 二、对反映设备的要求 反映器的次要感化是供给反映场合,并维持必然的反 应前提,使化学反映过程按预定的标的目的进行,获得及格的 反映产品。一个设想合理、机能优良的反映器,应能满脚 如下几方面的要求。 (1)满脚化学动力学和传送过程的要求。 (2)能及时无效地输入或输出热量,使反映过程正在适宜 的温度下进行。 (3)有脚够的机械强度和抗侵蚀能力,满脚反映过程对 压力的要求。 (4)制制容易,安拆检修便利,操做调理矫捷,出产周 期长。 化工人才的摇篮 三、反映设备的类型 化工出产中,化学反映的品种良多。一般可按 用处、操做体例、布局型式等进行分类,可分为釜 式反映器、管式反映器、塔式反映器、固定床反映 器、流化床反映器等。 化工人才的摇篮 (1)釜式反映器 布局:釜体,内部设有搅拌安拆。 使用:液—液均相反映过程,正在气—液、液—液非均相 反映过程中也有使用。正在化工出产中,间歇出产过程使用 最多。 特点:合用的温度和压力范畴宽、顺应性强、操做弹性 大、物料的浓度、温度和压力的可控范畴广,顺应性强。 正在压力、温度较低,操做前提较不变时,多采用此类反映 器。 化工人才的摇篮 釜式反映器 化工人才的摇篮 (2)管式反映器 布局:由单根(曲管或盘管)持续或多根平行陈列的管子 构成,一般设有套管或壳管式换热安拆。操做时,物料自 一端持续插手,正在管中持续反映,从另一端持续流出,便 达到了要求的率。 ? 使用:气相、液相、气—液相持续反映过程。能承受 较高压力,加压反映尤为合用。 ? 特点:此种反映器具有容积小、比概况大、返混少、 反映夹杂物持续性变化、易于节制等长处。跟着化工出产 越来越趋于大型化、持续化、从动化,持续操做的管式反 应器正在出产中利用越来越多。 化工人才的摇篮 (3)塔式反映器 布局:反映物的夹杂、分派取反映均正在一个长颈比力 大的曲立圆筒形封锁容器中。分歧工艺设置有分歧的内件。 使用:次要用于气—液反映。 特点:使用范畴普遍。 化工人才的摇篮 (4)固定床反映器 布局:流体通过静止不动的固体物料所构成的床层而 进行化学反映。三种根基型式:轴向绝热式固定床反映器、 径向绝热式反映器和列管换热式固定床反映器。 使用:气- 固相反映过程。 特点:轴向绝热式布局简单,但压力降较大。 径向绝热式流体流动距离短,流道截面积大,压力 降小,但布局复杂。 列管换热式床层温度较不变,合用于热效应较大的 反映。 化工人才的摇篮 列管式固定床反映器 化工人才的摇篮 (5)流化床反映器 布局:一般把反映器和正在此中呈流态化的固体催化剂颗 粒合正在一路,称为流化床反映器。当原料气通过反映器催 化剂床层时,催化剂颗粒受气流感化而悬浮起来呈翻腾沸 腾状,原料气正在处于流态化的催化剂概况进行化学反映, 此时的催化剂床层即为流化床,也叫沸腾床。 使用:流化床反映器多用于气- 固反映过程。 特点:因为颗粒快速活动的成果使床层温度很是平均。 因而流化床反映器传热好,温度平均,易节制;可是固体 颗粒因磨损而易形成丧失,排体中存正在粉尘。 化工人才的摇篮 流化床反映器 化工人才的摇篮 第二节 釜式反映器的构制 一、总体布局 釜式搅拌反映器有立式容器核心搅拌、偏疼搅拌、倾 斜搅拌,卧式容器搅拌等类型。此中以立式容器核心搅拌 反映器是最典型的一种,其总体布局如下图所示。次要包 括搅拌罐、搅拌安拆、密封安拆三大部门。 