精細化工教案Word版

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

2、三大類：準商用化學品，多功能、多用途化學品 我國：農(nóng)藥、染料、涂料、顏料、試劑和高純物、信息化學品、食品和飼料添加劑、膠黏劑、催化劑和各種助劑二、精細化工的特點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、大量采用復配技術(shù)5、附加值高6、商品性強三、精細化工過程開發(fā)的一般步驟分為三個階段：實驗室研究階段、中間試驗階段、工業(yè)化階段四、精細化工新產(chǎn)品開發(fā)的程序五、精細化工在國民經(jīng)濟中的作用課 時 授 課 方 案 課次課程名稱：授課時間 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、特點與分類新課目的 掌握表面活性劑的定義 特點

3、 分類要 求新課重點 表面活性劑的分類難 點課 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) 反應器內(nèi)流體的流動狀態(tài)一 兩種理想流動模型 1理想置換流動模型理想置換流動模型也稱作平推流模型或活塞流模型。與流動方向相垂直的同一截面上各點流速、流向完全相同，即物料是齊頭并肩向前運動的。 圖1-1 理想置換流動 圖1-2 理想置換流動濃度變化曲線2理想混合流動模型理想混合流動模型也稱為全混流模型。反應物料以穩(wěn)定的流量進入反應器，剛進入反應器的新鮮物料與存留在其中的物料瞬間達到完全混合。 圖1-3 理想混合流動 圖1-4 理想混合流動濃度變化曲線二 非理想流動理想

4、流動模型是兩種極端狀況下的流體流動，而實際的工業(yè)反應器中的反應物料流動模型往往介于兩者之間。對于所有偏離理想置換和理想混合的流動模式統(tǒng)稱為非理想流動。 1. 偏離理想流動的原因?qū)嶋H反應器中流動狀況是偏離理想流動狀況的，其原因是由于流體流動過程中存在滯留區(qū)、存在溝流與短路 、循環(huán)流、流體流速分布不均勻、擴散等 ，這是造成非理想流動的幾種常見原因，對一個流動系統(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. 返混對反應過程的影響返混是指不同時刻進入反應器的物料之間的混合，是逆向的混合，或者說是不同年齡質(zhì)點之間的混合。返混帶來的最大影響是反應器進口處反應物高濃度區(qū)的消失或減低。返混改變了反

5、應器內(nèi)的濃度分布，使反應器內(nèi)反應物的濃度下降，反應產(chǎn)物的濃度上升。但是，這種濃度分布的改變對反應的利弊取決于反應過程的濃度效應。課 時 授 課 方 案 課次課程名稱：授課時間 年 月 日 第 周 星期 第 至 節(jié) 班新課內(nèi)容 第二節(jié) 反應器計算基本方程式新課目的 了解反應器計算方程式要 求新課重點 動力學方程式、物料衡算式難 點課 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) 反應器計算的基本方程反應器計算的基本方程包括：描述濃度變化的物料衡算式；描述溫度變化的能量衡算式；描述反應速率變化的動力學方程式。 （1）物料衡算式依據(jù)：質(zhì)量守衡定律。基準：

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

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

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

9、均相反應器釜式反應器又稱槽型反應器或鍋式反應器，它是各類反應器中結(jié)構(gòu)較為簡單且又應用較廣的一種。主要應用于液-液均相反應過程，在氣-液、液-液非均相反應過程中也常應用。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)操作過程，而又以間歇生產(chǎn)過程應用最多。間歇釜式反應器具有適用的溫度和壓力范圍寬、適應性強，操作彈性大等特點；而連續(xù)操作時具有溫度、濃度容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量均一等特點。任務一 釜式反應器的結(jié)構(gòu)釜式反應器基本結(jié)構(gòu)主要包括反應器殼體、攪拌裝置、密封裝置和換熱裝置四大部分。釜式反應器外形如圖2-1所示，其基本結(jié)構(gòu)見圖2-2。 圖2-2 釜式反應器結(jié)構(gòu)示意圖圖2-2 釜式反應器結(jié)構(gòu)

