【正文】 合成車間化工生產(chǎn)技術(shù)基礎培訓教材 編制: 審核:批準:目 錄第一章 化工生產(chǎn)基本概念 1第二章 流體流動常識 3第一節(jié) 流體的密度 3第二節(jié) 流體的靜壓強 4第三節(jié) 流體的流量與流速 5第四節(jié) 流體基本方程式 6第五節(jié) 流體在管路內(nèi)的流動阻力 8第三章 化工用泵 9第一節(jié) 泵的分類 9第二節(jié) 離心泵 9第三節(jié) 其它類型的泵 17第四章 化工管路 23第一節(jié) 閥門 23第二節(jié) 管件基本知識 31第五章 傳熱及傳熱設備 35第一節(jié) 傳熱的基本原理 35第二節(jié) 傳熱設備介紹 36第三節(jié) 換熱器運行、維護和保養(yǎng) 40第六章 蒸餾、吸收及其塔類設備 42第一節(jié) 常用概念 42第二節(jié) 塔類設備介紹 46第五章 化工工藝識圖基礎 61第一節(jié) 識圖基礎常識 61第二節(jié) 化工工藝圖識別 62141 / 143第一章 化工生產(chǎn)基本概念一、化工生產(chǎn)單元操作對原料進行化工加工從而獲得有用產(chǎn)品的過程稱為化工生產(chǎn)過程。如下圖所示：各種前處理原料化學加工各種后處理產(chǎn)品除去雜質(zhì)，達到必要的純度、溫度和壓力物理變化過程反應生成新的物質(zhì)化學或生物化學變化過程精制、分離、干燥等物理變化過程中間產(chǎn)品各種前處理原料化學加工各種后處理各種前處理原料化學加工各種后處理各種前處理原料化學加工各種后處理各種前處理原料化學加工各種后處理各種前處理原料化學加工各種后處理產(chǎn)品除去雜質(zhì)，達到必要的純度、溫度和壓力物理變化過程反應生成新的物質(zhì)化學或生物化學變化過程精制、分離、干燥等物理變化過程中間產(chǎn)品各種前處理原料化學加工各種后處理各種前處理原料化學加工各種后處理各種前處理原料化學加工各種后處理各種前處理原料化學加工各種后處理生產(chǎn)過程的前、后處理的物理操作過程稱為化工單元操作，簡稱單元操作。單元操作特點如下：物理過程；同一單元操作在不同的化工生產(chǎn)中遵循相同的過程規(guī)律，但在操作條件及設備類型（或結(jié)構(gòu)）方面會有很大差別；對同樣的工程目的，可采用不同的單元操作來實現(xiàn)。二、物料衡算根據(jù)物質(zhì)守恒定律，在一個穩(wěn)定的化工生產(chǎn)過程中向系統(tǒng)或設備所投入的物料量必等于所得產(chǎn)品量及過程損失量之和，即：W原=W產(chǎn)+W損式中W原—投入物料量W產(chǎn)—所得的產(chǎn)品量；W損—損失物料量。按照這一規(guī)律對總物料或其中某一組分進行的計算，稱為物料衡算。通過物料衡算可以了解化工生產(chǎn)的原料量、產(chǎn)量、損耗量、確定設備的生產(chǎn)能力及其主要尺寸；判定物料生產(chǎn)過程進行的好壞和經(jīng)濟效益的評價等等。三、熱量衡算根據(jù)能量守恒定律，對于一個穩(wěn)定的化工生產(chǎn)過程，向系統(tǒng)和設備內(nèi)輸入的熱量應等于輸出的熱量加上損失的熱量即：Q入=Q出+Q損式中Q入—投入的熱量；Q出—輸出的熱量；Q損—損失的熱量。按照這一規(guī)律對系統(tǒng)或設備熱量進行的計算，稱為熱量衡算。通過熱量衡算，可以檢查熱量消耗的程度，確定經(jīng)濟合理的熱量消耗方案、熱能綜合利用途徑和選擇最適宜的生產(chǎn)資料等。四、過程的平衡關(guān)系在化工生產(chǎn)中，固體的溶解、氣體的吸收、溶液的蒸餾等操作過程都是在一定條件下由不平衡向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)化，以達到過程進行的最大限度。過程的平衡是在一定條件下建立的，當條件發(fā)生變化，則平衡就被破壞。直到在新的條件下建立新的平衡關(guān)系為止。五、過程的速率過程的速率是指單位時間里過程進行的變化量。它與過程的推動力成正比，與過程的阻力成反比。例如：液體的推動力是位差，傳熱過程中的推動力是溫度差，吸收過程的推動力是濃度差或分壓差。提高過程的推動力是提高過程速率的基本方法。六、單位制度絕對單位制和重力單位制（工程單位）絕對單位制以長度、質(zhì)量、時間為基本量；重力單位制以長度、時間和力為基本量。兩者的主要區(qū)別在于絕對單位制以質(zhì)量為基本量，其單位為基本單位，力（或重量）的單位為導出單位；重力單位制以力（或重量）為基本量，其單位為基本單位，質(zhì)量的單位為導出單位。