《化工單元操作》PPT課件.ppt

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1、方埠化工廠,,,,化工工藝操作培訓(xùn),方埠化工廠,第一章 緒 論,1.化工工藝的定義 化工工藝即化工技術(shù)或化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)也叫化工生產(chǎn)技術(shù)，指將原料物主要經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的方法和過程,包括實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的全部措施。 具體到實際應(yīng)用中又可概括為化工生產(chǎn)，將煤、石油、天然氣、礦石、水、空氣等經(jīng)過一系列化學(xué)變化或化學(xué)處理手段，改變其性質(zhì)狀態(tài)、組成，得到目的產(chǎn)物的過程。 而如何實現(xiàn)和組織這一過程，即是化工生產(chǎn)（工藝）的基本任務(wù)。,方埠化工廠,,2.化工生產(chǎn)的基本任務(wù) 研究化工生產(chǎn)的基本過程和反應(yīng)原理 確認化工生產(chǎn)的工藝流程和最佳工藝條件。 生產(chǎn)中運用的主要設(shè)備的構(gòu)造、工作原理及強化生產(chǎn)的方法。,方埠化工

2、廠,第二章 化工生產(chǎn)與單元操作,1、化工單元操作 一個化工產(chǎn)品的生產(chǎn)是通過若干個物理操作與若干個化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)的。盡管化工產(chǎn)品千差萬別，生產(chǎn)工藝多種多樣，但這些產(chǎn)品的生產(chǎn)過程所包含的物理過程并不是很多，而且是相似的。比如，流涕輸送不論用來輸送何種物料，其目的都是將流體從一個設(shè)備輸送至另一個設(shè)備；加熱與冷卻的目的都是得到需要的操作溫度；分離提純的目的都是得到指定濃度的混合物等。因此把這些包含在不同化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，發(fā)生同樣物理變化，遵循共同的物理學(xué)規(guī)律，使用相似設(shè)備，具有相同功能的基本物理操作，稱為單元操作。,方埠化工廠,化工生產(chǎn)與單元操作,2 . 單元操作（Unit Operation）

3、單元操作按其遵循的基本規(guī)律分類： （1）遵循流體動力學(xué)基本規(guī)律的單元操作：包括流體輸送、沉降、過濾、固體流態(tài)化等； （2）遵循熱量傳遞基本規(guī)律的單元操作：包括加熱、冷卻、冷凝、蒸發(fā)等； （3）遵循質(zhì)量傳遞基本規(guī)律的單元操作：包括蒸餾、吸收、萃取、結(jié)晶、干燥、膜分離等；,方埠化工廠,化工生產(chǎn)與單元操作,內(nèi)容,方向,3 單元操作的內(nèi)容與方向：,方埠化工廠,第三章 流體流動,流體流動規(guī)律是化工原理課程的重要基礎(chǔ)， 主要原因有以下三個方面： （1）流動阻力及流量計算 （2）流動對傳熱、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)的影響 （3）流體的混合效果,方埠化工廠,1.1.1 重要概念,一. 密度 定義: 單位體積流體的質(zhì)量稱

4、為密度.公式: 式中 --------流體的密度，kg/m3； m --------流體的質(zhì)量，kg； V --------流體的體積，m3。在研究流體流動時，若壓力與溫度變化不大時，則可認為液體的密度為常數(shù)。密度為常數(shù)的流體稱為不可壓縮流體。 嚴格說來，真實流體都是可壓縮流體,不可壓縮流體只是在研究流體流動時，對于密度變化較小的真實流體的一種簡化。本章中如不加說明均指不可壓縮流體。,方埠化工廠,1.1.1 重要概念,二. 氣體密度 一般來說氣體是可壓縮的，稱為可壓縮流體。但是，在壓力和溫度變化率很小的情況下，也可將氣體當作不可壓縮流體來處理。 當氣體的壓力不太高，

5、溫度又不太低時，可近似按理想氣體狀態(tài)方程來計算密度。由 計算 p -------- 氣體的絕對壓強，kPa或kN/m2； M -------- 氣體的摩爾質(zhì)量，kg/kmol； T -------- 氣體的絕對溫度，K； R -------- 氣體常數(shù)，8.314 kJ/(kmol K)。,方埠化工廠,1.1.2 流體的靜壓強,一. 靜壓強 流體垂直作用于單位面積上的力，稱為壓強，或稱為靜壓強。其表達式為 式中 p -------- 流體的靜壓強，Pa； FV------- 垂直作用于流體表面上的力，N； A -------- 作用面的面積，m2。,方埠化工廠,1.

