化工原理概況講義

1、化工原理概況講義第1頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二化工原理的研究對(duì)象1、化工過(guò)程：用化工手段將原料加工成產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程統(tǒng)稱為化工生產(chǎn)過(guò)程。目的是提高物料的價(jià)值，產(chǎn)品用于滿足社會(huì)的需要。圖1-1 基本化工生產(chǎn)過(guò)程原料 （1）預(yù)處理 （2） 反 應(yīng) （3）后處理產(chǎn)品第2頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二中低壓法合成甲醇工藝流程圖甲醇的生產(chǎn)：第3頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二三聚氰胺的生產(chǎn)：第4頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二化工生產(chǎn)過(guò)程 原料的預(yù)處理 進(jìn)行化學(xué)反應(yīng) 反應(yīng)產(chǎn)物的分離與提純 原料的預(yù)處理

2、反應(yīng)產(chǎn)物的分離與提純單元操作單元操作：化工生產(chǎn)中除化學(xué)反應(yīng)單元以外的所有物理性操作?；み^(guò)程=化學(xué)反應(yīng)+單元操作化工原理研究各個(gè)獨(dú)立的單元操作！第5頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二單元操作的分類：1）按操作目的分： 流體輸送： 物料的混合：氣體和液體的輸送主要指通過(guò)攪拌達(dá)到物料混合或分散的目的 物料的加熱或冷卻：利用物料和環(huán)境之間的溫度差輸入或輸出熱量 均相混合物的分離：氣體吸收、液體蒸餾、萃取等 非均相混合物的分離：過(guò)濾和沉降第6頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二2）按單元操作遵循的基本規(guī)律分： 動(dòng)量傳遞過(guò)程： 熱量傳遞過(guò)程：遵循流體力學(xué)基本規(guī)律

3、的單元操作：流體輸送、沉降、過(guò)濾和離心分離等遵循熱交換基本規(guī)律的單元操作：如傳熱、蒸發(fā)等 質(zhì)量傳遞過(guò)程：遵循通過(guò)擴(kuò)散，從一相轉(zhuǎn)移到另一相的過(guò)程：吸收、吸附、蒸餾、萃取、離子交換、膜分離等第7頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二化工計(jì)算的基本原則 物料衡算 熱量衡算 平衡關(guān)系 過(guò)程速率第8頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二1、物料衡算： 物料衡算也稱為質(zhì)量衡算，其依據(jù)是質(zhì)量守恒定律。它反映一個(gè)過(guò)程中原料、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等之間的關(guān)系。 進(jìn)入的物料量必等于排出的物料量和過(guò)程中的積累量：輸入物料量 排出物料量過(guò)程積累量第9頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，1

4、7點(diǎn)1分，星期二積累 MM入M出系 統(tǒng)圖1-2 物料衡算示意圖物料衡算式： M入 M出 M(1-1)連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)：M入 M出 (1-2)第10頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二二、能量衡算 機(jī)械能、熱量、電能、磁能、化學(xué)能、原子能等統(tǒng)稱能量，化工生產(chǎn)中常以熱量為主，下面以熱量衡算為例說(shuō)明能量衡算過(guò)程。注意：作熱量衡算時(shí)，由于焓是相對(duì)值，與溫度基準(zhǔn)有關(guān)，故應(yīng)說(shuō)明基準(zhǔn)溫度。習(xí)慣上選0為基溫，并規(guī)定0時(shí)液態(tài)的焓為零。第11頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二積累 QQ入Q出系 統(tǒng)圖1-3 熱量衡算示意圖熱量衡算式： Q入 Q出 Q穩(wěn)定的連續(xù)性操作：Q入 Q出

