化工基础培训课件.ppt
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1、化工基础化工基础培训培训 李肇奖 化学工业是国民经济重要支柱产业,包化学工业是国民经济重要支柱产业,包括以煤、石油和天然气等资源作为原材料加括以煤、石油和天然气等资源作为原材料加工的石油化工、煤化工、盐化工、天然气化工的石油化工、煤化工、盐化工、天然气化工、生物化工及精细化工等领域。工、生物化工及精细化工等领域。1.1 化学工业概况化学工程中具有共性的主要过程化学工程中具有共性的主要过程1、三传一反、三传一反动量传递、热量传递、质量传递和化学反应工程动量传递、热量传递、质量传递和化学反应工程v流体动力过程:流体流动及输送、沉降过滤、固体流态化等。v传热过程:热传导、蒸发、冷凝、热交换、加热。v
2、传质过程:气体吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等。2、化工单元操作、化工单元操作v化工生产过程可视为物理过程和化学过程组化工生产过程可视为物理过程和化学过程组成。由于被加工物料的相态不同、过程原理成。由于被加工物料的相态不同、过程原理和采用方法的差异,将物理过程可进一步细和采用方法的差异,将物理过程可进一步细分为一系列遵循不同物理定律,有某种功用分为一系列遵循不同物理定律,有某种功用的基本操作过程,称之为的基本操作过程,称之为单元操作单元操作,v每一种单元操作都概括了化工生产中一类有每一种单元操作都概括了化工生产中一类有共性的操作共性的操作,从本质上归纳为从本质上归纳为动量传递、热动量传递、热量传
3、递和质量传递量传递和质量传递三种传递过程三种传递过程。化工单元操作基本包括五个方面v 流体流动过程:包括流体输送、过滤、固体流态化等。v 传热过程:包括热传导、蒸发、冷凝等。v 传质过程:即物质传递,包括气体吸收、蒸馏、萃取、v 吸 附、干燥等 v 热力过程:即温度和压力变化的过程,包括液化、冷冻等。v 机械过程:包括固体输送、粉碎、筛分等。v v。表表1-1 1-1 单元操作单元操作单元操作单元操作 目的目的 物态物态 原理原理 传递过程传递过程流体输送流体输送 输送输送 液或气液或气 输入机械能输入机械能 动量传递动量传递 搅拌搅拌 混合或分离混合或分离 气气-液液 输入机械能输入机械能
4、动量传递动量传递 液液-液液,固固-液液 过滤过滤 非均相混合物分离非均相混合物分离 气气-固固,固固-液液 尺度不同的截留尺度不同的截留 动量传递动量传递 沉降沉降 非均相混合物分离非均相混合物分离 气气-固固,固固-液液 密度差引起的密度差引起的 动量传递动量传递 沉降运动沉降运动加热加热,冷却冷却 升温升温,降温降温,改变改变 气或液气或液 利用温差传入利用温差传入 热量传递热量传递 相态相态 或移出热量或移出热量 蒸发蒸发 溶剂与不挥发性溶剂与不挥发性 液液 供热汽化溶剂供热汽化溶剂 热量传递热量传递 溶质的分离溶质的分离1.2化工生产过程概述 v1化工生产过程分析化工生产过程分析v
5、化学工业产品种类繁多,生产流程千差万别,化学工业产品种类繁多,生产流程千差万别,共同之处是都有共同之处是都有原料预处理、化学反应和产物的原料预处理、化学反应和产物的分离分离三部分。三部分。生产中,原料预处理和产物分离,缺一不可。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设备投资和操作费用。2 2化工生产过程的工业特征化工生产过程的
6、工业特征(5)(5)化工生产涉及经济问题。化工生产涉及经济问题。如原料供应、设备投资、如原料供应、设备投资、能耗、销售、投入、工时及生产管理等。经济效益能耗、销售、投入、工时及生产管理等。经济效益是评价化工生产过程是否能实施的重要指标是评价化工生产过程是否能实施的重要指标。(1)(1)化工过程是大规模的工业生产,物料处理量大,化工过程是大规模的工业生产,物料处理量大,与实验研究相差悬殊与实验研究相差悬殊。(2)(2)化工生产多为连续化生产过程。化工生产多为连续化生产过程。(3)(3)化工生产处理的物料从原料的纯度到产品的收率化工生产处理的物料从原料的纯度到产品的收率 都与化学实验研究不尽相同。
