化工设备基础知识

化 学 工 程 系 罗 康 汉 化工设备是化工工艺的基础, 是实现化工生产的重要工具 u 项 目 一 化 工 设 备 的 基本 要 求 u 项 目 二 化 工 设 备 的 常用 材 料u 项 目 三 化 工 设 备 的 热 处 理与 防 腐 蚀 知 识 目 标 ：了 解 化 工 设 备 的 特 点 ； 掌 握 化 工 设 备的 基 本 要 求技 能 目 标 ：能 判 断 化 工 设 备 的 安 全 性 能 、 使 用 性能 、 经 济 性 能 l化 工 设 备 是 处 理气 体 、 液 体 和 浆料 等 流 体 的 容 器， 它 与 普 通 机 械设 备 不 同 ， 通 常具 有 以 下 特 点 。一 、 化 工 设 备 的特 点 1.结 构 多 种 ， 功 能 多样 。 不 同 的 设 备 有 不 同的 要 求 ， 功 能 原 理 、结 构 特 征 多 种 多 样 。换热器氨储罐 水 泵 2.设 备 开 孔 多 。人 孔 、 手 孔 、 接 管口 、 仪 表 口 、 搅 拌器 口 等碳 化 塔 氨 合 成 塔 3.设 备 工 艺 条 件 苛刻 . 高 温 、 高 压 、 强腐 蚀 性 、 真 空 。氨 合 成 塔 4.自 动 化 程 度 高 。计 算 机 控 制 温 度 、 流量 、 液 位 等 。流 量计 工 艺 要 求 安 全 要 求 使 用 性 能 要求 经 济 性 能 要求二 、 化 工 设 备 的 基 本 要 求基本要求 安 装 要 求 （ 卧 式 或 立式 ） 等 ；1.满 足 工 艺 要求 产 量 要 求 ；温 度 、 压 力要 求 ；氨 合 成 塔 2.安 全 性要 求强度 刚度 严密性 耐蚀性 要 有 足 够 的 强 度 ：是 容 器 抵 抗 外 力 破坏 的 能 力 。 设 备 鼓包 或 压 瘪燃 油 锅 炉 指 容 器 或 构 件 在外 力 作 用 下 维 持原 有 形 状 的 能 力 。防 止 “ 失 稳 ” 要 保 证 其 刚度储 罐 （ 储槽 ） l 要 有 足 够 的严 密 性 ： 防 止泄 露 耐 腐 蚀 性 要 好 。氨 储 罐 便 于 操 作 、 维 护、 检 修3.使 用 性 能 要求 制 造 工 艺 要 合理 运 输 要 方便 要 便 于 安 装氢 氮 压 缩 机 设 备 使 用 的 经 济性4.经 济 性 能 要 求 设 备 制 造 的 经 济性水 泵 l 1、 化 工 设 备 的 特 点 包 括 ：_,_,_,_。l 2、 化 工 设 备 的 基 本 要 求 有 ：_,_, 使 用 性 能 要 求 和 经 济 性能 要 求 。l 3、 为 什 么 化 工 设 备 要 求 有 足 够 的 严 密 性 ？l 4、 化 工 设 备 的 经 济 性 能 是 指 哪 些 方 面 ？l 5、 化 工 设 备 的 使 用 性 能 ， 你 掌 握 多 少 ？ 小 结 ： 掌 握 化 工 设 备 的 特 点 （ 4点 ） 掌 握 化 工 设 备 的 基 本 要 求 （ 4个 ）作 业 ： 第 三 页 第 一 题 l 项 目 二 化 工 设 备 常 用 材 料l一 、 化 工 设 备 材 料 识 别l二 、 化 工 设 备 材 料 的 选 择 力 学 性 能物 理 性 能工 艺 性 能化 学 性 能子 项 目 一 化 工 设 备 材 料 识别一 、 化 工 设 备 材 料 性 能材料性能 材 料 抵 抗 外 力 而 不 被破 坏 的 能 力 ， 叫 材 料 的力 学 性 能 。 强 度塑性韧性硬 度力学性能1.力 学 性 能 固 体 材 料 在 外 力 作 用下 抵 抗 产 生 塑 性 变 形和 断 裂 的 特 性 。屈 服点抗 拉 强度强 度（ 1） 强 度 屈 服 点 当 载 荷 不 再 增 加 或 缓 慢 增 加时 ， 仍 继 续 发 生 塑 性 变 形 称为 屈 服 。 