化工生產(chǎn)基礎(chǔ)知識(最終版)講解學(xué)習(xí)課件

化工生產(chǎn)基礎(chǔ)知識吳云龍2011年10月7/4/20231目錄第一部分化工生產(chǎn)概論

第一節(jié)化學(xué)工業(yè)第二節(jié)化工生產(chǎn)過程的定義和特點(diǎn)第三節(jié)化工生產(chǎn)過程的基本組成規(guī)律第四節(jié)化工生產(chǎn)過程的有關(guān)基本概念7/4/20232第二部分化工基本操作第一節(jié)流體輸送第二節(jié)混合物的分離第三節(jié)傳熱第四節(jié)蒸發(fā)第五節(jié)液體的精餾第六節(jié)氣體吸收第七節(jié)干燥第八節(jié)制冷7/4/20233第三部分有機(jī)化學(xué)工業(yè)

第一節(jié)前言第二節(jié)有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識第三節(jié)有機(jī)化學(xué)主要產(chǎn)品7/4/20234第四部分己二酸產(chǎn)品及生產(chǎn)方法簡介

第一節(jié)己二酸分子式和結(jié)構(gòu)式第二節(jié)己二酸物理性質(zhì)第三節(jié)己二酸用途第四節(jié)己二酸生產(chǎn)方法第五節(jié)本公司己二酸項(xiàng)目生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)原理第六節(jié)己二酸的三種主要原料來源7/4/20235《化工生產(chǎn)基礎(chǔ)》第一部分化工生產(chǎn)概念第一節(jié)化學(xué)工業(yè)一、化學(xué)工業(yè)的定義以天然物質(zhì)或其他物質(zhì)為原料，通過化學(xué)方法和物理方法，使其結(jié)構(gòu)、形態(tài)發(fā)生變化，生成新的物質(zhì)，制成生產(chǎn)資料和生活資料的工業(yè)，稱為化學(xué)工業(yè)。7/4/20236二、化學(xué)工業(yè)的重要性1、化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要部門2、化學(xué)工業(yè)和人民生活息息相關(guān)3、人類正面臨著資源、能源、環(huán)境等危機(jī)，解決這些的根本途徑也有賴于化學(xué)工業(yè)4、核能的利用為解決能源危機(jī)開辟了廣闊前景，但核能工業(yè)和化學(xué)工業(yè)的關(guān)系非常密切?；瘜W(xué)工業(yè)上述的作用要通過化工生產(chǎn)過程來實(shí)現(xiàn)。7/4/20237第二節(jié)化工生產(chǎn)過程一、化工生產(chǎn)過程的定義化工生產(chǎn)過程（又稱：化工工藝過程）主要指原材料進(jìn)入化工生產(chǎn)裝置，經(jīng)過物理方法和化學(xué)方法的加工到制成合格產(chǎn)品的過程?；どa(chǎn)過程對化工企業(yè)創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富起著決定性作用，是構(gòu)成化工企業(yè)的主體。7/4/20238二、化工生產(chǎn)過程的四個(gè)特點(diǎn)1、化工生產(chǎn)過程連續(xù)性和間接性化工生產(chǎn)過程是通過一定的工藝流程來實(shí)現(xiàn)的，屬于流程型生產(chǎn)。工藝流程指的是以反應(yīng)設(shè)備為骨干，由系列單元設(shè)備通過管路串聯(lián)組成的系統(tǒng)裝置。

流程型生產(chǎn)一般具有連續(xù)性和間接性：7/4/20239（1）連續(xù)性體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①空間的連續(xù)性，生產(chǎn)過程是一條連鎖式的生產(chǎn)線，各個(gè)工序緊密相聯(lián)，首尾串通，無論哪個(gè)工序失調(diào)，都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)線不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。②時(shí)間的連續(xù)性，生產(chǎn)長期運(yùn)轉(zhuǎn)，晝夜不停，各個(gè)班次緊密銜接，無論哪班出故障，都會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)過程的正常運(yùn)行。7/4/202310（2）間接性體現(xiàn)在操作人員一般不和物料直接接觸，生產(chǎn)過程在密閉的設(shè)備內(nèi)進(jìn)行，對物料的運(yùn)行看不見，摸不著，操作人員要借助管道識別物料，靠檢測儀表、分析化驗(yàn),了解生產(chǎn)情況,用儀表和計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)運(yùn)行.7/4/2023112、生產(chǎn)技術(shù)的復(fù)雜性和嚴(yán)密性（1）復(fù)雜性化工的工藝流程多數(shù)比較復(fù)雜,當(dāng)今的基礎(chǔ)化學(xué)正朝著大型化和高度自動(dòng)化發(fā)展；而應(yīng)用化學(xué)工業(yè)正朝著精細(xì)化、專用化、高性能和深加工發(fā)展。（2）嚴(yán)密性由于化工反應(yīng)對其應(yīng)具備的條件要求非常嚴(yán)格，每種產(chǎn)品都有一套嚴(yán)密的工藝流程，必須嚴(yán)格執(zhí)行，否則不僅制造不出合格產(chǎn)品，還會(huì)造成事故。7/4/202312（3）原料、產(chǎn)品和工藝的多樣性化工生產(chǎn)可以用不同原料制造同一產(chǎn)品，也可用同一原料制造不同產(chǎn)品。化工產(chǎn)品一般都有兩種以上的生產(chǎn)工藝。即使用同樣原料制造同一產(chǎn)品，也常有幾種不同的工藝流程。（4）安全生產(chǎn)極端重要化工生產(chǎn)一般具有高溫高壓、易燃易爆、有毒有害的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)決定了化工生產(chǎn)中安全的機(jī)器重要性。學(xué)習(xí)化工生產(chǎn)知識，要特別注重學(xué)習(xí)掌握安全生產(chǎn)的知識和技能。7/4/202313第三節(jié)化工生產(chǎn)過程的基本組成規(guī)律一、基本組成規(guī)律主要有三條第一、化工生產(chǎn)過程是由若干單元操作和單元反應(yīng)等基本加工過程構(gòu)成的，他們?nèi)缤どa(chǎn)過程的構(gòu)件；第二、化工生產(chǎn)過程是由原料的預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)產(chǎn)物加工這三個(gè)基本步驟構(gòu)成的；第三、化工生產(chǎn)過程貫穿著兩種轉(zhuǎn)換，即物質(zhì)轉(zhuǎn)換和能量轉(zhuǎn)換。7/4/202314二、單元操作和單元反應(yīng)1、單元操作和單元反應(yīng)的定義在化工生產(chǎn)過程中，具有共同的特點(diǎn)，遵循共同的物理學(xué)和化學(xué)規(guī)律，所用設(shè)備相似，作用相同的基本加工過程稱為單元操作或單元反應(yīng)。其中：具有物理變化特點(diǎn)的基本加工過程成為單元操作（也稱物理過程）具有化學(xué)變化特點(diǎn)的基本加工過程成為單元反應(yīng)（也稱單元過程或化學(xué)過程）。7/4/202315舉例說明：尿素產(chǎn)品的生產(chǎn)過程示意如下：液氨→液氨泵→預(yù)熱→合?吸收→循環(huán)氣

CO2→壓縮→成→分離→過濾→蒸發(fā)?循環(huán)液

造粒

尿素產(chǎn)品合成原料的預(yù)處理化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物加工7/4/2023162.常用的單元操作單元操作和單元反應(yīng)為數(shù)并不多，加起來不過幾十種，但它們能組合成各種各樣的化工生產(chǎn)過程，就像26個(gè)英文字母能組成無數(shù)的單詞和詞句一樣。常用的單元操作有18種，見下表：7/4/202317類別名稱作用設(shè)備舉例流體流動(dòng)過程流體輸送液體輸送把液體物料從一處輸送到另一處泵氣體輸送把氣體物料從一處輸送到另一處風(fēng)機(jī)氣體壓縮提高氣體壓力，克服輸送阻力壓縮機(jī)非均相物系分離沉降用沉降的方法把懸浮顆粒從液體或氣體中分離出來沉降機(jī)過濾用多孔物質(zhì)阻擋固體顆粒，使之從氣體或液體中分離出來過濾機(jī)離心分離在離心力作用下，分離懸浮液或乳濁液離心機(jī)固體流態(tài)化用流體使大量固體顆粒懸浮而具有流體特點(diǎn)流化床反應(yīng)器7/4/202318傳熱過程傳熱使物料升溫、降溫或改變相態(tài)