6、1.2 流體的靜壓強,二. 靜壓強的單位 1按壓強的定義，壓強是單位面積上的壓力，其單位應(yīng)為Pa，也稱為帕斯卡。 其105倍稱為巴（bar）， 即1bar = 105 Pa。常用單位有：Pa、 KPa、 Mpa。 2直接以液柱高表示：mH2O、cmCCl4、mmHg等。 3. 以大氣壓強表示：atm（物理大氣壓）、at（工程大氣壓） 1atm=1.013105 Pa=10.33 mH2O=760mmHg 1at=9.81104 Pa=10 mH2O=735mmHg,方埠化工廠,1.1.2 流體的靜壓強,三. 靜壓強的表示方法 絕對壓強（ata）：以絕對真空為基準量得的壓強； 表壓強（atg）：

7、以大氣壓強為基準量得的壓強。 真空度 表壓強以大氣壓為起點計算，所以有正負，負表壓強就稱為真空度，其相互關(guān)系如下圖所示。 注意符號: atm -------- 物理大氣壓； at -------- 工程大氣壓； ata -------- 絕對壓強； atg -------- 表壓強。,方埠化工廠,1.2.1 流量,單位時間內(nèi)流過管道任一截面的流體量稱為流量。若流體量用體積來計算，稱為體積流量，以Vs表示，其單位為m3/s；若流體量用質(zhì)量來計算，則稱為質(zhì)量流量，以ws表示，其單位為kg/s。 體積流量與質(zhì)量流量的關(guān)系為：ws = Vs 式中 -------- 流體的密度，

8、kg/m3。 注意，流量是一種瞬時的特性，不是一段時間的累計量。,方埠化工廠,1.2.2 流速,單位時間內(nèi)流體在流動方向上所流經(jīng)的距離稱為流速。以u表示，其單位為m/s。 流體流過管路時，在管路任一截面上各點的流速沿管徑而變 化，即在管截面中心處流速最大，越靠近管壁流速就越小，在管 壁處的流速為零。流體在管截面上各點的流速分布規(guī)律較為復(fù) 雜，在工程中為簡便起見，流速通常采用整個管截面上的平均流 速，即用流量相等的原則來計算平均流速。其表達式為： 式中 A -------- 與流動方向相垂直的管路截面積，m2 。 流量與流速的關(guān)系為：ws = Vs= uA,方埠化工廠,1.2.2 流

9、速,由于氣體的體積流量隨溫度和壓強而變化，因而氣體的流速亦隨之而變。因此采用質(zhì)量流速就較為方便。 質(zhì)量流速即單位時間內(nèi)流體流過管路截面積的質(zhì)量，以G表示，其表達式為： 式中G -------- 質(zhì)量流速，亦稱質(zhì)量通量；kg/m2 s 。,方埠化工廠,1.2.3 管路直徑的估算及選擇,一般管路的截面均為圓形，若以d表示管路內(nèi)徑，則 于是 。 所以流體輸送管路的直徑可根據(jù)流量及流速進行計算，所以選擇的u越小，則d越大，那么對于相同的流量，所用的材料就越多，所以材料費、檢修費等基建費也會相應(yīng)增加。相反，選擇的u越大，則d就越小，材料費等費用會減少，但由于流體在管路中流

10、動的阻力與u 成正比，所以阻力損失會增大，即操作費用就會增加。所以應(yīng)綜合考慮，使兩項費用之和最小。 通常流體流動允許壓強降：水24.5kpa/100m管 空氣 5.1kpa/100m管 可以此來衡量所選擇的管徑是否合適。對于長距離與大流量輸送流體，d應(yīng)按前述的經(jīng)濟核算原則進行選擇；而對于車間內(nèi)部，通常管道較短，也不太粗，這時可根據(jù)經(jīng)驗來選擇d。 一般液體流速為0.53m/s，氣體為1030m/s，蒸汽為2050m/s。,方埠化工廠,某些流體在管路中常用流速范圍,,方埠化工廠,第四章 流體輸送機械,一、為什么要流體輸送機械？ 化工生產(chǎn)中大都是連續(xù)流動的各種物料或產(chǎn)品。由于工藝