化工人才的摇篮 立式容器核心搅拌反映器 1—搅拌器;2—罐体;3—夹套;4—搅拌轴;5—压出管; ? 6—支座;7—人孔;8—轴封;9—传动安拆 化工人才的摇篮 二、搅拌器 (一) 搅拌器感化 搅拌器是反映釜的环节部件,通过搅拌可使物料充实夹杂,加速反 应速度、强化传质传热结果,推进化学反映的实现。 常见的搅拌器类型如下图所示: 典型搅拌器布局示意 化工人才的摇篮 (二) 搅拌器的布局类型 1、浆式搅拌器: 特点:布局简单、制制容易,但次要发生扭转标的目的的液 流、且轴向流动范畴较小。 使用:次要用于流体的轮回或黏度较高物料的搅拌。 2、推进式搅拌器: 特点:布局好像船舶的推进器,凡是有三瓣叶片。搅拌 时流体由桨叶上方吸入,下方以圆筒状螺旋形排出,液体 至容器底正在沿壁面返至桨叶上方,构成轴向流动。 使用:合用于低黏度、大流量的场所。次要用于液-液 夹杂。 化工人才的摇篮 浆式搅拌器 推进式搅拌器 化工人才的摇篮 3、涡轮式搅拌器: 特点:有开式和盘式两类。能无效地完成几乎所有的搅拌 操做,并能处置黏度范畴很广的流体。 使用:合用于低黏度到中黏度流体的夹杂、液-液分离、 固-液悬浮,以及推进传热、传质和化学轮回。 4、框式和锚式搅拌器: 特点:曲径取反映器罐体的曲径很接近。这类搅拌器转速 低,根基上不发生轴向液流,但搅动范畴很大、不会构成 死区。 使用:适合于对夹杂要求不太高的场所。 5、螺旋式搅拌器 特点:耗损的功率较小。 使用:适合于正在高黏度、低转速下利用。 化工人才的摇篮 涡轮式搅拌器 锚式搅拌器 螺旋式搅拌器 化工人才的摇篮 流动形态 表1 搅拌器类型和合用前提 搅拌目标 搅 拌 器 高黏度 类 型 对流 轮回 湍流 扩散 剪切流 低黏度 夹杂 液夹杂 传热反 应 分离 消融 固体悬 气体吸 浮 收 结晶 传热 液相反 应 搅拌容器 容积/mm3 转速范畴 /r.min-1 最高黏 度/Pa.s 涡 轮◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ 1~100 10~300 50 式 桨 式 ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ 1~200 10~300 50 推 进◆ ◆ ◆ 式 ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ 1~1000 10~500 2 锚 式 ◆ ◆ ◆ 1~100 1~100 100 螺 旋◆ 式 ◆ ◆ 1~50 0.5~50 100 化工人才的摇篮 (三) 挡板取导流筒 感化:改善流体正在搅拌中呈现的漩涡现象,增大液体的 湍动程度。 (1)挡板:安拆正在反映器内壁上。挡板的感化避免旋涡 现象,增大被搅拌液体的湍流程度,将切向流动变为轴向 和径向流动,强化反映器内液体的对流和扩散,改善搅拌 结果。图(a)用于液体黏度不太大的场所;图(b)用于液体 中含有固体颗粒或液体黏度较大的场所;图(c)所示的挡 板取器壁倾斜安拆,可避免固体物料堆积或黏液生成死角。 化工人才的摇篮 挡板的安拆体例 化工人才的摇篮 (2)导流筒:正在需要节制流型的速度和标的目的以确定 某一特定流型时,可正在反映器内设置导流筒。导流筒 是一个上下启齿的圆筒,安拆正在搅拌器的外面。 