第二章 化工过程及过程参数.doc

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1、第二章化工过程及过程参数1.教学目的与要求了解化工过程及其工艺流程；掌握化工过程的基本参数，如：温度、压力、流量等基本概念。2.主要教学内容化工工艺流程、化工过程开发、化工过程的基本参数。3.重点与难点：重点：化工过程的基本参数难点：每种过程参数之间的换算4.学时分配：4学时化工计算主要是应用守恒定律来研究化工过程的物料衡算和能量衡算问题。在进行计算时，必须熟悉有关化工过程的一些术语及基础知识。例如，对合成氨或环氧乙烷生产过程作物料衡算和能量衡算，则首先需要了解有关合成氨或环氧乙烷生产的基本原理、生产方法和工艺流程。然后，才能以示意图的形式表示出整个化工过

2、程的主要设备及全部进、出物流，并选定所需温度、压力或物料组成等条件，再逐一进行计算。由此可见，必须具有化工过程方面的基础知识，才能进行物料和能量衡算。第一节化工过程2－1化工过程简介所谓化工过程，是指由原料经化学处理和物理处理加工成化学产品或中间产品的生产过程。它包括许多工序，每个工序又由若干个或若干组设备（如反应器、蒸馏塔、吸收塔、干燥塔、分离器、换热器及输送设备等等)组合而成。物料通过各设备时，完成某种化学或物理处理，最终成为合格的产品。在不同的生产过程中，有一些具有共性的物理操作，它们不改变物料的化学性质，只改变物料的物理性质，这类操作被称为单元操作

3、，如流体输送、传热、蒸馏、干燥、蒸发、结晶、萃取、吸收、吸附、过滤及破碎等操作。化工过程中还包括一些改变物料的化学性质的反应过程，如氢与氮合成氨反应、乙烯氧化成环氧乙烷反应等等。所以，化工过程就是由反应过程和若干个单元操作组合而成的一个系统。化工过程中的各种设备所进行的主要操作可归纳为下列几类：1．化学反应；2．分离或提纯3．改变温度；4．改变压力：5．混合等。各类操作的作用简述如下。1．化学反应化学反应是整个化工过程的核心。一种化学反应是否能在工业上付诸实现取决于许多因素，如平衡收率(即反应系统达到平衡状态时，加入的原料转化为产品的数量)、反应速度、控制

4、或减少副反应的可能性等。适当调节温度或压力可提高平衡收率。有些反应平衡收率虽高，但由于反应速度太慢，实际上不能实现，如常压低温合成氨，就不可能实现。采用催化剂可提高反应速度，所选的催化剂应能加速主反应和抑制副反应。可见，实现—种化学反应，需要选定适宜的温度、压力条件、研究出性能良好的催化剂以及设计出合适的反应器等等，这是开发一个新的化工过程最重要也是最困难的部分。2．分离或提纯化工生产中的分离过程就是将两种或两种以上组分的混合物分成纯的或比较纯的组分。由于生产中的化学反应过程常常存在副反应、反应不完全或使用溶剂等方面原因，使原料经反应后得到的产物往往不是一

5、种纯的产物，而是几种组分的混合物，必须经分离或提纯后，才能成为较纯的产品。例如，石油化学工业中，轻油裂解制烯烃，裂解产物经加压低温分离，才能得到纯的乙烯和丙烯等产物。合成氨生产中，氢和氮原料气合成后，须经冷却，从没有完全反应的原料气中分离出产品液态氨。分离过程通常只是一种物理过程，不发生化学反应。它是利用物质在相变化过程中某些物理性质(如沸点、熔点、溶解度等)的差异来进行的。如蒸馏是基于不同组分挥发度或沸点的不同；结晶是基于熔点或溶解度的不同；溶剂萃取是基于一种物质在两种不相溶的液体中溶解度的不同等。分离过程所处理的物料通常同时存在两相，气体与液体、固体与

6、液体、气体与固体或两种不互溶的液体，这是由于两相密度差异大，本身容易分离，而单相不同组分的分离是较困难的。例如，分离等量的苯和甲醇混合物，如果全部是液体，就难以分离，必须先使这些组分进入不同相，然后把两相分离。为了做到这一点，通常有以下几种方法：(1)将混合液加热，把蒸出的蒸气分离再冷凝(蒸馏操作)。苯和甲醇蒸发到一定程度，由于甲醇易挥发，蒸气中甲醇量相对较高，剩下的液相中苯含量较高。重复此操作，可使两组分完全分离。(2)将混合液冷却，然后把形成的结晶过滤(结晶操作)。由于苯在5.5℃凝固，甲醇在－97℃凝固。所以，在正确的操作条件下，可以得到差不多纯的苯

7、晶体。(3)在混合液中加入一种溶剂。如水，它能与甲醇互溶，但不溶解苯。经充分搅拌后、再把两相分离(萃取操作)。由于水与甲醇互溶，因此形成水（与甲醇)及苯(与甲醇)两相，就很容易地将其分离。3．改变温度化学反应速度和收率、物质的相态变化(如蒸气的冷凝、液体的气化或凝固、固体的熔化等)以及物质的其他物理性质变化(如粘度、溶解度、表面张力等)等均与温度有密切的关系，改变温度可调节以上各性质达到所需的要求。温度的改变，一般是通过换热器完成的。热量从热的流体转移到冷的流体，冷、热两种流体是用易导热的材料隔开的。传递的热量决定于两流体间的温度差、传热介质面积、接触时间

8、和两流体间的相对流速等。物质的加热都要消耗能量。所以，回收热量使热