7、都与化学实验研究不尽相同。(4)(4)化工生产需要设置专用供水、供电、动力、贮存、化工生产需要设置专用供水、供电、动力、贮存、运输等设施。运输等设施。3 3化工生产过程的检测与控制化工生产过程的检测与控制 在任何化工生产过程中,需要检测和控制的指在任何化工生产过程中,需要检测和控制的指标有温度、压力、流量、液面、组成等几类。标有温度、压力、流量、液面、组成等几类。4 4化工生产过程的研究与开发化工生产过程的研究与开发 任何一个新的化工生产过程,都是从最初的创任何一个新的化工生产过程,都是从最初的创意或设想开始,经过意或设想开始,经过实验室研究、中间试验、工业实验室研究、中间试验、工业化试验、放
8、大设计、技术经济评价化试验、放大设计、技术经济评价等诸多环节,最等诸多环节,最后建成工业生产装置,实现规模生产。后建成工业生产装置,实现规模生产。在放大设计过程中在放大设计过程中,大小装置之间会产生工艺大小装置之间会产生工艺结果的差别,归结于结果的差别,归结于“放大效应放大效应”,寻求其产生因,寻求其产生因由和改善的方法是过程开发一项中心任务。由和改善的方法是过程开发一项中心任务。5 5化工生产过程的技术经济分析化工生产过程的技术经济分析 化工生产过程的工艺技术经济指标主要有:化工生产过程的工艺技术经济指标主要有:物料和能量的综合利用物料和能量的综合利用。生产的投资费用。生产的投资费用。生产强
9、度生产强度。产品的产率及质量产品的产率及质量。6 6化工生产过程的资源和能源综合利用化工生产过程的资源和能源综合利用 生产规模的大型化是化工生产过程资源和能源生产规模的大型化是化工生产过程资源和能源综合利用的保障综合利用的保障。生产规模扩大使单位产品的原材生产规模扩大使单位产品的原材料和能源消耗大大降低;劳动效率高,产品的总成料和能源消耗大大降低;劳动效率高,产品的总成本低,因而在市场和资源条件具备的情况下,生产本低,因而在市场和资源条件具备的情况下,生产规模大型化是化学工业的发展趋势。规模大型化是化学工业的发展趋势。化工生产中,物料循环和热量回流化工生产中,物料循环和热量回流,并达到多并达到
10、多种产品联合生产,是节能降耗的主要途径。种产品联合生产,是节能降耗的主要途径。7 7化工生产过程的优化化工生产过程的优化 按具体的生产任务,确定合理的工艺路线按具体的生产任务,确定合理的工艺路线(原原料、方法料、方法),选择合适的反应器,配置相适宜的单元,选择合适的反应器,配置相适宜的单元操作及设备,适当组合构成一个化工生产过程的整操作及设备,适当组合构成一个化工生产过程的整体,成为化工过程系统,简称体,成为化工过程系统,简称化工系统化工系统。化工系统。化工系统的诸多不确定性的诸多不确定性,决定了化工生产过程的复杂性。决定了化工生产过程的复杂性。化工生产过程自身的特点和复杂性,使其存在大化工生
11、产过程自身的特点和复杂性,使其存在大量的过程最优化问题,涉及过程研究中的开发和设量的过程最优化问题,涉及过程研究中的开发和设计及过程运行中的操作、管理和控制等各个方面。计及过程运行中的操作、管理和控制等各个方面。化工系统优化包含三个层次:化工系统优化包含三个层次:(1)(1)化工工艺路线的最优化。化工工艺路线的最优化。即系统总体方案的即系统总体方案的 最优化设计和选择。最优化设计和选择。(2)(2)流程结构的最优化。流程结构的最优化。即流程最优化设计和选即流程最优化设计和选择。择。(3)(3)流程工艺参数和操作参数的最优化。流程工艺参数和操作参数的最优化。化工生产过程优化任务分为三个阶段化工生
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