安拆导流筒后,一方面提高了对液体的搅拌程 度;另一方面因为限制了液体的轮回径,削减了走 短的机遇,添加轮回流量和节制流型。 化工人才的摇篮 导流筒示企图 化工人才的摇篮 三、传动安拆 搅拌反映器的传动安拆凡是折纸正在反映器的顶盖 (上封头)上,一般采用立式安插。由电动机、减速器、 联轴器、搅拌轴、机座、底座等构成,如图所示。 搅拌反映器用的电动机绝大部门取减速器配套利用, 只要正在搅拌速度很高时,才利用电动机不经减速器间接 驱动搅拌轴。因而电动机的选用一般应取减速器的选用 一路考虑,正在良多环境下,电动机取减速器是配套供应 的。 底座固定正在罐体的上封头上,机座固定正在底座上, 减速器固定正在机座上。联轴器的感化是将搅拌轴和减速 器毗连起来,电动机供给的动力通过减速器、联轴器传 递给搅拌轴。 化工人才的摇篮 搅拌反映器传动安拆 1—电动机;2—减速器;3—联轴器;4—机座;5—轴封安拆; 6—底座;7—封头;8—搅拌轴 化工人才的摇篮 (1)电动机: 搅拌反映器用的电动机绝大部门取减速器配套利用, 选用时一般应取减速器的选用一路考虑。正在良多场所电动 机取减速器配套供应,设想时可按照选定的减速器选用配 套电动机。 电动机型号应按照电动机功率和工做,如防爆、 防护品级、侵蚀环境等要素选择。搅拌反映器常用电动机 有Y系列通俗电动机、YA系列加强型电动机、YB系列防爆 型电动机等。 化工人才的摇篮 电动机功率次要按照搅拌功率及传动安拆的传动效 率确定。搅拌功率一般由工艺要求给出;传动效率取传 动安拆的布局类型相关。别的还招考虑搅拌轴通过轴封 安拆时因摩擦而损耗的功率。 Pe=(P+Pm)/η Pe——电动机功率,kW P——工艺要求的搅拌效率,kW Pm——轴封摩擦丧失功率,kW η ——传动系统的机械效率。 化工人才的摇篮 (2)减速器: 减速的感化是传送活动和改变更弹速度,以满脚工艺条 件的要求。搅拌反映器常用的有摆线式针轮减速器、 两级齿轮减速器等。 选用时可按照工艺前提、安拆空间范畴、搅拌要求、 寿命、工况前提等各项要素分析考虑减速机类型,再按照 电机功率和输出转速(或传动比)由相关标精确定其型号。 化工人才的摇篮 电动机和减速器 化工人才的摇篮 (3)联轴器: 联轴器的感化是将两个设备的轴安稳地毗连正在一路, 以传送活动和功率。要求被毗连的轴要齐心,并且要求传 动中的一方工做有振动和冲击,不要传送给另一方。 常用的联轴器有刚性联轴器和弹性联轴器两大类。前者 对中性好,布局简单,但无减振性,用于振动小和刚度大 的轴。后者具有缓冲和吸振的能力,合用于变载荷场所。 化工人才的摇篮 刚性联轴器 弹性联轴器 化工人才的摇篮 (4)机架: 搅拌反映器的传动安拆是通过机架安拆正在釜体顶盖上。 搅拌反映釜用机架的常用布局有单支点机架和双支点机架 两种。前者使用最普遍;后者合用于减速器的轴承不克不及承 受液体搅拌所发生的轴向力的场所。 (5)安拆底座 安拆底座用于支承机架和轴封,使轴封安拆和减速器 机架有必然的齐心度,搅拌轴既取减速器毗连,又能 穿过轴封成功运转。 视釜内物料的侵蚀环境,有带衬里和不带衬里两种。 安拆体例分为上拆式和下拆式。 化工人才的摇篮 机架 化工人才的摇篮 四、轴封 轴封是指搅拌轴取顶盖之间的密封,是搅拌反映器的 主要构成部门。因为搅拌轴是动弹的,而顶盖是固定静止 的,所以轴封是动密封。