11、需要常需將流體由低處送至高處；由低壓設(shè)備送至高壓設(shè)備；或者克服管道阻力由一車間（某地）水平地送至另一車間（另一地）。為了達到這些目的，必須對流體作功以提高流體能量，完成輸送任務(wù)。這就需要流體輸送機械。,方埠化工廠,二、為什么要用不同結(jié)構(gòu)和特性的輸送機械？,這是因為化工廠中輸送的流體種類繁多： 1、流體種類有強腐蝕性的、高粘度的、含有固體懸浮物的、易揮發(fā)的、 易燃易爆的以及有毒的等等； 2、溫度和壓強又有高低之分； 3、不同生產(chǎn)過程所需提供的流量和壓頭又各異。 所以需要有各種結(jié)構(gòu)和特性的輸送機械。 三、化工流體輸送機械分類 一般可分為四類：即離心式、往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式和流體動力作用式。這四種

12、類型機械均有國產(chǎn)產(chǎn)品，且大多數(shù)已成為系列化產(chǎn)品。,方埠化工廠,2-1-1 離心泵的工作原理,在液體受迫由葉輪中心流向外緣的同時，在葉輪中心處形成真空。泵的吸入管路一端與葉輪中心處相通，另一端則浸沒在輸送的液體內(nèi)，在液面壓力（常為大氣壓）與泵內(nèi)壓力（負壓）的壓差作用下，液體經(jīng)吸入管路進入泵內(nèi)，只要葉輪的轉(zhuǎn)動不停，離心泵便不斷地吸入和排出液體。由此可見離心泵主要是依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪所產(chǎn)生的離心力來輸送液體，故名離心泵。,方埠化工廠,離心泵,方埠化工廠,2-1-2 離心泵的工作原理,離心泵若在啟動前未充滿液體，則泵內(nèi)存在空氣，由于空氣密度很小，所產(chǎn)生的離心力也很小。吸入口處所形成的真空不足以將液體吸

13、入泵內(nèi)，雖啟動離心泵，但不能輸送液體，這種現(xiàn)象就稱為“氣縛”。所以離心泵啟動前必須向殼體內(nèi)灌滿液體，在吸入管底部安裝帶濾網(wǎng)的底閥。底閥為止逆閥，防止啟動前灌入的液體從泵內(nèi)漏失。濾網(wǎng)防止固體物質(zhì)進入泵內(nèi)?？拷贸隹谔幍膲撼龉艿郎涎b有調(diào)節(jié)閥，供調(diào)節(jié)流量時使用。,方埠化工廠,液體物理性質(zhì)對離心泵特性的影響,（1）密度的影響 由離心泵的基本方程式可知，離心泵的壓頭、流量均與液體的密度無關(guān)，所以效率也不隨液體的密度而改變，但軸功率會隨著液體密度而變化。 （2）粘度的影響 所輸送的液體粘度越大，泵內(nèi)能量損失越多，泵的壓頭、流量都要減小，效率下降，而軸功率則要增大。,方埠化工廠,離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)

14、,一、工作點 離心泵的特性曲線是泵本身固有的特性，它與外界使用情況無關(guān)。但是，一旦泵被安排在一定的管路系統(tǒng)中工作時，其實際工作情況就不僅與離心泵本身的特性有關(guān)，而且還取決于管路的工作特性。所以，要選好和用好離心泵，就還要同時考慮到管路的特性。 在特定管路中輸送液體時，管路所需壓頭He隨著流量Qe的平方而變化。將此關(guān)系繪在坐標紙上即為相應(yīng)管路特性曲線。,方埠化工廠,離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié),若將離心泵的特性曲線與其所在管路特性曲線繪于同一坐標紙上，如上圖所示，此兩線交點M稱為泵的工作點。選泵時，要求工作點所對應(yīng)的流量和壓頭既能滿足管路系統(tǒng)的要求，又正好是離心泵所提供的，即Q = Qe，H =

