乙烯工程課件1概要

1、乙烯工程乙烯工程課程內(nèi)容第一章 基礎(chǔ)知識(shí)（4學(xué)時(shí)）第二章 乙烯生產(chǎn)基本原理（4學(xué)時(shí)）第三章 乙烯裝置工藝（14學(xué)時(shí)） 第四章 45萬噸乙烯裝置概況（6學(xué)時(shí)）第五章 乙烯技術(shù)進(jìn)展及趨勢展望（2學(xué)時(shí)）課程內(nèi)容第一章 基礎(chǔ)知識(shí)（4學(xué)時(shí)）第一章 基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié) 基本有機(jī)化合物第二節(jié)化工常用物理量第三節(jié)部分物理化學(xué)概念第四節(jié) 基本化工原理第一章 基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié) 基本有機(jī)化合物第一節(jié) 基本有機(jī)化合物物質(zhì)的三種狀態(tài)為固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。同分異構(gòu)體：分子組成和分子量完全相同，但分子結(jié)構(gòu)不同。因而性質(zhì)也不同的物質(zhì)叫同分異構(gòu)體。一種或幾種物質(zhì)分散到另一種物質(zhì)中，形成的均勻、穩(wěn)定的混合物叫溶液，被溶解的物質(zhì)叫溶質(zhì)。第

2、一節(jié) 基本有機(jī)化合物物質(zhì)的三種狀態(tài)為固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)第一節(jié) 基本有機(jī)化合物一般而言，有機(jī)物是指含有碳元素的化合物的總稱。在分子中只有碳和氫兩種元素所組成的有機(jī)化合物叫烴。如果碳和碳原子都是以CC相連，其余價(jià)鍵都被氫原子所飽和，這樣的烴稱為烷烴，也稱為飽和烴。烷烴的分子式是CnH2n+2 。具有相同分子式而結(jié)構(gòu)不同的現(xiàn)象稱為同分異構(gòu)現(xiàn)象。隨著碳原子數(shù)的增多，其同分異構(gòu)現(xiàn)象越復(fù)雜。第一節(jié) 基本有機(jī)化合物一般而言，有機(jī)物是指含有碳元素的烷烴烷烴的物理性質(zhì)：常溫常壓下，含一到四個(gè)碳原子的烷烴是氣體。含有五到十六個(gè)碳原子的正鏈烷烴是液體，含有十七個(gè)以上碳原子的正鏈烷烴是固體。隨著烷烴分子量的增大，沸點(diǎn)逐

3、漸增高。烷烴的比重均小于1，隨著分子量的增加，烷烴的比重逐漸增加。烷烴幾乎不溶于水，而溶于有機(jī)溶劑。烷烴的化學(xué)性質(zhì)：常溫下，烷烴很不活潑，尤其是正鏈烷烴，具有很大的穩(wěn)定性。但在一定條件下，烷烴也可發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng)烷烴烷烴的物理性質(zhì)：常溫常壓下，含一到四個(gè)碳原子的烷烴是氣體1、取代反應(yīng)：烷烴分子中的氫原子被其它原子或原子團(tuán)所取代的反應(yīng)和。2、氧化反應(yīng)：烷烴在空氣中燃燒，生成二氧化碳和水，同時(shí)放出大量的熱量。在適當(dāng)?shù)拇呋瘎┳饔孟?，用空氣或氧氣氧化烷烴，可得到醇、酮、醛、酸等氧化產(chǎn)物。3、異構(gòu)化反應(yīng)：從一個(gè)異構(gòu)體轉(zhuǎn)變成另一個(gè)構(gòu)體的反應(yīng)叫異構(gòu)化，正鏈和支鏈少的烷烴在適當(dāng)?shù)臈l件下，可異構(gòu)為支鏈多的烷烴。

4、4、裂化：有機(jī)化合物在高溫下分解稱為熱解，烷烴的熱解稱為裂化。裂化反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的過程，其產(chǎn)物是許多化合物的混合物。烷烴分子中所含碳原子數(shù)越多，其產(chǎn)物也越復(fù)雜，反應(yīng)條件不同，其產(chǎn)物也不同。但從本質(zhì)來看，裂化反應(yīng)主要包括CC、CH鍵的斷裂。烷烴在裂化過程中主要是由大分子烷烴變成小分子烷烴、烯烴和氫，此外中間產(chǎn)物也異構(gòu)化、環(huán)化、芳構(gòu)化、縮合以及聚合等反應(yīng)。1、取代反應(yīng)：烷烴分子中的氫原子被其它原子或原子團(tuán)所取代的反烯烴具有一個(gè)碳碳雙鍵的不飽和烴，叫烯烴。CC雙鍵是它的官能團(tuán)。烯烴的分子式是CnH2n。烯烴同分異構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生，除因碳鏈結(jié)構(gòu)的不同而產(chǎn)生同分異構(gòu)體外，還因雙鍵位置的不同而產(chǎn)生同分異構(gòu)體，