其感化是搅拌反映器内处于 必然的正压或实空形态,防止反映物料逸出或杂质渗入。 搅拌反映器常用的动密封有填料密封和机械密封。 化工人才的摇篮 (1)填料密封: 由填料箱体、填料、压盖、螺栓等根基零件构成构成, 如图所示。正在压盖压力的感化下,使填料正在搅拌轴概况产 生径向压紧力、并构成一层极薄的液膜(因为填猜中含有 润滑剂),既达到密封的目标又起到润滑的感化。 填料密封布局简单、拆拆便利,但因为填料紧压正在转 动轴上,二者之间不成避免地发生磨损,且常用微量泄露。 因而正在操做过程中应恰当调整压盖的压紧力,并按期改换 填料。 化工人才的摇篮 填料密封布局 1—本体;2—螺钉;3—衬套;4—螺塞;5—油圈;6—油杯;7—密封圈; 8—水夹套;9—油环;10—填料;11—压盖;12—螺母;13—双头螺柱 化工人才的摇篮 (2)机械密封: 机械密封又称端面密封,是由垂曲于轴的两个密封元 件的平面彼此贴归并相对动弹而形成的密封安拆。它功耗 小、泄露量大、密封机能靠得住、利用寿命长。 机械密封由动环、静环、弹簧、密封圈等构成,随轴 一路扭转的动环取静止不动的静环之间构成摩擦副,如图 6所示。比拟于填料密封,机械密封的密封结果好,但结 构复杂、制价高。 化工人才的摇篮 机械密封布局 化工人才的摇篮 五、搅拌反映器制制取查验次要手艺要求 (一)零部件的制制取查验次要手艺要求 1、搅拌轴的次要手艺要求 搅拌轴材料常采用45优良碳素布局钢,对强度要求不 高时也可选用Q235钢。当介质具有侵蚀性或不答应铁离子 污染时,可采用不锈耐酸钢或采纳外包耐侵蚀材料的方式。 搅拌轴能够使实心轴,也可是是空心轴。当搅拌轴较 长时,往往采用底轴承或两头轴承进行支承。 化工人才的摇篮 搅拌轴加工时各共同轴颈表 面的光洁度要求较高,其概况粗 糙度Ra一边为6.3-1.6μ m。出格 是安拆填料密封部位,轴应有较 低的概况粗拙度和较高的硬度, 不然填料和轴易容易磨损。 搅拌轴的曲线度要求因转速 分歧而异,当转速为10001800r/min时,其曲线r/min时,其曲线r/min以下 时,其曲线mm/m。 化工人才的摇篮 2、搅拌器的加工和动、静均衡精度要求 搅拌桨叶的安插必需具有对称性。搅拌器制成后 一般要做静均衡试验,有特殊要求时做动均衡试验。 3、填料密封次要零部件的加工要求 填料密封次要零部件是压盖和填料箱。压盖取填 料箱拆卸时应能使压盖取填料箱齐心,以防止压盖内 径取轴相碰。压盖内径取轴的拆卸间隙应大于压盖外 径取填料箱内径的拆卸间隙。 4、机械密封的加工要求取查验 机械密封最主要的密封元件是动环和静环,除材 料外,加工要求对密封的靠得住性和利用寿命有很大影 响。权衡动、静环加工质量的尺度是概况粗拙度和平 曲度。 5、搅拌反映器壳体的制制要求取查验 参照现行相关手艺前提进行。 化工人才的摇篮 (二)搅拌反映器的试运转 搅拌反映器安拆后必需进行试运转,包罗空载试 运转和负载试运转。一般空载运转试验起码2h,负载运 转试验起码4h。 因为搅拌轴振动对填料的影响很大,所以正在试运转 之前应先正在填料密封处用手扳动丈量轴的偏摆环境。偏 摆量以搅拌轴转速低于1500r/min为根据,并因压力不 同而异。 化工人才的摇篮 第三节 搅拌反映器的罐体 搅拌反映器的罐体是为物料完成搅拌反映供给空间。