換熱器蒸發(fā)用氣化的方法，使非揮發(fā)性物質(zhì)的稀溶液濃縮成較濃的溶液

蒸發(fā)器結(jié)晶使溶質(zhì)成為晶體，從溶液中析出結(jié)晶器傳質(zhì)過程蒸餾通過氣化和冷凝將液體混合物分離精餾塔吸收用液體吸收劑將氣體混合物分離吸收塔萃取用液體萃取劑將液體混合物分離萃取塔干燥一般指用加熱氣化的方法除去固體物料所含水分干燥器7/4/202319熱力過程冷凍將物料溫度降到比常溫低的操作冷凍循環(huán)裝置機(jī)械過程粉碎在機(jī)械外力作用下，使固體顆粒變小粉碎機(jī)篩分將固體顆粒分為大小不同的部分網(wǎng)形篩固體輸送把固體物料從一處輸送到另一處皮帶運(yùn)輸機(jī)說明：(1)流體流動(dòng)過程的單元操作遵循流體動(dòng)力學(xué)規(guī)律進(jìn)行的操作過程，如液體輸送、氣體輸送、氣體壓縮、過濾、沉降等。7/4/202320(2)熱量傳遞過程的單元操作遵循熱量傳遞規(guī)律進(jìn)行的操作過程，也叫傳熱過程，如傳熱、蒸發(fā)等。(3)質(zhì)量傳遞過程的單元操作物質(zhì)從一個(gè)相轉(zhuǎn)移到另一個(gè)相的操作過程，也叫傳質(zhì)過程，如蒸餾、吸收、萃取等。(4)熱力過程的單元操作遵循熱力學(xué)原理進(jìn)行的單元操作，如冷凍等。(5)機(jī)械過程的單元操作靠機(jī)械加工或機(jī)械輸送的單元操作，如粉碎、固體輸送等。7/4/202321三、結(jié)論化工生產(chǎn)過程的表現(xiàn)形式是由若干操作和單元反應(yīng)串聯(lián)組成的一套工藝流程，通過三個(gè)步驟（即〈1〉原料預(yù)處理；〈2〉化學(xué)反應(yīng)；〈3〉反應(yīng)產(chǎn)物加工。），進(jìn)行兩種轉(zhuǎn)換（即物質(zhì)轉(zhuǎn)換與能量轉(zhuǎn)換），將化工原料制成化工產(chǎn)品。7/4/202322第四節(jié)化工生產(chǎn)過程的有關(guān)基本概念一、相和相變化工生產(chǎn)過程有化學(xué)變化和物理變化物理變化有相變和非相變之分，如結(jié)晶、溶解、蒸發(fā)等操作，物質(zhì)的相態(tài)發(fā)生了變化，屬于相變，粉碎、篩分等操作，只改變形態(tài)，沒有相態(tài)的變化，屬于非相變。7/4/202323二、下面介紹有關(guān)相和相變的基本概念1、系統(tǒng)和環(huán)境為了研究和計(jì)算的方便，人們常將研究的部分從周圍事物中劃分出來，作為研究的對象。被劃分出來的部分稱為系統(tǒng)（也叫體系、物系、系）。系統(tǒng)以外與系統(tǒng)有關(guān)的物質(zhì)和空間稱為環(huán)境（也叫外界）。系統(tǒng)可以是一個(gè)產(chǎn)品的整個(gè)流程，也可以是一個(gè)工序，一個(gè)設(shè)備。7/4/2023242、相和相數(shù)系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)，具有相同物理性質(zhì)和相同化學(xué)性質(zhì)的并且完全均勻的部分，稱為相。系統(tǒng)中相的數(shù)目，稱為相數(shù)。例如一杯水，杯中各部分的水都具有相同的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，就整杯水來說，他們性質(zhì)是均勻的。因此，若以水為系統(tǒng)，不論水量多少，它為一相。如果杯中有幾塊冰，雖然水和冰有共同的化學(xué)性質(zhì)，但在水和冰的界面上其物理性質(zhì)發(fā)生了突變，若以水和冰為系統(tǒng)，它就是兩相。顯然，若以水、冰和水面上的氣體為系統(tǒng)，它就是三相。7/4/202325確定混合物相的數(shù)目，主要看其組成是否均勻。組成均勻的是一相，稱單相混合物；否則就是多相，稱為多相混合物。氣體混合物無論有幾種氣體組成，一般是均勻的，所以是一相。液體混合物中，如果幾種液體是完全互溶的，就是一相。例如酒精的水溶液是一相。如果幾種液體不是完全互溶的，就不是一相。例如水和油混合在一起是兩相。7/4/202326固體混合物一般情況只是摻和，無論粉碎的多么細(xì)，其組成也不均勻，所以每種固體各自成為一相。一種物質(zhì)可以有多個(gè)相，水、冰和水蒸氣就是水的三相。7/4/2023273、相變和相平衡物質(zhì)從一個(gè)相轉(zhuǎn)變到另一個(gè)相的過程稱為相變過程。當(dāng)外界條件變化時(shí)，才會(huì)發(fā)生相變。如水凝結(jié)成冰，冰融化成水，水汽化成水蒸氣，水蒸氣凝結(jié)成冰，都是相變過程。7/4/202328相變規(guī)律在化工生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，人們常常為了生產(chǎn)的需要，有意識的促使物質(zhì)發(fā)生相變。例如，將輕油為原料生產(chǎn)氨，必須先將液態(tài)的輕油氣化，才能同水蒸氣發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)。許多氣體混合物的分離，必須在液相的情況下進(jìn)行。例如，空分制氧和氮的工藝。如果兩個(gè)以上的相共存，在較長時(shí)間內(nèi)，從表面上看沒有任何物質(zhì)在各相之間傳遞時(shí)，可以認(rèn)為這些相之間已達(dá)到平衡，稱為相平衡。7/4/202329二.過程的平衡關(guān)系和過程速率化學(xué)工程中所說的“過程”有其特定的含義：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生變化時(shí)，發(fā)生變化的經(jīng)過視為過程?；どa(chǎn)中的每一種物理變化或化學(xué)變化，每一種單元操作或單元反應(yīng)，都可視為過程。研究過程的規(guī)律，目的是使過程的進(jìn)行有利于生產(chǎn)。平衡關(guān)系和過程速率就是其中兩條重要規(guī)律。7/4/2023301、過程的平衡關(guān)系過程的平衡關(guān)系是指任何過程都在變化著，都是在一定條件下由不平衡向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)化。平衡狀態(tài)是變化的極限。例一：蒸發(fā)和凝結(jié)的平衡，如在一個(gè)密閉容器內(nèi)液體，蒸發(fā)和凝結(jié)處于動(dòng)態(tài)平衡。例二：可逆反應(yīng)。7/4/2023312、過程速率過程速率是單位時(shí)間內(nèi)過程進(jìn)行的變化量。如傳熱過程的速率是單位時(shí)間內(nèi)傳遞的熱量；傳質(zhì)過程的速率是單位時(shí)間內(nèi)傳遞的質(zhì)量。任何過程速率都與過程的推動(dòng)力成正比，與過程的阻力成反比?？捎靡韵禄娟P(guān)系式表示:

過程速率=7/4/202332過程的推動(dòng)力是指直接導(dǎo)致過程進(jìn)行的動(dòng)力。如流體流動(dòng)過程的推動(dòng)力是壓差或位差，傳熱過程的推動(dòng)力是冷熱流體的溫度差，吸收過程的推動(dòng)力是濃度或分壓差。過程的阻力因素，與過程的性質(zhì)、操作條件都有關(guān)系。提高過程速率的途徑是加大過程的推動(dòng)力和減少過程的阻力。研究怎樣加大過程推動(dòng)力和減少阻力，是提高產(chǎn)品收率的關(guān)鍵問題。7/4/202333三、化工生產(chǎn)常用的量和單位1、法定計(jì)量單位由國家依法令形式規(guī)定允許使用的單位叫法定計(jì)量單位。它是在1984年由中華人民共和國國務(wù)院公布實(shí)施的中國的法定計(jì)量單位是以國際單位制（英文縮寫SI）為基礎(chǔ)，并根據(jù)本國實(shí)際情況以適當(dāng)選用了一些非國際單位所構(gòu)成的。7/4/2023342、化工生產(chǎn)常用的法定計(jì)量單位（1）化工常用的5種SI基本單位①長度基本單位是米（m），其倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位有千米(Km)、厘米（cm）、毫米（mm）②時(shí)間基本單位是秒（s）。國家選定的SI之外時(shí)間單位還有分（min）、﹝小﹞時(shí)（h）、天（日，d）7/4/202335③質(zhì)量（法定計(jì)量單位有3種）千克（公斤，kg），是基本單位克（g）及其部分倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位，如兆克（Mg）、毫克（mg）等噸（t）及其倍數(shù)單位④熱力學(xué)溫度基本單位是開﹝爾文﹞（K）與攝氏溫度t（℃）的關(guān)系K=273.16+℃⑤物質(zhì)的量基本單位是摩爾（mol），其倍數(shù)、分?jǐn)?shù)單位有kmol、mmol等。7/4/202336（2）化工生產(chǎn)常用法定計(jì)量單位見表（25種）量的名稱量的符號SI單位SI值外法定計(jì)量單位單位名稱單位符號單位名稱單位符號長度L；l米m