15、 He。,方埠化工廠,離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié),二、流量調(diào)節(jié) 1）改變閥門的開度 改變離心泵出口管線上的閥門開關(guān)，其實質(zhì)是改變管路特性曲線。如圖所示，當閥門關(guān)小時，管路的局部阻力加大，管路特性曲線變陡，工作點由M移至M1，流量由QM減小到QM1。當閥門開大時，管路阻力減小，管路特性曲線變得平坦一些，工作點移至M2，流量加大到QM2。 用閥門調(diào)節(jié)流量迅速方便，且流量可以連續(xù)變化，適合化工連續(xù)生產(chǎn)的特點。所以應(yīng)用十分廣泛。缺點是閥門關(guān)小時，阻力損失加大，能量消耗增多，不很經(jīng)濟。,方埠化工廠,離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié),2）改變泵的轉(zhuǎn)速 改變泵的轉(zhuǎn)速實質(zhì)上是改變泵的特性曲線。泵原來轉(zhuǎn)速為n，工作點

16、為M，如下圖所示，若把泵的轉(zhuǎn)速提高到n1，泵的特性曲線 HQ往上移，工作點由M移至M1，流量由QM加大到QM1。若把泵的轉(zhuǎn)速降至n2，工作點移至M2，流量降至QM2。 這種調(diào)節(jié)方法需要變速裝置或價格昂貴的變速原動機，且難以做到連續(xù)調(diào)節(jié)流量，故化工生產(chǎn)中很少采用。,方埠化工廠,離心泵的安裝高度,一、汽蝕現(xiàn)象 在如圖所示的管路中，在液面00與泵進口附近截面11之間無外加能量，液體靠壓強差流動。因此，提高泵的安裝位置，葉輪進口處的壓強可能降至被輸送液體的飽和蒸汽壓，引起液體部分汽化。,方埠化工廠,汽蝕現(xiàn)象,實際上，泵中壓強最低處位于葉輪內(nèi)緣葉片的背面，當泵的安裝位置高至一定距離，首先在該處發(fā)生汽化并

17、產(chǎn)生汽泡。含汽泡的液體進入葉輪后，因壓強升高，汽泡立即凝聚，汽泡的消失產(chǎn)生局部真空，周圍液體以高速涌向汽泡中心，造成沖擊和振動。尤其是當汽泡的凝聚發(fā)生在葉片表面附近時，眾多液體質(zhì)點猶如細小的高頻水錘撞擊著葉片；另外汽泡中還可能帶有氧氣等對金屬材料發(fā)生化學(xué)腐蝕作用。泵在這種狀態(tài)下長期運轉(zhuǎn)，將會導(dǎo)致葉片的過早損壞，這種現(xiàn)象稱為泵的汽蝕。 離心泵在產(chǎn)生汽蝕條件下運轉(zhuǎn)，泵體振動并發(fā)出噪音，流量、揚程和效率都明顯下降，嚴重時甚至吸不上液體。為了避免汽蝕現(xiàn)象，泵的安裝位置不能太高，以保證葉輪中各處的壓強高于液體的飽和蒸汽壓。,方埠化工廠,氣體輸送機械,氣體輸送機械的結(jié)構(gòu)和原理與液體輸送機械大體相同。但是氣

18、體具有 可壓縮性和比液體小得多的密度（約為液體密度的千分之一左右），從而 使氣體輸送具有某些不同于液體輸送的特點。 氣體輸送機械根據(jù)它所能產(chǎn)生的進、出口壓強差或壓強比（稱為壓縮比）進行如下分類： 1）通風(fēng)機：出口壓強不大于1.47104Pa（表壓），壓縮比為 11.15； 2）鼓風(fēng)機：出口壓強為（1.4729.4）104Pa（表壓），壓縮比小于4； （3）壓縮機：出口壓強為29.4104Pa（表壓）以上，壓縮比大于4； （4）真空泵：用于減壓，出口壓力為1大氣壓，其壓縮比由真空度決定。 此外，氣體輸送機械按其機構(gòu)與工作原理又可分為離心式、往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式和流體作用式。,方埠化工廠,,第五章機械

