【正文】 塔和攪拌槽。固定場(chǎng)反應(yīng)器 我們所說(shuō)的固定床是由直徑在25mm的化學(xué)催化劑顆粒組成的。催化劑可能被放成很多種方式，像:1. 單個(gè)的比較大的床2. 幾個(gè)水平的床3. 每個(gè)殼體有幾個(gè)填料管4. 帶有埋入管的單床5. 單個(gè)分開(kāi)殼體的床移動(dòng)床反應(yīng)器 在這樣的反應(yīng)器中顆粒狀或塊狀的材料一集團(tuán)的形式上下移動(dòng)，固體可能是反應(yīng)物或催化劑或熱載體。流化床反應(yīng)器 這個(gè)術(shù)語(yǔ)的意思是分割的固體和液體組成的混合物組成的懸浮物限制在容器上。被液體流化的固體叫懸浮體。在煤的液化和石油的處理工藝中含有三相流化的混合物發(fā)生。在密相氣固流化中，維持著非常確定的床層高度；而在稀相系統(tǒng)中，固體被連續(xù)帶入并通過(guò)反應(yīng)區(qū)域，而在隨后的區(qū)域內(nèi)被分離。窯和膛式爐 這些單元起初是為高溫設(shè)備，窯最高的溫度達(dá)到2500，有時(shí)它們的厚度還有幾個(gè)英寸。PARTⅤ 機(jī)械加工21 泵1．介紹泵是提出，轉(zhuǎn)移或壓縮液體和氣體的設(shè)備。下面介紹四種類型的泵。在所有的這些中，我們一步步采取措施防止氣蝕，氣蝕將減少流量并且破壞泵的結(jié)構(gòu)。用來(lái)處理氣體和蒸汽的泵稱為壓縮機(jī)，研究流體的運(yùn)動(dòng)的科學(xué)成為流體動(dòng)力學(xué)。水泵是用管子或其他機(jī)械把水從一個(gè)地方傳到另一個(gè)地方。水泵的操作壓力從一磅到一萬(wàn)磅每平方英尺。日常生活中，泵是很多的，有用于在魚(yú)池和噴泉使水循環(huán)和向水中充氣的電泵，還有用于從住宅處把水引走的污水泵?，F(xiàn)在，兩種典型的排水泵是容積泵和離心泵。容積泵通過(guò)由真空產(chǎn)生的吸力把水引到一個(gè)緊湊的地方。這種類型泵的一個(gè)實(shí)例就是提升或壓力泵，在20世紀(jì)中葉美國(guó)農(nóng)村普遍使用。提升泵的操作是通過(guò)一個(gè)與被管子包住的活塞手柄來(lái)進(jìn)行的。當(dāng)我們提升活塞時(shí)在管子下部產(chǎn)生一個(gè)局部的真空，這樣我們就用管子從下面的取水，并且送到泵的一個(gè)空間。當(dāng)水被泵吸入時(shí)，單向閥關(guān)閉，阻止水流回到井下。接著泵的活塞吸入更多的水進(jìn)入泵的膛體中。這樣最后形成溢流，水從管口處流出。而離心泵時(shí)使用了一種螺旋推進(jìn)器，旋轉(zhuǎn)時(shí)使水流動(dòng)，而且推進(jìn)器的切片是在泵送水時(shí)侵入水中的。而且，當(dāng)推進(jìn)器旋轉(zhuǎn)時(shí)，水進(jìn)入位于刃片的軸部的間隙并且以很高的壓力甩向底部。與它類似，離心泵的早期形式，螺桿泵，通過(guò)一個(gè)管子螺絲釘?shù)慕M成，當(dāng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，把水提升上去。螺旋泵經(jīng)常用在污水處理廠中，因?yàn)樗麄兛梢赃\(yùn)輸大量的水，而不會(huì)因?yàn)樗槠氯?。在遠(yuǎn)古的中東，因?yàn)閷?duì)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行灌溉的需求，所以有一種強(qiáng)大的動(dòng)力去推進(jìn)水泵的進(jìn)程。