時(shí)間t秒s分[小]時(shí)天（日）minhd質(zhì)量m千克（公斤）kg噸t熱力學(xué)單位T開[爾文]K

物質(zhì)的量n摩[爾]mol

7/4/202337力F牛[頓]N

壓力，壓強(qiáng)p帕[斯卡]Pa

能[量]功熱[量]FWQ焦[耳]J千瓦[特小]時(shí)

功率P瓦[特]W

面積A平方米㎡

體積V立方米m3升L速度υ米每秒m/s

密度ρ千克每立方米kg/cm3

相對密度d

1

粘度η(μ)帕[斯卡]秒Pa·s

7/4/202338體積流量qv立方米每秒m3/s

比熱容c千焦[耳]每千克開[爾文]kg/(m.K)

導(dǎo)熱系數(shù)λ瓦[特]每米開[爾文]W/(m.K)

傳遞系數(shù)K瓦[特]每平米開[爾文]W/(㎡.K)

摩爾質(zhì)量M千克每摩[爾]kg/(㎡.k)

B的質(zhì)量濃度ρB千克每立方米kg/m3克每升g/LB的[物質(zhì)的量]濃度CB；[B]摩[爾]每立方米mol/m3摩[爾]每升mol/LB的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωB

1

B的摩爾分?jǐn)?shù)xB，（yB）

1

B的體積分?jǐn)?shù)φB

1

7/4/2023393、常用單位換算法定計(jì)量單位不應(yīng)使用的單位量的單位單位名稱單位符號單位名稱單位符號單位制與法定計(jì)量單位的換算長度米m英尺英寸Ftin英制1ft=0.3048m1in=25.4mm時(shí)間秒s1min=60s1h=3600s1d=86400s7/4/202340質(zhì)量千克（公斤）噸kgt(103kg)市斤kg.s2/m市制工程1市斤=500g1kg.s2/m=9.81kg熱力學(xué)溫度攝氏度開爾文攝氏度K℃物質(zhì)的量摩爾mol克分子克當(dāng)量按當(dāng)量粒子相當(dāng)于mol力牛頓N千克力達(dá)因kgfdyncgs1kgf=9.81N1dyn=10-5N7/4/202341壓力壓強(qiáng)帕斯卡Pa(N/m2)千克每平方厘米kgf/m2cgs1kgf/m2=9.81×104Pa公斤每平方米kg/m2工程1kg/m2=9.81Pa毫米水柱mmH2O1mmH2O=9.81Pa毫米汞柱mmHg1mmHg=133.32Pa標(biāo)準(zhǔn)大氣壓atm1at,=101.3Pa7/4/202342能量能量焦耳J/(N.m)千克米kgf.mcgs1kgf.m=9.81J卡cal1cal=4.1868J功率瓦特W公斤米每秒kg.m/s工程1kg.m/s=9.81W密度克每立方厘米g/cm3質(zhì)量熱容焦耳每千克卡爾文J/kg.k千卡每公斤攝氏度kcal/kg.℃工程1kcal/kg.℃=4.2kJ/kg.K7/4/202343四.物料計(jì)算和能量計(jì)算化工生產(chǎn)貫穿著物料轉(zhuǎn)換和能量轉(zhuǎn)換。準(zhǔn)確地掌握這兩種轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系，就要進(jìn)行物料衡算和能量衡算?；ぴO(shè)計(jì)必須要進(jìn)行物料衡算和能量衡算，它是設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。而化工生產(chǎn)管理和化工操作，也應(yīng)進(jìn)行簡單的物料衡算和能量衡算，通常稱其為物料計(jì)算和能量計(jì)算，它是生產(chǎn)管理和班組核算的重要內(nèi)容。依次可以判定操作優(yōu)劣，分析經(jīng)濟(jì)效益，提供工藝數(shù)據(jù)，為嚴(yán)密地控制生產(chǎn)運(yùn)行打下基礎(chǔ)。7/4/2023441、質(zhì)量守恒，物料計(jì)算物料衡算的依據(jù)是質(zhì)量守恒定律，即化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物的質(zhì)量總和等于生成物的質(zhì)量總和。這個(gè)定律用于化工生產(chǎn)過程，可表述為：任何一個(gè)生產(chǎn)過程，其原料消耗量應(yīng)為產(chǎn)品量與物料損失量之和。輸入的物料質(zhì)量=輸出的物料質(zhì)量+損失物料的質(zhì)量上述這個(gè)公式是物料衡算（物料計(jì)算）的通式。7/4/202345物料衡算的步驟，按以下六步進(jìn)行：（1）分析題意。（2）畫示意圖將輸入、輸出的所有物料逐個(gè)標(biāo)在圖上，用箭頭表示方向。（3）選擇系統(tǒng)系統(tǒng)中應(yīng)包括盡可能多的已知量和盡可能少的未知量。如果系統(tǒng)選擇得恰當(dāng)，可以很簡便地求出解來。否則會(huì)使求解復(fù)雜化，甚至求不出解。選定系統(tǒng)后，在圖上用虛線畫出方框表示，虛線表示邊界。7/4/202346（4）選定衡算對象和基準(zhǔn)衡算對象就是對哪種物料進(jìn)行衡算?；鶞?zhǔn)可以是一定的時(shí)間，也可以是一定質(zhì)量的物料。整個(gè)計(jì)算必須依據(jù)同一基準(zhǔn)。（5）寫出物料平衡方程式，并計(jì)算，求解。（6）列出物料平衡表，并用平衡表驗(yàn)算。7/4/2023477/4/202348注意點(diǎn)：①物料衡算題，應(yīng)按以上步驟進(jìn)行。②計(jì)算時(shí)用的單位應(yīng)統(tǒng)一。③物料衡算是質(zhì)量的衡算，物料衡算方程式只能用質(zhì)量單位，不能用體積單位。應(yīng)用舉例：含有60%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）乙醇的溶液，以每小時(shí)1000Kg的加料量進(jìn)入精餾塔，要求塔頂產(chǎn)90%濃度乙醇，塔釜出來的殘液中含乙醇小于10%，計(jì)算每小時(shí)的乙醇產(chǎn)量和殘液量。7/4/202349（產(chǎn)品）7/4/202350解：（1）分析題意后，畫乙醇精餾流程示意圖。（2）設(shè)加料量為F，產(chǎn)量為D，殘液量為W，則F=D+W①對總物料進(jìn)行衡算：1000=D+W，或W=1000-D②對乙醇進(jìn)行衡算加料中乙醇含量=1000﹡60%=600kg,產(chǎn)品中乙醇含量=D﹡90%，殘液中乙醇含量=W﹡10%1000﹡60%=D﹡90%+W﹡10%=D﹡0.9+(1000-D)﹡0.1解該一元一次方程，得D=625kg代入得W=1000-D,得W=1000-625=375kg