力和質(zhì)量的關(guān)系用牛頓第二運動定律相關(guān)聯(lián)，即F=ma 式中 F—作用于物體上的力；m—物體的質(zhì)量；a—物體在作用力方向上的加速度。上述兩種單位制度中又有米制單位與英制單位之分。兩種單位制度中米制與英制的基本單位列于下表。兩種單位制度中的米制與英制的基本單位 基本物理量單位制度長度（L）時間（T）力或重力（F）質(zhì)量（M）絕對單位制度cgs 制cmsgmks 制mskg英 制ftslb重力單位制度（工程單位制）米 制mskgf英 制ftslb(f)國際單位制度（SI制）1960年10月第十一屆國際計量大會通過了一種優(yōu)越性較大的新單位制度，稱為國際單位制度，其代號為SI，它是mks制的引伸。由于SI制的統(tǒng)用性和一貫性的優(yōu)點，在國際上迅速得到推廣。SI中任何一物理量只有一個單位，但重力單位制就有所不同，例如在重力單位制中，熱量單位為kcal（千卡）。功的單位為kgfm，而熱量和功是本質(zhì)相同的物理量，計算時必須采用“熱當量：（即1kcal=427kgfm）來換算使之統(tǒng)一，但在SI中熱量與功都采用同一單位，即J（焦耳）。SI基本單位為7種，化工常用5種分別是：長度：米（m） 質(zhì)量：千克（Kg） 時間：秒（s）溫度：開爾文（K） 物質(zhì)量：摩爾（mol）七、單位換算 常用物理量的單位換算關(guān)系如下:重力加速度：g= m /s2 (SI制)=981 cm/s2 (cgs制)質(zhì)量：1 kg= t (噸)= ib (磅)長度：1 in (英寸)= m (米)= ft (英尺)= yd (碼)力：1 N(牛頓)=1 kgm/s2= kgf (千克力)壓強：1 Pa(帕)=1 N/m2=1105 bar=105 kgf/cm2=105 atm= mmH2O= mmHg功、能和熱：1 J =1 Nm=107 kwh = kgfm=104kcal功率：1 W(瓦特)= 1 J/s= kgfm/s =103 kcal/s溫度：K（開爾文）= 176。+ ℃第二章 流體流動常識第一節(jié) 流體的密度定義：單位體積流體所具有的質(zhì)量稱為流體的密度，其表達式為： 某狀態(tài)下理想氣體的密度：M—氣體的分子量R—氣體常數(shù)，（molK）如為混合氣體則M為混合氣體的平均分子量MmMi氣體混合物中各組分的分子量yi 氣體混合物中各組分的摩爾分率對于一定質(zhì)量的理想氣體。其體積、壓強和溫度之間的變化關(guān)系為： p —氣體的絕對壓強，Pa；T—氣體的絕對溫度，K；V—氣體的體積，m3；第二節(jié) 流體的靜壓強定義：在靜止的流體內(nèi)，單位面積上所受的壓力，稱為靜壓強，簡稱壓強，定態(tài)流動的流體在管路中同一位置的壓強也可視為靜壓強，其表達式為：p=ΔP/ΔA(Pa或N/㎡)p —流體的靜壓強，Pa；P— 垂直作用于流體表面上的壓力，N；A — 作用面的面積，m2。常用壓強單位之間的換算關(guān)系：1atm（標準大氣壓）==760mmHg=（巴） =105Pa工程上為了使用和換算方便，常將1 kgf/cm2近似地作為1個大氣壓，稱為1工程大氣壓。于是1at=1 kgf/cm2 = mmHg =10 mH2O= bar=104 Pa3．壓強的不同表示方法 (1) 絕對壓強：以絕對零壓作起點計算的壓強,稱為絕對壓強，是流體的真實壓強。(2)表壓強：流體的壓強可用測壓儀表來測量。當被測流體的絕對壓強大于外界大氣壓強時，所用的測壓儀表稱為壓強表。壓強表上的讀數(shù)表示被測流體的絕對壓強比大氣壓強高出的數(shù)值，稱為表壓強，即：表壓強=絕對壓強－大氣壓強 (壓力表的度量)(3)真空度：當被測流體的絕對壓強小于外界大氣壓強時，所用測壓儀表稱為真空表。真空表上的讀數(shù)表示被測流體的絕對壓強低于大氣壓強的數(shù)值，稱為真空度，即：真空度=大氣壓強－絕對壓強 （真空表的度量）顯然，設備內(nèi)的流體的絕對壓強愈低，則它的真空度就愈高。真空度又是表壓強的負值。絕對壓強，表壓強，真空度之間的關(guān)系可用下圖表示。 注：外界大氣壓強隨大氣的溫度、濕度和所在地區(qū)的海拔高度而變。第三節(jié) 流體的流量與流速一、流量：單位時間內(nèi)流過管道任一截面的流體量，稱為流量。若流量用體積來計量，則稱為體積流量，以Vs表示，單位為m3/s。若流量用質(zhì)量來計量，則稱為質(zhì)量流量，以ωs表示，單位為㎏/s。體積流量與質(zhì)量流量的關(guān)系為：ωs=Vsρ二、流速：單位時間內(nèi)流體在流動方向上所流過的距離，稱為流速，以u表示，單位為m/s。