在這些區(qū)域里，早期的泵是為了將水一桶一桶的從水源或河渠中提升到容器中。古希臘的發(fā)明家和數(shù)學(xué)家的阿基米德泵認(rèn)為是公元前3世紀(jì)首先提出螺旋泵的發(fā)明家。之后，古希臘發(fā)明家發(fā)明了第一個(gè)提水泵。在十七世紀(jì)末和十八世紀(jì)初，英國(guó)的工程師Thomas Savory，法國(guó)的物理學(xué)家Denis Pa]pin，和英國(guó)的鐵匠和發(fā)明家Tomas Newen,它們發(fā)明了用蒸汽驅(qū)動(dòng)活塞的水泵。蒸汽驅(qū)動(dòng)的水泵首先廣泛的被應(yīng)用在從煤礦往外輸水過(guò)程中?，F(xiàn)在離心泵使用的例子，可以是在哥倫比亞河上使用的大古利水壩。這個(gè)泵有超過(guò)灌溉一百萬(wàn)英畝的土地能力。2. 往復(fù)泵往復(fù)泵有一個(gè)在圓筒中上下移動(dòng)的活塞，可以使水規(guī)則的流入或流出圓筒。這些泵可以是單作用的，也可以是雙作用的。在單作用的泵中，泵的作用僅僅發(fā)生在活塞的一側(cè)，典型的例子就是升液泵。在升液泵中，活塞通過(guò)手上下移動(dòng)。在雙作用的水泵中，泵的作用發(fā)生在活塞的兩側(cè)，比如說(shuō)電動(dòng)的或氣動(dòng)的鍋爐給水泵，水以高壓通過(guò)蒸汽鍋爐供給。這些泵可以是單級(jí)的也可以是多級(jí)的。多級(jí)的往復(fù)泵的泵系列有多個(gè)剛體。3 離心泵離心泵被認(rèn)為是旋轉(zhuǎn)泵，它是有一個(gè)旋轉(zhuǎn)地葉輪，也有刃片，刃片是侵入液體中。液體也是由葉輪軸向進(jìn)入泵，并且旋轉(zhuǎn)的葉輪將液體甩向葉片根部。同時(shí)葉輪也給液體一個(gè)較高的過(guò)度，這個(gè)過(guò)度能夠使泵的一個(gè)固定部件轉(zhuǎn)化成壓力。我們一般稱為擴(kuò)壓器。在高壓泵里，很多葉輪可以被系列選用，并且在一個(gè)葉輪后有一個(gè)擴(kuò)壓器，也可能含有導(dǎo)輪，可以逐漸的降低液體的過(guò)度。對(duì)于低壓泵來(lái)說(shuō)，擴(kuò)壓泵一般就是一個(gè)螺旋形的通道，成為蝸殼，作用原理是攔截面逐漸增加可以有效降低流體的過(guò)度。在泵工作前，葉輪必須被灌注，也就是在泵啟動(dòng)時(shí)，葉輪必須被液體包圍。也可以通過(guò)在吸入線上放另一個(gè)截止閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，截止閥在泵停止工作時(shí)是液體保留在泵內(nèi)。如果閥泄露了，泵可以通過(guò)閥的入口，從外面的水源比如說(shuō)蓄水池來(lái)取水灌注。一般離心泵在排水線也有一個(gè)閥控制流體和壓力。對(duì)于小流量和高壓力來(lái)說(shuō)，葉輪作用很大部分是放射狀的。對(duì)于高速流體和低壓排水壓力，泵中流體的方向可以近似于與軸的軸向平行，這時(shí)泵有一個(gè)軸流。這時(shí)葉輪就近似于螺旋推進(jìn)器。從一種流的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種流的狀態(tài)是漸進(jìn)的，對(duì)于中間狀態(tài)，設(shè)備可稱為混流泵。4 射流泵射流泵是通過(guò)一個(gè)流量相對(duì)較小的液體或蒸汽，以較高速度移動(dòng)到較大的液流。