7/4/202351③計(jì)算結(jié)果:每小時(shí)的乙醇產(chǎn)量為625kg,殘液量為375kg。2.能量守恒，能量計(jì)算化工生產(chǎn)中，能量消耗是一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它是衡算工藝過程、設(shè)備設(shè)計(jì)、操作水平是否合理的重要指標(biāo)之一。能量衡算是以物料衡算為基礎(chǔ)的，同時(shí)又是設(shè)備計(jì)算的基礎(chǔ)。通過能量衡算可以求出設(shè)備的熱負(fù)荷，進(jìn)行確定設(shè)備的傳熱面積以及加熱或冷卻劑的用量。7/4/202352化工生產(chǎn)中熱量的消耗是能量消耗的主要部分，因此化工生產(chǎn)中的能量衡算主要是熱量衡算。熱量衡算的依據(jù)是能量守恒定律，即輸入體系的熱量等于輸出體系的熱量加上體系內(nèi)積累或損失的熱量。熱量衡算的步驟，按以下六步進(jìn)行：7/4/202353（1）明確計(jì)算任務(wù)明確熱量衡算類型是分別進(jìn)行物料衡算和熱量衡算，還是兩者聯(lián)算。此外還應(yīng)了解是屬于單個(gè)設(shè)備的熱量衡算，還是屬于由多個(gè)單元設(shè)備組成的復(fù)雜化工過程的熱量衡算。7/4/202354（2）繪出熱量衡算示意圖熱量衡算一般是在物料衡算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因此必須先畫出物料流程圖，在圖中標(biāo)明各物流與熱量有關(guān)的變量，如溫度、壓力、相態(tài)等。（3）搜集數(shù)據(jù)通過查閱手冊得到各物料有關(guān)的熱性質(zhì)數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、熱熔、焓值、化學(xué)反應(yīng)熱等。7/4/202355（4）確定計(jì)算基準(zhǔn)為了計(jì)算方便，可取0℃為基準(zhǔn)。鑒于手冊上查到的熱力學(xué)數(shù)據(jù)大多為25℃時(shí)的數(shù)據(jù)，所以也常選25℃為計(jì)算基準(zhǔn)。（5）列出熱量衡算式，求解∑Q入=∑Q出（6）列表并校核計(jì)算結(jié)果7/4/202356應(yīng)用舉例用20℃的冷卻水將物料2000kg/h在一個(gè)換熱器內(nèi)由80℃冷卻到40℃，冷卻水從換熱器出口溫度為35℃，計(jì)算每小時(shí)需要多少kg冷卻水通過查閱手冊，已得到在0℃時(shí)，水的比熱容為1kcal/(kg·℃)；物料的比熱容0.4kcal/(kg·℃)7/4/202357解：（1）繪出熱量衡算示意圖(2000Kg/h)(2000Kg/h)7/4/202358（2）選0℃為基準(zhǔn)溫度（3）求解：設(shè)每小時(shí)需要的冷卻水量為W水①進(jìn)入熱量：物料帶入熱量Q1=2000（80-0）﹡0.4=64000kal/h冷卻水帶入熱量Q2=W水﹡（20-0）﹡1=20W水②放出熱量物料帶出熱量Q3=2000（40-0）﹡0.4=32000kcal/h冷卻水帶出熱量Q4=W水﹡（35-0）﹡1=35W水7/4/202359③列出熱量衡算式，并代入：Q1+Q2=Q3+Q464000+20W水=32000+35W水W水=32000/15=2133kg/h即:每小時(shí)需要20℃冷卻水2133kg/h7/4/202360五、化工生產(chǎn)中常用的指標(biāo)指標(biāo)在化工生產(chǎn)中具有重要的作用，它是反映生產(chǎn)狀況的標(biāo)志，檢驗(yàn)質(zhì)量的基準(zhǔn)，指導(dǎo)生產(chǎn)操作的規(guī)范，與生產(chǎn)操作有關(guān)的指標(biāo)主要有技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和工藝指標(biāo)。7/4/202361技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的一種。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是每個(gè)行業(yè)、企業(yè)結(jié)合自己的實(shí)際情況制定的一套適合本行業(yè)、本企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)特點(diǎn)情況的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它是反映本行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的標(biāo)志。化工生產(chǎn)管理與操作中經(jīng)常接觸到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有：7/4/202362（1）產(chǎn)品產(chǎn)率產(chǎn)品產(chǎn)率是實(shí)際產(chǎn)量與理論計(jì)算產(chǎn)量的百分比。即：產(chǎn)品產(chǎn)率=實(shí)際產(chǎn)量/理論產(chǎn)量﹡100%（2）單位產(chǎn)品消耗量（又稱：單耗）單位產(chǎn)品消耗量是生產(chǎn)每單位產(chǎn)品平均消耗原料、能源的數(shù)量。即：單位產(chǎn)品原料消耗量=原料消耗總量/產(chǎn)品產(chǎn)量單位產(chǎn)品耗電量=用電總量/產(chǎn)品產(chǎn)量7/4/202363（3）原料利用率原料利用率是原料理論消耗量與實(shí)際消耗量的百分比。其中，原料理論消耗量是指根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算的生產(chǎn)單位產(chǎn)品應(yīng)消耗的原料量。即:原料利用率=理論原料消耗量/實(shí)際原料消耗量﹡100%7/4/202364（4）化學(xué)反應(yīng)過程的轉(zhuǎn)化率、選擇性、收率①轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率是指某一反應(yīng)物參加反應(yīng)而轉(zhuǎn)化的數(shù)量占該反應(yīng)起始量的百分比。轉(zhuǎn)化率=某一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化量/該反應(yīng)的起始量﹡100%②選擇性選擇性是指體系中轉(zhuǎn)化成目的產(chǎn)物的某反應(yīng)物量與參加反應(yīng)所有反應(yīng)而轉(zhuǎn)化的改反應(yīng)物總量之比。選擇性=轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的某反應(yīng)物的量/該反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化總量7/4/202365③收率收率是從產(chǎn)物角度來描述反應(yīng)過程的效率。收率=轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的某反應(yīng)物的量/該反應(yīng)物的起始量7/4/2023662、工藝指標(biāo)工藝指標(biāo)是指生產(chǎn)加工過程中對各種工藝條件的要求標(biāo)準(zhǔn)，它是工藝規(guī)程的重要組成部分。生產(chǎn)操作中常用的工藝指標(biāo)有以下四種：（1）原料質(zhì)量指標(biāo)它是指原料的質(zhì)量指標(biāo)（2）生產(chǎn)操作指標(biāo)它是指操作過程中的工藝控制參數(shù)，如溫度、壓力、流量等。7/4/202367（3）中間控制指標(biāo)它是指各工序中間產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)，簡稱中控指標(biāo)，按照工藝規(guī)程分析方法測定。（4）成品質(zhì)量指標(biāo)它是指最終產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，是依據(jù)產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)（或部頒標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）制定的，要求按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的分析方法測定。7/4/202368第二部分化工基本操作第一節(jié)流體輸送具有流動(dòng)性的液體和氣體（簡稱流體）在化工生產(chǎn)中進(jìn)行蒸發(fā)、精餾、吸收等操作，通常需要把它們從一個(gè)設(shè)備送到另一個(gè)設(shè)備，或從一個(gè)車間送到另一個(gè)車間，因此流體運(yùn)輸是化工廠的一個(gè)基本操作。7/4/202369一流體力學(xué)基礎(chǔ)1壓強(qiáng)及單位（1）壓強(qiáng)——流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的靜壓力，簡稱流體的壓強(qiáng)。（2）單位①法定計(jì)量單位中，壓強(qiáng)的單位為帕斯卡，代號pa，簡稱帕1千帕（kpa）=1000帕（pa）1兆帕（mpa）=1000千帕（kpa）1兆帕（mpa）=106帕（pa）7/4/202370②化工生產(chǎn)中，壓強(qiáng)也有用液位高度來表示。如毫米汞柱。③壓強(qiáng)法定計(jì)量單位與壓強(qiáng)公制單位的換算：0.1mpa=1kg/cm21物理大氣壓=760mmHg柱=10.33mH2O柱=1.033kg/cm2=0.1013mpa=101.3kpa2絕對壓強(qiáng)、表壓和真空度絕對壓強(qiáng)和表壓或真空度的關(guān)系，用公式表示如下：絕對壓強(qiáng)=表壓+大氣壓強(qiáng)真空度=大氣壓強(qiáng)-絕對壓強(qiáng)7/4/202371應(yīng)用舉例：某設(shè)備出、進(jìn)口測壓的壓力表讀數(shù)分別為45mmHg柱（真空度）和700mmHg（表壓），求這兩處的絕對壓強(qiáng)差為多少kpa？解：出口絕對壓強(qiáng)=760-45=715mmHg進(jìn)口絕對壓強(qiáng)=760+760=1460mmHg柱兩處壓強(qiáng)差=1460-715=745mmmHg

==99.3kpa

7/4/202372二、流體流動(dòng)的性質(zhì)1、流量和流速（1）流量——單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任一截面流體的量。流量可以用體積流量和質(zhì)量流量兩種方法表示。①體積流量——單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任一截面的流體體積。公式：qv=v/t（式中v為體積，t為時(shí)間）單位：m3/s,m3/h②質(zhì)量流量——單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任一截面流體的質(zhì)量。

7/4/202373③質(zhì)量流量與體積流量的關(guān)系式：式中：qm為質(zhì)量流量；qv為體積流量，ρ為流體密度。（2）流速---單位時(shí)間內(nèi)流體在流動(dòng)方向流過的距離。（由于流體在管道截面上各點(diǎn)的流速不同，管中心速度最快，利中心越遠(yuǎn)的流速越慢。緊靠管壁處流速為0。因此，通常所指的流速是指整個(gè)管道截面上平均流速。）公式：=（式中qv為體積流量，A為管道截面積）單位：m/s。7/4/202374應(yīng)用舉例：用截面積為0.1m2的管道來輸送密度為1.5×103kg/m3的酸，要求每小時(shí)輸送360噸，求該管道中酸的體積流量、質(zhì)量流量和流速。解：質(zhì)量流量=360t/h==100kg/s===0.067m3/s===0.67m/s7/4/2023752、流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的物料衡算假定流體在管道中流動(dòng)時(shí)，與流體流動(dòng)有關(guān)的速度、壓強(qiáng)等都不隨時(shí)間而變化，這樣的流動(dòng)稱為穩(wěn)定流動(dòng)。如果速度、壓強(qiáng)等隨時(shí)間而變化，則稱為不穩(wěn)定流動(dòng)。穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，流體在圓形管道中總是充滿的，如流體是液體，則通過管道中任一截面的流體質(zhì)量應(yīng)相等，即得：

