精細(xì)化工教案Word版

1、課 時(shí) 授 課 方 案 課次課程名稱：精細(xì)化工生產(chǎn)工藝學(xué)授課時(shí)間 年 月 日 第 周 星期 第 至 節(jié) 班新課內(nèi)容 緒論新課目的 1、掌握精細(xì)化工的的定義、特點(diǎn)要 求 2、理解精細(xì)化工的范疇 新課重點(diǎn) 精細(xì)化工的特點(diǎn)難 點(diǎn) 課 型 講授教具名稱 數(shù) 量智能培養(yǎng) 培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力內(nèi) 容總結(jié)新課 1、精細(xì)化學(xué)品內(nèi) 容 2、精細(xì)化學(xué)品的分類及其特性 布置作業(yè) 課 后 記1 / 23緒 論一、 精細(xì)化工的定義與范疇1、 精細(xì)化工的定義“精細(xì)化學(xué)工業(yè)”簡(jiǎn)稱“精細(xì)化工”是指精細(xì)化學(xué)品的工業(yè)的統(tǒng)稱。 精細(xì)化率：“是指精細(xì)化工產(chǎn)品產(chǎn)值占全部化工總產(chǎn)值的半分率。2、 精細(xì)化工的范疇歐美國(guó)家專用化學(xué)品使用性能分為

2、三大類：準(zhǔn)商用化學(xué)品，多功能、多用途化學(xué)品 我國(guó)：農(nóng)藥、染料、涂料、顏料、試劑和高純物、信息化學(xué)品、食品和飼料添加劑、膠黏劑、催化劑和各種助劑二、精細(xì)化工的特點(diǎn)1、多品種、小批量2、高技術(shù)密集3、綜合生產(chǎn)流程和多功能生產(chǎn)裝置4、大量采用復(fù)配技術(shù)5、附加值高6、商品性強(qiáng)三、精細(xì)化工過(guò)程開(kāi)發(fā)的一般步驟分為三個(gè)階段：實(shí)驗(yàn)室研究階段、中間試驗(yàn)階段、工業(yè)化階段四、精細(xì)化工新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的程序五、精細(xì)化工在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用課 時(shí) 授 課 方 案 課次課程名稱：授課時(shí)間 年 月 日 第 周 星期 第 至 節(jié) 班新課內(nèi)容 第一章 表面活性劑 1-1 表面活性劑的定義、特點(diǎn)與分類新課目的 掌握表面活性劑的定義 特點(diǎn)

3、 分類要 求新課重點(diǎn) 表面活性劑的分類難 點(diǎn)課 型 講授教具名稱 數(shù) 量智能培養(yǎng) 內(nèi) 容總結(jié)新課 內(nèi) 容布置作業(yè) 課 后 記第三節(jié) 反應(yīng)器內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)一 兩種理想流動(dòng)模型 1理想置換流動(dòng)模型理想置換流動(dòng)模型也稱作平推流模型或活塞流模型。與流動(dòng)方向相垂直的同一截面上各點(diǎn)流速、流向完全相同，即物料是齊頭并肩向前運(yùn)動(dòng)的。 圖1-1 理想置換流動(dòng) 圖1-2 理想置換流動(dòng)濃度變化曲線2理想混合流動(dòng)模型理想混合流動(dòng)模型也稱為全混流模型。反應(yīng)物料以穩(wěn)定的流量進(jìn)入反應(yīng)器，剛進(jìn)入反應(yīng)器的新鮮物料與存留在其中的物料瞬間達(dá)到完全混合。 圖1-3 理想混合流動(dòng) 圖1-4 理想混合流動(dòng)濃度變化曲線二 非理想流動(dòng)理想

