02化学工程与工艺的科学基础.ppt

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1、第二章 化学工程与工艺的科学基础 主要内容主要内容2.1 2.1 化学工程的产生和发展化学工程的产生和发展2.2 2.2 化工过程、过程单元和单元操作化工过程、过程单元和单元操作2.3 2.3 化学工程的主要内容化学工程的主要内容 化工热力学、传递过程、分离工程、化化工热力学、传递过程、分离工程、化学反应工程、化工过程系统工程、化工技术经济学反应工程、化工过程系统工程、化工技术经济2.4 2.4 化学工程进展的主要特征化学工程进展的主要特征形成形成阶段阶段发展发展阶段阶段拓宽拓宽阶段阶段11919世纪末至世纪末至2020世纪世纪3030年代，年代，提出并发展了提出并发展了“单元操作单元操作”。

2、22020世纪世纪4040年代年代至至6060年代，各年代，各个二级学科先个二级学科先后问世。后问世。32020世纪世纪70-8070-80年代以后，形年代以后，形成新的交叉学成新的交叉学科和发展领域。科和发展领域。19世纪后半叶，制碱、制酸、化肥和煤化工已发世纪后半叶，制碱、制酸、化肥和煤化工已发展到相当规模，技术也达到相当的水平。展到相当规模，技术也达到相当的水平。索尔维法制碱工艺中，碳化塔高索尔维法制碱工艺中，碳化塔高20余米，在其中进余米，在其中进行化学吸收、结晶、沉降等操作。行化学吸收、结晶、沉降等操作。规模工业阶段的化工生产必须重视物质的物理变规模工业阶段的化工生产必须重视物质的物

3、理变化或化学变化在生产中的实现和应用。化或化学变化在生产中的实现和应用。历史背景1919世纪末世纪末2020世纪初，大规模的世纪初，大规模的石油炼制业的崛起石油炼制业的崛起是产是产生生“化学工程化学工程”这一新兴工程技术学科的基础。这一新兴工程技术学科的基础。同煤化工相比较，炼油工业的化学背景不那么复杂，同煤化工相比较，炼油工业的化学背景不那么复杂，有可能、也有必要着重进行化学过程的工程问题研究，有可能、也有必要着重进行化学过程的工程问题研究，以适应大规模生产的需要。以适应大规模生产的需要。英国化学家戴维斯（英国化学家戴维斯（G.E.DavisG.E.Davis，1850-19071850-1

4、907）第一个）第一个提出提出“化学工程化学工程”的概念。的概念。1850年生于英国伊顿，卒于年生于英国伊顿，卒于1907年。曾就学于斯年。曾就学于斯劳机械学院和皇家矿业学校。劳机械学院和皇家矿业学校。在在20岁以前就与温莎煤气厂的韦德森共同从事由岁以前就与温莎煤气厂的韦德森共同从事由煤气中提苯的试验。煤气中提苯的试验。1870年，转入曼彻斯特的贝莱漂洗厂任化学师。年，转入曼彻斯特的贝莱漂洗厂任化学师。1872年，脱离贝莱漂洗厂任坎诺克蔡斯化工厂年，脱离贝莱漂洗厂任坎诺克蔡斯化工厂厂长。厂长。1880年起在曼彻斯特从事私人咨询顾问工作，并年起在曼彻斯特从事私人咨询顾问工作，并曾任英国皇家碱业视

5、察员。曾任英国皇家碱业视察员。1881年，他协助创立英国化学工业协会。年，他协助创立英国化学工业协会。1895年，任英国化学工程学会曼彻斯特分会主席。年，任英国化学工程学会曼彻斯特分会主席。1901年，他把在曼彻斯特工学院讲学的内容，整年，他把在曼彻斯特工学院讲学的内容，整理成为第一部化学工程专著理成为第一部化学工程专著化学工程手册化学工程手册。身为碱业污染检查员的身为碱业污染检查员的G.E.戴维斯指出：戴维斯指出：化学工业发展化学工业发展中所面临的许多问题往往是工程问题。中所面临的许多问题往往是工程问题。各种化工生产工艺，都是由为数不多的基本操作如蒸馏、各种化工生产工艺，都是由为数不多的基本

6、操作如蒸馏、蒸发、干燥、过滤、吸收和萃取组成，可对它们进行综蒸发、干燥、过滤、吸收和萃取组成，可对它们进行综合的研究和分析，化学工程将成为继土木工程、机械工合的研究和分析，化学工程将成为继土木工程、机械工程、电气工程之后的第四门工程学科。程、电气工程之后的第四门工程学科。但戴维斯的观点但戴维斯的观点当时在英国没有被普遍接受当时在英国没有被普遍接受。1880年他发起成立英国化学工程师协会，未获成功。尽年他发起成立英国化学工程师协会，未获成功。尽管如此，戴维斯仍继续根据自己的观点搜集资料管如此，戴维斯仍继续根据自己的观点搜集资料,进行进行整理分析。整理分析。18871888年年,他在曼彻斯特工学院

