化工生產中為了將原料加工成一定規格的成品，往往需要經過原料預處理、化學反應以及反應產物的分離和精制等一系列化工過程，實現這些過程所用的機械稱為化工設備。

化工設備一般分為靜設備和動設備兩大類。

1 靜設備

靜設備是指安裝后處于靜止狀態即可在生產操作過程中無需動力傳動的設備。靜設備被廣泛地應用與生產中的傳質、傳熱、介質加熱、化學反應等各種工藝過程以及儲存物料。如各種容器、塔器、反應器、換熱器等。

靜設備部分的投資大約占全廠設備總投資的50%-60%。

1.1 精餾塔

蒸餾是利用液體混合物中各組分揮發性的差異將其分離的化工單元操作，按照蒸餾方式可以分為簡單蒸餾、平衡蒸餾、精餾以及特殊精餾等多種方式。


如果進行多次部分氣化或部分冷凝，最終可得到較純的輕、重組分，這稱為精餾。精餾塔是進行精餾的一種塔式汽液接觸裝置，有板式塔與填料塔兩種主要類型。

板式塔由圓筒形塔體和按一定間距水平裝在塔內的若干塔板組成；填料塔是以塔內的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質設備，塔內填充適當高度的填料，以增加兩種流體間的接觸表面。兩者主要區別如下：

（1）填料塔操作范圍較小，對于液體負荷的變化特別敏感。當液體負荷較小時，填料表面不能很好地潤濕，傳質效果急劇下降；當液體負荷過大時，容易產生液泛。板式塔具有較大的操作范圍；

（2）填料塔不宜處理含固體懸浮物的物料，而某些類型的板式塔（如大孔徑穿流板塔）可以有效地處理這種物系，板式塔的清洗亦比填料塔方便；

（3）填料塔的壓降比板式塔的小，因而對真空操作更為適宜。板式塔因為每塊塔板的開孔率為5%-10%，又有25-50mm清液層，故壓降大，各塊理論板壓降約為1Kpa；壓降小是填料塔的主要優點，規整填料約0.15Kpa壓降；

（4）對于真空精餾和常壓精餾，填料塔的效率優于板式塔，其原因在于填料充分利用了塔內空間，提供了大的傳質面積，使得氣液兩相可以充分接觸傳質；

（5）板式塔較填料塔投資較小。


在實際生產過程中，精餾操作可分為間歇精餾和連續精餾兩種。對于石油化工等大型生產過程，主要是采用連續精餾。

1.2 換熱器

換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備。石化裝置常用的是管殼式換熱器、U型管換熱器等，精細化工常用碟片式冷凝器、螺旋板冷凝器等。


管殼式換熱器適應性最大，使用最廣泛。在中等壓力（4.0Mpa以下）情況下，采用管殼式換熱器最為合適。U型管換熱器適用于高壓下操作。

1.3 空冷器

空冷器是以環境空氣作為冷卻介質，使管內高溫工藝流體得到冷卻或冷凝的設備，一般布置在裝置的最頂層。它與水冷相比，其優點是節省了大量的冷卻用水，減少了工業地區水的污染問題；第二個優點是節省了工廠的投資和維修費用。它的缺點是占地面積大，造價較高。


圖7 空冷器

1.4 加熱爐

管式加熱爐是將爐管中通過的物料加熱至所需溫度，然后進入下一工藝設備進行分餾、裂解或反應等。常用的管式加熱爐按其外形結構型式分為圓筒形加熱爐、臥管立式加熱爐、立管立式加熱爐等。


管式加熱爐一般由輻射段和對流段組成。在輻射段內，高溫煙氣主要以輻射的方式將加熱量傳給輻射管。煙氣上升進入對流段，在對流段中煙氣主要以對流的方式將熱量傳給對流管。為了提高加熱爐的熱效率，普遍采用余熱回收系統，并采用集中排煙的高煙囪以減少環境污染。

1.5 儲罐

儲罐是用于儲存液體或氣體的鋼制密封容器即為鋼制儲罐，按結構分類可分為固定頂儲罐、浮頂儲罐、球形儲罐等。50m3以上為大型儲罐多為立式儲罐；50m 3以下的為小型儲罐多為臥式儲罐，通常用于生產環節或加油站。