5、因此，碳原子數(shù)相同的烯烴比烷烴的同分異構(gòu)體要多。烯烴的物理性質(zhì)：常溫下，乙烯、丙烯和丁烯都是氣體，戊烯是液體，高級(jí)烯烴是固體。與烷烴類似，烯烴的沸點(diǎn)和比重也隨著其分子量的增加而增大，其比重都小于1，難溶于水而能溶于有機(jī)溶劑。烯烴具有一個(gè)碳碳雙鍵的不飽和烴，叫烯烴。CC雙鍵是它的官能烯烴的化學(xué)性質(zhì)：由于烯烴結(jié)構(gòu)上有不飽和雙鍵的存在，因此能進(jìn)行雙鍵的加成反應(yīng)。與氫氣進(jìn)行加成反應(yīng)時(shí)，生成相應(yīng)的烷烴，與鹵化氫加成時(shí)生成鹵代烷烴。烯烴還可以進(jìn)行雙鍵的氧化反應(yīng)，生成環(huán)氧烷。烯烴還可以進(jìn)行聚合反應(yīng)。另外，由于雙鍵的存在，使得位上的氫特別活潑，能進(jìn)行一系列的化學(xué)反應(yīng)。 烯烴的化學(xué)性質(zhì)：由于烯烴結(jié)構(gòu)上有不飽和雙

6、鍵的存在，因此能進(jìn)行二烯烴含有二個(gè)CC不飽和雙鍵的烯烴稱為二烯烴。二烯烴的分子通式是CnH2n-2 二烯烴的物理性質(zhì)：常溫下，丙二烯、丁二烯為氣體，異戊二烯為液體，它們的比重都小于1，都不溶于水，而溶于有機(jī)溶劑。二烯烴的化學(xué)性質(zhì)：在二烯烴分子中，由于CC雙鍵的存在，其化學(xué)性質(zhì)與烯烴有許多相似之處。但對(duì)于共軛二烯烴，由于其結(jié)構(gòu)上的特殊性，其化學(xué)性質(zhì)也較特殊。1、1.4加成反應(yīng)：CH2CHCHCH2HBrCH3CHCHCH2Br2、雙烯合成：例如4丁二烯與乙烯合成生成環(huán)已烯。 二烯烴含有二個(gè)CC不飽和雙鍵的烯烴稱為二烯烴。二烯烴的分子炔烴分子中含有一個(gè)碳碳三鍵的不飽和烴，叫炔烴。碳碳三鍵是它的官能

7、團(tuán)。炔烴的分子通式是CnH2n-2。含有相同碳原子的二烯烴和炔烴互為同分異構(gòu)體。炔烴的同分異構(gòu)現(xiàn)象與烯烴相似，由于碳鏈結(jié)構(gòu)的異位和三鍵位置的異構(gòu)引起的。炔烴的物理性質(zhì)與烷烴相似，乙炔、丙炔、丁炔是氣體，戊炔以上是液體，高級(jí)炔烴是固體。炔烴的化學(xué)性質(zhì)：由于炔烴分子中有三鍵存在，故其化學(xué)性質(zhì)較為活潑，能進(jìn)行加成、聚合、氧化等反應(yīng)。炔烴分子中含有一個(gè)碳碳三鍵的不飽和烴，叫炔烴。碳碳三鍵是它的環(huán)烷烴環(huán)烷烴是一類性質(zhì)與烷烴相似，同時(shí)在分子中含有碳環(huán)結(jié)構(gòu)的烴類。根據(jù)組成環(huán)的碳原子數(shù)多少，可分為三元環(huán)、四元環(huán)等；根據(jù)分子中碳環(huán)數(shù)可將環(huán)烷烴分為單烷烴、二環(huán)烷烴、多環(huán)烷烴。環(huán)烷烴的分子通式是CnH2n（n3）。

8、環(huán)烷烴的物理性質(zhì)：常溫下，低級(jí)環(huán)烷烴如環(huán)丙烷和環(huán)丁烷是氣體，從環(huán)戊烷開始是液體，高級(jí)環(huán)烷烴是固體。環(huán)烷烴的沸點(diǎn)、溶點(diǎn)和比重比碳原子數(shù)相同的烷烴高，比重仍小于1。環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)：其化學(xué)性質(zhì)與烷烴，也能發(fā)生取代反應(yīng)和氧化反應(yīng)，但由于碳環(huán)結(jié)構(gòu)的特殊性，其化學(xué)性質(zhì)也有其特殊性質(zhì)，如環(huán)數(shù)小的環(huán)烷烴較不穩(wěn)定，環(huán)易發(fā)生斷裂而發(fā)生加成反應(yīng)。環(huán)烷烴環(huán)烷烴是一類性質(zhì)與烷烴相似，同時(shí)在分子中含有碳環(huán)結(jié)構(gòu)的芳香烴芳香族碳?xì)浠衔锖喎Q芳烴。也叫芳香烴。其分子結(jié)構(gòu)中勻含有苯環(huán)。芳烴根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同分為三類：單環(huán)芳烴、多環(huán)芳烴、稠環(huán)芳烴。 苯及其同系物一般為無色液體，不溶于水，溶于汽油、乙醇和乙醚等有機(jī)溶劑。單芳烴比水輕