7、作了他在曼彻斯特工学院作了12次演讲，系次演讲，系统阐述了化学工程的任务、作用和研究对象。这些演讲统阐述了化学工程的任务、作用和研究对象。这些演讲的内容后来陆续发表在曼彻斯特出版的的内容后来陆续发表在曼彻斯特出版的化工贸易杂志化工贸易杂志上，并在此基础上写成了上，并在此基础上写成了化学工程师手册化学工程师手册，于，于1901年出版。这是世界上第一本阐述各种化工生产过程年出版。这是世界上第一本阐述各种化工生产过程共性规律的著作，出版后很受欢迎。共性规律的著作，出版后很受欢迎。1904年在他的助手年在他的助手N.斯温丁的协助下，又出版该书的第二版。斯温丁的协助下，又出版该书的第二版。“化学工程是工

8、程技术的一个分支，化学工程从事物化学工程是工程技术的一个分支，化学工程从事物质发生化学变化或物理变化的加工过程的开发和利用。质发生化学变化或物理变化的加工过程的开发和利用。通常可将这些加工过程分解为一系列物理单元操作和通常可将这些加工过程分解为一系列物理单元操作和化学单元过程。化学工程师主要从事运用上述单元操化学单元过程。化学工程师主要从事运用上述单元操作和单元过程进行装置和工厂的设计、建造和操作。作和单元过程进行装置和工厂的设计、建造和操作。化学、物理和数学是化学工程的基础学科，而在化学化学、物理和数学是化学工程的基础学科，而在化学工程实践中，经济则占主导地位工程实践中，经济则占主导地位”戴

9、维斯的贡献在于，指出各种不同的化工过程的基本戴维斯的贡献在于，指出各种不同的化工过程的基本规律是相同的，其科学基础是规律是相同的，其科学基础是化学化学、物理物理和和数学数学。与英国的情况相反，与英国的情况相反，戴维斯的这些活动在美国却引起了戴维斯的这些活动在美国却引起了普遍的注意普遍的注意，化学工程这一名词在美国很快获得了广泛，化学工程这一名词在美国很快获得了广泛应用。应用。1888年，根据年，根据L.M.诺顿教授的提议，诺顿教授的提议，麻省理工学院麻省理工学院开设开设了世界上第一个定名为化学工程的四年制学士学位课程，了世界上第一个定名为化学工程的四年制学士学位课程，即著名的第十号课程。随后设

10、置了化学工程专业。即著名的第十号课程。随后设置了化学工程专业。随后随后,宾夕法尼亚大学宾夕法尼亚大学(1892),戴伦大学戴伦大学(1894)、密歇根大、密歇根大学学(1898)也相继开设了类似的课程。这些课程的开设标也相继开设了类似的课程。这些课程的开设标志着培养化学工程师的最初尝试。志着培养化学工程师的最初尝试。1902年，美国年，美国化学与冶金化学与冶金工程杂志创刊，不久改名工程杂志创刊，不久改名为为化学工程化学工程杂志。杂志。1908年年6月，美国化学工程学会正式成立。月，美国化学工程学会正式成立。美国化学家美国化学家利特尔利特尔（A.D.Little，1863-1935）对化）对化学

11、工程早期发展也作出了重要贡献。他曾长期从学工程早期发展也作出了重要贡献。他曾长期从事化学工业方面的咨询工作，事化学工业方面的咨询工作，1908年参予发起成年参予发起成立立美国化学工程师协会美国化学工程师协会，并担任过该会的主席。，并担任过该会的主席。1908年，根据他的建议，麻省理工学院建立了应年，根据他的建议，麻省理工学院建立了应用化学实验室和化学工程实用学校，让学生接受用化学实验室和化学工程实用学校，让学生接受各种化工基本操作的实际训练。各种化工基本操作的实际训练。1915年，他在给麻省理工学院的一份报告中，提年，他在给麻省理工学院的一份报告中，提出了出了单元操作单元操作的概念，他指出：的

12、概念，他指出：任何化工生产过任何化工生产过程，无论其规模大小都可以用一系列称为单元操程，无论其规模大小都可以用一系列称为单元操作的技术来解决作的技术来解决。20世纪世纪40年代至年代至20世纪世纪60年代左右。年代左右。由于基本有机合成工业的发展，人们将有机化学工由于基本有机合成工业的发展，人们将有机化学工艺中的不同过程按照反应类型分为若干艺中的不同过程按照反应类型分为若干“单元过程单元过程”，如氧化、还原、加氢、脱氢、磺化、卤化、硝，如氧化、还原、加氢、脱氢、磺化、卤化、硝基化、烷基化、水合、水解等。基化、烷基化、水合、水解等。标志着化学工程研究从标志着化学工程研究从物理变化物理变化过程（单