流體在管道任一截面上各點的流速沿管徑而變化，所以在工程計算上通常用整個管截面上的平均流速來表示流體的流速，其表達式為： 三、流體輸送管路直徑的選擇：流量一般為生產(chǎn)任務所決定，所以關(guān)鍵在于選擇合適的流速。若流速太大，管徑雖然可以減小，但流體流過管道的阻力增大，水泵的動力就大，操作費隨之增加。反之，流速選得太小，操作費可以相應減小，但管徑增大，管路的基建費用隨之增加。所以當流體以大流量在長距離的管路輸送時，需根據(jù)具體情況在操作費用與基建費用之間通過經(jīng)濟權(quán)衡來確定適宜的流速。車間內(nèi)部的工藝管線，通常較短，管內(nèi)流速可選用經(jīng)驗數(shù)據(jù)。一般管道的截面均為圓形，若以d表示管道內(nèi)徑，則內(nèi)徑、流量、流速之間的關(guān)系如下： 某些流體在管道中的常用流速范圍流體的類別及情況流速范圍，m/s自來水（3105Pa左右）1～水及低粘度液體（1105～1106Pa）～高粘度液體～工業(yè)供水（8105Pa以下）～鍋爐供水（8105Pa以下）＞飽和蒸汽20～40過熱蒸汽30～50蛇管、螺旋管內(nèi)的冷卻水＜低壓空氣12～15高壓空氣15～25一般氣體（常壓）10～20鼓風機吸入管10～15鼓風機排出管15～20離心泵吸入管（水一類液體）～離心泵排出管（水一類液體）～往復泵吸入管（水一類液體）～往復泵排出管（水一類液體）～液體自流速度（冷凝水等）真空操作下氣體流速＜10第四節(jié) 流體基本方程式一、靜力學基本方程式：，以此方程式為依據(jù)可設計制造液柱壓差計，來測量流體的壓強或壓強差，較典型的有U管壓差計和微差壓差計；也可用來測量靜止液體的液位高度；還可以用來計算液封的高度。二、流體流動連續(xù)性方程式：對于定態(tài)流動系統(tǒng)：對于不可壓縮流體：三、柏努利方程柏努利方程反映了流體在流動過程中，各種形式機械能的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。不可壓縮實際流體的柏努利方程式因?qū)嶋H流體具有粘性，在流動過程中必消耗一定的能量。根據(jù)能量守恒原則，能量不可能消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式，這些消耗的機械能轉(zhuǎn)變成熱能，此熱能不能再轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜诹黧w輸送的機械能，只能使流體的溫度升高。從流體輸送角度來看，這些能量是“損失”掉了。將流體損失的能量用ΣWf表示。則柏努利方程式可表示為 理想流體的機械能衡算理想流體是指沒有粘性（即流動中沒有摩擦阻力）的不可壓縮流體。這種流體實際上并不存在，是一種假想的流體，但這種假想對解決工程實際問題具有重要意義。對于理想流體又無外功加入時，柏努利方程式可簡化為 柏努利方程的應用柏努利方程與連續(xù)性方程是解決流體流動問題的基礎，應用柏努利方程，可以解決流體輸送與流量測量等實際問題。在用柏努利方程解決問題時，一般應先根據(jù)實際畫出流動系統(tǒng)的示意圖，標明流體的流動方向，定出上、下游截面，明確流動系統(tǒng)的衡算范圍。解題時需注意以下幾個問題：（1）截面的選取：①與流體的流動方向相垂直；②兩截面間流體應是定態(tài)連續(xù)流動；③截面宜選在已知量多、計算方便處。（2）基準水平面的選?。何荒芑鶞拭姹仨毰c地面平行。為計算方便，宜于選取兩截面中位置較低的截面為基準水平面。若截面不是水平面，而是垂直于地面，則基準面應選管中心線的水平面。（3）單位保持一致，尤其在計算截面上的靜壓能時，pp2不僅單位要一致，同時表示方法也應一致，即同為絕壓或同為表壓。第五節(jié) 流體在管路內(nèi)的流動阻力流動阻力的大小與流體本身的物理性質(zhì)、流動狀況及壁面的形狀等因素有關(guān)?；す苈废到y(tǒng)主要由兩部分組成，一部分是直管，另一部分是管件、閥門等。相應流體流動阻力也分為兩種： 直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時由于內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力； 局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門等局部地方由于流速大小及方向的改變而引起的阻力。第三章 化工用泵泵是液體的一種”增能”機械，是將機械能轉(zhuǎn)換成被輸送液體的靜壓能和動能的設備，使被輸送液體獲得能量后，輸送到一定壓力、高度或距離的場合，這就是泵的主要作用。第一節(jié) 泵的分類按其作用原理可分為以下三大類：1）