9、，比重小于1，具有特殊氣味，有毒。單環(huán)芳烴能進(jìn)行鹵化、硝化、磺化、烷基化和?；磻?yīng)，也能進(jìn)行加成、氧化反應(yīng)。芳香烴芳香族碳?xì)浠衔锖喎Q芳烴。也叫芳香烴。其分子結(jié)構(gòu)中勻含第二節(jié)化工常用物理量1、溫度2、壓力3、密度、比重4、粘度5、流量及流速6、PH值7、電導(dǎo)、電導(dǎo)率8、溶解度第二節(jié)化工常用物理量1、溫度溫度溫度是表示物體冷熱程度的物理量，其本質(zhì)是反映物體內(nèi)部分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。是從宏觀對(duì)物體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)程度的度量，是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。溫度越高，表明物體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)越劇烈。溫度的表示方法有：熱力學(xué)溫度T（K）、攝氏溫度t（）、蘭氏溫度TR（OR）、華氏溫度tF（OF）等，蘭氏溫度和熱力

10、學(xué)溫度的測量起點(diǎn)相同，它們的換算關(guān)系如下：溫度溫度是表示物體冷熱程度的物理量，其本質(zhì)是反映物體內(nèi)部分子溫度（1）對(duì)溫度間隔或溫差進(jìn)行換算時(shí)，應(yīng)采用的單位方程為：1 OF =1 OR =（5/9）=（5/9）K（2）對(duì)溫度間隔絕對(duì)值進(jìn)行換算時(shí)，應(yīng)采用以下方程： T（K）=t+273.15（）=（5/9）TR（OR ）=（5/9）（tF-32）（OF ） t（）= T-273.15（K） TR（OR ）=（9/5）T（K） tF（OF ）=（9/5）T-459.67（K）溫度（1）對(duì)溫度間隔或溫差進(jìn)行換算時(shí)，應(yīng)采用的單位方程為：壓力單位面積上受到的垂直方向的作用力稱為壓力。對(duì)氣體來講，其壓力是因?yàn)?/p>

11、容器內(nèi)的氣體分子撞擊容器壁所產(chǎn)生的。對(duì)液體來講，其壓力是因?yàn)槿萜鲀?nèi)的液體劑壓容器壁所產(chǎn)生的。1mmH2O是指溫度為4的純水在1毫米水柱高對(duì)容器底單位面積所產(chǎn)生的壓力。壓力單位面積上受到的垂直方向的作用力稱為壓力。對(duì)氣體來講，其壓力容器內(nèi)的真實(shí)壓力叫絕對(duì)壓力，用P絕表示。當(dāng)絕對(duì)壓力低于環(huán)境大氣壓P大時(shí)，容器內(nèi)的全部壓力仍叫絕對(duì)壓力，而把低于P大的部分叫真空，所測得值叫真空值，記為P真。它們之間的關(guān)系為： P絕=P大P真 或 P真=P大P絕。臨界狀態(tài)：物質(zhì)的氣、液兩相達(dá)到平衡，且氣相密度與液相密度相等。氣、液兩相界面消失，此時(shí)的狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)。臨界狀態(tài)下的壓力稱為該物質(zhì)的臨界壓力。臨界狀態(tài)下的溫

12、度稱為該物質(zhì)的臨界溫度。壓力容器內(nèi)的真實(shí)壓力叫絕對(duì)壓力，用P絕表示。當(dāng)絕對(duì)壓力低于環(huán)密度、比重單位體積的物質(zhì)所具有的質(zhì)量，稱為密度,常用表示。影響氣體密度的主要因素是氣體分子量、溫度、壓力。液體的密度與4純水的密度的比值，稱為比重。密度、比重單位體積的物質(zhì)所具有的質(zhì)量，稱為密度,常用表示。粘度粘度是流體的內(nèi)磨擦系數(shù)。油的粘度愈大，油則愈稠，在流動(dòng)中產(chǎn)生的內(nèi)磨擦阻力也愈大，或者說，粘度大的潤滑油不易流動(dòng)。相反，粘度愈小的油則越稀，在流動(dòng)中產(chǎn)生的內(nèi)磨擦阻力也就越小，油容易流動(dòng)。油的粘度表示方法根據(jù)不同的測試條件和方法有動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、條件粘度多種。動(dòng)力粘度的單位有帕秒PaS等，1PaS= 1k

13、g/mS 。運(yùn)行粘度的單位有拖、厘拖等，1拖=100厘拖=10平方米/秒。運(yùn)行粘度與動(dòng)力粘度的關(guān)系是動(dòng)力粘度與密度的比值即為運(yùn)行粘度。粘度粘度是流體的內(nèi)磨擦系數(shù)。油的粘度愈大，油則愈稠，在流動(dòng)中流量及流速在單位時(shí)間（秒）內(nèi)流體流過某管道橫截面積的流體量叫流量。流量又分為體積流量和質(zhì)量流量。體積流量是指在單位時(shí)間內(nèi)流過管道任一截面的流體體積，單位用m3/s表示。 質(zhì)量流量是指在單位時(shí)間內(nèi)流過管道任一截面的流體質(zhì)量，單位用kg/s表示。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1mol氣體的體積為22.4升。單位時(shí)間內(nèi)流體在管道通過的距離即流速，流速與管道截面乘積即為流量。 流量及流速在單位時(shí)間（秒）內(nèi)流體流過某管道橫截面積的