19、分離和固體流態(tài)化,方埠化工廠,3.1概述,混合物可以分為兩大類。凡物系內(nèi)部各處物料性質(zhì)均勻，且不存在相界面者，稱為均相混合物。凡物系內(nèi)部有隔開兩相的界面存在，且界面兩側(cè)物料性質(zhì)截然不同者，稱為非均相混合物或非均相物系。 非均相物系中，處于分散狀態(tài)的物質(zhì)，如懸浮液中的固體顆粒、乳濁液中的液滴、泡沫液中的氣泡，稱為分散相或分散物質(zhì)；包圍著分散物質(zhì)的流體，則稱為連續(xù)相或分散介質(zhì)。 由于非均相物系中分散相和連續(xù)相具有不同的物理性質(zhì)，工業(yè)上一般采用機械方法將兩相進行分離。工業(yè)上分離非均相混合物的目的是：,方埠化工廠,,,1）回收有價值的分散物質(zhì) 例如從某些類型干燥器出來的氣體及從結(jié)晶機出來的晶漿中都帶有

20、一定量的固體顆粒，必須回收這些懸浮的顆粒作為產(chǎn)品。 2）凈化分散介質(zhì)以滿足后繼生產(chǎn)工藝的要求 例如某些催化反應(yīng)的原料氣中夾帶有會影響催化劑活性的雜質(zhì)，因此，在氣體進入反應(yīng)器之前，必須除去其中塵粒狀的雜質(zhì)。 3）環(huán)境保護和安全生產(chǎn) 為了保護人類生態(tài)環(huán)境，要求排放的廢氣或廢液濃度達到排放標準；很多含碳物質(zhì)及金屬細粉與空氣形成爆炸物，必須除去這些物質(zhì)以消除隱患。,方埠化工廠,3.2.1 離心分離設(shè)備,方埠化工廠,3.3 流體通過顆粒床層的流動,3.3.2 過濾及過濾基本方程 一、概述 過濾操作如圖所示。 實現(xiàn)過濾操作的外力可以是重力、 壓強差或慣性離心力。,1過濾方式 工業(yè)上過濾基本方式有兩種：深層

21、過濾和濾餅過濾。 在深層過濾操作中，顆粒尺寸比過濾介質(zhì)孔徑小，顆粒附著在孔道壁面上，過濾在過濾介質(zhì)內(nèi)部進行。濾餅過濾中，固體顆粒被截留在過濾介質(zhì)表面上，形成一顆粒層，稱為濾餅。,方埠化工廠,3.3.3 過濾設(shè)備,1板框壓濾機,方埠化工廠,第六章 傳熱,方埠化工廠,1.1 概述,傳熱是由于溫度差引起的能量的轉(zhuǎn)移，又稱熱量傳遞過程。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，凡是存在溫度差就必然導(dǎo)致熱量自發(fā)的從高溫處向低溫處傳遞，因此傳熱是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中普遍存在的一種傳遞現(xiàn)象。在化工生產(chǎn)中，傳遞過程的應(yīng)用更是十分廣泛。在化學(xué)工業(yè)中幾乎所有的化工生產(chǎn)過程均伴有傳熱操作。 化工生產(chǎn)中對傳熱的要求通常有以下兩種情況：一

22、種是強化傳熱，比如各種換熱設(shè)備中的傳熱；另一種是削弱傳熱過程，如設(shè)備和管道的保溫。 學(xué)習(xí)傳熱的目的主要是能夠分析影響傳熱速率的因素，掌握控制熱量傳遞速率的一般規(guī)律，以便根據(jù)生產(chǎn)要求來強化或削弱熱量的傳遞，正確地計算和選擇適宜的傳熱設(shè)備和保溫措施。,方埠化工廠,1.2 換熱器的類型,列管式換熱器 a.固定管板式 結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉但由于殼程不易清洗和檢修，因此殼方流體應(yīng)是較潔凈且不易起垢的 b.U型管換熱器 結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，適用于高溫和高壓的場合。 其主要缺點是管內(nèi)清洗比較困難，因此管內(nèi)流體必須潔凈。管板的利用率較差。 c.浮頭式換熱器 優(yōu)點：可以補償熱膨脹，便于清洗和檢修。 缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、

