化工技术人员培训2020

化工工艺技术人员化工基础知识培训课件2020年8月诸论一、化学工业及特点化学工业亦称化学加工工业，泛指生产过程中化学方法占主要地位的过程工业。化学工业的生产过程是指对原料进行大规模处理，使其经过一系列物理、化学变化形成合格产品的过程；化学反应是其区别于其它工业的主要标志，但并非所有涉及化学反应的工业都属于化学工业，化学工业仅指主要过程为化学反应的工业，如石油化工、煤化工、合成氨、制碱、制盐等。化学生产过程一般地可概括为三个主要步骤：1、原料预处理，根据具体情况对不同的原料经过净化、提浓、混合、乳化或粉碎(对固体原料)等多种不同的处理方式使原料符合进行化学反应所要求的状态及规格；2、化学反应，生产的关键步骤，经过预处理的原料在一定的温度、压力等条件下进行反应，以达到所要求的反应转化率和收率，并获得目的产物或其混合物；3、产品精制，将由化学反应得到的混合物进行分离，除去副产物或杂质，以获得符合组成规格的产品。二、化工工艺化工工艺即化工技术或化学生产技术，是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。三、培训内容本次培训主要内容：常用化工单元操作及设备选型、化工计算（包括能量、物料平衡计算、简单物性计算）、化工热力学及动力学基础。原料预处理化学反应产品精制第一章常用化工单元操作第一节流体输送操作及设备第二节传热操作及设备第三节非混合分离操作及设备（过滤、沉降）第四节非混合分离操作及设备（精馏、吸收）第五节制冷操作及设备第六节过滤操作及设备第二章化工计算第一节能量平衡计算第二节物料平衡计算第三节简单物性计算目录第一章化工单元操作单元操作：化工生产过程中，将遵循共同的物理学规律、发生同样物理变化、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（亦称化工过程及设备）。1、动量传递过程流体流动时内部发生动量传递过程，因此流体流动过程又称为动量传递过程。遵循此规律的单元操作有：流体输送、过滤、沉降、搅拌、固体流态化等2、热量传递过程简称传热过程，包括遵循热热量传递基本规程及主要受这些基本规律支配的一些单元操作，如加热、蒸发、冷却、冷凝等。热力过程：即温度和压力变化的过程，包括液化、冷冻等；机械过程：包括固体输送、粉碎、筛分等。根据遵循的物理学规律可分为：3、质量传递过程简称传质过程，该过程最终实现均相混合物的分离，故又称均相分离过程。遵循此规律的单元操作有：气体吸收、蒸馏/精馏、萃取、结晶、吸附、干燥、膜分离等4、其它单元操作第一节流体输送操作及设备研究学习流体流动及输送要解决以下问题：1、实现工艺设计，确定及优化输送管道管径；计算输送机械性能参数，选择合适输送机械、对已有设备会进行能力核算；流体性能参数的测量及控制；2、了解流体输送机械性能、原理、结构、用途，正确使用、维护流体输送设备。研究流体输送的目的及意义一、流体输送有关概念流体指能够流动的物体，在化工生产中所指的流体包括气体及液体。流体流动性：流体的抗拉能力极弱，抗切能力也很微小，静止时不能承受切力，只要受到切力的作用，不管切力怎样微小，流体都要发生不断变形，各质点间发生相对运动。利用流体的流动性可实现管道输送，供冷/热工作介质等。流体与固体的区别形状体积承力情况表面情况压缩性固体有固定形状有固定体积可承受压力可承拉力可承剪应力固定表面不易流体气体无固定形状无固定体积可承压力不可承拉力不可承剪应力形成自由表面容易液体无固定形状有固定体积可承压力不可承拉力不可承剪应力无自由表面不易可压缩流体：气体具有可压缩性及热膨胀性，密度随温度及压力而变化，故将气体称为可压缩流体。不可压缩流体：在非极高压力下液体密度受压力影响非常小，其影响可忽略不计，故将液体称为不可压缩流体。1、密度ρ单位体积内流体的质量，单位：kg/m3对于均质流体对于理想气体2、比重v（比容）流体密度的倒数，即单位质量流体所占的体积，单位：m3/kg。