其 从体部门是立式圆筒描述器,并通过支座安拆正在根本或平台 上。为了满脚传热要求,需要正在搅拌罐体的外侧安拆夹套或 正在罐体内部安拆蛇管布局;顶盖上还拆有传动安拆,罐体上 要安拆人、手孔等各类工艺接管。因而搅拌反映器罐体需要 确定其尺寸、传热安拆类型及各类工艺接管的型式等。 化工人才的摇篮 一、罐体尺寸确定 (一)筒体曲径取高度简直定 1、确定高径比 考虑要素: (1)因为搅拌功率正在必然前提下取搅拌器曲径的5次方 成反比,所以从削减搅拌功率的角度考虑,高径比可取得 大一些。 (2)若采用夹套传热布局,从传热角度看,但愿高径 比可取得大一些;当容积必然时,高径比大、罐体就高, 盛料部门概况积大、传热面积也就大。 (3)要考虑物料的形态,对发酵类物料,为了使通入 罐内的空气取发酵物料充实接触,高径比应取得大一些。 化工人才的摇篮 表2 搅拌反映器的高径比 品种 一般搅拌罐 聚合釜 发酵罐类 罐内物料类型 液-液相、液-固相 气-液相 悬浮液、乳化液 发酵液 高径比H/Di 1~1.3 1~2 2.08~3.85 1.7~2.5 化工人才的摇篮 2、计较曲径取高度 除了高径比,还要考虑物料正在容器内的充拆比例 即拆填系数η。η一般取0.6~0.85。若是物料正在反 应过程中发生泡们沫或呈沸腾形态,取拆料系数 0.6~0.7;若物料反映较平稳,则取拆料系数0.8~ 0.85。 反映器现实操做容积为VO=ηV。 忽略底封头容积,初步确定高径比,,由 ≈ 得 化工人才的摇篮 将得出的Di圆整为尺度曲径,再带入 中,得出高度H,并进行圆整。 最初核算高径比能否合适。如取教材表格 7-4不同过大,应从头进行计较。 化工人才的摇篮 (二)、壁厚确定及压力试验 反映器筒体和夹套壁厚,可按之前所学的 内压薄壁容器和外压容器的相关方式进行壁厚 计较和强度或不变性校核。因为内筒和夹套是 两个的受压室,所以组合后会呈现比力复 杂的环境,应慎沉看待。 化工人才的摇篮 【例题】某夹套反映器,操做时内筒的最高压力为 0.5MPa,夹套内最高压力为0.3 MPa,内筒和夹套的 材料均为16MnR,其正在设想温度300℃时的许用应力为 156 MPa,正在20℃时的许用应力为170 MPa。 本题的设想压力和水压试验压力按表1确定。 本题设想压力及试验压力简直定/ MPa 部件名称 设想内压力p 设想外压力p0 内筒及下封 头 0.5 0.3 水压试验压力pT 按内压PT=1.25p[σ ]/[σ ]t=1.25╳0.5╳170/156=0.681 按外压pT=1.25p0=1.25╳0.3=0.375 夹套及封头 0.3 内筒下封头 0.3 PT=1.25p[σ ]/[σ ]t=1.25╳0.3╳170/156=0.409 PT=1.25p[σ ]/[σ ]t=1.25╳0.5╳170/156=0.681 化工人才的摇篮 设想计较时,对内筒及其下封头应别离按内压 0.5 MPa、外压0.3 MPa计较并取大值为其壁厚,由于 无论容器受内压仍是外压,压力试验时都按内压体例 进行,故只需按0.681 MPa对内筒及其下封头进行压 力试验校核;对夹套及其封头应以0.3MPa按内压确定 其壁厚,按0.409 MPa进行压力试验校核;对内筒的 上封头可不做计较,间接取取上封头不异的壁厚。 