7/4/202376

7/4/202377m1=m2(式中：m表示質(zhì)量)(式中：A、μ、ρ分別表示截面積、流速、密度)∵管道中為同一種液體，=∴=又∵A1=，A2=（式中：d表示管道內(nèi)直徑）

7/4/202378……流體穩(wěn)定流動(dòng)的物料平衡方程式上述這個(gè)方程式表明流速與管道的內(nèi)直徑平方成反比，這個(gè)式子稱為流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的物料平衡方程式（又稱：連續(xù)性方程式）。7/4/202379應(yīng)用舉例：水泵站使用的一臺(tái)水泵，吸水管外徑為108mm，壁厚為4mm，出水管外徑為76mm，壁厚為2.5mm。已知吸水管中水的流速為1.5m/s，求泵出水管中的水流速。解：由已知得

代入答：泵出管中的水流速為2.98m/s。7/4/202380三、流體穩(wěn)定流動(dòng)下的能量計(jì)算1、流體流動(dòng)中的能量變化的規(guī)律（1）流體具有的能量流動(dòng)著的流體具有一定的機(jī)械能，具體表現(xiàn)為位能、動(dòng)能和靜壓能。

①位能在重力作用下流體質(zhì)量中心高于基準(zhǔn)水面而具有的能量稱為位能。（它相當(dāng)于把流體從基準(zhǔn)水平面升舉到某一位置所做的功）7/4/202381設(shè)有mKg的流體，其在基準(zhǔn)水平面以上h（米）處，則其位能E位=mgh（單位為焦耳，J）1N（即：單位重量）流體所具有的位能稱為位壓頭，位壓頭=（單位為米，m）②動(dòng)能流體以一定的速度流動(dòng)而具有的能量，稱為動(dòng)能。若流體的質(zhì)量m（kg），流速為μ（m/s），則其具有的動(dòng)能E動(dòng)=（單位為焦耳，J）7/4/2023821N流體所具有的動(dòng)能稱為動(dòng)壓頭動(dòng)壓頭=（單位為米，m）③靜壓能與靜止流體一樣，流動(dòng)著的流體由于靜壓強(qiáng)存在而推動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)而具有的能量，稱為靜壓能。E靜=（單位為焦耳，J）7/4/202383

1N流體的靜壓能稱為靜壓頭靜壓頭=（單位為米，m）

（式中：p為壓強(qiáng)、ρ為密度、g為重力加速度）以上三種壓頭之和稱為總壓頭，以H表示。

H=h++上式表示了據(jù)基準(zhǔn)面為h處，流速為,壓強(qiáng)為p的1N流體所具有的總機(jī)械能。7/4/202384（2）外加能量流體在流動(dòng)過程中，假如中間加了輸送設(shè)備（如泵），則便將機(jī)械能作用于流體。通常把流體從輸送設(shè)備獲得的機(jī)械能稱為外加能量。1N流體所獲得的外界能量稱為外加壓頭。用符號He表示。7/4/202385（3）損失能量流體在流動(dòng)時(shí)，由于分子間的內(nèi)摩擦，產(chǎn)生了摩擦阻力。為了克服這部分阻力，就消耗了流體的一部分能量，這部分能量稱為系統(tǒng)損失能量。1N流體在流動(dòng)中因摩擦阻力而損失的能量稱為損失壓頭，用符號h損表示。7/4/202386

2、流體在穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的能量衡算式──柏努力方程式（1）柏努力方程式定義在下圖所示的液體輸送設(shè)備中，在截面1-1和2-2間裝有泵，兩截面中心離基準(zhǔn)水平面高度分別為h1和h2，液體在截面1-1和2-2處的流速分別為、和壓強(qiáng)分別為p1、p2，流體密度為。根據(jù)能量守恒原則，在截面1-1和2-2間的輸送設(shè)備中，輸入的總能量等于輸出的總能量。7/4/2023877/4/202388▲輸入的能量有兩項(xiàng)：

①1N液體從1-1截面流進(jìn)時(shí)帶入的能量為H1；

=②泵對液體做了功，1N液體所獲外加能量為7/4/202389輸出的能量也有兩項(xiàng)：

①1N液體從2-2截面流出時(shí)帶走的能量為H2：

=②1N液體在流動(dòng)中因摩擦阻力損失的能量為h損。7/4/202390根據(jù)能量守恒原則可得：

上式是不可壓縮流體在穩(wěn)定流動(dòng)下的能量衡算式，習(xí)慣上稱為：柏努力方程式。7/4/202391

（2）柏努力方程式的應(yīng)用利用柏努力方程式可以解決生產(chǎn)中很多實(shí)際問題，如計(jì)算流體的速度、流量及輸送機(jī)械的功率，測定管路阻力損失，流量計(jì)數(shù)值的換算等。下面列舉兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例。7/4/202392a）管路中流體流速、流量計(jì)算。[例題1]如附圖所示，高位槽水面保持穩(wěn)定，水面距水管出口為5m，所用管路為φ108×4mm鋼管，若管路壓頭損失為4.5m，求該系統(tǒng)每小時(shí)的送水量。解：取水槽頁面為1-1截面，水管出口為2-2截面，并以出口管中心線為基準(zhǔn)水平面，列出截面1-1和2-2間的柏努力方程。7/4/2023937/4/202394

+=+h損

已知h1=5m，h2=0p1=p2=0（表壓）≈0（高位槽截面很-大，很小，可忽略不計(jì)）=0h損=4.5md均=0.108-2×4=0.1m7/4/202395代入柏努力方程式，5=+4.5解得：=3.13m·s-1則每小時(shí)輸水量為==0.785×0.12×3.13×3600=88.5m3·h-17/4/202396b）泵外加能量的計(jì)算[例題2]附圖所示為洗滌塔的供水系統(tǒng)。洗滌塔內(nèi)壓強(qiáng)為300kPa（絕壓），貯槽水面壓強(qiáng)為100kPa（絕壓），塔內(nèi)水管與噴頭連接處的壓強(qiáng)為320kPa（絕壓），塔內(nèi)水管出口處高于貯槽內(nèi)水面20m，管路為φ57×2.5mm鋼管，送水量為14m3/h，系統(tǒng)能量損耗4.3m水柱，求水泵所需的外加壓頭。7/4/2023977/4/202398解取貯槽內(nèi)水面為1-1截面，以此為基準(zhǔn)面，塔內(nèi)水管與噴頭連接處為2-2截面，列出截面1-1與2-2間的柏努力方程式。移項(xiàng)整理得：

已知h1=0，h2=20m，p1=100kPa（絕壓），p2=320kPa（絕壓），=0，=4.3m根據(jù)題意算出：=m/s7/4/202399將已知值代入上式得：H==20+22.43+0.171+4.3=46.9m7/4/2023100（3）應(yīng)用柏努力方程式時(shí)要注意以下兩點(diǎn)：第一、正確選定計(jì)算截面。一般將上游截面定為1-1截面，下游截面定為2-2截面，兩截面間的流體必須連續(xù)，截面與流動(dòng)方向垂直。第二、合理確定基準(zhǔn)水平面。把基準(zhǔn)水平面定在一個(gè)較低的截面處可以簡化計(jì)算。計(jì)算中的單位要統(tǒng)一，尤其是截面間壓強(qiáng)的表示方法要一致（同為表壓或絕壓）。7/4/20231011、流體的粘度流體在流動(dòng)時(shí)，由于分子間存在吸引力，使流體內(nèi)部存在一種影響流動(dòng)的阻力，這種阻力稱為內(nèi)摩擦力。流體在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的這種性質(zhì)，稱為流體的粘性。把衡量流體粘性大小的物理量稱為粘度，用符號表示。流體的粘度大，流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力大，即液體阻力大，輸送也較困難。在法定單位制中，粘度單位為帕秒，單位符號是Pa·s7/4/20231022、流體的流動(dòng)類型流體的流動(dòng)狀態(tài)分為層流（或滯流）和湍流（或紊流）兩種。當(dāng)流體在管道中流動(dòng)時(shí)，其質(zhì)點(diǎn)始終沿著管道中心向平行的方向流動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間互不混合，這種流動(dòng)稱為層流。假如流體質(zhì)點(diǎn)除沿管道向前流動(dòng)外，各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度在大小和方向上都隨時(shí)發(fā)生變化，質(zhì)點(diǎn)間彼此碰撞，互相混合，這種流動(dòng)狀態(tài)稱為湍流。7/4/2023103在化工生產(chǎn)條件下，由于管路、流體的密度和粘度均已確定，影響流動(dòng)類型的主要因素是流速。因而，減少流體的流速，流體的流動(dòng)類型將為層流；增大流體的流速，流動(dòng)類型將為湍流。流體處于湍流狀態(tài)時(shí)，由于流體的質(zhì)點(diǎn)相互混合，對提高傳熱和傳質(zhì)速率有利，且可增大流體的輸送量。因此，生產(chǎn)中一般要求流體處于湍流狀態(tài)。7/4/20231043、減低流體阻力流體阻力越大，則輸送流體所消耗的能量越大，流體在輸送系統(tǒng)中阻力增大，會(huì)影響流體的輸送能力和生產(chǎn)能力。因此，在化工生產(chǎn)中應(yīng)盡量減低流體的阻力，一般從下面幾點(diǎn)著手。（1）在不影響管路布置的基本要求下，盡量縮短管路的長度。（2）管路中接頭、三通、彎頭、閥門以及管徑突然變大或者變小都會(huì)對流體產(chǎn)生阻力，為此管路每安裝一個(gè)管件或閥門都要認(rèn)真考慮。例如，在管路布置中，應(yīng)盡量少裝彎頭。7/4/2023105（3）適當(dāng)放大管徑。例如，將管徑增大一倍，阻力將變?yōu)樵瓉淼?，這是流體的動(dòng)力消耗大大降低。但管徑不能放得太大，從而增加金屬的消耗，使基建費(fèi)增大。（4）在流體中加入某種添加劑。當(dāng)這些添加劑加入流體后，可使管壁附近流體的層流層變薄，還能阻止漩渦的產(chǎn)生，使阻力降低。7/4/2023106五．管路布置1、管徑的選擇化工廠管道投資費(fèi)用較貴，因此合理選擇管徑對節(jié)約管材和保證流體正常輸送具有十分重要的作用。在講解“流量和流速”這小節(jié)中，我們懂得了公式：=（公式中：─流速m/s；─體積流量m3/s；A─管道截面積m2）∵圓型管道截面積A=（公式中d─管道內(nèi)直徑m）7/4/2023107代入上式，整理后得：