发 生 屈 服 现 象 时 的应 力 称 为 “ 屈 服 点 ” 。 抗 拉 强 度 从 开 始 加 载 到 发 生 断裂 所 能 达 到 的 最 大 应 力 值 （ 2） 塑 性 发 生 塑 性 变 形 而 不 破坏 的 能 力（ 3） 韧性 抵 抗 裂 纹 扩 展 的 能力（ 4） 硬度 抵 抗 更 硬 物 体 的 能 力 2.物 理 性 能物 理 性 能密度 熔点 导电性 导热性 磁性 弹性模量 泊松比（横向变形系数）热彭胀性 化学性能 耐 腐 蚀性抗 氧 化性3 化 学 性 能 工艺性能 冷 热 加 工性 能焊 接 性 能4 工 艺 性 能 2.钢 的 分 类（ 1） 按 冶 炼 时 钢 脱 氧 的 程度 不 同 分 类 镇 静 钢 。 半 镇 静 钢 。 沸 腾 钢 。 脱 氧 完 全 的 钢脱 氧 不 完 全的 钢脱 氧 较 完 全 的钢 （ 2） 按 化 学 成 分 分 为 碳 素 钢 和 合金 钢 低 碳钢中 碳钢高 碳钢 碳 素钢 含 碳 量 0.25%， 如 10、 15、20、 25 含 碳 量 0.25%0.60%， 30、 35、40、 45含 碳 量 0.60%， 如 65、 70 l 合 金 钢 是 在 碳素 钢 中 加 入 少 量合 金 元 素 。合 金 元 素 ： 铬 、 镍 、钼 、 钨 、 钛 、 铝 、 铜等分 为 低 合 金 钢 、 中合 金 钢 、 高 合 金 钢 l（ 3） 按 质 量 分类 ： 分 为 普 通钢 、 优 质 钢 、高 级 优 质 钢 。优 质 钢 , S0.035%，P0.035%普 通 钢 ， S0.05%，P0.055%高 级 优 质 钢 ，S0.030%,P0.030% l 分 为 建 筑 钢、 弹 簧 钢 、 轴承 钢 、 工 具 钢、 结 构 钢 和 特殊 性 能 钢 。（ 4） 按 用 途分 类 ： （ 4） 按 用 途分 类 ：建 筑钢 弹 簧 钢 轴 承 钢工 具 钢 结 构 钢特 殊 性 能钢 。 l 3.非 金 属 材 料 的 分类 （ 1） 硬 聚 氯 乙烯 塑 料（ 2） 玻 璃 钢（ 3） 聚 四 氟 乙 烯塑 料 （ 6） 耐 酸 酚 醛塑 料（ 4） 化 工 搪 瓷（ 5） 化 工 陶瓷在 金 属 表 面 涂 覆 一 层 或数 层 瓷 釉 ， 通 过 烧 制 ，两 者 发 生 物 理 化 学 反 应而 牢 固 结 合 的 一 种 复 合材 料 。 旧 称 珐 琅 。 金 属 材料强度高耐压性好压力容器耐腐蚀性性脆，不耐冲击非 金属 材料 l1、 化 工 设 备 材 料 的 性 能 包 括 化 学 性 能 、物 理 性 能 、 工 艺 性 能 、 _。l2、 强 度 是 指_。l3、 塑 性 是 指_。l4、 化 工 设 备 主 要 使 用 什 么 材 料 ？ 为 什 么？l5、 化 工 设 备 制 造 ， 在 什 么 情 况 下 可 以 用非 金 属 材 料 ？l6、 什 么 是 “ 黑 色 金 属 ” 和 “ 有 色 金 属 ”？ l小 结 ： 1.了 解 化 工 设 备 材 料 性 能l 2.掌 握 化 工 设 备 材 料 分 类l作 业 ： 项 目 实 训l 2.按 化 学 成 分 分 类 ， 钢 材 有 哪 些品 种 ？ 子 项 目 2 化 工 设 备 材 料 选 择 教 学 目 标 ： 1.掌 握 碳 素 结 构 钢 的 使 用 条 件 ； 掌握 化 工 设 备 用 钢 选 择 原 则 2.能 根 据 设 备 的 工 艺 条 件 选 择 合 适的 材 料 一 、 化 工 设 备 常 用 钢种合金钢特殊性能钢碳素钢碳素结构钢制 造 压力 容 器常 用 钢材目 前 制 造 压 力 容 器 的 常 用 钢 材 l1.