14、流體量叫常用流體流速范圍如下低壓蒸汽 1.0MPa以下(絕壓) 1520m/s中壓蒸汽 1.04.0MPa以下(絕壓) 2040m/s高壓蒸汽 4.012.0MPa以下(絕壓) 4060m/s一般氣體 (常壓) 1020m/s壓縮氣體 312m/s低壓蒸汽 1.0MPa以下(絕壓) 1520m/s水及低粘度流體 13 m/s油及粘度較大的流體 0.52 m/s常用流體流速范圍如下低壓蒸汽 1.0MPa以下(絕壓) PH值PH值是溶液中H+氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)，即PH=-lgH+。PH值的范圍為014，當(dāng)PH等于7時(shí)，說明溶液為中性，當(dāng)PH小于7時(shí)，說明溶液顯酸性，當(dāng)PH大于7時(shí)，說明溶液顯堿性。

15、PH值PH值是溶液中H+氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)，即PH=-l電導(dǎo)、電導(dǎo)率電解溶液的導(dǎo)電能力叫電導(dǎo)，其值等于其電阻的倒數(shù)。電導(dǎo)率（又稱比電導(dǎo)）即為一立方厘米電解溶液的電導(dǎo)。電導(dǎo)率高，說明液體中雜質(zhì)含量較高。電導(dǎo)、電導(dǎo)率電解溶液的導(dǎo)電能力叫電導(dǎo)，其值等于其電阻的倒數(shù)。溶解度一種或幾種物質(zhì)分散到另一種液體物質(zhì)中，形成的均勻、穩(wěn)定的混合物叫溶液，被溶解的物質(zhì)叫溶質(zhì)，而溶解其它物質(zhì)的物質(zhì)叫溶劑。溶解度是指100克溶劑中溶解的溶質(zhì)的質(zhì)量。氣體物質(zhì)的溶解度一般隨溫度的升高而減少。固體物質(zhì)的溶解度一般隨溫度的升高而增大。飽和溶液：在一定溫度、壓力下，達(dá)到溶解平衡的溶液，稱為飽和溶液，還能被繼續(xù)溶解的溶液叫不飽和溶

16、液。溶解度一種或幾種物質(zhì)分散到另一種液體物質(zhì)中，形成的均勻、穩(wěn)定第三節(jié)部分物理化學(xué)概念一、功和熱二、焓和自由焓三、飽和蒸汽壓和沸點(diǎn)四、泡點(diǎn)、露點(diǎn)、沸程及餾程五、自燃、自燃點(diǎn)及閃點(diǎn)六、爆炸極限第三節(jié)部分物理化學(xué)概念一、功和熱一、功和熱物體在力的作用下，沿力的方向產(chǎn)生位移，我們就稱該力對(duì)物體做了功。功和熱及能量的國際單位為焦耳（J），即以1牛頓的力沿力的方向移動(dòng)1米所做的功即為1焦耳，1焦耳（J）=1牛頓米（Nm）。熱量：是物體吸收或放出能量的多少，與物體的溫度、質(zhì)量有關(guān)系，它與溫度是兩個(gè)截然不同的物理量，不能說溫度越高的物質(zhì)，其熱量就越大。 一、功和熱物體在力的作用下，沿力的方向產(chǎn)生位移，我們就

17、稱該力二、焓和自由焓 焓是狀態(tài)函數(shù)，表示在不作其它功的等壓過程中的熱量，是內(nèi)能U、壓力P、體積V的函數(shù)，定義：H=U+PV，新組合的函數(shù)稱為焓，其單位為J或KJ。由于U、P、V均為系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)，其四則組合，仍是狀態(tài)函數(shù)。焓是導(dǎo)出函數(shù)，同內(nèi)能一樣，目前還無法得到焓的絕對(duì)量，通常只能計(jì)算系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)焓的改變量H。自由焓通常用符號(hào)G表示，其定義為：G=HTS，式中G自由焓；S熵；T溫度；H焓。在恒溫恒壓過程中，自由焓可作判斷過程是否自發(fā)的判據(jù)。GT。P0 自發(fā)過程；GT。P=0 平衡狀態(tài)；GT。P0 反自發(fā)過程。二、焓和自由焓 焓是狀態(tài)函數(shù)，表示在不作其它功的等壓過程中的三、飽和蒸汽壓和沸點(diǎn)

18、汽化和液化是同時(shí)進(jìn)行的兩個(gè)相反的過程。在一定溫度下當(dāng)飛到空間去的分子數(shù)與形成液體的分子數(shù)相等時(shí)，即蒸汽和液體的相對(duì)量不再發(fā)生變化，這時(shí)蒸汽和液體間建立了動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)液體上方的蒸汽壓力即為該液體在該溫度下的飽和蒸汽壓。飽和蒸汽壓與溫度和物質(zhì)的種類有關(guān)，同種物質(zhì)相同溫度的飽和蒸汽壓相等，溫度越高，飽和蒸汽壓就越大。三、飽和蒸汽壓和沸點(diǎn)汽化和液化是同時(shí)進(jìn)行的兩個(gè)相反的過程。在三、飽和蒸汽壓和沸點(diǎn)沸點(diǎn)：在一定溫度下，純液體處于相對(duì)平衡狀態(tài)時(shí)，有一定的飽和蒸汽壓，當(dāng)飽和蒸汽壓與外壓相等時(shí)，液體就會(huì)沸騰，此時(shí)液體的溫度稱為該壓力下該液體物質(zhì)的沸點(diǎn)。沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系很大，氣壓增大，沸點(diǎn)升高；氣壓減小，沸點(diǎn)

