1《化工生产基础》第一章1、2节

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1、 1 / 23 化工 生产基础 教案 主讲教师： 江 波 课程特点： 化工生产基础是一门工程性、实用性很强的课程 。 在课程内容中，既有详细的过程分析，又有大刀阔斧的粗描概略，；既有详尽的理论分析，又有许多的经验总结。作为一门专业基础课，起着承前启后的作用，对于帮助学生建立基本的工程观点、培养专业的学习兴趣至关重要。 由于化工生产基础 它讨论的各种单元操作也广泛地被应用于其它工业过程，同时也是制药、食品、冶金、纺织、材料等类专业的选考课。 目前全国开设此课的院校有百多家，教材种类繁多，其中最有代表性的是华东理工大学、 天津大学、谭天恩、清华大学等所编的教材。这些教材编写格局大致相同，局部内容有

2、差异。 在学习中要看 是否牢固地掌握了基础知识；是否具备定量计算能力；是否树立了工程观点具备理论联系实际的分析和解决问题的能力。 无论在工作 还是专业学习 中 ，化工生产基础的教学目的是一致的。因此，教学中，我们十分强调 2 / 23 学生能力的培养和工程观点的建立，在每一章后都补充相应的概念题，主要是把重要的工程观点和基本概念通过练习题书面化加强学生这方面的学习。另外在具体知识的讲解中，再三强调 方法 的重要性。 化工生产基础主要研究化工单元操作 的基本原理、典型设备的设计及操作调节等，又称为化学工程基础或化工单元操作。 化工生产中涉及到大大小小几十种单元操作，在有限的学时内，不可能一一介绍

3、，那么对于一个新的单元操作应如何分析和掌握哪些内容呢？ 如何着手分析某一单元操作 ? 一、单元操作的目的是什么 ? 二、单元操作的依据是什么 ? 三、采取什么措施 ? 四、典型设备的操作与调节 五、过程的经济性 单元操作从理论上分析，可归结为三大类： 遵循动量传递规律、遵循热量传递规律、遵循质量传递规律。 3 / 23 因此 化工生产基础 的重点内容为： 流体流动及输送、传 热、精馏、吸收、干燥 等。这也是课程学习中需加深理解、重点掌握的内容。 化工生产的概念 化工生产基础课的任务是 学习化工生产的 基础知识 和 基本操作技能 ， 为学习专业课打好基础。化工生产知识的范围较广，本教材着重讨论化

4、工生产过程的基本知识， 包括主要 单元操作 、 单元反应 和 化工生产控制 的基本知识， 以适应从事生产操作的需要。本章主要介绍了化工生产过程的有个基本概念和基本规律，为以后学习各章打好基础。 第一节 化学工业与化工生产过程 “化工 ”，是“化学工业”、“化学工艺”以及“化学工程”的简称。本书所说的“化工”主要讲化学工 业。 化学工业 -以天然物质和其它物质为原料，通过化学方法和物理方法，使其结构、形态发生变化，生成新的物质，制成生产资料和生活资料的工业， 称为 -化学工业 。 化学工业是国民经济的重要部门之一，在各国经济发展中举足轻重。一般占 GDP 的 5-7%，占工业 4 / 23 产值

5、的 7-10%甚至更高。过去十年，世界化学工业以高于世界经济增长率的 20%-30的速度发展。我国化工产业占 GDP 的 12-15%左右。化学工业的发展反映了人类对化工产品日益增加的需求，显示出其在人类社会生活中的作用愈来愈重要。 化学工业的作用： 机械工业：切割用的电石、成型剂、粘合剂、表面处理、化学镀、防锈涂料、合成纤维、合成树脂、橡胶、涂料、石棉、玻璃、建材等。 电子工业：超高材料、超导材料；如气体、试剂、半导体、荧光屏及其他溶剂。 国防工业：炸药、助推剂、复合材料、陶瓷、核燃料等。 农业：合成纤维代替棉花、合成橡胶代替天然橡胶；如，生产 1 万 t 合成纤维相当于 200 km2 棉