因?yàn)楦咚倭黧w要通過(guò)液體，它從泵里帶走液體一部分，同時(shí)，高速流產(chǎn)生一個(gè)真空，這個(gè)真空又把液體吸入泵內(nèi)。射流泵經(jīng)常給蒸汽鍋爐注水。另外，也應(yīng)用來(lái)推動(dòng)的船只，特別是在正常的推進(jìn)器可能被破壞的淺水里。5 其他類型的泵仍然存在其他很多類型的容積泵，一般用帶有很多保密配合的圓形突出的回轉(zhuǎn)件。液體被收集在耳朵之間，而且被轉(zhuǎn)送到一個(gè)壓力較高的區(qū)域。這種泵的一個(gè)典型設(shè)備是齒輪泵，包含有一對(duì)網(wǎng)狀齒輪，在齒輪泵里耳朵就是齒牙。也可通過(guò)一個(gè)在外殼旋轉(zhuǎn)的螺桿來(lái)構(gòu)造一個(gè)簡(jiǎn)單而低效的泵，螺桿推動(dòng)也提前進(jìn)。一個(gè)相似的泵在公元前3世紀(jì)被希臘數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家阿基米德發(fā)明了。在所有的泵里，液體被一些列脈沖排出，并且不連續(xù)。因此我們必須注意在排除線上來(lái)避免共振，因?yàn)楣舱窨赡軙?huì)損傷或破壞整個(gè)設(shè)備。對(duì)往復(fù)泵來(lái)說(shuō)，真空經(jīng)常放在排除線上，可以減少振動(dòng)，并使流動(dòng)均衡。Unit 22 氣體的泵設(shè)備對(duì)于處理戒指為氣體或液體來(lái)說(shuō)，雖然設(shè)備在結(jié)構(gòu)上有很大差異，但這兩種設(shè)備在本質(zhì)上屬于相同基本類型的機(jī)械設(shè)備。在正常操作范圍內(nèi)，因?yàn)闅怏w的密度比液體小，所以對(duì)氣體的操作可達(dá)到較高的速度，而且在吸入線和排出線上可使用較輕的閥。因?yàn)闅怏w的粘度小所以它們?nèi)菀装l(fā)生泄露。因此氣體壓縮機(jī)的移動(dòng)部件之間的間隙被設(shè)計(jì)的非常小。因?yàn)闅怏w壓縮過(guò)程中體積減小，因此與液體相比在結(jié)構(gòu)上存在差異，而且這個(gè)差異在設(shè)計(jì)中也要考慮。壓縮機(jī)中很大一部分能量要被轉(zhuǎn)換成熱能。因此在沒(méi)有合適的冷卻措施時(shí)將會(huì)限制壓縮機(jī)的操作。也因?yàn)檫@個(gè)，氣體壓縮機(jī)分為多級(jí)完成，而且每一級(jí)中可分別冷卻。任何在壓縮機(jī)中沒(méi)有被排出缸體的氣體，再重新充入時(shí)要膨脹到入口的壓力。殘余的氣體連續(xù)壓縮和膨脹導(dǎo)致效率下降，因?yàn)椴还苁菈嚎s還是膨脹都不能被可逆操作。而對(duì)液體，間隙容量不會(huì)影響效率的，因?yàn)闅堄嘁后w不可壓縮。往復(fù)式活塞壓縮機(jī)這種壓縮機(jī)可以包含1—12級(jí)，是唯一可以達(dá)到較高壓力的設(shè)備，比如在乙烯工業(yè)中所需水的壓力達(dá)到超過(guò)350萬(wàn)牛/每平方米，操作速度低，在操作壓力較低時(shí)可以用離心壓縮機(jī)取代。旋轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)這種壓縮機(jī)可以分為較高壓縮和較低壓縮兩種類型。前者包含滑片式，它的壓縮比是通過(guò)離心轉(zhuǎn)子來(lái)實(shí)現(xiàn)的。