23、金屬耗量較多、造價較高。,方埠化工廠,換熱器,方埠化工廠,1.3 換熱器的類型,板式換熱器 (1)夾套式換熱器 廣泛應(yīng)用于反應(yīng)過程的加熱和冷卻。 結(jié)構(gòu)簡單，但其加熱面受容器壁面限制，總傳熱系數(shù)也不高。 可在釜內(nèi)安裝攪拌器以提高總傳熱系數(shù)，也可在釜內(nèi)部安裝蛇管以補充傳熱面的不足。 板式換熱器 優(yōu)點：由于流體在板片間流動湍動程度高，而且板片又薄，故總傳熱系數(shù)K大。板片間隙小(一般為4-6mm)，結(jié)構(gòu)緊湊，金屬耗量可減少一半以上。具有可拆結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需要調(diào)整板片數(shù)目以增減傳熱面積。操作靈活性大，檢修清洗也很方便。 缺點：允許操作的壓強和溫度比較低。通常操作壓強不超過2MPa，壓強過高易滲漏。操作溫度

24、受墊片材料的耐熱性限制，一般不超過250,方埠化工廠,1.4 列管式換熱器的選用,列管式換熱器選用時應(yīng)注意的問題： 1.冷、熱流體流動通道的選擇 在列管式換熱器內(nèi)，冷、熱流體流動通道可根據(jù)以下原則進行選擇。 (1)不潔凈和易結(jié)垢的液體宜走管程，因為管內(nèi)清洗方便； (2)腐蝕性的流體宜走管程，以免管束和殼體同時受腐蝕； (3)壓強高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體承受壓力；,方埠化工廠,1.5 列管式換熱器的選用,(4)飽和蒸汽宜走殼程，因為飽和蒸汽比較清凈，對流傳熱系數(shù)與流速無關(guān)且冷凝液易排出； (5)被冷卻的液體宜走殼程，便于散熱； (6)若兩流體溫差較大，對于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，宜將對流傳熱系數(shù)大的

25、流體通入殼程，可減少熱應(yīng)力； (7)流量小而粘度大的液體一般宜走殼程，因在殼程Re100即可達到湍流，但這不是絕對，如流動阻力損失允許，將這種流體通入管內(nèi)并采用多管程結(jié)構(gòu)，反而能得到更多的對流傳熱系數(shù)。,方埠化工廠,第七章 蒸餾,方埠化工廠,1.1概述,蒸餾時分離液體混合物的典型單元操作。這種操作是利用液體混合物中各組份揮發(fā)度不同的特性實現(xiàn)分離的目的。例如，加熱乙醇水溶液，使之部分汽化，由于乙醇的沸點較水低，即其揮發(fā)度較水高，故汽化出來的蒸汽中，乙醇的組成（即濃度），必然比原來溶液的要高。若將汽化的蒸汽全部冷凝，則可得到乙醇含量較高的冷凝液，從而使乙醇和水得到初步分離。通常，將沸點低的組分稱為

26、易揮發(fā)組分，沸點高的組分稱為難揮發(fā)組分。多次進行部分氣化或部分冷凝以后，最終可以在氣相中得到較純的易揮發(fā)組分，而在液相中得到較純的難揮發(fā)組分。這就叫精餾。,方埠化工廠,,二、蒸餾的分類 1、間歇蒸餾和連續(xù)蒸餾。 2、簡單蒸餾，平衡蒸餾，精餾和特殊精餾。 3、常壓蒸餾，加壓蒸餾，減壓蒸餾。 4、雙組份蒸餾，多組份蒸餾。,方埠化工廠,1.2 簡單蒸餾和平衡蒸餾異同點,共同：料液經(jīng)一次汽化冷凝，只能是液體混合物得到初步分離 不同：簡單蒸餾是間歇不穩(wěn)定操作 平衡蒸餾是連續(xù)穩(wěn)定操作 若汽化率相同，簡單蒸餾較平衡蒸餾可獲得更好的分離效果，及流出液組成更高。,方埠化工廠,1.3 簡單蒸餾和平衡蒸餾異同點,

27、1.3.1 平衡蒸餾（閃蒸） 平衡蒸餾（閃蒸）是一種單級蒸餾操作，既可以間歇又可以連續(xù)進行上圖所示為連續(xù)操作的平衡蒸餾裝置。 平衡蒸餾計算所應(yīng)用的基本關(guān)系是物料衡算、熱量衡算和汽液平衡關(guān)系。 物料衡算： F=D+W FxF = DxD + Wxw 令 (液化率),方埠化工廠,1.3 簡單蒸餾和平衡蒸餾異同點,1.3.2 簡單蒸餾（微分蒸餾）,方埠化工廠,1.4 精餾原理,采用設(shè)備： 篩板塔,方埠化工廠,精餾原理,板式精餾塔,方埠化工廠,1.5 間歇蒸餾,間歇蒸餾流程圖,方埠化工廠,間歇蒸餾,間歇蒸餾與連續(xù)蒸餾不同點： 1) 原料在操作前一次加入釜中，釜液中輕組分濃度隨著操作的進行而不斷降

