化工过程分析与合成--间歇优化

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1、六间歇化工过程蒋士猛工艺2班11108222前言按最终产品的输出形式，工业加工过程可分为：连续、离散和间歇过程精细化工、生物化工等高技术密集和知识密集的新兴产业广泛用于食品、聚合物、药品、分子筛、增塑剂、抗氧剂、染料和涂料等产品生产间歇釜式反应的特点辅助时间占的比例大,劳动强度高，生产效率低.操作灵活性大，便于控制和改变反应条件非稳态操作，反应过程中，温度、浓度、反应速度随着反应时间而变同一瞬时，反应器内各点温度、浓度分布均匀结构简单、加工方便，传质、传热效率高反应物料一次加入，产物一次取出间歇过程在化工生产中的重要地位小批量、精细化工产品；单产品、多产品

2、、多目的。研究内容减小操作循环周期，提高生产率；提高各批量生产的重复性以提高产品质量；合理利用原料、能源和设备以降低成本；提高适应性以应付产品规格及原料配方等的变化。TUB单纯的间歇设备SCU半连续设备IS中间储存设备典型的间歇化过程釜式反应器的结构1.釜的主体，提供足够的容积，确保达到规定转化率所需的时间2.搅拌装置，由搅拌轴和搅拌器组成，使反应物混合均匀，强化传质传热3.传热装置，主要是夹套和蛇管，用来输入或移出热量，以保持适宜的反应温度4.传动装置,是使搅拌器获得动能以强化液体流动。6.工艺接管,为适应工艺需要5.轴密封装置，用来防止釜体与搅拌轴之间

3、的泄漏6.2过程动态模型及模拟前面几章介绍了连续过程的模型：稳态，动态（非稳态）所有间歇操作过程都是非稳态或动态过程。对间歇过程的建模要求，比对连续过程中由于扰动所产生的动态过程更严格间歇过程的模拟作用：㈠用来了解在生产过程中各参数随时间的变化，以确定此间歇单元过程的操作时间和最适宜操作条件；㈡确定在给定的设备尺寸条件下此单元的操作时间。是进行间歇过程或工厂设计所必须的。间歇过程的基本操作单元有：加料、反应、冷却、加热、混合、过滤、精馏、干燥、溶剂萃取和结晶等。模型是为了一定目的，对客观事物的一部分进行简缩、抽象、提炼出来的原型的替代物，集中反映了原型中人

4、们需要的那一部分特征。数学建模就是指对于一个现实对象，为了一个特定目的，根据其内在规律，作出必要的简化假设，运用适当的数学工具，得到的一个数学结构。其意义在于用数学方法解决实际问题。6.2.1混合过程两种料流都是A和B两种组份组成操作目标是：混合后产物流中组分A的浓度CA和温度T符合规定要求由于是二元体系，确定了一种组分的浓度，另一组分浓度也就确定了。因此，此例中对B组分的浓度不必另行考虑根据过程的特征和操作目标，可以确定过程的状态变量为：槽中液位h？反应混合物中组分A的浓度CA混合物的温度T质量累积速率=质量流入速率-质量流出速率总物料衡算：组分A衡算方

5、程：或：分部：所以：微分衡算方程1234若取液态纯A和纯B为基准物态，0℃为基准温度，则物流i的焓可表示为：△His是在0℃和物流i的浓度下，组份A在B中的积分溶解热，kJ/mol系统的能量衡算微分方程可列出：能量衡算+吸热-放热混合过程可望在良好的控制下进行，以至产物流浓度CA的变化不大。在此条件下，ΔHS可以假定为常数。若再假定Cp1=Cp2=Cp整理可得6.2.2喷雾干燥过程喷雾干燥的原理：利用不同的喷雾器，将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状，与热空气发生强烈的热交换，迅速排除本身的水分，在几秒至几十秒内干燥。分类：压力式干燥器离心式干燥器气流式干燥器成品

6、以粉末状态沉降于干燥室底部，连续或间断地从卸料器排出。适用于不能借结晶方法得到固体产品二、喷雾干燥的特点1、优点：1）干燥速度快、时间短，一般为3～30s。由于料液雾化成10～60um的雾滴，其表面积高达100～600m2／m3。2）干燥温度较低。3）可由液料直接获得粉末,省去蒸发结晶、分离粉碎工序。4）成品质量可以控制。并具有良好的分散性和溶解性。2、喷雾干燥缺点1）喷雾干燥的容积干燥强度小，故干燥室体积大。2）热量消耗多，一般蒸发lkg水分约需6280kJ热量，相当于消耗2．5～3．5kg的蒸汽。3）会发生产品黏壁情况。图2—5—12为典型的连续喷雾干

7、燥流程。喷雾干燥设备喷雾干燥的关键是料液的(雾化)。核心设备是雾化器。理想的喷雾器要求喷雾粒子均匀，结构简单、产量大、能耗小。目标：在装置设计合理和雾化器操作正常的情况下，出塔粉体物料的平均湿含量xf与出塔气体温度Tgf密切相关，为保证产品湿含量xf达到规定要求，出塔气体的温度Tgf必须控制在一定范围内，所以要研究状态Tgf的动态行为。只关心Tgf的行为，做如下假设1、物料流动是拟稳定的过程，即若进塔气体或液体流量发生变化，出塔气体和产物的流量就立即发生相应的变化，从而塔内气体和固体持液量都保持恒定。2、塔内气体和物料的状态，实际上是随塔高度变化的，若仅仅

8、分析Tgf，可假定塔内是理想混合。3、假定出塔气体与固体产品完全分