碳 素 结 构 钢l（ 1） 碳 素 结 构 钢 牌 号 及 表 示 法 l Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号l Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa；l质量等级符号为A、B、C、Dl脱 氧 方 法 符 合 由 F b Z TZ 分 别 表 示 沸 腾 钢 、 半 镇 静 钢 、 镇 静 钢 、特 殊 镇 静 钢 （ 一 般 不 写 ） l例 ： Q235-AF表 示 碳 素 结 构 钢 ， 屈 服 极限 235MPa,A级 质 量 ， 沸 腾 钢 。l碳 素 结 构 钢 有 五 大 钢 种l Q 195、 Q 215、 Q 235、 Q 255、 Q 275 其中Q 235-A应 用 广 泛 。l（ 2） 碳 素 结 构 钢 使 用 条 件 见 表 1-1 表 1-1 压 力 容 器 用 碳 素 钢 钢 板 的 使用 条 件 质 l2.碳 素 钢l 化 工 容 器 常 用低 碳 钢 ， 低 碳 钢具 有 较 好 的 塑 性， 冷 冲 压 及 焊 接性 能 ， 最 常 用 的是 20钢 。 l中 碳 钢 多 用 于 制造 各 种 机 械 零 件， 如 轴 、 齿 轮 、连 杆 等 ， 常 用 30、 35、 45制 作 螺栓 、 螺 母 。l高 碳 钢 常 用 于 制造 弹 簧 l3.合 金 钢l 化 工 容 器 常 用 16MnR 15MnVR 15MnTil优 点 ： 保 证 强 度 情 况 下 ， 容 器 厚 度 减 少， 节 省 钢 材 。l4.特 殊 性 能 刚l 不 锈 钢 和 不 锈 耐 酸 钢 l二 、 化 工 设 备 用 钢 选 材 原 则l（ 1） 化 工 容 器 用 钢l一 般 使 用 由 平 炉 、 电 炉 或 氧 气 顶 吹 转 炉 冶炼 的 镇 静 钢l（ 2） 碳 素 结 构 钢 主 要 用 于 介 质 腐 蚀 性 不大 的 中 、 低 压 容 器 。l（ 3） 合 金 钢 主 要 用 于 介 质 腐 蚀 性 不 强 的中 、 高 压 容 器l（ 4） 不 锈 钢 主 要 用 于 介 质 腐 蚀 性 较 强 的场 合 l（ 5） 耐 热 钢 用 于 高 温 场 合l（ 6） 外 压 容 器 选 Q235-A为 宜l（ 7） 低 温 容 器 选 耐 低 温 钢 l小 结 ：l 1.掌 握 碳 素 结 构 钢 的 使 用 条 件 ；l 掌 握 化 工 设 备 用 钢 选 择 原 则 。l 2.能 根 据 设 备 的 工 艺 条 件 选 择 合 适 的 材 料。l作 业 ： 第 8页 l项 目 实 训 第 3题 l项 目 三 化 工 设 备 热 处 理与 防 腐 蚀l子 项 目 一 化 工 设 备 用 钢 的热 处 理 l 热 处 理 概 述l 定 义 ： 热 处 理 是 将 固 态 金 属 或 合 金， 采 用 适 当 的 方 式 进 行 加 热 、 保 温 和 冷却 ， 以 获 得 所 需 组 织 结 构 与 性 能 的 一 种工 艺 l作 用 ： 钢 的 内 部 组 织 和 性 能 发 生 变 化 ，提 高 零 件 质 量 ， 延 长 零 件 寿 命 。l种 类 ： 普 通 热 处 理 和 表 面 热 处 理l零 件 的 生 产 工 艺 过 程 为 ： 锻 造 预先 热 处 理 粗 加 工 最 终 热 处理 精 加 工 l一 、 普 通 热 处 理l 包 括 退 火 、 正 火 、 淬 火 、 回 火 等l 1.退 火 和 正 火 退 火 将 钢 材 加 热 到 适 当 的 温 度 ， 保 温 一定 时 间 后 缓 慢 冷 却 （ 炉 冷 、 坑 冷 ）l 正 火 将 钢 材 加 热 到 适 当 温 度 ， 保 温 一定 时 间 后 ， 在 空 气 中 冷 却 （ 空 冷 、 风 冷 、喷 雾 冷 却 ） l退 火 和 正 火 属 于 预 先 热 处 理 ， 能 降低 钢 材 硬 度 ， 以 利 于 切 削 ；l优 点 ： 1.