化工生产技术基础培训教材7864.docx
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1、合成车间间化工生产产技术基基础培训教材材 编编制: 审核:批准:目 录录第一章化化工生产产基本概概念1第二章流流体流动动常识33第一节流流体的密密度3第二节流流体的静静压强44第三节流流体的流流量与流流速5第四节流流体基本本方程式式6第五节流流体在管管路内的的流动阻阻力8第三章化化工用泵泵9第一节泵泵的分类类9第二节离离心泵99第三节其其它类型型的泵117第四章化化工管路路23第一节阀阀门233第二节管管件基本本知识331第五章传传热及传传热设备备35第一节传传热的基基本原理理35第二节传传热设备备介绍336第三节换换热器运运行、维维护和保保养400第六章蒸蒸馏、吸吸收及其其塔类设设备422第
2、一节常常用概念念42第二节塔塔类设备备介绍446第五章化化工工艺识图图基础661第一节识识图基础础常识661第二节化化工工艺艺图识别别62化工生产技术基础培训教材第一章 化工工生产基基本概念念一、化工工生产单单元操作作对原料进进行化工工加工从从而获得得有用产产品的过过程称为为化工生生产过程程。如下下图所示示:各种前处理原料化学加工各种后处理产品除去杂质,达到必要的纯度、温度和压力物理变化过程反应生成新的物质化学或生物化学变化过程精制、分离、干燥等物理变化过程中间产品各种前处理原料化学加工各种后处理产品除去杂质,达到必要的纯度、温度和压力物理变化过程反应生成新的物质化学或生物化学变化过程精制、分
3、离、干燥等物理变化过程中间产品生产过程程的前、后后处理的的物理操作作过程称称为化工工单元操操作,简称单元元操作。单元操操作特点点如下:1、物理理过程;2、同一一单元操操作在不不同的化化工生产产中遵循循相同的的过程规规律,但但在操作作条件及及设备类类型(或或结构)方方面会有有很大差差别;3、对同同样的工工程目的的,可采采用不同同的单元元操作来来实现。二、物料料衡算根据物质质守恒定定律,在在一个稳稳定的化化工生产产过程中中向系统统或设备备所投入入的物料料量必等等于所得得产品量量及过程程损失量量之和,即即:W原=WW产+WW损式中W原原投入物物料量W产所所得的产产品量;W损损损失物料料量。按照这一一
4、规律对对总物料料或其中中某一组组分进行行的计算算,称为为物料衡衡算。通通过物料料衡算可可以了解解化工生生产的原原料量、产产量、损损耗量、确确定设备备的生产产能力及及其主要要尺寸;判定物物料生产产过程进进行的好好坏和经经济效益益的评价价等等。三、热量量衡算根据能量量守恒定定律,对对于一个个稳定的的化工生生产过程程,向系系统和设设备内输输入的热热量应等等于输出出的热量量加上损损失的热热量即:Q入=QQ出+QQ损式中Q入入投入的的热量;Q出输输出的热热量;Q损损损失的热热量。按照这一一规律对对系统或或设备热热量进行行的计算算,称为为热量衡衡算。通通过热量量衡算,可可以检查查热量消消耗的程程度,确确定
5、经济济合理的的热量消消耗方案案、热能能综合利利用途径径和选择择最适宜宜的生产产资料等等。四、过程程的平衡衡关系在化工生生产中,固固体的溶溶解、气气体的吸吸收、溶溶液的蒸蒸馏等操操作过程程都是在在一定条条件下由由不平衡衡向平衡衡状态转转化,以以达到过过程进行行的最大大限度。过过程的平平衡是在在一定条条件下建建立的,当当条件发发生变化化,则平平衡就被被破坏。直直到在新新的条件件下建立立新的平平衡关系系为止。五、过程程的速率率过程的速速率是指指单位时时间里过过程进行行的变化化量。它它与过程程的推动动力成正比,与与过程的的阻力成成反比。例如:液体的推动力是位差,传热过程中的推动力是温度差,吸收过程的推