4、流動(dòng)模型是兩種極端狀況下的流體流動(dòng)，而實(shí)際的工業(yè)反應(yīng)器中的反應(yīng)物料流動(dòng)模型往往介于兩者之間。對(duì)于所有偏離理想置換和理想混合的流動(dòng)模式統(tǒng)稱為非理想流動(dòng)。 1. 偏離理想流動(dòng)的原因?qū)嶋H反應(yīng)器中流動(dòng)狀況是偏離理想流動(dòng)狀況的，其原因是由于流體流動(dòng)過(guò)程中存在滯留區(qū)、存在溝流與短路 、循環(huán)流、流體流速分布不均勻、擴(kuò)散等 ，這是造成非理想流動(dòng)的幾種常見(jiàn)原因，對(duì)一個(gè)流動(dòng)系統(tǒng)可能全部存在，也可能是其中的幾種，甚至有其它的原因。2. 返混對(duì)反應(yīng)過(guò)程的影響返混是指不同時(shí)刻進(jìn)入反應(yīng)器的物料之間的混合，是逆向的混合，或者說(shuō)是不同年齡質(zhì)點(diǎn)之間的混合。返混帶來(lái)的最大影響是反應(yīng)器進(jìn)口處反應(yīng)物高濃度區(qū)的消失或減低。返混改變了反

5、應(yīng)器內(nèi)的濃度分布，使反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物的濃度下降，反應(yīng)產(chǎn)物的濃度上升。但是，這種濃度分布的改變對(duì)反應(yīng)的利弊取決于反應(yīng)過(guò)程的濃度效應(yīng)。課 時(shí) 授 課 方 案 課次課程名稱：授課時(shí)間 年 月 日 第 周 星期 第 至 節(jié) 班新課內(nèi)容 第二節(jié) 反應(yīng)器計(jì)算基本方程式新課目的 了解反應(yīng)器計(jì)算方程式要 求新課重點(diǎn) 動(dòng)力學(xué)方程式、物料衡算式難 點(diǎn)課 型 講授教具名稱數(shù) 量智能培養(yǎng) 分析理解能力內(nèi) 容總結(jié)新課 內(nèi) 容布置作業(yè)課 后 記第二節(jié) 反應(yīng)器計(jì)算的基本方程反應(yīng)器計(jì)算的基本方程包括：描述濃度變化的物料衡算式；描述溫度變化的能量衡算式；描述反應(yīng)速率變化的動(dòng)力學(xué)方程式。 （1）物料衡算式依據(jù)：質(zhì)量守衡定律?；鶞?zhǔn)：

6、 取溫度、濃度等參數(shù)保持不變的單元體積和單元時(shí)間作為空間基準(zhǔn)和時(shí)間基準(zhǔn)。通過(guò)物料衡算，可以描述物料濃度的變化規(guī)律，給出反應(yīng)物濃度或轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)器內(nèi)位置或時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系。對(duì)任一組分A在單元時(shí)間、單元體積V內(nèi)有：-單元時(shí)間內(nèi)進(jìn)入單元體積的反應(yīng)物量單元時(shí)間內(nèi)離開(kāi)單元體積的反應(yīng)物量單元時(shí)間、單元體積內(nèi)轉(zhuǎn)化掉的反應(yīng)物量單元時(shí)間、單元體積內(nèi)反應(yīng)物的積累量-= （2-1） （2）熱量衡算式依據(jù)： 能量守衡定律?；鶞?zhǔn)： 取溫度、濃度等參數(shù)保持不變的單元體積和單元時(shí)間作為空間基準(zhǔn)和時(shí)間基準(zhǔn)。通過(guò)能量衡算 ，可以描述物料溫度的變化規(guī)律，給出溫度隨反應(yīng)器內(nèi)位置或時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系。對(duì)任一組分在單元時(shí)間、單元體積