降 低 钢 材 硬 度 ， 利 于 切 削l 2.防 止 变 形 或 开 裂l 3.均 匀 成 分l正 火 比 退 火 冷 却 速 度 稍 快 ， 优 先 采用 l 2.淬 火 和 回 火l淬 火 在 介 质 中 快 速 冷 却 ， 获 得 高 硬 度 （水 冷 、 油 冷 ）l 水 冷 碳 钢 l 油 冷 合 金 钢 特 点 钢 硬 而 脆 ， 组 织 不 稳 定 ， 淬 火 后 必须 回 火 l回 火 ： 是 将 零 件 加 热 到 适 当 温 度 , 保 温 一 定时 间 后 ， 以 适 当 速 度 冷 却 到 室 温 的 热 处 理工 艺 。l 分 低 温 回 火 、 中 温 回 火 、 高 温 回 火l低 温 回 火 150-250 适 用 于 工 具 、 模 具和 表 面 处 理 件 l中 温 回 火 350-500 用 于 弹 簧 等 弹 性 元 件l高 温 回 火 500-650 用 于 轴 类 、 齿 轮 、 连杆 等 受 力 复 杂 的 零 件 。 l二 、 表 面 热 处 理l在 生 产 中 ， 有 很 多 零 件 要 求 表 面 和 心 部具 有 不 同 的 性 能 ， 一 般 是 表 面 硬 度 高 ，有 较 高 的 耐 磨 性 和 疲 劳 强 度 ， 而 心 部 要求 有 较 好 的 塑 性 和 韧 性 。 为 满 足 这 一 要求 ， 通 常 对 零 件 的 表 面 进 行 热 处 理 。l种 类 ： 表 面 淬 火 和 化 学 热 处 理l 1.表 面 淬 火 l 仅 对 钢 的 表 面 加 热 、 冷 却 而 不 改 变 其成 分 的 热 处 理 工 艺 。 表 面 淬 火 后 一 般 进行 低 温 回 火 。 l 2.化 学 热 处 理 l 将 金 属 或 合 金 工 件 置 于 一 定 温 度 的 活性 介 质 中 保 温 ， 使 一 种 或 几 种 元 素 渗 入它 的 表 层 ， 以 改 变 其 化 学 成 分 、 组 织 和性 能 的 热 处 理 工 艺 。 l特 点 提 高 工 件 表 层 的 力 学 性 能 ， 提高 物 理 化 学 性 能 ， 耐 高 温 ， 耐 腐 蚀 。l种 类 ： 渗 碳 、 渗 氮 、 碳 氮 共 渗 等 。 l三 、 焊 后 热 处 理l 焊 后 消 氢 处 理 焊 接 完 成 以 后 ， 焊缝 尚 未 冷 却 至 100 以 下 时 ， 进 行 的 低温 热 处 理 。 一 般 规 范 为 加 热 到 200-350 保 温 2-6小 时l特 点 防 止 低 合 金 钢 焊 接 时 产 生 焊 接裂 纹l方 法 ： 整 体 高 温 回 火l 局 部 高 温 回 火 l小 结 ：知 识 目 标 ： 掌 握 热 处 理 的 含 义 、 种 类 、 目 的 ； 掌 握 热 处 理 工 艺 的 含 义 、 区 别 ； 掌 握 表 面 热 处 理 的 方 法 、 含 义 、种 类技 能 目 标 ： 能 对 焊 后 化 工 设 备 进 行 焊后 热 处 理 l子 项 目 2 化 工 设 备 腐 蚀 与 防 护l项 目 目 标l知 识 目 标 ： 掌 握 腐 蚀 的 含 义 、 机理 ； 掌 握 腐 蚀 的 类 型 ； 掌 握 防 止设 备 腐 蚀 的 措 施 。l技 能 目 标 ： 能 采 取 正 确 的 措 施 防止 设 备 腐 蚀 l项 目 内 容l 1.举 例 说 明 化 工 容 器 常 用 的 腐 蚀 类 型l 2.