Nash Hytor泵是通過(guò)特殊形狀的剛體和葉輪同時(shí)旋轉(zhuǎn)的液體密封來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 在滑片式壓縮機(jī)通過(guò)在殼體上開(kāi)槽夾住葉片，而葉片將轉(zhuǎn)子和缸體之間的月牙空間分成一片一片的。在旋轉(zhuǎn)時(shí)，刃片滑片攔住氣體但氣體在旋轉(zhuǎn)式被壓縮，并且在端口被排出。Nash Hytor泵也可以分為液環(huán)泵，屬于容積泵類型而且?guī)в幸粋€(gè)特殊形狀的殼體和一個(gè)與葉輪同時(shí)旋轉(zhuǎn)的液體密封。軸和葉輪是沒(méi)有移動(dòng)部件而且沒(méi)有滑動(dòng)觸點(diǎn)，所以不需要潤(rùn)滑劑，而且被壓縮的氣體不會(huì)受到污染。在這種壓縮機(jī)中，液體通過(guò)活塞離開(kāi)和重新進(jìn)入葉輪單元。工作液體的進(jìn)口壓力與出口壓力相等，而且工作液體自動(dòng)被吸入來(lái)補(bǔ)償出口的液體。在壓縮中，能量轉(zhuǎn)化成熱，因此這個(gè)工藝接近于等溫工藝。在下液，液體從氣體中分離出來(lái)通過(guò)必要的構(gòu)造進(jìn)行再循環(huán)。還有其他類型，比如擺線型或羅茨鼓風(fēng)機(jī)。在這種類型的壓縮機(jī)是通過(guò)兩個(gè)部件的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。轉(zhuǎn)子以相反的方向移動(dòng)，它們通過(guò)入口時(shí)，帶入空氣，并將空氣在葉輪和殼體之間受到壓縮和排出。離心式鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)，包括渦輪壓縮機(jī)這些設(shè)備主要服從動(dòng)能向壓能轉(zhuǎn)換，鼓風(fēng)機(jī)用在低壓，可以處理大量的氣體。對(duì)于先不要求較高的壓力比的情況，可以使用多級(jí)離心壓縮機(jī)，特別是在要求高產(chǎn)量的化學(xué)工廠。因此在催化參照下，石油化工分離工廠（乙烯加工廠），生產(chǎn)進(jìn)度在１２ｋｇ／ｓ的氨工廠，和產(chǎn)量要求較高的天然氣田，這種類型的壓縮機(jī)是使用最廣泛的了。這些流量可達(dá)到140 /s， MN/，最新的達(dá)到40 MN/.。使用大壓縮機(jī)與多個(gè)壓縮機(jī)相比，它的經(jīng)濟(jì)性和可靠性都很高。能量要求也是很高。對(duì)于從粗汽油中，用催化的方式生產(chǎn)乙烯所產(chǎn)生的氣體的操作，需要石化廠的流量為6. 5 kg/s壓力為１０MW的能量。Unit ２３　　固液分離對(duì)于大規(guī)模的工藝來(lái)說(shuō)，很難找到不包含一些固液分離的形式。對(duì)于整個(gè)工業(yè)來(lái)說(shuō)，近來(lái)一些工作包含大量的技術(shù)和機(jī)器。本書(shū)主要介紹與與固液分離有關(guān)的工藝多樣性。在１９８１年Svarovsky做出了努力將在固液分離中不同種類的工藝和機(jī)器裝成冊(cè)。這些基于兩種主要的分離模式。（１） 過(guò)濾，在過(guò)濾過(guò)程中固液混合物共同流向一個(gè)媒介，（篩子，濾紙，織布，薄膜，等等）。液相或?yàn)V出液流過(guò)媒介，故鄉(xiāng)被保留在媒介表面或中間。（２） 在一個(gè)力場(chǎng)作用下通過(guò)沉降或沉淀進(jìn)行分離，在力場(chǎng)（重力場(chǎng)，離心場(chǎng)）中的沉降分離是利用固相和液相的密度差。