7、V內(nèi)（以放熱反應(yīng)為例）有：=+單元時(shí)間內(nèi)進(jìn)入單元體積的物料所帶進(jìn)的熱量單元時(shí)間內(nèi)離開(kāi)單元體積的物料所帶出的熱量單元時(shí)間、單元體積由于反應(yīng)產(chǎn)生的熱量單元時(shí)間、單元體積內(nèi)熱量的積累量 -單元時(shí)間內(nèi)單元體積傳遞至環(huán)境或載熱體的熱量-（2-2）（3）動(dòng)力學(xué)方程式均相反應(yīng)速率的表達(dá)式為： （2-3）式中 i -組分i的反應(yīng)速率，mol/m3.sV 反應(yīng)混合物的體積，m3ni 反應(yīng)物的摩爾數(shù)，mol 反應(yīng)時(shí)間，S均相反應(yīng)速率其他形式的表達(dá)式：恒容下進(jìn)行的反應(yīng)： （2-4）式中 Ci組分i的濃度，mol/m3 均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式：在均相反應(yīng)系統(tǒng)中只進(jìn)行如下不可逆化學(xué)反應(yīng)：A S ，其動(dòng)力學(xué)方程一般都可表示

8、成： = (2-5) （2-6）式中 A 反應(yīng)物A的反應(yīng)速率，mol/m3.s； nA 反應(yīng)物A的摩爾數(shù)，mol；cA 組分A的濃度，mol/m3 ；n 反應(yīng)級(jí)數(shù)； k 反應(yīng)速度常數(shù)。物料衡算式和動(dòng)力學(xué)方程式是描述反應(yīng)器性能的兩個(gè)最基本的方程式。課 時(shí) 授 課 方 案 課次課程名稱：授課時(shí)間 年 月 日 第 周 星期 第 至 節(jié) 班新課內(nèi)容 第二章 釜式反應(yīng)器新課目的 掌握釜式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)要 求新課重點(diǎn) 攪拌器類型與結(jié)構(gòu)難 點(diǎn)課 型 講授教具名稱 多媒體數(shù) 量智能培養(yǎng) 工程知識(shí)、反應(yīng)器知識(shí)內(nèi) 容總結(jié)新課 釜式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)內(nèi) 容 攪拌器類型布置作業(yè) 簡(jiǎn)答反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)、攪拌器作用與類型課 后 記第二章

9、均相反應(yīng)器釜式反應(yīng)器又稱槽型反應(yīng)器或鍋式反應(yīng)器，它是各類反應(yīng)器中結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單且又應(yīng)用較廣的一種。主要應(yīng)用于液-液均相反應(yīng)過(guò)程，在氣-液、液-液非均相反應(yīng)過(guò)程中也常應(yīng)用。在化工生產(chǎn)中，既可適用于間歇操作，又可單釜或多釜串聯(lián)用于連續(xù)操作過(guò)程，而又以間歇生產(chǎn)過(guò)程應(yīng)用最多。間歇釜式反應(yīng)器具有適用的溫度和壓力范圍寬、適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大等特點(diǎn)；而連續(xù)操作時(shí)具有溫度、濃度容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量均一等特點(diǎn)。任務(wù)一 釜式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)釜式反應(yīng)器基本結(jié)構(gòu)主要包括反應(yīng)器殼體、攪拌裝置、密封裝置和換熱裝置四大部分。釜式反應(yīng)器外形如圖2-1所示，其基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-2。 圖2-2 釜式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖圖2-2 釜式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)

10、示意圖圖2-1釜式反應(yīng)器外形示意圖 一、 釜式反應(yīng)器的殼體釜式反應(yīng)器的殼體結(jié)構(gòu)包括：筒體、底、蓋（或稱封頭）、手孔或人孔、視鏡及各種工藝接管口等。殼體的材質(zhì)主要為鋼制反應(yīng)釜、鑄鐵反應(yīng)釜及搪玻璃反應(yīng)釜。搪玻璃反應(yīng)釜在醫(yī)藥、染料、精細(xì)化工等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，搪玻璃反應(yīng)釜耐腐蝕性能優(yōu)越，能耐大多數(shù)無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸、有機(jī)溶劑等介質(zhì)的腐蝕；耐熱性能好，允許在- 30+240范圍內(nèi)使用。但抗耐沖擊性較小。1.封頭和釜底封頭和釜底、蓋常用的形狀有平面形、蝶形、橢圓形和球形，釜底也有錐形，見(jiàn)圖1-3所示。圖2-3 幾種反應(yīng)釜底的形狀2手孔和人孔手孔和人孔的安設(shè)是為了檢查設(shè)備內(nèi)部空間以及安裝和拆設(shè)設(shè)備內(nèi)部部件。手