举 例 说 明 化 工 容 器 常 用 的 防 腐 蚀 措施 l腐 蚀 现 象 ： 设 备 厚 度 减 薄 ， 穿 孔 l一 、 金 属 的 腐 蚀l定 义 ： 金 属 与 周 围 介 质 之 间 发 生 化 学 或 电化 学 作 用 而 引 起 破 坏 的 现 象 称 为 腐 蚀 ， 如铁 生 锈 、 铁 在 酸 中 溶 解 等 。l种 类 ： 化 学 腐 蚀 和 电 化 学 腐 蚀l 1.化 学 腐 蚀l 是 指 金 属 在 高 温 下 与 腐 蚀 性 气 体 或 非 电 解质 发 生 单 纯 的 化 学 作 用 而 引 起 的 破 坏 现 象l如 铁 的 氧 化 氯 气 与 铁 或 其 他 金 属 化 合。 l 2.电 化 学 腐 蚀l 金 属 和 液 态 介 质 （ 常 为 水 溶 液 ） 构成 微 小 的 原 电 池 而 发 生 金 属 腐 蚀 的过 程 。l 如 钢 铁 在 潮 湿 的 空 气 中 生 锈l 3.化 学 腐 蚀 与 电 化 学 腐 蚀 比 较l 化 学 腐 蚀 是 氧 化 反 应 。 无 电 流 产 生l 电 化 学 腐 蚀 是 原 电 池 反 应 ， 有 电 流产 生 l二 、 金 属 设 备 的 防 护 措 施l1.改 变 金 属 材 料 的 性 质l 组 成 耐 蚀 合 金 ， 或 在 金 属 中 添 加合 金 元 素l例 如 ： 钢 中 添 镍 制 成 不 锈 钢 l 2.隔 离 金 属 与 非 金 属 介 质l 在 金 属 覆 盖 各 种 保 护 层l（ 1） 非 金 属 保 护 层l 非 金 属 衬 里 常 用 板 砖 衬里 、 玻 璃 衬 里 、 橡 胶 衬 里l 涂 层 把 涂 料 涂 在 设 备内 表 面 ， 经 干 燥 固 化 形 成均 匀 的 涂 膜 。 l例 如 油 漆 （ 2） 金 属 保 护 层 将 耐 腐 蚀 的 金 属 或 合 金 覆 盖 在被 保 护 的 金 属 上 ， 形 成 保 护 镀层 。 有 电 镀 、 化 学 镀 （ 镀 镍 ） 、 喷镀 （ 喷 铝 ） 和 铅 衬 里 和 不 锈 钢衬 里 l 3.缓 释 剂 保 护l 在 腐 蚀 介 质 中 加 入 少 量 能 减 少 腐 蚀 速度 的 物 质 。 如 重 铬 酸 盐 、 过 氧 化 氢 、 磷酸 盐 等l 4.电 化 学 保 护 法l 是 把 引 起 电 化 学 腐 蚀 的 原 电 池 消 除 掉的 方 法 ， 有 阳 极 保 护 法 和 阴 极 保 护 法l 阳 极 保 护 法 是 被 保 护 设 备 接 在 外 加 直流 电 源 的 阳 极 ， 阳 极 极 化 到 一 定 电 位 ，使 金 属 表 面 生 成 钝 化 膜 。 l 阴 极 保 护 法 是 通 过 外 加 电 流 ， 使 被 保护 金 属 阴 极 极 化 ， 使 金 属 得 到 保 护 。 有 外加 电 流 法 和 牺 牲 阳 极 保 护 法 。l 外 加 电 流 法 是 把 被 保 护 的 金 属 设 备 与直 流 电 源 负 极 相 连 ， 电 源 正 极 与 一 个 辅 助阳 极 相 连 ， 接 通 电 源 后 ， 电 源 给 金 属 设 备以 阴 极 电 流 ， 此 法 主 要 用 于 防 止 土 壤 、 海水 及 河 水 中 金 属 设 备 的 腐 蚀 。 l 牺 牲 阳 极 保 护 法 是 接 一 块 电 位 更 负 的金 属 ， 更 容 易 失 去 电 子 ， 输 出 阴 极 的 电流 使 被 保 护 的 金 属 阴 极 极 化 ， 此 法 常 用于 保 护 海 轮 外 壳 ， 海 水 中 的 各 种 金 属 设备 、 构 件 、 石 油 管 路 的 腐 蚀 。 l小 结l 1.掌 握 腐 蚀 的 含 义 、 机 理 ； 掌 握 腐 蚀 的 类型 ； 掌 握 防 止 设 备 腐 蚀 的 措 施 。l 2.能 采 取 正 确 的 措 施 防 止 设 备 腐 蚀l作 业 ： 13页 第 3题 谢 谢 大 家 建 筑 钢 弹 簧 钢 轴 承 钢