3、粘度粘度是衡量流体流粘性大小的物理量，是液体内部摩擦力大小的体现，流体粘度越大流动性越小。动力粘度μ，定义μ单位：Pa·s、mPa·s、P、cP，换算关系：1Pa·s=103mPa·s=102P=103cP运动粘度γ：主要单位：m2/s、mm2/s、St、cS——换算关系：1m2/s=103mm2/s=104St=106cSt。二、流体的主要性质ddFuAyRTPMρVρm粘度不是常数，随压力和温度而变，需查表获得。通常如水、空气等随压力变化小，随温度变化大。重要的分析：液体的粘度随温度升高而减小。因为分子间距小，吸引力是主要作用。温度升高，分子间吸引力减小，粘性降低；气体的粘性随温度升高而增大。因为此时分子的不规则运动（动量交换）是影响气体粘性的主要因素。温度升高，分子运动加剧，动量交换频繁，产生了摩擦力，使粘性增加。1、压强P（俗称压力）静止流体单位面积上力，即,国际单位单位：Pa；其它常用单位：标准大气压（atm）；工程大气压（kgf/cm2）;毫米汞柱（mmHg）;毫米水柱（mmH2O）表压=绝压-大气压真空度=大气压-绝压2、流量流量:单体时间内流过管道某一横截面的流体的量。体积流量，即，单位：m2/s；质量流量w表示，即，单位：kg/s。三、流体力学SFPAQVVwp3、流速单位时间内流体在流动方向止流动的距，即，单位：m/s。4、流体类型流体在流动过程中存在两种截然不同的类型,如下图所示duRe流体在流动型态可以用无因次数群Re大小来判断，Re称为雷诺准数，即。当Re≤2000时为层流，Re=2000～4000为过渡流，Re≥4000为湍流。考虑到实际情况，在生产条件当Re＞3000时按湍流处理。AVu5、流体力学方程流体静力学方程该方程反应重力作用下静止液体内部压力变化规律，应用范围：1、重力作用下的液体；2、静止连通的同一连续流体。或2211gZPgZP体柏努利方程以1kg流体为基准的理想流体柏努利方程,单位：J/kgf2222e211122hugZPWugZP该方程反应稳定体系机械能守恒和转化规律，应用于不可压缩理想流体，即；无功加入，即时有：0fh0eW2222222111ugZPugZP)(1211ZZgPP6、流体阻力以1N流体为基准柏努力方程,单位：J/N或m以1m3流体为基准柏努力方程,J/m3或Pa产生原因：流体粘性引起的内摩擦力。相对于柏努力方程表达方式，流体阻力分直管、局部阻力两种有三种表示方式。单位：J/kg单位：J/N单位：PafHguZgPHe22fThuZgPH22gudlH22f22fudlh22fudlh4.2输送流体所需的能量-管路特性方程4.3离心泵4.3.1工作原理4.3.2离心泵的理论压头4.3.3实际压头4.3.4离心泵的性能参数与特性曲线四、流体输送机械在工业生产加工中将流体从低处输送到高处，从低压送至高压，实现将其沿管道从一个设备输送到另一个设备，此过程称为流体输送。为达到此目的必须对流体提供能量，流体输送过程中为流体提供能量的机械称为流体输送机械。4.1分类实际生产过程中因流体状态、介质特性、运行要求各不相同，为了满足不同的需求，流体输送机械的有不同的类型及规格，按其工作原理分类如下：①动力式（叶轮式）：包括离心式、轴流式；②容积式（正位移式）：包括往复式，旋转式；③其他类型：如喷射式等。4.2管路特性方程对于特定的管路系统，流体通过管路时所需的压头He可由柏努利方程求得，即对特定的管路上式中可改写成下式上式即为管路特性方程，其中：feHguZgPH222BQKeHZgPK22)36004(21)1Bdgdlle（1.一般离心泵扬程H随流量Q的增大而下降（Q很小时可能例外）。当Q=0时，由图可知H也只能达到一定数值，这是离心泵的一个重要特性；2.轴功率N随流量增大而增加，当Q=0时，N最小。这要求离心泵在启动时，应关闭泵的出口阀门，以减小启动功率，保护电动机免因超载而受损；3.η-Q曲线有极值点（最大值），在此点下操作效率最高,能量损失最小。