11、孔的直徑一般為0.150.20m，它的結(jié)構(gòu)一般是在封頭上接一短管，并蓋以盲板。當(dāng)釜體直徑較大時(shí)，可以根據(jù)需要開(kāi)設(shè)人孔，人孔的形狀有圓形和橢圓形兩種，圓形人孔直徑一般為0.4m，橢圓形人孔的最小直徑為0.40×0.30m。3視鏡釜式反應(yīng)器的視鏡主要是為了觀察設(shè)備內(nèi)部物料的反應(yīng)情況，也作液面指示用。 二、 釜式反應(yīng)器的攪拌裝置1、釜式反應(yīng)器攪拌裝置的作用：使物料混和均勻，強(qiáng)化釜內(nèi)的傳熱和傳質(zhì)過(guò)程。2、常見(jiàn)的攪拌器結(jié)構(gòu)：包括旋轉(zhuǎn)的軸和裝在軸上的葉輪。其主要的組成部分是葉輪，它隨旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)將機(jī)械能施加給液體，并促使液體運(yùn)動(dòng)。3、常用的攪拌器類型：有漿式、框式、錨式、旋漿式、渦輪式和螺帶式等，

12、其結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。槳式攪拌器 由槳葉、豎軸所組成。槳葉一般用扁鋼或不銹鋼或有色金屬制造。槳式攪拌器的轉(zhuǎn)速較低，一般為2080rmin。槳式攪拌器直徑取反應(yīng)釜內(nèi)徑的1/32/3。槳式攪拌器適用于流動(dòng)性大、粘度小的液體物料，也適用于纖維狀和結(jié)晶狀的溶解液，物料層很深時(shí)可在軸上裝置數(shù)排槳葉。 槳式攪拌器 框式攪拌器 推進(jìn)式攪拌器 錨式攪拌器 螺帶式攪拌器 渦輪式攪拌器圖2-4 攪拌器的幾種形式框式和錨式攪拌器 框式攪拌器可視為槳式攪拌器的變形，其結(jié)構(gòu)比較堅(jiān)固，攪動(dòng)物料量大。如果這類攪拌器底部形狀和反應(yīng)釜下封頭形狀相似時(shí)，通常稱為錨式攪拌器?？蚴綌嚢杵髦睆捷^大，一般取反應(yīng)器內(nèi)徑的2/39/10，5

13、070rmin。框式攪拌器與釜壁間隙較小，有利于傳熱過(guò)程的進(jìn)行，快速旋轉(zhuǎn)時(shí)，攪拌器葉片所帶動(dòng)的液體把靜止層從反應(yīng)釜壁上帶下來(lái)；慢速旋轉(zhuǎn)時(shí)，有刮板的攪拌器能產(chǎn)生良好的熱傳導(dǎo)。這類攪拌器常用于傳熱、晶析操作和高粘度液體、高濃度淤漿和沉降性淤漿的攪拌。課 時(shí) 授 課 方 案 課次課程名稱：授課時(shí)間 年 月 日 第 周 星期 第 至 節(jié) 班新課內(nèi)容 釜式反應(yīng)器的換熱裝置新課目的 掌握釜式反應(yīng)器的換熱裝置作用與類型要 求新課重點(diǎn) 夾套難 點(diǎn)課 型 講授教具名稱數(shù) 量 模型、多媒體智能培養(yǎng) 反應(yīng)器知識(shí)內(nèi) 容總結(jié)新課 釜式反應(yīng)器的換熱裝置、密封裝置、內(nèi) 容布置作業(yè) 簡(jiǎn)答釜式反應(yīng)器的換熱裝置的作用與類型課 后