10、示意圖圖2-1釜式反應器外形示意圖 一、 釜式反應器的殼體釜式反應器的殼體結(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)主要為鋼制反應釜、鑄鐵反應釜及搪玻璃反應釜。搪玻璃反應釜在醫(yī)藥、染料、精細化工等領(lǐng)域應用非常廣泛，搪玻璃反應釜耐腐蝕性能優(yōu)越，能耐大多數(shù)無機酸、有機酸、有機溶劑等介質(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，見圖1-3所示。圖2-3 幾種反應釜底的形狀2手孔和人孔手孔和人孔的安設是為了檢查設備內(nèi)部空間以及安裝和拆設設備內(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。當釜體直徑較大時，可以根據(jù)需要開設人孔，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視鏡釜式反應器的視鏡主要是為了觀察設備內(nèi)部物料的反應情況，也作液面指示用。 二、 釜式反應器的攪拌裝置1、釜式反應器攪拌裝置的作用：使物料混和均勻，強化釜內(nèi)的傳熱和傳質(zhì)過程。2、常見的攪拌器結(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)軸運動將機械能施加給液體，并促使液體運動。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釜內(nèi)徑的1/32/3。槳式攪拌器適用于流動性大、粘度小的液體物料，也適用于纖維狀和結(jié)晶狀的溶解液，物料層很深時可在軸上裝置數(shù)排槳葉。 槳式攪拌器 框式攪拌器 推進式攪拌器 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)比較堅固，攪動物料量大。如果這類攪拌器底部形狀和反應釜下封頭形狀相似時，通常稱為錨式攪拌器?？蚴綌嚢杵髦睆捷^大，一般取反應器內(nèi)徑的2/39/10，5

13、070rmin?？蚴綌嚢杵髋c釜壁間隙較小，有利于傳熱過程的進行，快速旋轉(zhuǎn)時，攪拌器葉片所帶動的液體把靜止層從反應釜壁上帶下來；慢速旋轉(zhuǎn)時，有刮板的攪拌器能產(chǎn)生良好的熱傳導。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 授 課 方 案 課次課程名稱：授課時間 年 月 日 第 周 星期 第 至 節(jié) 班新課內(nèi)容 釜式反應器的換熱裝置新課目的 掌握釜式反應器的換熱裝置作用與類型要 求新課重點 夾套難 點課 型 講授教具名稱數(shù) 量 模型、多媒體智能培養(yǎng) 反應器知識內(nèi) 容總結(jié)新課 釜式反應器的換熱裝置、密封裝置、內(nèi) 容布置作業(yè) 簡答釜式反應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)動的攪拌軸之間設有攪拌軸密封裝置，簡稱軸封，以防止釜內(nèi)物料泄漏。軸封裝置主要有填料密封和機械密封兩種。填料密封的特點是結(jié)構(gòu)簡單，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。機械密封的特點是結(jié)構(gòu)較復雜，但密封效果甚佳，其結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。圖2-5 標準填料箱結(jié)構(gòu) 圖2-6 機械密封裝置的密封處四、釜式反應器的換熱裝置作用：換熱裝置是用來加熱或冷卻反應物料，使之符合工藝要求的溫度條件的設備。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釜式反應器的換熱裝置1夾套式夾套是套在反應器筒體外面能形成密封空間的容器，既簡單又方便。夾套內(nèi)通蒸汽時，其蒸汽壓力一般不超過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蛇管式當工藝需要的傳熱面積大，單靠夾套傳熱不能滿足要求時，或者是反應器內(nèi)壁襯有橡膠、瓷磚等非金屬材料時，可采用蛇管、插入套管、插入D形管等傳熱。蛇管浸沒在物料中，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。任務二 管式反應器 1

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