28、低，待釜液組成降至規(guī)定值后一次排出。因此，各層板上氣液相的濃度也相應(yīng)地隨時在改變，所以間歇蒸餾屬于非穩(wěn)態(tài)操作。 2) 間歇蒸餾只有精餾段沒有提餾段。 間歇蒸餾可以按兩種方式進行： 1) 保持餾出液濃度恒定而相應(yīng)地不斷改變回流比。 1) 保持回流比恒定，而餾出液組成逐漸降低。,方埠化工廠,1.6 板式塔,1.6.1塔板結(jié)構(gòu),方埠化工廠,1.7 板式塔,1)氣相通道 塔板上均勻地開有一定數(shù)量供氣相自下而上流動的通道。氣相通道的形式很多，對塔板性能的影響極大，各種形式的塔板主要區(qū)別就在于氣相通道的形式不同。 結(jié)構(gòu)最簡單的氣相通道為篩孔（如圖中所示）。篩孔的直徑通常是38mm.目前大孔徑（1225mm

29、）篩板也得到相當普遍的應(yīng)用。 2)溢流堰 在每層塔板的出口端通常裝有溢流堰（weir），板上的液層高度主要由溢流堰決定。最常見的溢流堰為弓形平直堰，起高度為hw，長度為lw（如圖中所示）。 3)降液管 降液管（downcomer）是液體自上層塔板流到本層塔板的通道。液體經(jīng)上層板的漿液灌流下，橫向經(jīng)過塔板，翻越溢流堰，進入本層塔板的降液管載流向下層塔板。 為充分利用塔板的面積，降液管一般為弓形。降液管的下端離下層塔板應(yīng)有一定高度（圖中所示h0），使液體能通暢流出。為防止氣相竄入降液管中，h0應(yīng)小于堰高hw。,方埠化工廠,第八章干燥,方埠化工廠,1.1 基本概念,在化工、食品、制藥、紡織、采礦、農(nóng)

30、產(chǎn)品加工等行業(yè)，常常需要將濕固體物料中的濕分除去，以便于運輸、貯藏或達到生產(chǎn)規(guī)定的含濕率要求。 除濕的方法很多，常用的有： 1.機械分離法即通過壓榨、過濾和離心分離等方法去濕。這是一種耗能較少、較為經(jīng)濟的去濕方法，但濕分的除去不完全。 2.吸附脫水法即用固體吸附劑，如氯化鈣、硅膠等吸去物料中所含的水分。這種方法去除的水分量很少，且成本較高。 3.干燥法即利用熱能，使?jié)裎锪现械臐穹謿饣竦姆椒?。干燥法耗能較大，工業(yè)上往往將機械分離法與干燥法聯(lián)合起來除濕，即先用機械方法盡可能除去濕物料中的大部分濕分，然后在利用干燥方法繼續(xù)除濕。,方埠化工廠,1.1物料中含水量的表示方法,1）濕基含水量 濕物料

31、中所含水分的質(zhì)量分率稱為濕物料的濕基含水量。 濕物料中水分的質(zhì)量/濕物料總質(zhì)量 2）干基含水量 不含水分的物料通常稱為絕對干料.濕物料中的水分的質(zhì)量與絕對干料質(zhì)量之比,稱為濕物料的干基含水量。 X濕物料中的水分的質(zhì)量/濕物料中絕對干料質(zhì)量 兩者的關(guān)系為 X（） X（X）,方埠化工廠,1.2 干燥的分類,按照熱能供給濕物料的方式，干燥可分為： 1.傳導(dǎo)干燥熱能通過傳熱壁面以傳導(dǎo)方式傳給物料，產(chǎn)生的濕分蒸汽被氣相(又稱干燥介)質(zhì))帶走，或用真空泵排走。例如紙制品可以鋪在熱滾筒上進行干燥。 2.對流干燥使干燥介質(zhì)直接與濕物料接觸，熱能以對流方式加入物料，產(chǎn)生的蒸汽被干燥介質(zhì)帶走。 3.輻射干燥由輻

