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1、方埠化工厂,化工工艺操作培训,方埠化工厂,第一章 绪 论,1.化工工艺的定义 化工工艺即化工技术或化学生产技术也叫化工生产技术，指将原料物主要经过化学反应转变为产品的方法和过程,包括实现这一转变的全部措施。 具体到实际应用中又可概括为化工生产，将煤、石油、天然气、矿石、水、空气等经过一系列化学变化或化学处理手段，改变其性质状态、组成，得到目的产物的过程。 而如何实现和组织这一过程，即是化工生产（工艺）的基本任务。,方埠化工厂,2.化工生产的基本任务 研究化工生产的基本过程和反应原理 确认化工生产的工艺流程和最佳工艺条件。 生产中运用的主要设备的构造、工作原理及强化生产的方法。,方埠化工厂,第二
2、章 化工生产与单元操作,1、化工单元操作 一个化工产品的生产是通过若干个物理操作与若干个化学反应实现的。尽管化工产品千差万别，生产工艺多种多样，但这些产品的生产过程所包含的物理过程并不是很多，而且是相似的。比如，流涕输送不论用来输送何种物料，其目的都是将流体从一个设备输送至另一个设备；加热与冷却的目的都是得到需要的操作温度；分离提纯的目的都是得到指定浓度的混合物等。因此把这些包含在不同化工产品生产过程中，发生同样物理变化，遵循共同的物理学规律，使用相似设备，具有相同功能的基本物理操作，称为单元操作。,方埠化工厂,化工生产与单元操作,2 . 单元操作（Unit Operation） 单元操作按其
3、遵循的基本规律分类： （1）遵循流体动力学基本规律的单元操作：包括流体输送、沉降、过滤、固体流态化等； （2）遵循热量传递基本规律的单元操作：包括加热、冷却、冷凝、蒸发等； （3）遵循质量传递基本规律的单元操作：包括蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥、膜分离等；,方埠化工厂,化工生产与单元操作,内容,方向,3 单元操作的内容与方向：,方埠化工厂,第三章 流体流动,流体流动规律是化工原理课程的重要基础， 主要原因有以下三个方面： （1）流动阻力及流量计算 （2）流动对传热、传质及化学反应的影响 （3）流体的混合效果,方埠化工厂,1.1.1 重要概念,一. 密度 定义: 单位体积流体的质量称为密度.公式
4、: 式中 -流体的密度，kg/m3； m -流体的质量，kg； V -流体的体积，m3。在研究流体流动时，若压力与温度变化不大时，则可认为液体的密度为常数。密度为常数的流体称为不可压缩流体。 严格说来，真实流体都是可压缩流体,不可压缩流体只是在研究流体流动时，对于密度变化较小的真实流体的一种简化。本章中如不加说明均指不可压缩流体。,方埠化工厂,1.1.1 重要概念,二. 气体密度 一般来说气体是可压缩的，称为可压缩流体。但是，在压力和温度变化率很小的情况下，也可将气体当作不可压缩流体来处理。 当气体的压力不太高，温度又不太低时，可近似按理想气体状态方程来计算密度。由 计算 p - 气体的绝对压
5、强，kPa或kN/m2； M - 气体的摩尔质量，kg/kmol； T - 气体的绝对温度，K； R - 气体常数，8.314 kJ/(kmol K)。,方埠化工厂,1.1.2 流体的静压强,一. 静压强 流体垂直作用于单位面积上的力，称为压强，或称为静压强。其表达式为 式中 p - 流体的静压强，Pa； FV- 垂直作用于流体表面上的力，N； A - 作用面的面积，m2。,方埠化工厂,1.1.2 流体的静压强,二. 静压强的单位 1 按压强的定义，压强是单位面积上的压力，其单位应为Pa，也称为帕斯卡。 其105倍称为巴（bar）， 即1bar = 105 Pa。常用单位有：Pa、 KPa、