固體在人為控制下在液體中下沉。（３） 對(duì)于一個(gè)浮選相反的工藝，介質(zhì)從液體中上升，利用固相的一個(gè)自然優(yōu)點(diǎn)或外加的低固相密度優(yōu)點(diǎn)。大部分機(jī)械都反應(yīng)了與固體處理相關(guān)的不確定性，特別是較小顆粒尺寸范圍。這種混合物的過(guò)濾性和沉積速度主要取決于懸浮液的浮散狀態(tài)，反過(guò)來(lái)浮散狀態(tài)很大程度上，受控制混合物的穩(wěn)定性和控制質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)接觸整體狀態(tài)的固液所影響。這種系統(tǒng)的特性也可滿足隨時(shí)間而定的，他們的過(guò)濾性和沉積進(jìn)度是懸浮液經(jīng)歷的一個(gè)函數(shù)。這些系統(tǒng)中的分散力與凝聚力是ＰＨ值，溫度，攪拌狀態(tài)與泵作用等條件的函數(shù)。所用這些方面的情況變得復(fù)雜，并且讓我們認(rèn)識(shí)到懸浮液的特性不能用水力間距來(lái)解釋。盡管有這些困難的問(wèn)題，現(xiàn)代過(guò)濾和分離工藝不斷被新的技術(shù)似乎比表面上看起來(lái)更加難所取代。消除在很多工藝中固液分離的瓶頸特性。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，采取的合理的方法第一步是選擇最恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)，或過(guò)濾，或沉淀，或兩者的合并。通常，沉淀技術(shù)比那些含有過(guò)濾的技術(shù)要經(jīng)濟(jì)。利用重力沉淀是要考慮的，特別是大流量和連續(xù)性的工藝中。在液相和固相之間，密度查一下哦，似乎不能用沉降工藝，除非密度差異可被擴(kuò)大或通過(guò)離心作用來(lái)增加重力場(chǎng)。為提升沉降能力這些工藝為那些不能進(jìn)行重力分離和因?yàn)轭w粒的特性而難于進(jìn)行過(guò)濾的分離提供可能。后面這種情況在處理小的次微小的材料或軟的可壓縮的固體時(shí)跟著發(fā)生在污水或流出物中。一些分離方法需要的沉降和過(guò)濾工藝，將固體集中，將減少流過(guò)液體的量，而且過(guò)濾器尺寸也減小了。在決定一般分離方法后，下面就要考慮在這兩個(gè)區(qū)域所存在的分離技術(shù)。操作方法如下：（１） 沉降：重力，離心力，靜電力，磁力。（２） 過(guò)濾：重力，真空，壓力，離心力。下一個(gè)疑問(wèn)是分離的連續(xù)性還是不連續(xù)性操作。不連續(xù)操作稱為批量操作。在這種情況下，分離設(shè)備在填料和排出階段是間歇作用的。在原料混合物中固體的濃度和單位時(shí)間所要求的分離量也是影響選擇步驟的因素。因?yàn)榉蛛x過(guò)程很少單獨(dú)存在，這就使得情況更加復(fù)雜。不同種類的預(yù)處理和后處理在總體固液分離中有要求。因此，懸浮液的沉淀速度或過(guò)濾性可能要求要通過(guò)化學(xué)或物理方法進(jìn)行預(yù)處理來(lái)改善。在過(guò)濾后，有潮濕的固體，粗要進(jìn)一步處理，對(duì)過(guò)濾塊進(jìn)行干燥。在一些情況下，濾出物為主要產(chǎn)品，需要用干凈的液體凈化。