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不同系列化工流程，實現這些流程所用的機械叫作化工設備。

化工設備通常分為靜設備和動設備兩類。

1 靜設備

靜設備是指安裝完畢后處于靜止狀態即能在生產操作流程中不用動力傳動的設備。靜設備被普遍地應用與生產中的傳質、傳熱、物質加熱、化學反應等各種工藝流程以及儲存材料。如各種容器、塔器、反應裝置、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別將其分離的化工單元操作，按照蒸餾方式通常分為簡單蒸餾、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，zui終可得到較純的輕、重組分，這叫作精餾。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類主要類型。

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結合而成；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，以增加兩類流體間的接觸表面。兩者主要區分如下：

（1）填料塔操作范圍較小，對于液體負荷的變化特別敏銳。當液體負荷較小時，填料表面不能很不錯地潤濕，傳質效果大幅下挫；當液體負荷過大時，容易產生液泛。板式塔擁有較大的操作范圍；

（2）填料塔不可以處理含固體懸浮物的材料，而某些類型的板式塔（如大孔徑穿流板塔）能夠有效處理這種物系，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，所以對真空操作尤為適宜。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，各塊理論板壓降大概在1Kpa；壓降小是填料塔的主要特點，規整填料約0.15Kpa壓降；

（4）對于真空精餾和常壓精餾，填料塔的效率好于板式塔，究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，導致氣液兩相能充分接觸傳質；

（5）板式塔較填料塔投資較小。


在實際生產流程中，精餾操作劃分為間歇精餾和連續精餾兩類。對于石油化工等大型生產流程，重點是利用連續精餾。

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。石化裝置經常使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裝置、螺旋板冷凝裝置等。


管殼式換熱器適應性zui大，使用zui廣泛。在中等壓力（4.0Mpa以下）情況下，采用管殼式換熱器zui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散熱物質，使管內高溫工藝流體得到散熱或冷凝的設備，一般布置在裝置的zui頂層。它與水冷相比，它的特點是節省了大量的散熱用水，降低了工業區域水的污染問題；第二個特點是節省了廠家的投資和修理費用。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經過的材料加熱至所需溫度，然后進入下一工藝設備進行分餾、裂解或反應等。經常使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。


管式加熱爐通常由輻射段和對流段結合而成。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，普遍使用余熱回收系統，并采取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，按結構分類劃分為固定頂儲罐、浮頂儲罐、球形儲罐等。50m3以上為大型儲罐多數為立式儲罐；50m 3以下的為小型儲罐多數為臥式儲罐，通一般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、價格優惠，所以在國內外很多應用行業zui為廣泛，zui經常使用的容積為 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耗變大，所以固定頂罐不適合輕質油品和原油的儲存，重點用于儲存閃點＞60℃的各種餾分、燃料油、煤油、揮發性低及重質油品。


1.5.2 浮頂儲罐

浮頂儲罐是由漂浮在物質表面上的浮頂和立式圓柱形罐壁所產生。浮頂隨罐內物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，罐內物質一直被內浮頂直接覆蓋，減少物質揮發。浮頂儲罐分為外浮頂和內浮頂兩類形式。

1.5.2.1 外浮頂儲罐

外浮頂儲罐適宜建造大容積儲罐，建造大容積儲罐不單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，因而外浮頂罐多作為儲存原油、乙烯原料，較少用于儲存成品油。

外浮頂儲罐zui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物質的揮發損耗，外部的拱頂亦可避免止雨水、積雪及灰塵等進入罐內，保證罐內物質清潔。這種儲罐重點用于儲存輕質油，例如汽油、航空煤油等。

內浮頂zui大容積為30,000m。

1.6 反應裝置

反應裝置是實現反應流程的設備，是化工生產流程中的中心環節。反應裝置按結構大致劃分為管式、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流程的一種反應裝置。固體物一般呈顆粒狀，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，流體經過床層進行反應，重點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經過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運動狀態，同時進行氣固相反應流程或液固相反應流程的反應裝置。在用于氣固系統時，又被稱之為沸騰床反應裝置。

2 動設備

動設備是指有帶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輸送給液體，使液體能量增加。石化裝置用泵主要分三大類，即離心泵、往復泵和轉動泵。


2.1.1 離心泵

石化廠多使用離心泵，約占工藝用泵總量的80%-90%。離心泵的操作費用zui省，修理工作量小。

2.1.2 往復泵

往復泵有前后運動的柱塞，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 轉動泵

轉動泵用以輸送較重或粘度較大的材料，如潤滑脂、瀝青、重燃料油等。轉動泵包括齒輪泵、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。一般所說的風機包括：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高為高壓氣體的一種從動的流體機械�；�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，由于葉輪的轉動，氣體被離心力告訴甩出葉輪，然后進入流通面積逐步擴大的擴大器中，將動力轉化成壓力能。


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，有助于了解項目制造工藝流程，掌握典型設備的控制方案等。