6、动力是浓度差或分压差。提高过程的推动力是提高过程速率的基本方法。六、单位位制度1、绝对对单位制制和重力力单位制制(工程程单位)绝对单位位制以长长度、质质量、时时间为基基本量;重力单单位制以以长度、时时间和力力为基本本量。两两者的主主要区别别在于绝绝对单位位制以质质量为基基本量,其其单位为为基本单单位,力力(或重重量)的的单位为为导出单单位;重重力单位位制以力力(或重重量)为为基本量量,其单单位为基基本单位位,质量的单位为为导出单单位。力力和质量量的关系系用牛顿顿第二运运动定律律相关联联,即F=maa 式中F作用于于物体上上的力;m物体体的质量量;a物体体在作用用力方向向上的加加速度。上述两种种
7、单位制制度中又又有米制制单位与与英制单单位之分分。两种种单位制制度中米米制与英英制的基基本单位位列于下下表。两种单位位制度中中的米制制与英制制的基本本单位基本物理理量单位制度度长度(LL)时间(TT)力或重力力(F)质量(MM)绝对单位位制度cgs 制cmsg-mks制制mskg-英制ftslb-重力单位位制度(工程单单位制)米制ms-kgf英制fts-lb(ff)2、国际际单位制制度(SSI制)19600年10月第第十一届届国际计计量大会会通过了了一种优优越性较较大的新新单位制制度,称称为国际际单位制制度,其其代号为为SI,它它是mkks制的的引伸。由于SII制的统用性性和一贯性性的优点点,
8、在国国际上迅迅速得到到推广。SI中任何一物理量只有一个单位,但重力单位制就有所不同,例如在重力单位制中,热量单位为kcal(千卡)。功的单位为kgfm,而热量和功是本质相同的物理量,计算时必须采用“热当量:(即1kcal=427kgfm)来换算使之统一,但在SI中热量与功都采用同一单位,即J(焦耳)。SI基本本单位为为7种,化化工常用用5种分分别是:长度:米米(m) 质量:千克(KKg) 时间:秒(ss)温度:开开尔文(KK) 物质质量:摩摩尔(mmol)七、单位位换算常用物理理量的单单位换算算关系如如下:1、重力力加速度度:g=9.881m /ss2(SII制)=9881cmm/s2(cgg
9、s制)2、质量量:1kg=0.0001tt(吨)=2.204462iib(磅磅)2、长度度:1 in(英寸)=0.02554 mm(米)=0.07333333 ftt(英尺尺)=00.0227788 ydd(码)3、力:1 NN(牛顿顿)=11kgm/ss2=0.1102kkgf(千克力力)4、压强强:1 Pa(帕)=1 NN/m22=110-55 baar=11.02210-55 kggf/ccm2=0.9910-55atmm=0.1022mmHH2O=00.00075mmmHgg5、功、能能和热:1 JJ =11 Nm=22.777810-77 kwwh = 0.1022 kggfm=2.
10、3910-44kcaal6、功率率:1 W(瓦瓦特)= 1 J/ss=0.101197kkgfm/ss =00.2338910-33 kccal/s7、温度度:K(开尔尔文)=2733.3+第二章 流体体流动常常识第一节 流体体的密度度1、定义义:单位位体积流流体所具具有的质质量称为为流体的的密度,其表达式式为:2、某状状态下理理想气体体的密度度:M气体体的分子子量R气体体常数,其其值为88.3115J/(moolK)如为混合合气体则则M为混混合气体体的平均均分子量量MmMi-气体体混合物物中各组组分的分分子量yi -气气体混合合物中各各组分的的摩尔分分率对于一定定质量的的理想气气体。其其体积
11、、压压强和温温度之间间的变化化关系为为:p气体体的绝对对压强,PPa;T气体体的绝对对温度,KK;V气体体的体积积,m3;第二节 流体体的静压压强1、定义义:在静静止的流流体内,单单位面积积上所受受的压力力,称为为静压强强,简称称压强,定态流动的流体在管路中同一位置的压强也可视为静压强,其表达式为:p=P/A(Pa或N/)p流体体的静压压强,PPa;P 垂垂直作用用于流体体表面上上的压力力,N;A 作用面面的面积积,m22。2、常用用压强单单位之间间的换算算关系:1atmm(标准准大气压压)=110.333mHH2O=7760mmmHgg=1.01333baar(巴巴) =1.0033kkgf