32、射器產(chǎn)生的輻射能以電磁波形式達到物體的表面，為物料吸收而重新變?yōu)闊崮?，從而使?jié)穹謿饣＠缬眉t外線干燥法將自行車表面油漆烘干。 4.介電加熱干燥將需要干燥電解質(zhì)物料置于高頻電場中，電能在潮濕的電介質(zhì)中變?yōu)闊崮?，可以使液體很快升溫氣化。這種加熱過程發(fā)生在物料內(nèi)部，故干燥速率較快，例如微波干燥食品。,方埠化工廠,1.3固體物料的去濕方法,化工生產(chǎn)為了使固體物料便于加工、運輸和貯存，需要除去其中的水或其他溶劑（稱為濕分），簡稱去濕。藥品的含水量太高會影響保質(zhì)期等。 常用的固體去濕方法大致有以下兩種： 1.機械去濕通過用沉降、過濾或離心分離等機械方式除去固體物料中濕分的方法稱為去濕。這方法多用于處理含

33、液量大的物料，適于初步去濕，能耗較低。 2.干燥通過向濕物料供熱使?jié)穹制?，同時帶走所產(chǎn)生蒸汽的去濕方法稱為干燥。工業(yè)生產(chǎn)中往往將兩種方法聯(lián)合起來操作，即先用比較經(jīng)濟的機械方法盡可能除去濕物料中大部分濕分，然后再利用干燥方法繼續(xù)除濕，以獲得濕分符合規(guī)定的產(chǎn)品。,方埠化工廠,固體物料的去濕方法,通常，干燥可按下列分類: (1)按操作壓強分為常壓干燥和真空干燥。真空干燥適于處理熱敏性及易氧化的物料，或要求成品中含濕量低的場合。 (2)按操作方式分為連續(xù)操作和間歇操作。連續(xù)操作具有生產(chǎn)能力大、產(chǎn)品質(zhì)量均勻、熱效率高以及勞動條件好等優(yōu)點、間歇操作適用于處理小批量、多品種要求干燥時間較長的物料。 (3)

34、按傳熱方式可分為傳導(dǎo)干燥、對流干燥、輻射干燥、介電加熱干燥以及由上述兩種或多種組合的聯(lián)合干燥。,方埠化工廠,1.4 干燥設(shè)備的特點,一.氣流干燥器 優(yōu)點：傳熱傳質(zhì)過程被強化，物料停留時間短，運輸方便、操作穩(wěn)定、成品質(zhì)量穩(wěn)定。 缺點：對除成塵設(shè)備要求嚴格，系統(tǒng)流動阻力大，由于干燥管較長，故對廠房要求有一定的高度。 適用于熱敏性、易氧化物料的干燥。 二.沸騰床干燥器 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、造價低，活動部件少，操作維修方便。 缺點：操作控制要求高。而且由于顆粒在床中高度混合，可能引起物料的反混和短路，從而造成物料干燥不充分。 適用于處理粉粒狀物料，而且粒徑最好在30-60m范圍。,方埠化工廠,干燥設(shè)備的特

35、點,三.轉(zhuǎn)筒干燥器 優(yōu)點：機械化程度高，生產(chǎn)能力大，流動阻力小，容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量均勻，對物料適應(yīng)性強。 缺點：設(shè)備笨重，金屬材料耗量多，熱效率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，傳動部件需經(jīng)常維修。 四.噴霧干燥器 優(yōu)點：物料干燥時間短，改變操作條件即可控制或調(diào)節(jié)產(chǎn)品指標，流程較短。 缺點：經(jīng)常發(fā)生粘壁現(xiàn)象，影響產(chǎn)品質(zhì)量，對氣體的分離要求高，體積傳熱系數(shù)較小，對于不能用高溫載熱體干燥的物料所需要的設(shè)備龐大。 適用于士林藍及士林黃染料等。,方埠化工廠,干燥設(shè)備的特點,五.滾筒干燥器 優(yōu)點：動力消耗低，投資少，維修費用省，干燥時間和干燥溫度容易調(diào)節(jié)。 缺點：生產(chǎn)能力、勞動強度和條件等方面不如噴霧干燥器。 適用于溶液、懸浮液、膠體溶液等流動性物料的干燥。,