很顯然在典型的工藝發(fā)展中：（a）對(duì)稀釋原料增加固體濃度，(b)通過(guò)預(yù)處理來(lái)提高分離特性，（c）固體分離，(d)干燥和洗滌，進(jìn)行多種技術(shù)和機(jī)器的組合是可能的。這些組合的充足的，不是最佳的，也會(huì)有適當(dāng)?shù)姆椒ń鉀Q問(wèn)題。完全最優(yōu)的方法難免會(huì)浪費(fèi)時(shí)間而且不經(jīng)濟(jì)，如果在工業(yè)中不是不可能的。過(guò)濾器的選擇部分在章末又考慮，過(guò)濾工藝的計(jì)算壓力。在粗粒的原始物料的過(guò)濾典型的媒介是金屬篩網(wǎng)，它將某些顆粒留在篩網(wǎng)表面。當(dāng)顆粒尺寸減小時(shí)，需要其他一些篩子。例如，機(jī)織布，薄膜，等等。這些由越來(lái)越小的孔構(gòu)成。在顆粒相對(duì)小并且濃度低時(shí)，沉積作用可能發(fā)生在媒介深處，比如用沙子過(guò)濾凈化。過(guò)濾網(wǎng)或過(guò)濾媒介需要適合多種設(shè)備。反過(guò)來(lái)說(shuō)，設(shè)備也可能進(jìn)行多種操作，因此設(shè)備可以通過(guò)泵設(shè)備作用提高流體壓力，或化學(xué)設(shè)備。這種壓力過(guò)濾在高于大氣壓下工作；壓力差異使流體通過(guò)媒介而通過(guò)設(shè)備。這種類型設(shè)備可以再標(biāo)準(zhǔn)壓力差下操作或穩(wěn)定流速下操作。在最近條件下，壓力差在壓力不高條件下增加，流速隨時(shí)間降低。Unit 24 閥閥，是一種控制液體或氣體流動(dòng)的機(jī)械。例如截止閥，是保證流體沿一個(gè)方向流動(dòng)。閥的尺寸范圍很大，小的用在汽車(chē)輪胎的閥，大的用在控制水閘和大壩上。大閥的直徑可能超過(guò)五米。小閥和低壓閥通常由黃銅，鑄鐵，塑料制造，而較高壓力的閥是用鍛鋼制造的。其他合金，比如不銹鋼可能用在控制流體有腐蝕作用的流體上。閥可以手工操作，可以由伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械操作，或由所控制液流操作?；旧嫌伤姆N類型的閥，回轉(zhuǎn)閥，提升閥，滑閥，活塞閥。而且毫無(wú)疑問(wèn)它們的發(fā)展也是這個(gè)順序。四種基本類型有很多種變體。然而所有變體與母體在原理上是相似的。盡管目前發(fā)展趨勢(shì)越來(lái)越標(biāo)準(zhǔn)化，越來(lái)越簡(jiǎn)化。新型工藝和技術(shù)的出現(xiàn)預(yù)計(jì)新的發(fā)現(xiàn)和外來(lái)的，結(jié)構(gòu)材料的發(fā)現(xiàn)。將促進(jìn)這些變形，也許速度越來(lái)越快。四種基本設(shè)計(jì)以及變形，在一般使用中，都依賴手動(dòng)操作，在最初的四章中討論，對(duì)于警惕的設(shè)計(jì)者，他們會(huì)毫不猶豫將所有的推理與通過(guò)實(shí)例選擇與相似特性的設(shè)計(jì)配合起來(lái)。最初的四章是按閥的發(fā)展來(lái)安排的，但是我們要注意時(shí)間分布稍微有對(duì)數(shù)的特征。例如，早期的閥，旋塞閥，是在公元前發(fā)明的。螺桿閥，大約是在1790年，閘閥是在1839年，平行滑閥是在1884年。所有這些堵塞閥都是用手操作的，到了最近它們才通過(guò)某些形式的動(dòng)力來(lái)操作。那些自動(dòng)工作的閥，比如安全閥或泄壓閥，減壓閥，非回流閥，凝氣閥和相似的設(shè)備。另外屬于一類，并且在下面的五章中進(jìn)行討論，這些