14、 記三、密封裝置靜止的攪拌釜封頭和轉(zhuǎn)動(dòng)的攪拌軸之間設(shè)有攪拌軸密封裝置，簡(jiǎn)稱軸封，以防止釜內(nèi)物料泄漏。軸封裝置主要有填料密封和機(jī)械密封兩種。填料密封的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，填料裝缷方便，但使用壽命較短，難免微量泄漏，其結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。機(jī)械密封的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但密封效果甚佳，其結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。圖2-5 標(biāo)準(zhǔn)填料箱結(jié)構(gòu) 圖2-6 機(jī)械密封裝置的密封處四、釜式反應(yīng)器的換熱裝置作用：換熱裝置是用來(lái)加熱或冷卻反應(yīng)物料，使之符合工藝要求的溫度條件的設(shè)備。結(jié)構(gòu)型式：主要有夾套式、蛇管式、列管式、外部循環(huán)式等，也可用直接火焰或電感加熱。如圖2-7所示。（a）夾套式（b）蛇管式 （c）列管式（d）外部循環(huán)式

15、 e）回流冷凝式（f）電感加熱式圖2-7釜式反應(yīng)器的換熱裝置1夾套式夾套是套在反應(yīng)器筒體外面能形成密封空間的容器，既簡(jiǎn)單又方便。夾套內(nèi)通蒸汽時(shí)，其蒸汽壓力一般不超過(guò)0.6MPa。在需要較小的傳熱面積，加熱介質(zhì)壓力又較低的情況下，采用夾套式換熱裝置是比較適宜的。2蛇管式當(dāng)工藝需要的傳熱面積大，單靠夾套傳熱不能滿足要求時(shí)，或者是反應(yīng)器內(nèi)壁襯有橡膠、瓷磚等非金屬材料時(shí)，可采用蛇管、插入套管、插入D形管等傳熱。蛇管浸沒(méi)在物料中，熱量損失少，且由于蛇管內(nèi)傳熱介質(zhì)流速高，它的給熱系數(shù)比夾套大很多。對(duì)于含有固體顆粒的物料及粘稠的物料，使用蛇管換熱器容易引起物料堆積和掛料，影響傳熱效果。任務(wù)二 管式反應(yīng)器 1

16、、管式反應(yīng)器用途管式反應(yīng)器主要用于氣相或液相連續(xù)反應(yīng)過(guò)程，由單根（直管或盤管）連續(xù)或多根平行排列的管子組成，一般設(shè)有套管或殼管式換熱裝置。管式反應(yīng)器能承受較高的壓力，對(duì)于加壓反應(yīng)尤為合適。例如裂解反應(yīng)的管式爐2、管式反應(yīng)器流程：操作時(shí)，物料自一端連續(xù)加入，在管中連續(xù)反應(yīng)，從另一端連續(xù)流出，便達(dá)到了要求昀轉(zhuǎn)化率。3、管式反應(yīng)器特點(diǎn)：反應(yīng)器具有容積小，比表面積大，返混少，反應(yīng)混合物連續(xù)性變化，易于控制等優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)于慢速反應(yīng)，不合適。 4、管式反應(yīng)器類型：主要有直管式、盤管式、多管式等，如圖2-7所示。單管（直管或盤管）式是最簡(jiǎn)單的一種反應(yīng)器，因其傳熱面積小，則一般僅適用于熱效應(yīng)較小的反應(yīng)過(guò)程，多管式反應(yīng)器的傳熱面積較大，可適用于熱效應(yīng)較大的均相反應(yīng)過(guò)程。多管式反應(yīng)器的反應(yīng)管內(nèi)還可充填固體顆粒，以提高流體湍動(dòng)或促進(jìn)非均一流體相的良好接觸，并