d=從上述這個(gè)公式可知，當(dāng)流體的體積流量一定時(shí)，流速越快，則所需的管徑越??；反之，流速越慢，則所需的管徑越大。某些流體在管道中的常用流速根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)確定，如下所表示：7/4/2023108流體種類流速范圍（m/s）流體種類流速范圍（m/s）水及一般液體1.5~3.0飽和水蒸氣0.3kPa（表壓）0.8kPa（表壓）20~4040~60粘性液體，如油0.5~1.0常壓下一般氣體壓10~20強(qiáng)較高的氣體15~25過熱水蒸氣30~507/4/2023109根據(jù)工藝上需要的流量，按上表流速范圍，可通過計(jì)算求得管子的內(nèi)徑。內(nèi)徑確定后，可查“常用管子規(guī)格表”，從而確定管子的規(guī)格。應(yīng)用舉例有一臺(tái)水泵從一個(gè)水池中抽水，泵的輸送量為36t/h，當(dāng)時(shí)水溫是4℃，試確定輸水管道的規(guī)格。（注：4℃時(shí)水的密度=1000Kg/m3）7/4/2023110解：（1）水的體積流量=

（2）設(shè)：水的流速=1.5m/s

（3）d=7/4/2023111（4）若采用無縫鋼管，查“常用管子規(guī)格表”，查得公稱直徑為100mm，它的內(nèi)徑為100mm，與計(jì)算值接近，所以選用公稱直徑100mm的無縫鋼管。2、管子的種類管路主要由管子、管件和閥門三部分組成的。常用的管子種類有鑄鐵管、鋼管、有色金屬管、塑料管、橡膠管、陶瓷管等，各有它們的用途和優(yōu)缺點(diǎn)，使用時(shí)可根據(jù)工藝要求加以選用。7/4/20231123、管件根據(jù)管件在管路中作用，主要有彎頭、三/四通、接頭、異徑管（大小頭）、外方管堵頭（堵頭）。4、閥門閥門用于控制流體在管內(nèi)流動(dòng)（開啟或切斷）、控制流量、控制壓力及保證安全等作用。常用閥門主要有七種：截止閥、閘閥、單向閥（止逆閥）、旋塞閥（考克）、氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、蝶閥（翻板閥）。7/4/2023113六．流體的輸送設(shè)備1、流體輸送設(shè)備主要有：離心泵、往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵2、氣體輸送設(shè)備主要有：往復(fù)式壓縮機(jī)、離心式壓縮機(jī)、離心鼓風(fēng)機(jī)。7/4/2023114第二節(jié)混合物的分離懸浮在氣體中的固體塵?；蛞后w中的固體顆粒稱為分散物質(zhì)；包圍在分散物質(zhì)周圍的氣體或液體，稱為連續(xù)物質(zhì)。將分散物質(zhì)與連續(xù)物質(zhì)進(jìn)行分離的操作，稱為混合物的分離。液~固混合物的分離操作，主要有沉降，過濾和離心分離三種方法。而氣~固分離操作有旋風(fēng)分離、泡沫除塵、布袋過濾、電除塵等。7/4/2023115一、液體和固體分離1、重力沉降借助重力使懸浮液中固體粒子沉降以達(dá)到與流體分離的過程，稱為重力沉降。重力沉降適合于分離較大的固體顆粒。2、過濾為了使固體顆粒與液體分離完全，可以利用一種具有很多毛細(xì)孔的物體作為過濾介質(zhì)，使被過濾的液體由介質(zhì)小孔通過，與固體微粒分離，這種將懸浮在液體中固體顆粒分離出來的操作，稱為過濾。7/4/2023116通過介質(zhì)的清夜稱為濾液；被留在介質(zhì)上得固體層稱為濾渣（又稱濾餅）。過濾操作通常分為三種類型：常壓過濾、加壓過濾、減壓過濾。3、離心分離離心分離是依靠離心力分離懸浮液或乳濁液。通常用于離心分離的設(shè)備是離心機(jī)，其工作過程與洗衣機(jī)中的甩水機(jī)相同。7/4/2023117二、氣體和固體分離化工廠常用的氣~固分離的設(shè)備有：1、降塵室降塵室是利用重力沉降分離氣體中微粒的一種設(shè)備，它由裝著一些垂直擋板的降塵氣道組成。降塵室一般用于分離粒徑大于40微米的灰塵，分離效率只有40%~70%,以上只適用氣體的初步凈化。7/4/20231182、旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)如下圖所示。旋風(fēng)分離器的分離效率可達(dá)70%~90%，結(jié)構(gòu)簡單，它可以分離（5微米的固體粒子，也可分離高溫含塵的氣體）。旋風(fēng)分離器的缺點(diǎn)是氣體在器內(nèi)流動(dòng)阻力大，對器壁磨損也較厲害。為了提高旋風(fēng)分離器的效率，氣體流量不宜太小。7/4/20231197/4/2023120第三節(jié)傳熱傳熱的三種基本形式傳熱的三種基本形式是熱傳導(dǎo)、對流傳熱、輻射傳熱。1、熱傳導(dǎo)在物體內(nèi)部按順序地將熱量從較高的部分向較低的部分傳遞的方式，稱為熱傳導(dǎo)（簡稱：導(dǎo)熱）。2、對流傳熱液體或氣體中較熱部分和較冷部分之間，通過流動(dòng)，由內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)相對位移而引起的熱量傳遞，稱為對流傳熱（簡稱：對流）。3、輻射傳熱一物體自身的熱能向四周散發(fā)，當(dāng)輻射的熱能被另一物體吸收，重新將輻射能變成熱能的過程稱為輻射傳熱（簡稱：熱輻射）。7/4/2023121二．熱量衡算方程式1、物體的熱性質(zhì)（1）顯熱在吸熱或放熱過程中，其形態(tài)不變而溫度卻發(fā)生了變化，這種熱稱為顯熱。（2）潛熱物質(zhì)在吸熱或放熱過程中，其溫度不變，而形態(tài)發(fā)生了變化，這種熱稱為潛熱。（3）比熱容（簡稱：比熱）單位質(zhì)量物質(zhì)的溫度升高或降低1K（K為絕對溫度）所吸收或放出的熱量，稱為該物質(zhì)的比熱容。絕對溫度，又稱為熱力學(xué)溫度，它的單位為開爾文，簡稱開，符號為K。絕對溫度與攝氏溫度之間的關(guān)系式：℃=K-273.16（℃：攝氏溫度，K：絕對溫度）。7/4/20231222、熱量衡算方程式在化工生產(chǎn)中，參與傳熱的大多數(shù)是流體，把溫度較高的稱為熱流體，溫度較低的稱為冷流體。（1）根據(jù)能量守恒定律，在兩種流體進(jìn)行穩(wěn)定傳熱時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)熱流體放出的熱量，必定等于冷流體所得到的熱量和損失于周圍介質(zhì)的熱量之和，即7/4/2023123式中：──熱流體放出的熱量──冷流體吸收的熱量──傳熱中損失的熱量上述方程式稱為熱量衡算方程式（又稱：熱平衡方程式）。當(dāng)傳熱中保溫良好，熱損失忽略不計(jì)時(shí)，則上式即可寫成：=上述方程式稱為不考慮熱損失情況下的熱量衡算方程式。7/4/2023124（2）流體在沒有相變化的狀態(tài)下，換熱流體僅溫度發(fā)生變化，