6、Mpa。 2 直接以液柱高表示：mH2O、cmCCl4、mmHg等。 3. 以大气压强表示：atm（物理大气压）、at（工程大气压） 1atm=1.013105 Pa=10.33 mH2O=760mmHg 1at=9.81104 Pa=10 mH2O=735mmHg,方埠化工厂,1.1.2 流体的静压强,三. 静压强的表示方法 绝对压强（ata）：以绝对真空为基准量得的压强； 表压强（atg）：以大气压强为基准量得的压强。 真空度 表压强以大气压为起点计算，所以有正负，负表压强就称为真空度，其相互关系如下图所示。 注意符号: atm - 物理大气压； at - 工程大气压； ata - 绝对压
7、强； atg - 表压强。,方埠化工厂,1.2.1 流量,单位时间内流过管道任一截面的流体量称为流量。若流体量用体积来计算，称为体积流量，以Vs表示，其单位为m3/s；若流体量用质量来计算，则称为质量流量，以ws表示，其单位为kg/s。 体积流量与质量流量的关系为：ws = Vs 式中 - 流体的密度，kg/m3。 注意，流量是一种瞬时的特性，不是一段时间的累计量。,方埠化工厂,1.2.2 流速,单位时间内流体在流动方向上所流经的距离称为流速。以u表示，其单位为m/s。 流体流过管路时，在管路任一截面上各点的流速沿管径而变 化，即在管截面中心处流速最大，越靠近管壁流速就越小，在管 壁处的流速为
8、零。流体在管截面上各点的流速分布规律较为复 杂，在工程中为简便起见，流速通常采用整个管截面上的平均流 速，即用流量相等的原则来计算平均流速。其表达式为： 式中 A - 与流动方向相垂直的管路截面积，m2 。 流量与流速的关系为：ws = Vs= uA,方埠化工厂,1.2.2 流速,由于气体的体积流量随温度和压强而变化，因而气体的流速亦随之而变。因此采用质量流速就较为方便。 质量流速即单位时间内流体流过管路截面积的质量，以G表示，其表达式为： 式中G - 质量流速，亦称质量通量；kg/m2 s 。,方埠化工厂,1.2.3 管路直径的估算及选择,一般管路的截面均为圆形，若以d表示管路内径，则 于是
9、 。 所以流体输送管路的直径可根据流量及流速进行计算，所以选择的u越小，则d越大，那么对于相同的流量，所用的材料就越多，所以材料费、检修费等基建费也会相应增加。相反，选择的u越大，则d就越小，材料费等费用会减少，但由于流体在管路中流动的阻力与u 成正比，所以阻力损失会增大，即操作费用就会增加。所以应综合考虑，使两项费用之和最小。 通常流体流动允许压强降：水24.5kpa/100m管 空气 5.1kpa/100m管 可以此来衡量所选择的管径是否合适。对于长距离与大流量输送流体，d应按前述的经济核算原则进行选择；而对于车间内部，通常管道较短，也不太粗，这时可根据经验来选择d。 一般液体流速为0.5
10、3m/s，气体为1030m/s，蒸汽为2050m/s。,方埠化工厂,某些流体在管路中常用流速范围,方埠化工厂,第四章 流体输送机械,一、为什么要流体输送机械？ 化工生产中大都是连续流动的各种物料或产品。由于工艺需要常需将流体由低处送至高处；由低压设备送至高压设备；或者克服管道阻力由一车间（某地）水平地送至另一车间（另一地）。为了达到这些目的，必须对流体作功以提高流体能量，完成输送任务。这就需要流体输送机械。,方埠化工厂,二、为什么要用不同结构和特性的输送机械？,这是因为化工厂中输送的流体种类繁多： 1、流体种类有强腐蚀性的、高粘度的、含有固体悬浮物的、易挥发的、 易燃易爆的以及有毒的等等； 2
11、、温度和压强又有高低之分； 3、不同生产过程所需提供的流量和压头又各异。 所以需要有各种结构和特性的输送机械。 三、化工流体输送机械分类 一般可分为四类：即离心式、往复式、旋转式和流体动力作用式。这四种类型机械均有国产产品，且大多数已成为系列化产品。,方埠化工厂,2-1-1 离心泵的工作原理,在液体受迫由叶轮中心流向外缘的同时，在叶轮中心处形成真空。泵的吸入管路一端与叶轮中心处相通，另一端则浸没在输送的液体内，在液面压力（常为大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体经吸入管路进入泵内，只要叶轮的转动不停，离心泵便不断地吸入和排出液体。由此可见离心泵主要是依靠高速旋转的叶轮所产生的离心力来输