6、田所产棉花，制造 1 万 t 合成橡胶相当于 166.5 km2 橡胶园所产的天然橡胶。农药、化肥、农用地膜、人工降雨等。 化学工艺的这些作用是要通过化工生产过程的实现的。 化工生产过程 -主要是指从原材料进入化工生产装置、经过物理方法或化学方法的加工到制成合格产品的过程。 5 / 23 （严格的讲化工生产过程是从原料进入生产领域到产出合格产品的全过程。还包括运输、储存、 商品的补充加工、包装等 ） 有的也将它称为 化工工艺过程。 化工生产过程对化工企业创造物质财富起着决定性作用，是构成化工企业的主体 。 化学工业的性质决定了 化工生产过程具有下述四个特点： 1、 生产过程的连续性和 间接性（

7、隐蔽性） 化工生产是通过一定的工艺流程来实现的，属于流程型生产。 工艺流程指的是 ： 以反应设备为骨干，由系列单元设备 通过管路串联组成的系统装置。 如图 1-1（ P-3）所示的是硫磺制硫酸的工艺流程。 这个工艺流程是以焚硫炉、转化器、吸收塔等三个反应设备为骨干，将一系列单元设备通过管路组合串联构成一套系统装置。在装置中硫磺、空气、水只有按着这个流程运行，才能制成硫酸。这就是典型的流程型生产。 6 / 23 7 / 23 8 / 23 流程型生产一般具有 连续性和间接性 （隐蔽性）。 连续性具体体现在二方面： 第一、 空间的连续性， 生产流程是一条连锁式的生产线，各个工序紧密衔接，首尾相通，

8、无论那个工序失调，都会导致整个生产线不能正常运转； 第二、 时间的连续性 ，生产长期 运转，昼夜不停 ，各个班次紧密衔接，无论那个班出故障，都会影响整个生产过程的正常运行。 间接性则体现在操作者一般不与物料直接接触，而生产过程在密闭的设备中进行，对物料的运行变化看不见，摸不着，操作人员只有借助管道的颜色来识别物料，靠检测仪表、分析化验，来了解生产情况，用仪表或计算机控制生产运行。 2、 生产技术的复杂性和严密性 复杂性 化工的工艺流程多数比较复杂，而且发展趋势是复杂程度越来越高。而今的基础化学工业正朝着大型化和高度自动化发展；而运用化学工业正朝着精细化、专业化、高性能和深加工发展。 严密性 由

9、于化学反应对其应具备的条件要求非常严格每种产品都有一套严密的工艺规程，必须严格执行， 否则不仅制造不出合格的产品，还会造成事故的发生。 9 / 23 3、 原料、产品、和工艺的多样性 我国目前生产的化工产品大约有 4 万多种，全世界约有 5 万种以上（这个数字还在迅速增长），化工生产可以用不同原料制造同一产品，也可以用同一种原料制造不同的产品。化工产品一般都有二种以上的生产工艺。即使用同一样的原料制造同一种产品也常有几种不同的工艺流程。 4、 安全生产和环境保护的极端重要性 有些化学反应或物理变化要在高温、高压、真空、深冷 等条件下进行，有许多物料具有易燃、易爆、易腐蚀有毒等性质，这些特点决定

10、了化工生产中的安全和环境保护极其重要。在学习化工生产知识时 要特别注意学习掌握安全生产与环境变化的知识和技能。 化工 生产过程 的运行要依靠良好的操作。 化工操作： 是指在一定的工序、岗位对化工生产装置和生产过程进行操作控制的工作。 对于化工这种靠设备作业的流程型生产，良好的操作具有特殊重要性 。因为流程、设备必须时时处于严密的控制之下完全按工艺规程运行，才能制造出人们需要的产品。大量实践证明，先进的工艺、设备只有通过良好的操作才能转化为生产能力 。在设备问题解决后， 操作水平的高低对实行优质、高产、低耗 10 / 23 起关键作用 。 很多工业发达的国家对化工操作人员的素质 都极为重视。中国