此時(shí)式中：、──熱、冷流體單位時(shí)間放出或吸收的熱量（J/s）7/4/2023125、──熱流體最初和最終的溫度（K）、──冷流體最初和最終的溫度（K）、──熱、冷流體的質(zhì)量流量（Kg/s）、──熱、冷流體的比熱容（J/Kg·K）

7/4/2023126應(yīng)用舉例例1：用飽和水蒸氣在1小時(shí)內(nèi)將1000Kg、比熱容為3.77KJ/Kg·K的NaOH溶液；從290K加熱到363K，求此時(shí)NaOH溶液所吸收的熱量。解：已知=1000Kg/h=0.278Kg/s

=3.77KJ/Kg·k=J/Kg·k代入公式：

=0.278××（363-290）=76.5KJ/S答：NaOH溶液所吸收的熱量是76.5KJ/s。

7/4/2023127假如流體在換熱過程中僅有相變而沒有溫度變化時(shí)，則冷、熱流體在單位時(shí)間內(nèi)吸收或放出的熱量可用下式計(jì)算：式中、──熱、冷流體的氣化潛熱（J/Kg）7/4/2023128例2：在列管換熱器中，用373K飽和水蒸氣來加熱某種冷流體，已知蒸汽用量為400Kg/h時(shí)，373K飽和水蒸氣的氣化潛熱為2257J/g，求熱流體所放出的熱量。解：由題意得=2257J/g=2257103J/Kg=400Kg/h=0.11Kg/s代入公式：=0.11×2257×103=1.25×105J/s答：熱流體所放出的熱量是1.25×105J/s

7/4/2023129通過上述兩道例題的解題，我們懂得了假如流體既有溫度變化，又有相態(tài)變化，則可按上述兩道題介紹的兩種方法分段計(jì)算熱量，然后再相加。7/4/2023130例3：在列管換熱器中，用373K飽和蒸汽加熱某種冷流體。已知蒸汽流量每秒為0.264Kg，冷凝后出口溫度為353K，試求換熱器在單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量。（已知373K飽和蒸汽的氣化潛熱為2257J/g，水的比熱為4.195J/Kg·K）解：+=0.264×4.19×（373-353）+0.264×2257×103=618×103J/s答：換熱器在單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量是618×103J/s7/4/2023131三、傳熱基本方程式1、冷熱流體在列管換熱器內(nèi)通過間壁的傳熱過程分三步進(jìn)行：第一步是熱流體通過對流傳熱將熱量傳給固體壁面第二步是固體壁內(nèi)以傳導(dǎo)方式的熱量從高溫側(cè)傳向低溫側(cè)第三步是熱量通過對流傳熱從固體壁面?zhèn)鹘o冷流體2、傳熱基本方程Q=式中：Q──傳熱速率，冷熱流體在單位時(shí)間內(nèi)所交換的熱量，W（瓦特）A──列管金屬壁面的傳熱面積，m2（平方米）K──傳熱系數(shù)，W/(m2·K)[瓦（特）每平方米開（爾文）]──冷熱流體傳熱的平均溫度差，K（開爾文）7/4/2023132由傳熱基本方程式可知，對于工藝上已確定的Q及來講，如果傳熱系數(shù)K越大，則所需換熱器的傳熱面積A越小；反之，如果K值越小，在同樣的傳熱速率和推動(dòng)力下所需的傳熱面積越大。冷、熱流體的平均傳熱溫差是指換熱器各個(gè)截面上冷、熱流體間的溫度平均值。冷、熱流體流向不同時(shí)（并流、逆流、錯(cuò)流、折流），它的平均傳熱溫度不同。（計(jì)算較為復(fù)雜，略）。傳熱系數(shù)K值有三個(gè)來源：一是選取經(jīng)驗(yàn)值；二是實(shí)驗(yàn)測定K值；三是計(jì)算。7/4/2023133四．強(qiáng)化傳熱的途徑1、增加單位體積的傳熱面積（A）。例如，在列管上加翅片。2、提高冷、熱流體內(nèi)德平均溫差（）最簡單的方法是提高熱流體的溫度或降低冷流體的溫度，但在實(shí)際生產(chǎn)中，這二種方法有一定的局限性。在生產(chǎn)中，當(dāng)冷、熱流體的進(jìn)、出口溫度都固定時(shí)，宜采用逆流操作，用以提高冷、熱流體間的平均溫差。7/4/20231343、提高傳熱系數(shù)（K）（1）防止垢層形成，并及時(shí)清除。（2）提高流體給熱系數(shù)，降低傳熱阻力。