19、降低。三、飽和蒸汽壓和沸點(diǎn)沸點(diǎn)：在一定溫度下，純液體處于相對(duì)平衡狀四、泡點(diǎn)、露點(diǎn)、沸程及餾程泡點(diǎn)：在一定壓力下，將混合液體加熱，液體剛開始汽化（第一個(gè)氣泡上升到液面破裂）時(shí)的飽和液體的溫度。露點(diǎn)：在一定的壓力下，將混合氣體冷卻降溫，氣體開始冷凝出現(xiàn)第一滴凝液時(shí)的飽和氣體的溫度叫該壓力下的露點(diǎn)。沸程：露點(diǎn)和泡點(diǎn)的溫度差，稱作沸程。對(duì)于純組份而言，其露點(diǎn)和泡點(diǎn)的溫度一樣，因此沸程范圍就變成一個(gè)點(diǎn)，也就是說，純組份的液體其露點(diǎn)就是泡點(diǎn)，也是沸點(diǎn)。餾程：把液體混合物的初餾點(diǎn)到終餾點(diǎn)的溫度范圍稱為餾程。四、泡點(diǎn)、露點(diǎn)、沸程及餾程泡點(diǎn)：在一定壓力下，將混合液體加熱五、自燃、自燃點(diǎn)及閃點(diǎn)燃燒：燃燒是一種發(fā)熱

20、發(fā)光的化學(xué)反應(yīng)。物質(zhì)由于溫度升高而使氧化過程加快，當(dāng)溫度升高到一定程度，就可以不用明火而自行燃燒。這種現(xiàn)象稱為自燃。使某種物質(zhì)受熱發(fā)生自燃的最低溫度，稱該物質(zhì)的自燃點(diǎn)，也叫自燃溫度。閃點(diǎn)：可燃物質(zhì)其飽和蒸汽在空氣中能夠發(fā)生閃燃的最低溫度叫閃點(diǎn)。裂解燃料油和裂解柴油的閃點(diǎn)分別為120和70。一般閃點(diǎn)小于或等于45的液體為易燃液體；閃點(diǎn)大于45的液體為可燃液體；閃點(diǎn)低于28的可燃物稱為一級(jí)火災(zāi)危險(xiǎn)物。 五、自燃、自燃點(diǎn)及閃點(diǎn)燃燒：燃燒是一種發(fā)熱發(fā)光的化學(xué)反應(yīng)。六、爆炸極限爆炸：物質(zhì)迅速地完成狀態(tài)變化，并在瞬間放出巨大能量，同時(shí)產(chǎn)生巨大聲響的現(xiàn)象稱為爆炸。爆炸極限：可燃?xì)怏w、粉塵或可燃液體的蒸汽與空

21、氣形成的混合物遇火源發(fā)生爆炸的極限濃度稱為爆炸極限。通常用可燃?xì)怏w在空氣中的體積百分比來表示?？扇?xì)怏w或蒸汽在空氣中可以使火焰蔓延的最低濃度，即能量可以逐漸傳播的最低值稱爆炸下限?？扇?xì)怏w或蒸汽在空氣中可以使火焰蔓延的最高濃度，即能量可以逐漸傳播的最高值稱爆炸上限。六、爆炸極限爆炸：物質(zhì)迅速地完成狀態(tài)變化，并在瞬間放出巨大能第四節(jié) 基本化工原理動(dòng)量傳遞流體輸送，氣體的壓縮 ，非均相物系的分離熱量傳遞 傳導(dǎo)，對(duì)流，輻射 質(zhì)量傳遞精餾，吸收，干燥，吸附冷凍循環(huán)第四節(jié) 基本化工原理動(dòng)量傳遞動(dòng)量傳遞之流體輸送 流量：單位時(shí)間內(nèi)流體流過某管道斷面的流體量稱為流量。體積的流量單位為：立方米/秒；質(zhì)量的流量

22、單位為：千克/秒。流速：流體質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)在流動(dòng)方向上所流經(jīng)的距離。平均流速：流體的體積流量V除以管道截面積A。u=V/A。單位時(shí)間內(nèi)流過管道的液體體積越大，流速就越大，在流量保持不變的情況下，管子截面面積越大，流速就越小。 質(zhì)量流速：單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道單位截面積的流體質(zhì)量。WG/AAu/A=u動(dòng)量傳遞之流體輸送動(dòng)量傳遞之流體輸送離心泵是利用葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的離心力來輸送液體的機(jī)械。在泵啟動(dòng)前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體，啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)泵軸，泵軸帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，葉輪中心處的液體在離心力的作用下被甩向外緣，并使液體獲得了能量，液體以高速離開葉輪外緣進(jìn)入蝸殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴(kuò)