与此点对应的流量称为额定流量。泵的铭牌上即标注额定值，泵在管路上操作时，应在此点附近操作，一般不应低于92%ηmax。2.2.2离心泵的特性曲线（5）转速n对特性曲线的影响泵的特性曲线是在一定转速下测得，实际使用时会遇到n改变的情况，若n变化20%，可认为液体离开叶轮时的速度三角形相似，不变,泵的效率不变(等效率)，则：2v22qcun2e22Hucn3veaPqHnv2v1qnqn2e2e1HnHn321aaPnPn上式称为离心泵的比例定律,n变化20%,相等时成立。2.1概述（3）流体输送机械的分类①动力式（叶轮式）：包括离心式、轴流式；②容积式（正位移式）：包括往复式，旋转式；③其他类型：如喷射式等。2.2.4离心泵的安装高度（1）汽蚀现象KK00KK00液面较低的液体，能被吸入泵的进口，是由于叶轮将液体从其中甩向外围，而在叶轮中心进口处形成负压（真空）。面。在面与若液面压强，吸入管路流量及管路一定（即一定）。安装高度Hg增加，叶轮中心压力PK减少。当PK至等于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压时PV时液体将发生沸腾部分汽化，所生成的大量蒸汽压泡在随液体从叶轮进口向叶轮外围流动时，又因压强升高，气泡立即凝聚，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极大的速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处产生很高的局部压强（高达几百个大气压），冲击频率高达每秒几万次之多。尤其当气泡的凝结发生在叶轮表面时众多的液体质点如细小的高频水锤撞击着叶片，另外气泡中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，将导致叶片过早损坏。这种现象称为泵的汽蚀现象。汽蚀现象发生时，泵体振动，发出噪音，泵的流量、压头、效率降低，严重时甚至吸不上液体。（2）离心泵允许吸上高度KK00KK00离心泵允许吸上高度又称泵的允许安装高度，是指吸入口与吸入储槽之间可允许达到的最大距离，以Hg表示。面。在面与若已知泵的允许气蚀余量Δh,操作温度下液体饱和蒸汽压Pv,离心泵的允许安装高度Hg以下式计算第二章化工计算本章节的主要内容：一、化工过程物料平衡二、化工过程能量平衡三、物性计算四、计算实例一、化工过程物料平衡1.1概述：物料衡算和能量衡算是化工工艺设计的基础，也是进行化工工艺设计及经济评价的基本依据。通过对全过程或单元过程的物料和能量衡算，可以确定工厂生产装置设备的设计规模和能力同时，可以计算出主、副产品的产量，原料的消耗定额，生产过程的物料损耗以及三废的排放量、蒸汽、水、电、燃料等公用工程消耗。通过物料平衡和能量衡算可以确定各物料的流量、组成、状态和物化性质，从而为确定设备尺寸、管道设计、仪表设计、公用工程设计以及建筑、结构设计提供依据。1.2化工过程分类化工过程根据其操作方式可以分成间歇操作、连续操作以及半连续操作三类，或者将其分为稳定状态操作和不稳定状态操作两类。在对某个化工过程作物料或能量衡算时，必须了解生产过程的类别。1.1.1化工过程分类间歇操作过程：原料在生产操作开始一次性加入，然后进行反应或其它操作，直到操作完成后，物料一次排出。在整个操作时间内，没有物料进出设各，设备中各部分的组成、条件随时间不断变化。连续操作过程：在整个操作期间，设备的进料和出料是连续流动的，原料不断稳定地输人生产设备，同时不断从设备排出总量相等的物料。在整个操作期间，设备内各部分组成与条件不随时闻而变化。半连续操作过程操：作时物料一次输入或分批输入而出料是连续的或连续输入物料，而出料是一次或分批的。1.1.1化工过程分类稳定状态操作过程(稳定过程)：整个化工过程供操作条件(如温度、压力、物料量及组成等)不随时间而变化，只是设备内不同点有差别。不