5、 (1-3)(1-4)第12頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二3、平衡關(guān)系： 平衡關(guān)系可以確定過(guò)程進(jìn)行的方向、程度，平衡狀態(tài)是過(guò)程進(jìn)行的極限。例如：第13頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二4、過(guò)程速率：20水80 乙醇？ 乙醇20水80 空氣？ 空氣第14頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二1、流體輸送2、顆粒沉降和流態(tài)化3、傳熱4、蒸發(fā)5、吸收6、精餾7、萃取8、結(jié)晶9、干燥3、傳熱4、蒸發(fā)5、吸收6、精餾7、萃取8、結(jié)晶9、干燥化工原理研究的單元操作第15頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二1、傳熱第16頁(yè)

6、，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二夏天人在同樣溫度（如：25度）的空氣和水中的感覺(jué)不一樣。為什么？真空保溫杯為什么能保溫？北方寒冷地區(qū)，建筑房屋都是雙層玻璃，以利于保溫，為什么？為什么燒水壺在裝有水的情況下可以在火焰上長(zhǎng)時(shí)間加熱，而直接放在火焰上很快就會(huì)燒壞？第17頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二熱量傳遞過(guò)程的推動(dòng)力：溫差熱力學(xué)第二定律：熱量可以自發(fā)地由高溫?zé)嵩磦鹘o低溫?zé)嵩?有溫差就會(huì)有傳熱 溫差是熱量傳遞的推動(dòng)力第18頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二直接接觸式換熱器(混和式換熱器) 常見(jiàn)換熱器簡(jiǎn)介第19頁(yè)，共65頁(yè)，2022

7、年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二蓄熱式換熱器(回流式換熱器、蓄熱器)第20頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二沉浸式蛇管換熱器 使用：沉浸在盛有被加熱或被冷卻介質(zhì)容器中，兩種流體分別在管內(nèi)、外進(jìn)行換熱。第21頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二第22頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二噴淋式蛇管換熱器 將蛇管成排地固定在鋼架上，被冷卻的流體在管內(nèi)流動(dòng)，冷卻水由管排上方的噴淋裝置均勻淋下。第23頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二套管式換熱器第24頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二固定管板式換

8、熱器 它是將兩端管板和殼體連接在一起.第25頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二浮頭式換熱器 它是將一端管板與殼體相連，而另一端管板不與殼體固定連接，可以沿軸向自由浮動(dòng)，如圖示。第26頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二U型管式換熱器第27頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二平板式換熱器 由一組長(zhǎng)方形的金屬薄板平行排列在一起，采用夾緊裝置組裝于支架上而構(gòu)成，見(jiàn)圖。第28頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二螺旋板式換熱器 它是由兩張互相平行的薄金屬板，卷制成同心的螺旋形通道。第29頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日

9、，17點(diǎn)1分，星期二2、蒸發(fā)1、酒精涂在體表有清爽的感覺(jué)？2、空調(diào)為什么可以制冷、制熱？3、海水如何獲得淡水？第30頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二單效蒸發(fā) 多效蒸發(fā) 蒸發(fā)：將稀溶液在沸騰狀態(tài)下進(jìn)行濃縮的單元操作。蒸發(fā)分類 : 常壓蒸發(fā)加壓蒸發(fā)減壓蒸發(fā)蒸發(fā)的目的：溶液中溶劑的汽化，獲得溶劑產(chǎn)品或不揮發(fā)溶質(zhì)產(chǎn)品。蒸發(fā)的必要條件：不斷供給熱能，不斷排除蒸汽，溶劑易揮發(fā)。第31頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二第32頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二第33頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二第34頁(yè)，共65頁(yè)，2

10、022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二第35頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二第36頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二第37頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二3、吸收吸收分離操作：利用混合氣體中各組分在液體中溶解度差異，使某些易溶組分進(jìn)入液相形成溶液，不溶或難溶組分仍留在氣相，從而實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離。吸收劑氣體yx界面氣體吸收是混合氣體中某些組分在氣液相界面上溶解、在氣相和液相內(nèi)由濃度差推動(dòng)的傳質(zhì)過(guò)程。第38頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二吸收與解吸流程含苯煤氣脫苯煤氣洗油苯水過(guò)熱蒸汽加熱器冷卻器煤氣脫