23、大而減速，又將部份動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力從泵的出口管排出，葉輪中心處的液體的離心力的作用下被拋向葉輪外緣后，該處形成低壓區(qū)，流體經(jīng)泵吸入管被吸入到葉輪中心，葉輪不停地旋轉(zhuǎn)，液體不斷地吸入和排出。動(dòng)量傳遞之流體輸送離心泵是利用葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的離心力動(dòng)量傳遞之流體輸送離心泵輸出任一流量都有相對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程、功率和效率等參數(shù)值。把這些相應(yīng)的性能參數(shù)值在特性曲線上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)稱為工況或工況點(diǎn)。離心泵的Q-H特性曲線中最高效率那一點(diǎn)稱為最佳工況點(diǎn)。氣縛現(xiàn)象：由于泵內(nèi)存氣，啟動(dòng)離心泵而不能輸送液體的現(xiàn)象叫氣縛。動(dòng)量傳遞之流體輸送離心泵輸出任一流量都有相對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程、功率和動(dòng)量傳遞之流體輸送汽蝕現(xiàn)象

24、：當(dāng)離心泵葉輪處壓強(qiáng)小于液體的飽和蒸汽壓時(shí)，液體開始?xì)饣?，產(chǎn)生大量氣泡。當(dāng)汽泡隨流體流進(jìn)入高壓區(qū)，汽泡在高壓液體的作用下，迅速凝結(jié)而破裂。此時(shí)，流體以極高的流速向氣泡原先占有的空間沖擊，形成局部的水力沖擊。液體的沖擊壓力大，次數(shù)頻繁，致使葉輪表面形成斑點(diǎn)、裂紋、直至蜂窩狀或海綿形狀。使泵的性能變壞。流量、揚(yáng)程和效率突然下降。這種由于吸入壓力不足或由于液體汽化所引起的葉輪、泵殼內(nèi)表面金屬剝落的現(xiàn)象稱為汽蝕。動(dòng)量傳遞之流體輸送汽蝕現(xiàn)象：當(dāng)離心泵葉輪處壓強(qiáng)小于液體的飽和動(dòng)量傳遞之流體輸送其他流體輸送機(jī)械 往復(fù)泵，噴射泵，螺桿泵流量測量 轉(zhuǎn)子流量計(jì)，孔板流量計(jì)，文丘里流量計(jì)動(dòng)量傳遞之流體輸送其他流體輸

25、送機(jī)械動(dòng)量傳遞之氣體的壓縮 壓縮過程分三種情況即等溫壓縮、絕熱壓縮和多變壓縮。等溫壓縮是指氣體壓縮過程中，氣體溫度維持不變，是理論上壓縮功耗最小的過程。絕熱壓縮即在壓縮氣體過程中，體系與環(huán)境不發(fā)生熱量傳遞，隨著壓力的不斷增加，氣體溫度也不斷上升，是理論上壓縮功耗最大的過程。多變壓縮是介于等溫壓縮和絕熱壓縮之間的壓縮過程，實(shí)際上壓縮過程均為多變壓縮。動(dòng)量傳遞之氣體的壓縮 壓縮過程分三種情況即等溫壓縮、絕熱壓縮壓縮機(jī)的工作原理 簡單工作原理：壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，葉輪產(chǎn)生離心力作用，氣體通過葉輪得到能量，全部從吸入口進(jìn)入，通過第一級(jí)入口導(dǎo)流器，使氣體沿適當(dāng)角度軸向進(jìn)入第一級(jí)葉輪，由于離心力作用，氣體

26、從葉輪外緣高速排出，再進(jìn)入擴(kuò)壓器將其動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。使壓縮氣體得到較高的壓力。同時(shí)氣體由葉輪中心流向外緣時(shí)，在葉輪中心處形成一定的真空，氣體便被連續(xù)吸入葉輪中。 壓縮機(jī)的工作原理 簡單工作原理：壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，葉輪產(chǎn)生透平機(jī)的工作原理透平機(jī)的工作原理：蒸汽通過葉輪前后，對(duì)葉輪作功，把本身具有的壓力能和熱能轉(zhuǎn)變?yōu)槿~輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。具有一定壓力和溫度的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后，經(jīng)過噴嘴靜葉片和動(dòng)葉片組成的蒸汽通道，蒸汽發(fā)生膨脹，從而獲得很高的汽速，高速流動(dòng)的蒸汽沖動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)葉片，使轉(zhuǎn)子按一定的方向和速度轉(zhuǎn)動(dòng)，起到驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的目的。 透平機(jī)的工作原理透平機(jī)的工作原理：蒸汽通過葉輪前后，對(duì)葉輪作離

27、心式壓縮機(jī)的喘振 壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中，當(dāng)流量不斷減少至最低流量時(shí)，就會(huì)在壓縮機(jī)流道中出現(xiàn)嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離，使出口壓力突然下降，當(dāng)壓縮機(jī)出口壓力時(shí)，出口管網(wǎng)中的壓力并不降，所以管網(wǎng)中的氣體就會(huì)倒竄入壓縮機(jī)。當(dāng)管網(wǎng)中的壓力下降，低于壓縮機(jī)出口壓力時(shí)，倒流停止，壓縮機(jī)又開始向管網(wǎng)送氣，恢復(fù)正常工作，但是當(dāng)管網(wǎng)壓力又恢復(fù)到原來壓力時(shí)，壓縮機(jī)流量又減少，系統(tǒng)中氣體又產(chǎn)生倒流，如此周而復(fù)始，整個(gè)系統(tǒng)便產(chǎn)生了周期性的氣流振蕩現(xiàn)象，稱為喘振。 離心式壓縮機(jī)的喘振 壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中，當(dāng)流量不斷減少至最低離心式壓縮機(jī)的喘振 導(dǎo)致喘振的先決條件，首先在于壓縮機(jī)越過最小流量值，產(chǎn)生了嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離和脫離區(qū)急劇擴(kuò)大的情

