第一章化學(xué)工業(yè)與化學(xué)工程(1)(編輯修改稿)
2025-03-22 15:09 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 域 1. 材料化學(xué)工程 2. 能源與資源化學(xué)工程 3. 環(huán)境化學(xué)工程 4. 生物化學(xué)工程 第三節(jié) 化工過程與單元操作 化工過程簡介 指將與原材料進行若干化學(xué)和物理過程加工、處理，生產(chǎn)出預(yù)期產(chǎn)品或中間產(chǎn)品，并獲得一定附加值的生產(chǎn)過程。 原料 預(yù)處理 反應(yīng) 后處理 產(chǎn)品 （準(zhǔn)備） （加工） 圖 12基本化工生產(chǎn)過程 例如： 可見，一個化工過程往往包含幾個或幾十個加工過程。 苯的生產(chǎn)： 原料油（甲苯、二甲苯）、 H2→ 輸送 → 加熱 → 反應(yīng)器 → 減壓蒸餾塔 → 精餾 → 苯（ ~%） 甲醇的生產(chǎn)： 合成氣（ CO， H2， CO2） → 輸送 → 管式反應(yīng)器 → 粗甲醇 → 冷卻→ 精餾 → 精甲醇（ ~%） 化工生產(chǎn)過程 化學(xué)反應(yīng)過程 物理處理過程 化工生產(chǎn)的核心 原料的預(yù)處理 產(chǎn)品的加工 （單元操作） 單元操作 ：化工生產(chǎn)中除化學(xué)反應(yīng)單元以外的所有物理性操作。 在當(dāng)今化工及其相近工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的單元操作有幾十種之多，而且隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科技的進步還會不斷地開發(fā)出一些新型的單元操作。 化工單元操作 單元操作的分類 ： 1）按操作目的分 ： ? 流體輸送 ： ? 物料的混合 ： 氣體和液體的輸送 主要指通過攪拌達(dá)到物料混合或分散的目的 ? 物料的加熱或冷卻 ： 利用物料和環(huán)境之間的溫度差輸入或輸出熱量 ? 均相混合物的分離 ： 氣體吸收、液體蒸餾、萃取等 ? 非均相混合物的分離 ： 過濾和沉降 1. 動量傳遞過程： 遵循流體力學(xué)基本規(guī)律的單元操作 流體輸送、攪拌、沉降、過濾、離心分離等。 2. 熱量傳遞過程： 遵循熱交換基本規(guī)律的單元操作： 傳導(dǎo)、對流和輻射傳熱、熱交換（加熱、冷卻、冷凝）、蒸發(fā)等。 3. 質(zhì)量傳遞過程 ： 遵循通過擴散，從一相轉(zhuǎn)移到另一相的過程： 吸收、蒸餾、吸附、萃取、結(jié)晶、干燥等。 2）按單元操作遵循的基本規(guī)律分 ： 常用基本概念 1. 物料平衡： 質(zhì)量守恒定律 : 輸入量 輸出量 = 累積量 2. 能量守恒： 能量守恒定律 : 物料進入系統(tǒng)的總熱量 = 物料進入系統(tǒng)的總熱量 + 向系統(tǒng)周圍散失的熱量 3. 平衡關(guān)系 4. 過程速率 物料衡算： 物料衡算也稱為質(zhì)量衡算，其依據(jù)是質(zhì)量守恒定律。它反映一個過程中原料、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等之間的關(guān)系，即進入的物料量必等于排出的物料量和過程中的積累量。 輸入物料的總量 ＝ 排出物料的總量＋過程積累的總量 積累 M ∑M入 ∑M出 系 統(tǒng) 圖 12 物料衡算示意圖 物料衡算式 ： ∑M入 ＝ ∑M出 ＋ M (11) 連續(xù)穩(wěn)定流動 ： ∑M入 ＝ ∑M出 (12) 進行物料衡算時，必須明確下面幾點 ： 1. 首先要確定衡算的系統(tǒng)，即衡算對象包括的范圍。 2. 其次要確定衡算的基準(zhǔn)。 3. 然后確定衡算的對象。 4. 最后還要確定衡算對象的物理量及單位。 精餾塔 原料液 含乙醇 5％ 10噸 /時 乙醇產(chǎn)品 含乙醇 95％ 含乙醇 ％ 廢水 例 11 附圖 例 11 每小時有 10 噸 5％ 的乙醇水溶液進入精餾塔，塔頂餾出的產(chǎn)品中含乙醇 95％，塔底排出的廢水中含乙醇 ％。求每小時可得產(chǎn)品多少噸？若廢水全部排放，每年（按操作 7200小時 計）損失的乙醇多少噸？ 解： 已知： 原料液流量及其中乙醇含量 產(chǎn)品和廢水中乙醇含量 求： 產(chǎn)品和廢水流量 分析： 兩個未知量，需列出兩個物料衡算方程求解！ 確定： 衡算范圍： 包含精餾塔在內(nèi)的虛線框 衡算對象 ： a. 物流的流量 b. 物流中乙醇的量 衡算基準(zhǔn)： 單位時間：小時 設(shè)：產(chǎn)品流量為 X 噸 /時、廢水流量為 Y 噸 /時。 由物料衡算式： ∑M入 ＝ ∑M出 對物流的量進行衡算： 10 ＝ X + Y (1) 對乙醇的量進行衡算： 10 5％ ＝ X 95％ + Y ％ (2) X ＝ 噸 /時 Y ＝ 噸 /時 每年損失乙醇： ％ 7200 ＝ 噸 /年 熱量衡算： 熱量衡算的依據(jù)是能量守恒定律。 熱量衡算的目的是： 計算單位產(chǎn)品的能耗 了解過程中能量的利用和損失情況 確定生產(chǎn)過程中需要輸入、輸出的熱量 設(shè)計換熱設(shè)備 積累 Q ∑Q入 ∑Q出 系 統(tǒng) 圖 13 熱量衡算示意圖 熱量衡算式： ∑Q入 ＝ ∑Q出 ＋ Q 穩(wěn)定的連續(xù)性操作： ∑Q入 ＝ ∑Q出 (13) (14)
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