12、/cm22=1.01333105Pa工程上为为了使用用和换算算方便,常常将1 kgff/cmm2近似地地作为11个大气气压,称为11工程大大气压。于于是1at=1kggf/ccm2=7355.6mmmHgg =110mH2O=0.98007baar=99.80071104Pa3压强强的不同同表示方方法 (1) 绝对压压强:以绝对对零压作作起点计计算的压压强,称称为绝对对压强,是是流体的的真实压压强。(2)表表压强:流体的的压强可可用测压压仪表来来测量。当被测测流体的的绝对压压强大于于外界大大气压强强时,所用的的测压仪仪表称为为压强表表。压强表表上的读读数表示示被测流流体的绝绝对压强强比大气气压
13、强高高出的数数值,称为表表压强,即:表压强=绝对压压强大大气压强强 (压力力表的度度量)(3)真真空度:当被测测流体的的绝对压压强小于于外界大大气压强强时,所用测测压仪表表称为真真空表。真空表表上的读读数表示示被测流流体的绝绝对压强强低于大大气压强强的数值值,称为真真空度,即:真空度=大气压压强绝绝对压强强 (真空空表的度度量)显然,设设备内的的流体的的绝对压压强愈低低,则它的的真空度度就愈高高。真空度度又是表表压强的的负值。绝对压强强,表压压强,真真空度之之间的关关系可用用下图表示示。注:外界界大气压压强随大大气的温温度、湿湿度和所所在地区区的海拔拔高度而而变。第三节 流体体的流量量与流速速
14、一、流量量:单位位时间内内流过管管道任一一截面的的流体量量,称为为流量。若流量用用体积来来计量,则则称为体体积流量量,以VVs表示示,单位位为m33/s。若流量用用质量来来计量,则则称为质质量流量量,以s表示示,单位位为/s。体积流量量与质量量流量的的关系为为:s=VVs二、流速速:单位位时间内内流体在在流动方方向上所所流过的的距离,称称为流速速,以uu表示,单单位为mm/s。流体在在管道任任一截面面上各点点的流速速沿管径径而变化化,所以以在工程程计算上上通常用用整个管管截面上上的平均均流速来来表示流流体的流流速,其其表达式式为:三、流体体输送管管路直径径的选择择:流量一般般为生产产任务所所决
15、定,所所以关键键在于选选择合适适的流速速。若流流速太大大,管径径虽然可可以减小小,但流流体流过过管道的的阻力增增大,水水泵的动动力就大大,操作作费随之之增加。反反之,流流速选得得太小,操操作费可可以相应应减小,但但管径增增大,管管路的基基建费用用随之增增加。所所以当流流体以大大流量在在长距离离的管路路输送时时,需根根据具体体情况在在操作费费用与基基建费用之间间通过经经济权衡衡来确定定适宜的的流速。车车间内部部的工艺艺管线,通通常较短短,管内内流速可可选用经经验数据据。一般般管道的的截面均均为圆形形,若以以d表示示管道内内径,则则内径、流流量、流流速之间间的关系系如下:某些流体体在管道道中的常常
16、用流速速范围流体的类类别及情情况流速范围围,m/s自来水(33105Pa左左右)11.5水及低粘粘度液体体(11051106Pa)1.53.00高粘度液液体0.51.00工业供水水(8105Pa以以下)1.53.00锅炉供水水(8105Pa以以下)3.00饱和蒸汽汽20440过热蒸汽汽30550蛇管、螺螺旋管内内的冷却却水1.00低压空气气12115高压空气气15225一般气体体(常压压)10220鼓风机吸吸入管10115鼓风机排排出管15220离心泵吸吸入管(水水一类液液体)1.52.00离心泵排排出管(水水一类液液体)2.53.00往复泵吸吸入管(水水一类液液体)0.7551.0往复泵排排
17、出管(水水一类液液体)1.02.00液体自流流速度(冷冷凝水等等)0.5真空操作作下气体体流速10第四节 流体体基本方方程式一、静力力学基本本方程式式:,以此方方程式为为依据可可设计制制造液柱柱压差计计,来测测量流体体的压强强或压强强差,较较典型的的有U管管压差计计和微差差压差计计;也可可用来测测量静止止液体的的液位高高度;还还可以用用来计算算液封的的高度。二、流体体流动连连续性方方程式:1、对于于定态流流动系统统:2、对于于不可压压缩流体体:三、柏努努利方程程柏努利方方程反映映了流体体在流动动过程中中,各种种形式机机械能的的相互转转换关系系。1、不可可压缩实实际流体体的柏努努利方程程式因实际