12、送液体，故名离心泵。,方埠化工厂,离心泵,方埠化工厂,2-1-2 离心泵的工作原理,离心泵若在启动前未充满液体，则泵内存在空气，由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内，虽启动离心泵，但不能输送液体，这种现象就称为“气缚”。所以离心泵启动前必须向壳体内灌满液体，在吸入管底部安装带滤网的底阀。底阀为止逆阀，防止启动前灌入的液体从泵内漏失。滤网防止固体物质进入泵内。靠近泵出口处的压出管道上装有调节阀，供调节流量时使用。,方埠化工厂,液体物理性质对离心泵特性的影响,（1）密度的影响 由离心泵的基本方程式可知，离心泵的压头、流量均与液体的密度无关，所以效率也不随
13、液体的密度而改变，但轴功率会随着液体密度而变化。 （2）粘度的影响 所输送的液体粘度越大，泵内能量损失越多，泵的压头、流量都要减小，效率下降，而轴功率则要增大。,方埠化工厂,离心泵的工作点与流量调节,一、工作点 离心泵的特性曲线是泵本身固有的特性，它与外界使用情况无关。但是，一旦泵被安排在一定的管路系统中工作时，其实际工作情况就不仅与离心泵本身的特性有关，而且还取决于管路的工作特性。所以，要选好和用好离心泵，就还要同时考虑到管路的特性。 在特定管路中输送液体时，管路所需压头He随着流量Qe的平方而变化。将此关系绘在坐标纸上即为相应管路特性曲线。,方埠化工厂,离心泵的工作点与流量调节,若将离心泵
14、的特性曲线与其所在管路特性曲线绘于同一坐标纸上，如上图所示，此两线交点M称为泵的工作点。选泵时，要求工作点所对应的流量和压头既能满足管路系统的要求，又正好是离心泵所提供的，即Q = Qe，H = He。,方埠化工厂,离心泵的工作点与流量调节,二、流量调节 1）改变阀门的开度 改变离心泵出口管线上的阀门开关，其实质是改变管路特性曲线。如图所示，当阀门关小时，管路的局部阻力加大，管路特性曲线变陡，工作点由M移至M1，流量由QM减小到QM1。当阀门开大时，管路阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作点移至M2，流量加大到QM2。 用阀门调节流量迅速方便，且流量可以连续变化，适合化工连续生产的特点。所
15、以应用十分广泛。缺点是阀门关小时，阻力损失加大，能量消耗增多，不很经济。,方埠化工厂,离心泵的工作点与流量调节,2）改变泵的转速 改变泵的转速实质上是改变泵的特性曲线。泵原来转速为n，工作点为M，如下图所示，若把泵的转速提高到n1，泵的特性曲线 HQ往上移，工作点由M移至M1，流量由QM加大到QM1。若把泵的转速降至n2，工作点移至M2，流量降至QM2。 这种调节方法需要变速装置或价格昂贵的变速原动机，且难以做到连续调节流量，故化工生产中很少采用。,方埠化工厂,离心泵的安装高度,一、汽蚀现象 在如图所示的管路中，在液面00与泵进口附近截面11之间无外加能量，液体靠压强差流动。因此，提高泵的安装
16、位置，叶轮进口处的压强可能降至被输送液体的饱和蒸汽压，引起液体部分汽化。,方埠化工厂,汽蚀现象,实际上，泵中压强最低处位于叶轮内缘叶片的背面，当泵的安装位置高至一定距离，首先在该处发生汽化并产生汽泡。含汽泡的液体进入叶轮后，因压强升高，汽泡立即凝聚，汽泡的消失产生局部真空，周围液体以高速涌向汽泡中心，造成冲击和振动。尤其是当汽泡的凝聚发生在叶片表面附近时，众多液体质点犹如细小的高频水锤撞击着叶片；另外汽泡中还可能带有氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将会导致叶片的过早损坏，这种现象称为泵的汽蚀。 离心泵在产生汽蚀条件下运转，泵体振动并发出噪音，流量、扬程和效率都明显下降，严重时甚至吸不上液体。为了避免汽蚀现象，泵的安装位置不能太高，以保证