11、苯第39頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二溶解度曲線：在一定溫度、壓力下，平衡時(shí)溶質(zhì)在氣相和液相中的濃度的關(guān)系曲線。溶解度/g(NH3)/1000g(H2O)1000500020406080100120pNH3/kPa50 oC40 oC30 oC20 oC10 oC0 oC120溶解度/g(SO2)/1000g(H2O)250200020406080100pSO2/kPa1501005012050 oC40 oC30 oC20 oC10 oC0 oC在相同條件下，NH3 在水中的溶解度較 SO2 大得多。用水作吸收劑時(shí)，稱 NH3 為易溶氣體，SO2為中等溶解氣體，溶解

12、度更小的氣體則為難溶氣體(如O2 在 30，1kg 水中溶解的質(zhì)量?jī)H為 0.014g)。 氣體在液體中的溶解度第40頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二氣液兩相的接觸方式連續(xù)接觸(也稱微分接觸)：氣、液兩相的濃度呈連續(xù)變化。如填料塔。級(jí)式接觸：氣、液兩相逐級(jí)接觸傳質(zhì)，兩相的組成呈階躍變化。 如板式塔。散裝填料塑料鮑爾環(huán)填料規(guī)整填料 塑料絲網(wǎng)波紋填料 第41頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二吸收塔的設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、吸收劑的選擇；2、流向選擇；3、塔結(jié)構(gòu)選擇；4、最小汽液比例；5、塔高；6、塔徑；第42頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二

13、1.溶解度：對(duì)溶質(zhì)組分應(yīng)具有較大的溶解度2.選擇性高：對(duì)混合氣體中的其他組分基本不吸收3.揮發(fā)性?。簻p少溶劑的用量，避免引入新雜質(zhì) 4.黏度低：便于運(yùn)輸；比熱?。涸偕鷷r(shí)節(jié)能；發(fā)泡性低：減少設(shè)備的尺寸。5.腐蝕性低：減少設(shè)備費(fèi)用。6.化學(xué)穩(wěn)定性高；7.無(wú)毒、無(wú)害、價(jià)廉、易于再生等。溶劑選擇要求：總的選擇原則是：經(jīng)濟(jì)、合理。第43頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二有幾個(gè)問(wèn)題：1、低溫還是高溫適合氣體吸收操作？2、吸收塔的高度是否越高越好？3、吸收操作能否實(shí)現(xiàn)完全的氣體分離？第44頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二4、精餾1、水和酒精如何實(shí)現(xiàn)分離?2、汽油

14、、柴油如何獲得？3、化工產(chǎn)品一般來(lái)說(shuō)純度較低，如何獲得較高的純度？第45頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二水、酒精、菜籽油這三個(gè)哪個(gè)更易揮發(fā)？第46頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二平衡蒸餾液相（或氣相）混合物連續(xù)通過(guò)節(jié)流閃蒸或膨脹或?qū)⒒旌蠚膺M(jìn)行部分冷凝，使物流達(dá)到一次平衡的蒸餾過(guò)程，稱之平衡蒸餾。第47頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二第48頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二簡(jiǎn)單蒸餾簡(jiǎn)單蒸餾是分批加入原料，進(jìn)行間歇操作。蒸餾過(guò)程中不斷從塔頂采出產(chǎn)品。第49頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，

15、星期二第50頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二為了得到更高純度的產(chǎn)品，你可以設(shè)計(jì)什么樣的裝置？精餾是化工生產(chǎn)中分離互溶液體混合物的典型單元操作，其實(shí)質(zhì)是多級(jí)蒸餾。第51頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二第52頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二第53頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二精餾第54頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二第55頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二第56頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二第57頁(yè)，共65頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)1分，星期二第58頁(yè)，共65頁(yè)，2