18、流流体具有有粘性,在在流动过过程中必必消耗一一定的能能量。根根据能量量守恒原原则,能能量不可可能消失失,只能能从一种种形式转转变为另另一种形形式,这这些消耗耗的机械械能转变变成热能能,此热热能不能能再转变变为用于于流体输输送的机机械能,只只能使流流体的温温度升高高。从流流体输送送角度来来看,这这些能量量是“损失”掉了。将将流体损损失的能能量用Wf表示。则则柏努利利方程式式可表示示为2、理想想流体的的机械能能衡算理想流体体是指没没有粘性性(即流流动中没没有摩擦擦阻力)的的不可压压缩流体体。这种种流体实实际上并并不存在在,是一一种假想想的流体体,但这这种假想想对解决决工程实实际问题题具有重重要意义
19、义。对于于理想流流体又无无外功加加入时,柏柏努利方方程式可可简化为为3、柏努努利方程程的应用用柏努利方方程与连连续性方方程是解解决流体体流动问问题的基基础,应应用柏努努利方程程,可以以解决流流体输送送与流量量测量等等实际问问题。在在用柏努努利方程程解决问问题时,一一般应先先根据实实际画出出流动系系统的示示意图,标标明流体体的流动动方向,定定出上、下下游截面面,明确确流动系系统的衡衡算范围围。解题题时需注注意以下下几个问问题:(1)截截面的选选取:与流体体的流动动方向相相垂直;两截面面间流体体应是定定态连续续流动;截面宜宜选在已已知量多多、计算算方便处处。(2)基基准水平平面的选选取:位能基准准
20、面必须须与地面面平行。为为计算方方便,宜宜于选取取两截面面中位置置较低的的截面为为基准水水平面。若若截面不不是水平平面,而而是垂直直于地面面,则基基准面应应选管中中心线的的水平面面。(3)单单位保持持一致,尤尤其在计计算截面面上的静静压能时时,p11、p22不仅单单位要一一致,同同时表示示方法也也应一致致,即同同为绝压压或同为为表压。第五节 流体体在管路路内的流流动阻力力流动阻力力的大小小与流体体本身的的物理性性质、流流动状况况及壁面面的形状状等因素素有关。化工管路路系统主主要由两两部分组组成,一一部分是是直管,另另一部分分是管件件、阀门门等。相相应流体体流动阻阻力也分分为两种种: 1、直管管
21、阻力:流体流流经一定定直径的的直管时时由于内内摩擦而而产生的的阻力; 2、局部部阻力:流体流流经管件件、阀门门等局部部地方由由于流速速大小及及方向的的改变而而引起的的阻力。第三章 化工工用泵泵是液体体的一种种”增能”机械,是是将机械械能转换换成被输输送液体体的静压压能和动动能的设设备,使使被输送送液体获获得能量量后,输输送到一定压压力、高高度或距距离的场场合,这这就是泵泵的主要要作用。第一节泵泵的分类类按其作用用原理可可分为以以下三大大类:1)容积积式泵:依靠连连续或间间歇地改改变工作作室容积积来压送送液体。一一般使工工作室容容积改变变的方式式有往复复运动和和旋转运运动。如如往复式式活塞泵泵、
22、柱塞塞泵、隔隔膜泵属属于前一一种;齿齿轮泵、滑滑片泵、螺螺杆泵属属于后一一种。2)叶片片式泵:依靠工工作叶轮轮的旋转转运动将将能量传传递给被被输送液液体。如如离心泵泵、混流流泵、轴轴流泵、漩漩涡泵等等。3)其它它类型泵泵:如喷喷射泵、水水锤泵、电电磁泵等等。喷射射泵是依依靠调整整流体的的动能转转变为静静压能的的作用,达达到输送送流体的的目的;水锤泵泵是利用用水流本本身的位位差能输输送液体体,而不不需其它它外界能能量;电电磁泵则则是利用用电磁力力的作用用来输送送液体的的。第二节 离心心泵离心泵结结构简单单,操作作容易,流流量易于于调节和和自控;流量均均匀效率率高;流流量和压压头的适适用范围围较广
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