1.5.1 固定頂儲罐

固定頂儲罐是指罐頂為球冠狀、罐體為圓柱形的一種鋼制容器，制造簡單、造價低廉，所以在國內外許多行業應用最為廣泛，最常用的容積為 1,000 -10,000m 3。

固定頂罐頂部留有一定容量的氣相空間，氣相空間大會使罐內儲存油品的蒸發損失變大，所以固定頂罐不適宜輕質油品和原油的儲存，主要用于儲存閃點＞60℃的各種餾分、燃料油、煤油、低揮發性及重質油品。


1.5.2 浮頂儲罐

浮頂儲罐是由漂浮在介質表面上的浮頂和立式圓柱形罐壁所構成。浮頂隨罐內介質儲量的增加或減少而升降，浮頂外緣與罐壁之間有環形密封裝置，罐內介質始終被內浮頂直接覆蓋，減少介質揮發。浮頂儲罐分為外浮頂和內浮頂兩種形式。

1.5.2.1 外浮頂儲罐

外浮頂儲罐適宜建造大容積儲罐，建造大容積儲罐不僅可以節省單位儲油容積的鋼材耗量和建設投資，而且可以減少罐區的占地面積，節省油罐附件和罐區管網。

但是外浮頂儲罐的浮頂直接暴露在大氣下，儲存的油品容易被雨雪、灰塵玷污，故而外浮頂罐多用來儲存原油、乙烯原料，較少用于儲存成品油。

外浮頂儲罐最大容積為150,000m。

1.5.2.2 內浮頂儲罐

內浮頂儲罐是在拱頂儲罐內部增設浮頂而成，罐內增設浮頂可減少介質的揮發損耗，外部的拱頂又可以防止雨水、積雪及灰塵等進入罐內，保證罐內介質清潔。這種儲罐主要用于儲存輕質油，例如汽油、航空煤油等。

內浮頂最大容積為30,000m。

1.6 反應器

反應器是實現反應過程的設備，是化工生產流程中的中心環節。反應器按結構大致可分為管式、釜式、塔式、固定床和流化床等類型，精細化工中常用反應釜。


固定床是裝填有固體催化劑或固體反應物用以實現多相反應過程的一種反應器。固體物通常呈顆粒狀，粒徑2～15mm左右，堆積成一定高度（或厚度）的床層。床層靜止不動，流體通過床層進行反應，主要用于實現氣固相催化反應，如氨合成塔、二氧化硫接觸氧化器、烴類蒸汽轉化爐等。

流化床是一種利用氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運動狀態，并進行氣固相反應過程或液固相反應過程的反應器。在用于氣固系統時，又稱沸騰床反應器。

2 動設備

動設備是指有驅動機帶動的轉動設備，如泵、壓縮機、風機、電機以及成型機、包裝機、攪拌機等。

2.1 泵

泵是輸送液體或使液體增壓的機械，它是將電機的機械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加。石油化工裝置用泵主要分三大類，即離心泵、往復泵和旋轉泵。


2.1.1 離心泵

石油化工廠多采用離心泵，約占工藝用泵總量的80%-90%。離心泵的操作費用最省，維修工作量小。

2.1.2 往復泵

往復泵有前后移動的柱塞，以置換液體迫使液體由出口嘴子留出。往復泵包括活塞泵、柱塞泵（計量泵）、隔膜泵。


圖20 活塞泵

2.1.3 旋轉泵

旋轉泵用以輸送較重或粘度較大的物料，如潤滑脂、瀝青、重燃料油等。旋轉泵包括齒輪泵、螺桿泵等。


2.2 風機

風機是依靠輸入的機械能，提高氣體壓力并排送氣體的機械。通常所說的風機包括：引風機，鼓風機等。


圖22 引風機、鼓風機

2.3 壓縮機

壓縮機將低壓氣體提升為高壓氣體的一種從動的流體機械。化工生產裝置中常用離心式壓縮機、往復式壓縮機等。

在離心式壓縮機中，氣體從軸向進入，由于葉輪的旋轉，氣體被離心力告訴甩出葉輪，然后進入流通面積逐漸擴大的擴大器中，將動能轉化成壓力能。


圖23 壓縮機

3 總結

自控設計人員應了解化工生產中常用設備的基本原理和常見的形式，有助于了解項目工藝生產流程，掌握典型設備的控制方案等。

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