①增加流體流速②改變流動(dòng)條件（如改變流動(dòng)方向，增加流體湍動(dòng)程度）③利用導(dǎo)熱系數(shù)較大的流體作加熱劑（如原子能工業(yè)，用液態(tài)金屬作加熱劑，從而加快傳熱速度）7/4/2023135第四節(jié)蒸發(fā)溶液是由溶質(zhì)和溶劑組成。溶于溶液的某種固體稱為溶質(zhì)，溶解溶質(zhì)的物質(zhì)（如水）稱為溶劑。蒸發(fā)操作就是用加熱的方法，使溶液中的一部分溶劑氣化，從而提高溶液中溶質(zhì)的濃度（即將稀溶液變成濃溶液）蒸發(fā)操作分為兩種：①在沸點(diǎn)溫度下的沸騰蒸發(fā)；②低于沸點(diǎn)溫度下的自然蒸發(fā)。（如海水用太陽曬制鹽）7/4/2023136蒸發(fā)操作的特點(diǎn)是：溶液中只有溶劑是揮發(fā)性物質(zhì)，而溶質(zhì)是不會(huì)揮發(fā)的。也就是說在蒸發(fā)的整個(gè)過程中，溶液被加熱沸騰后，只有溶劑氣化，而溶質(zhì)的重量不變。進(jìn)行蒸發(fā)操作的設(shè)備稱為蒸發(fā)器一、蒸發(fā)操作流程簡介在蒸發(fā)操作中，工廠一般利用飽和水蒸氣通過間壁傳熱來加熱物料。通常將飽和水蒸汽做熱源稱為加熱蒸汽，從溶液中氣化出來的蒸汽稱為二次蒸汽，如果將蒸發(fā)出來的二次蒸汽直接排走，稱為單效蒸發(fā)。如果把二次蒸汽引入第二個(gè)蒸發(fā)器內(nèi)作加熱蒸汽，并將這樣的多個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)起來，就稱為多效蒸發(fā)?，F(xiàn)分別加以說明。7/4/20231371、單效真空蒸發(fā)流程下圖為單效真空蒸發(fā)流程圖，加熱蒸汽在蒸發(fā)器的加熱室1的管間冷凝，從冷凝水排除器8排除，它在冷凝中釋放出來的熱量通過管壁傳給沸騰的溶液。料液從蒸發(fā)器的蒸發(fā)室2上方進(jìn)入，其中溶劑被加熱而氣化，經(jīng)濃縮后的溶液從底部排出，二次蒸汽則從頂部逸出，經(jīng)氣液分離器3分離，液滴回到蒸發(fā)室內(nèi)，蒸汽在冷凝器4中與冷卻水混合而冷凝，并從器底排掉?？諝庖约捌渌幢焕淠臍怏w則經(jīng)分離器5和緩沖罐6，由真空泵抽出排入大氣中。7/4/20231387/4/20231392、多效蒸發(fā)器的流程根據(jù)原料液加入方法的不同，多效蒸發(fā)流程可分為并流加料、順流加料和逆流加料三種，現(xiàn)介紹工業(yè)中常用的并流加料方法。如圖所示，料液和加熱蒸汽都是從第一效蒸發(fā)器順序流至末效蒸發(fā)器，這樣的加料優(yōu)點(diǎn)是后效蒸發(fā)室壓強(qiáng)較前一效的低，料液可以自動(dòng)地由前一效流入后一效，無需用泵輸送，可以節(jié)約大量的能源；另外，由于前一效的料液沸點(diǎn)比后一效高，前一效的溶液進(jìn)入后一效時(shí)，將放出熱量，可以多蒸發(fā)一部分水分。并流加料的缺點(diǎn)是：隨著料液的濃度逐漸增濃，溫度漸漸降低，料液的粘度增大，致使傳熱系數(shù)減小，使整個(gè)生產(chǎn)能力減少，因此，對于粘度隨濃度增加而迅速增大的溶液不宜采用并流加料。7/4/20231407/4/2023141二．蒸發(fā)操作的要點(diǎn)要提高蒸發(fā)器在單位時(shí)間內(nèi)蒸出的水分，必須做到：1、合理選擇蒸發(fā)器蒸發(fā)器的選擇應(yīng)考慮蒸發(fā)溶液的性質(zhì)，如溶液的粘度、發(fā)泡性、腐蝕性、熱敏性、以及是否容易結(jié)垢、結(jié)晶等情況，從而合理選擇蒸發(fā)器的類型：1中央循環(huán)管式蒸發(fā)器2液磨蝕蒸發(fā)器。7/4/20231422、提高蒸汽壓力為了提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力，提高加熱蒸汽的壓力和降低冷凝器中二次蒸汽壓力，有助于提高傳熱溫差（蒸發(fā)器的傳熱溫差是加熱蒸汽的飽和溫度與溶液沸點(diǎn)溫度之差）。因?yàn)榧訜嵴羝膲毫μ岣?，飽和蒸汽溫度也相?yīng)提高、冷凝器中的二次蒸汽壓力降低。蒸發(fā)室的壓力變低，溶液沸點(diǎn)溫度也就降低。7/4/20231433、提高傳熱系數(shù)K（1）在蒸發(fā)操作中，密切注意和及時(shí)排除不凝性氣體。據(jù)測試，蒸汽中含1%不凝性氣體，傳熱系數(shù)將會(huì)下降50~60%（2）在蒸發(fā)操作中，管內(nèi)壁出現(xiàn)結(jié)構(gòu)現(xiàn)象是不可避免的，尤其是當(dāng)處理易結(jié)晶和腐蝕性物料時(shí)，此時(shí)傳熱系數(shù)K變小，使傳熱量下降。為此，一方面應(yīng)定期停車清洗、除垢；另一方面改進(jìn)蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)，如把蒸發(fā)器的加熱管加工的光滑些，使污垢不易生成，及時(shí)生成也易清洗。（3）對于不宜結(jié)晶、不宜結(jié)垢的物料蒸發(fā)，影響傳熱系數(shù)K的主要因素是管內(nèi)溶液沸騰的傳熱膜系數(shù)。在此類蒸發(fā)操作中，應(yīng)提高溶液的循環(huán)速度和湍動(dòng)程度，從而提高蒸發(fā)器的蒸發(fā)能力。7/4/2023144第五節(jié)液體的精餾一、蒸餾的基本概念與分類1.基本概念⑴蒸餾是利用液體混合物中各組分的揮發(fā)性（沸點(diǎn)）的差別，將互溶的液體混合物分離提純的單元操作。蒸餾是目前使用最廣泛的液體混合物分離方法。蒸餾過程實(shí)質(zhì)上是將液體混合物形成汽、液兩相平衡，使易揮發(fā)組分濃集到汽相，難揮發(fā)組分濃集到液相的傳質(zhì)分離過程。7/4/2023145⑵蒸餾與蒸發(fā)的區(qū)別蒸餾和蒸發(fā)雖然都是將液體混合物加熱沸騰汽化，但二者有本質(zhì)的區(qū)別。蒸發(fā)所處理的混合液中溶質(zhì)不揮發(fā)，它是使揮發(fā)性溶劑與不揮發(fā)性溶質(zhì)分離的過程；而蒸餾所處理的混合液，溶質(zhì)與溶劑都揮發(fā)，是將溶液中幾種揮發(fā)能力不同的組分分離的過程。7/4/2023146⑶蒸餾在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用化工生產(chǎn)中要處理的液體物料幾乎都是液體混合物，這些混合物需要進(jìn)行分離，制成比較純凈的物質(zhì)。（例如：煤焦油加工就要采用蒸餾技術(shù)）⑷蒸餾的優(yōu)點(diǎn)①操作簡單，易于實(shí)施，不需其他介質(zhì)，只要提供一定能量的蒸汽和冷卻水，就可得到直接所需的產(chǎn)品；②適用范圍廣。對各種濃度混合液的分離都能適應(yīng)；③分離的產(chǎn)品純度高。對純度要求較高的產(chǎn)品都可通過精餾制??；7/4/20231472.蒸餾操作的分類⑴按蒸餾方法分：①簡單蒸餾（簡稱蒸餾）——將溶液加熱使其部分汽化，然后將蒸汽引出冷凝。②精餾——將混合液進(jìn)行多次部分汽化和多次部分冷凝，使溶液分離成較純組分的操作。③特殊蒸餾——有些混合液用普通的蒸餾方法不能分離，必須采用某些特殊的蒸餾方法進(jìn)行蒸餾分離。7/4/2023148⑵按操作壓強(qiáng)分：①常壓蒸餾；②加壓蒸餾；③減壓蒸餾⑶按操作方式分：①間隙蒸餾；②連續(xù)蒸餾7/4/20231492.精餾與蒸餾的區(qū)別①精餾有回流，蒸餾沒有。②精餾采用塔設(shè)備，蒸餾采用蒸餾釜。③精餾發(fā)生多次部分汽化和部分冷凝，蒸餾只發(fā)生一次。④精餾的餾出液和殘液純度很高，蒸餾則較低。7/4/2023150二、精餾的原理簡單蒸餾雖然不能將液體混合物徹底分離，但卻可以說明經(jīng)過一次部分汽化和一次部分冷凝能使餾出液中易揮發(fā)組分的含量有所提高，這是或全部汽化或全部冷凝都不可能達(dá)到的。若將此餾出液再進(jìn)行部分汽化和部分冷凝，就能得到易揮發(fā)組分含量更高的餾出液。若將這種部分汽化部分冷凝反復(fù)多次地進(jìn)行下去，最后就可能使混合液得到較徹底的分離，精餾過程就是按這個(gè)原理進(jìn)行的。7/4/2023151三、連續(xù)精餾操作流程1、流程簡圖精餾過程都在精餾塔內(nèi)進(jìn)行，出精餾塔本身外，還必須有加熱器（或再沸器）、冷凝器以及其它附屬設(shè)備構(gòu)成一個(gè)完整的精餾系統(tǒng)。7/4/2023152蒸汽蒸汽31482675S.CC.WC.WC.WC.W

連續(xù)精餾流程簡圖1.精餾段2.提餾段3.高位槽4.預(yù)熱器5.冷凝器6.冷卻器7.餾出液貯槽8.殘液貯槽7/4/20231532.流程說明原料液由高位槽（或泵）經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后引入塔內(nèi)，加在加料板上，原料液在該板上與精餾段流下的回流液匯合，順著層層塔板向下流動(dòng)，與塔底逐板上升的物料蒸汽進(jìn)行接觸，其中含揮發(fā)組分較多的蒸汽在逐板向上流動(dòng)的過程中逐漸增濃，最后由塔頂冷凝器將塔頂蒸汽冷凝為液體，一部分通過冷卻器流到貯槽內(nèi)，另一部分作為回流液流回塔內(nèi)。而含難揮發(fā)組分較多的液體則逐板下降，并一次一次增濃，由塔底流出殘液。一部分殘液引入殘液貯槽內(nèi)，另一部分又經(jīng)加熱釜中的蒸汽加熱，氣化后進(jìn)入塔內(nèi)，沿塔上升，與下降的液體逆流接觸并進(jìn)行傳遞。7/4/2023154四、精餾塔的物料衡算工業(yè)生產(chǎn)中的精餾過程以連續(xù)精餾為最多，這里對二元組分混合液連續(xù)精餾進(jìn)行物料衡算，以求出餾出液、殘液的流量及其組成和原料液的流量及其組成之間的關(guān)系，從而判斷塔內(nèi)運(yùn)行是否正常。7/4/2023155WXWFXFLPXP全塔物料恒算圖7/4/2023156全塔進(jìn)出料情況如圖所示，其中進(jìn)塔的原料液，用符號F表示，離塔的餾出液和殘液分別用符號P和W表示，由于連續(xù)穩(wěn)定操作，進(jìn)料量應(yīng)等于出料量，因此，必須符合下列關(guān)系：F=P+W（1）式中F—單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)塔的原料液流量（千摩/時(shí)或千克/時(shí)）P—單位時(shí)間內(nèi)塔頂產(chǎn)品流量（千摩/時(shí)或千克/時(shí)）W—單位時(shí)間內(nèi)塔底產(chǎn)品流量（千摩/時(shí)或千克/時(shí)）

7/4/2023157對易揮發(fā)組分的物料衡算式為：FxF=PxP+Wxw(2)式中xF—原料液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)（或質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）xP—塔頂產(chǎn)品中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)（或質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）