需要留意的是,正在制制时应先做内筒、且压力 试验及格后再焊上夹套,然后正在对夹套进行压力试验。 夹套的试验压力对内筒而言是外压,所以要按此压力 对内筒进行不变性校核,若不满脚则正在做夹套的压力 试验时,必需同时正在内筒连结必然的压力,以使整个 试压过程中夹套和内筒压力差不跨越设想压力差。并 应正在图样上说明答应压力差。 化工人才的摇篮 二、传热安拆 搅拌器常用的传热安拆有夹套传热和蛇管传 热两种型式。夹套传热使用更为遍及。 夹套传热 蛇管传热 化工人才的摇篮 (一)夹套传热 夹套就是用焊接或法兰毗连的体例正在容器外侧拆设各 种外形的布局,使其取容器外壁构成密闭的空间。正在此空 间内通入载热体,加热或者冷却容器内的物料,以维持物 料正在预定的范畴。 次要型式有全体夹套、型钢夹套、半圆管夹套和蜂窝 夹套等。 化工人才的摇篮 全体夹套取罐体的毗连体例有可拆和不成拆两种。 如下图。 可拆卸的夹套 不成拆卸的夹套 化工人才的摇篮 夹套的高度次要取决于传热面积的大小,为 了传热充实,夹套上端一般应高于内物料的 液面,所以夹套的高度为: 按估算的夹套高度、校核传热面积,当夹套 传热面积能满脚传热要求时,应首选夹套布局, 如许削减容器内构件,便于清洗。 当反映器曲径较大或采用传热介质压力较高 时,可采用焊接半圆管夹套、型钢夹套或蜂窝式 夹套,如许不单能提高传热介质的流速,改善传 热结果,并且能提高筒体承受外压的强度和刚度。 化工人才的摇篮 (二)蛇管传热 当需要传热面积较大、夹套不克不及满脚时, 可采用蛇管传热。蛇管沉浸正在物猜中,热丧失小、 传热结果好,还能提高搅拌强度。也能够夹套取 蛇管结合利用,以增大传热面积。蛇管的布局见 下图。 蛇管布局 化工人才的摇篮 蛇管正在筒体内常用的固定体例如图9所示,此中(a)布局简单、 制做便利,但不易拧紧,适合于压力不大、管径较小的场所;(b)、 (c)两图固定结果较好,适合于大管径和有较大振动的场所;(d) 图将蛇管支托正在扁钢上,当温度变化时,管子可伸缩,利用于 膨缩较大的场所;(e)、(f)两图都是用扁钢和螺栓夹紧蛇管, 适合于蛇管稠密的搅拌设备中兼做导流筒的环境,图(f)适合于有 猛烈振动的场所。 蛇管的固定体例 化工人才的摇篮 蛇管进出口一般均设正在顶盖上,常见的布局类型如下图所示 蛇管的进出口布局 化工人才的摇篮 三、工艺接管 1.进料管 反映器的接管包罗进出料管、仪表接口、温度计及压力计管口等。 接管的曲径和方位由工艺要求确定。反映设备的进料管一般都是从 顶盖因入,如下图所示。加料管下端做成45°角、启齿朝向设备中 心,以防止物料冲刷罐体。此中,图(b)为套管布局,便于拆拆、 改换和清洗,利用于易侵蚀、易磨损、易堵塞的介质;图(c)为长 进料布局,接管沉浸正在料液中,如许可削减飞溅和冲击液面,并可 起到液封的感化,也有益于不变液面和气液接收,为防止虹吸正在管 子上部开有小孔。 进料管布局 化工人才的摇篮 2、出料管 出料管分上出料和下出料两种。 对黏度大或有固体颗粒的介质采用下部出料,如下图 所示;当物料需要输送到较高或密闭输送时,采用 压出布局的上出料,如图12所示。出料时正在罐体内充压 缩空气或其他惰性气体(常用氮气),靠气体的压力将 物料压入出料管,压出管的管口必需放正在罐内最低处, 且底部做成取罐体下封头类似的外形。 下部出料管 上出料管 化工人才的摇篮 化工人才的摇篮