11、对化工操作人员的素质要求已作出明确的规定。化工工人技术等级标准等文件指出：化工操作人员以从事 观察判断 、 调节控制 为主要内容的操作，这是以脑力劳动为主的操作，这种操作，作业难度复杂工作责任较大，对安全要求高， 要求操作人员具有坚实的基础知识和较强的分析判断能力。 第二节 化工生产过程的基本组成规律 化工生产过程中种类繁多，很难完成掌握。但各种生产过程都有着共同的基本组成规律，掌握了这种 规律，就可以了解化工生产过程的 概貌。其基本组成规律主要有以下几点。 第一、 化工生产过程是由若干单元操作和单元反应等基本加工过程构成的，它们如同化工生产过程的 “构件”； 第二、 化工生产过程是由 原料的

12、预处理、化学反应和反应产物加工 （产物的分离） 这三个基本步骤构成的 ； 生产中，原料预处理和产物分离，缺一不可。 化学反应这一步是整个化工生产过程的核心 ， 起主导作用 ，其要求和结果决定着原料预处理的程度和产物分离的任务，直接影响到其它两部分的设备投资和操作费用。 11 / 23 第三、 化工生产过程贯穿着二种转换，即物质转换和能量转换。 在化学工程中具有共性的主要过程及单元操作有 “三传一反 ”-动量传递、热量传递、质量传递和化学反应工程 流体动力过程： 流体流动及输送 、沉降 过滤 、 固体流态化 等。 传热 过程： 热传导 、 蒸发 、 冷凝 、热交换、加热。 传质 过程： 气体吸收

13、 、 蒸馏 、 萃取 、 吸附 、 干燥 等 一、 单元操作和单元反应 进一步分析图 1-1 并对照图 1-2，可以看出，硫磺制酸的生产过程 是由一系列基本加工过程构成的。其中焚硫、转化、吸收是进行化学反应的基本加工过程：熔硫、气体输送、气体干燥、过滤、换热则是用物理方法处理物料的基本加工过程。 12 / 23 13 / 23 14 / 23 单元操作或单元反应 : 在化工生产过程中，具有共同特点，遵循共同的物理或化学规律，所用设备相似，作用相 同的基本加工过程 称为：单元操作或单元反应 :， 单元操作； （也叫物理过程）； 其中具有物理变化特点的基本加工过程称为 ：称为：单元操作 单元反应

14、： （也叫单元过程或化学过程）： 具有化学变化特点的基本加工过程称为：称为：单元反应 常用的单元操作有 18 种 ，如表 1-1 所示，按其性质、原理各分为五种类型 （见图） 流体流动过程的单元操作 ： 遵 循流体动力学规律进行的操作过程 ，如液体输送、气体输送、气体压缩、过滤、沉降等。 热力传递过程的单元操作 ： 遵循热量传递规律进行 的操作过程，也叫传热过程， 如传热、蒸发等。 质量传递过 程的单元操作 ： 物质从一个相转移到另一个相的操作过程，也叫传质过程， 如蒸馏、吸收、萃取等。 15 / 23 16 / 23 热力 过程的单元操作 ： 遵循热力学原理进行的单元操作， 如冷冻等 继续过

15、程的单元操作 ： 靠机械加工和机械输送继续的单元操作 ，如粉碎、固体输送等。 【 例题 1-1】 （ P6） 查表指出 隔膜电解法制烧碱工艺流程中二个 处理岗位（见图 1-4）各是什么单元操作，属于哪种类型？ 第一个岗位，从上一个岗位送来的含有大量悬浮液的盐水混合液。在这里运用悬浮物重于盐水的特点，靠重力作用使悬浮物沉降 ，与清夜分层然后将杂质排除，将盐水沉清液，送 往下一个岗位。 第二个岗位，从上一个岗位送来的澄清液仍含有一些微小的悬浮物。本岗位用砂滤器将这些微小的悬浮物分离出来，成为更纯净的精盐水，送往下一个工序。 17 / 23 18 / 23 二、 化工生产过程的三个基本步骤 化工生产过程一般包含三个基本步骤： 原料预处理 将原料进行一系列的处理，达到化学反应所要求的状态。 化学反应 使反应物在反应器内发生化学反应，生产新的物质。 反应产物加工 将反应产物进行一系列的加工，制成符合质量要求的产品，同时将未反应 的原料、副产物和暂时不需要 的“废料”回收处理。 化工生产过程的三步骤又由 若干个单元操作或单元反应构成。 一般情况， 原理预处理和反应产物加工主要有单元操作构成，有时也有一些化学反应； 化学反应步骤