28、況，但這時(shí)會(huì)不會(huì)發(fā)生喘振，則和壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合工作時(shí)的性能曲線有關(guān)，只有當(dāng)管網(wǎng)性能曲線和壓縮機(jī)性能曲線的交點(diǎn)，進(jìn)入喘振界線之內(nèi)，才會(huì)發(fā)生喘振現(xiàn)象。發(fā)生喘振的另一個(gè)原因是氣體密度的變化。氣體密度較小，也會(huì)使壓縮機(jī)發(fā)生喘振。影響氣體密度的因素主要是氣體的分子量、吸入溫度、吸入壓力，在壓縮機(jī)排出壓力不變的情況下，吸入溫度上升、吸入壓力的下降或分子量的下降，均會(huì)導(dǎo)致操作進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)而發(fā)生喘振現(xiàn)象。離心式壓縮機(jī)的喘振 導(dǎo)致喘振的先決條件，首先在于喘振的危害喘振發(fā)生時(shí)，氣體流量和壓力發(fā)生周期性的振蕩，葉片強(qiáng)烈振動(dòng)，噪音加劇，壓縮機(jī)發(fā)出周期性吼響，整個(gè)機(jī)組及相關(guān)管網(wǎng)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，可造成機(jī)器嚴(yán)重?fù)p壞，葉輪破碎

29、，軸燒毀等嚴(yán)重事故。 喘振的危害喘振發(fā)生時(shí)，氣體流量和壓力發(fā)生周期性的振蕩，葉片強(qiáng)動(dòng)量傳遞之非均相物系的分離 均相物系：混合物內(nèi)沒有相分界面，只有一個(gè)相，物系內(nèi)各處物質(zhì)性質(zhì)均相同。均相物系的分離可采用吸收、蒸餾等方法。非均相物系：有二種以上相態(tài)同時(shí)存在的混合物稱為非均相混合物。物系內(nèi)二相間有分界面，界面二側(cè)的物質(zhì)性質(zhì)截然不同。這類物系有氣固混合物、液固混合物、液液混合物、氣液混合物以及固體混合物等。動(dòng)量傳遞之非均相物系的分離 均相物系：混合物內(nèi)沒有相分界面，動(dòng)量傳遞之非均相物系的分離非均相物系分離操作主要有以下目的：1、回收分散物質(zhì)，如從反應(yīng)器出來的氣體中回收催化劑顆粒以務(wù)循環(huán)使用等。2、凈化

30、分散介質(zhì)，如反應(yīng)氣體在進(jìn)入反應(yīng)器前必須除去氣體中固體或液體雜技，以保證反應(yīng)的正常進(jìn)行等。3、除去對(duì)環(huán)境有害的介質(zhì)，如在工業(yè)廢氣排放以前，將其中有害的物質(zhì)除去，滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。常用的非均相物系的分離方法有重力沉降、離心分離、過濾、濕法除塵和電除塵等。 動(dòng)量傳遞之非均相物系的分離非均相物系分離操作主要有以下目的：熱量傳遞熱量傳遞的基本方式有傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射。傳導(dǎo)：依靠物體與物體之間的接觸而發(fā)生的傳熱叫熱傳導(dǎo)，也叫導(dǎo)熱。它的特點(diǎn)是，熱傳導(dǎo)時(shí)，物體內(nèi)部各分子的相對(duì)位置不變。對(duì)流：依靠流體流動(dòng)作相對(duì)位移而進(jìn)行的傳熱叫對(duì)流傳熱。如裂解爐的對(duì)流段爐管和高溫?zé)煔庵g的傳熱屬對(duì)流傳熱。對(duì)流傳熱的兩種形式是自然對(duì)流

31、和強(qiáng)制對(duì)流。輻射：絕對(duì)溫度大于零度的物體以電磁波的形式將熱能向外發(fā)射，叫熱輻射。如裂解爐中高溫?zé)煔?，爐墻的熱量以輻射的形式傳遞給爐管。 熱量傳遞熱量傳遞的基本方式有傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射。熱量傳遞換熱器傳熱 固定管板式、浮頭式、U型管式、套管式、水浴式及翅片式 蒸發(fā)：將含非揮發(fā)性物質(zhì)的稀溶液加熱沸騰使部份溶劑汽化并使溶液得到濃縮的過程稱為蒸發(fā) 按操作壓力分類，分為常壓蒸發(fā)、真空蒸發(fā)和加壓蒸發(fā)。 按蒸發(fā)器的效數(shù)分類，分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)。 熱量傳遞換熱器傳熱質(zhì)量傳遞精餾：把混合物進(jìn)料進(jìn)行多次部份汽化、部份冷凝，使混合物分離成所要求的組成產(chǎn)品的操作過程。 吸收：氣體混合物中溶質(zhì)組分與吸收劑發(fā)生物理擴(kuò)散

32、或者化學(xué)反應(yīng)的操作。吸附：用多孔性的固體吸附劑處理物料，使其中所含的一種或幾種組分被吸附于固體表面上，以達(dá)到分離的操作過程。質(zhì)量傳遞精餾：把混合物進(jìn)料進(jìn)行多次部份汽化、部份冷凝，使混合質(zhì)量傳遞干燥：泛指從濕物料中除去水分或其他濕分的各種操作。如在日常生活中將潮濕物料置于陽光下曝曬以除去水分，工業(yè)上用硅膠、石灰、濃硫酸等除去空氣、工業(yè)氣體或有機(jī)液體中的水分。在化工生產(chǎn)中，干燥通常指用熱空氣、煙道氣以及紅外線等加熱濕固體物料，使其中所含的水分或溶劑汽化而除去，是一種屬于熱質(zhì)傳遞過程的單元操作。質(zhì)量傳遞干燥：泛指從濕物料中除去水分或其他濕分的各種操作。如精餾原理 由于液體混合物中所含組分的沸點(diǎn)不同，

33、當(dāng)其在一定溫度下部份汽化時(shí)，因輕組分沸點(diǎn)低，易汽化，故在氣相中的濃度較液相中高，而液相中重組分沸點(diǎn)高，難于汽化，故在液相中其濃度較在氣相中高。，這就改變了氣液二相的組成。當(dāng)對(duì)部份汽化所得的蒸汽進(jìn)行部份冷凝時(shí)，因較高沸點(diǎn)的組分易于冷凝，使得冷凝液中高沸點(diǎn)的濃度較氣相高，而未凝氣中低沸物的濃度相應(yīng)地提高了，多次地進(jìn)行這樣的部份汽化和部份冷凝，最終在液相中得到較純的重組分，而在氣相中得到較純的輕組分。精餾就是基于這個(gè)原理使混合物得以分離的。 精餾原理 由于液體混合物中所含組分的沸點(diǎn)不同，當(dāng)其在一定溫度典型精餾塔示意圖典型精餾塔示意圖塔的基本型式填料塔：填料塔由塔殼體和塔內(nèi)裝有一定高度的填料所構(gòu)成，屬

34、于氣液連續(xù)接觸的傳質(zhì)設(shè)備，塔內(nèi)的上升蒸汽沿著填料的空隙由下而上的流動(dòng)，塔內(nèi)流下的液體沿著填料的表面自上而下的流動(dòng)，氣液相的物質(zhì)和熱量的傳遞，是借助于填料表面上形成的液膜表面進(jìn)行的。由于填料塔中的氣相和液相接觸進(jìn)行熱量和物質(zhì)的交換主要在填料表面進(jìn)行的，因此填料的性能直接影響著塔的操作性能。 塔的基本型式填料塔：填料塔由塔殼體和塔內(nèi)裝有一定高度的填料所塔的基本型式泡罩塔：是由很多構(gòu)造相同的泡罩塔板組成的，每塊塔板上勻設(shè)有泡罩、升氣管、降液管、溢流堰。泡罩有圓形和條形二種，泡罩下沿有許多小縫稱為齒縫，氣體從升氣管上升后通過齒縫穿過液體層，進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)。升氣管是上升氣體的通道，它的高度應(yīng)比溢流堰低。

35、降液管是上層塔板的液體流入下層的通道，又稱溢流管。通常根據(jù)塔徑大小，分為多溢流和單溢流。其主要原則是保證液體在塔板上的停留時(shí)間，并使液體分布均勻。溢流堰的作用是保證塔板上有一定的液層高度。操作時(shí)，氣體由下而上流動(dòng)，通過塔板上的升氣管，進(jìn)入泡罩，再由泡罩下端的齒縫以鼓泡的形式穿過塔板上的液體層，與液體進(jìn)行物質(zhì)和熱量的交換。從塔板下降的液體越過液流堰，沿降液管下流至下層塔板。 塔的基本型式泡罩塔：是由很多構(gòu)造相同的泡罩塔板組成的，每塊塔塔的基本型式篩板塔：由許多篩板組成，篩板的結(jié)構(gòu)分為篩孔、溢流堰、降液管、無孔區(qū)等，蒸汽自篩孔上升后，以細(xì)小的氣流形式分散于液體中，進(jìn)行物質(zhì)和熱量的交換。篩板的上方與下方的蒸汽壓力差必須足以超過塔板上液層的靜壓強(qiáng)，才能阻止液體從篩孔漏下來。 塔的基本型式篩板塔：由許多篩板組成，篩板的結(jié)構(gòu)分為篩孔、溢流塔的基本型式浮閥塔：主要構(gòu)件有受液盤、溢流堰、降液、浮閥、塔板。當(dāng)沒有蒸汽上升時(shí)，浮閥落在塔板上，這時(shí)浮閥開度僅2.5mm，當(dāng)浮閥受到上升蒸汽的沖動(dòng)而開啟時(shí)，開啟的程度由蒸汽速度的大小而定，上升蒸汽穿過閥孔，將閥片頂起，從水平方向射出，通過液體層時(shí)，氣液二