13、元操作）过程（单元操作）向向化学变化化学变化过程（单元过程）的深入。过程（单元过程）的深入。化工热力学、传递过程等二级学科逐渐产生。化工热力学、传递过程等二级学科逐渐产生。化学工程面临的许多问题，例如许多化工过程中都化学工程面临的许多问题，例如许多化工过程中都会遇到的高温、高压下气体混合物的会遇到的高温、高压下气体混合物的p-V-T关系的关系的计算，计算，经典热力学并没有提供现成的方法经典热力学并没有提供现成的方法。30年代初，麻省理工学院的年代初，麻省理工学院的H.C.韦伯韦伯教授等人提出教授等人提出了一种利用气体临界性质的计算方法。对工程应用，了一种利用气体临界性质的计算方法。对工程应用，

14、已够准确。已够准确。这是化工热力学最早的研究成果这是化工热力学最早的研究成果。1939年韦伯写出了第一本化工热力学教科书年韦伯写出了第一本化工热力学教科书化学化学工程师用热力学工程师用热力学。1944年耶鲁大学的年耶鲁大学的B.F.道奇道奇教授写的第一本取名为教授写的第一本取名为化工热力学化工热力学的著作出版了，于是化学工程的一的著作出版了，于是化学工程的一个新的分支学科个新的分支学科化工热力学诞生了。化工热力学诞生了。20世纪世纪20年代以后，石油化工、有机催化、合成树脂、合年代以后，石油化工、有机催化、合成树脂、合成橡胶以及流态化等化学工艺及技术相继出现。成橡胶以及流态化等化学工艺及技术相

15、继出现。20时间时间40年代第二次世界大战期间，流化床催化裂化、丁年代第二次世界大战期间，流化床催化裂化、丁苯橡胶合成及核燃料的分离和浓缩等研究开发成功。苯橡胶合成及核燃料的分离和浓缩等研究开发成功。人们通过人们通过“单元操作单元操作”的表象，发现所有这些操作都可以的表象，发现所有这些操作都可以归于流体流动、传热和传质三种现象，即归于流体流动、传热和传质三种现象，即“动量传递动量传递”、“热量传递热量传递”和和“质量传递质量传递”。化学工程从单元操作研究进入了化学工程从单元操作研究进入了“三传三传”研究阶段，形成研究阶段，形成了了“传递过程传递过程”。1957年在普渡大学召开的美国工程学科年在

16、普渡大学召开的美国工程学科的系主任会议上，传递过程和力学、热力学、电磁学等一的系主任会议上，传递过程和力学、热力学、电磁学等一起被列为基础工程学科。起被列为基础工程学科。1960年，威斯康星大学年，威斯康星大学R.B.博德、博德、W.E.斯图尔德和斯图尔德和E.N.莱莱特富特编写的特富特编写的传递现象传递现象正式出版。正式出版。1913年哈伯年哈伯-博施法合成氨投入生产，极大地促进了博施法合成氨投入生产，极大地促进了催化剂催化剂和催化反应和催化反应的研究。的研究。1928年钒催化剂被成功用于年钒催化剂被成功用于SO2的催化氧化。的催化氧化。1936年发明了用硅铝催化剂进行的粗柴油催化裂化工艺。

17、年发明了用硅铝催化剂进行的粗柴油催化裂化工艺。30年代后期，德国年代后期，德国G.达姆科勒和美国达姆科勒和美国E.W.蒂利分别对蒂利分别对反应反应相外传质相外传质和传热以及和传热以及反应相内传质反应相内传质和传热作了系统分析。和传热作了系统分析。50年代初，随着石油化工的兴起，在对连续反应过程的研究年代初，随着石油化工的兴起，在对连续反应过程的研究中，提出了一系列重要的概念。如中，提出了一系列重要的概念。如返混、停留时间分布、返混、停留时间分布、宏观混合、微观混合、反应器参数敏感性、反应器的稳定宏观混合、微观混合、反应器参数敏感性、反应器的稳定性性等。等。在在1957年于阿姆斯特丹举行的第一届

18、欧洲化学反应工程讨论年于阿姆斯特丹举行的第一届欧洲化学反应工程讨论会上，宣布了化学反应工程（会上，宣布了化学反应工程（“一反一反”）学科的诞生。从）学科的诞生。从此，此，“三传一反三传一反”的内涵开始建立和完善起来。的内涵开始建立和完善起来。50年代中期，电子计算机开始进入化工领域，对化学年代中期，电子计算机开始进入化工领域，对化学工程的发展起了巨大的推动作用，工程的发展起了巨大的推动作用，化工过程数学模拟化工过程数学模拟迅速发展。迅速发展。由对一个过程或一台设备的模拟，很快发展到对整个由对一个过程或一台设备的模拟，很快发展到对整个工艺流程甚至联合企业的模拟，在工艺流程甚至联合企业的模拟，在5

19、0年代后期出现了年代后期出现了第一代的第一代的化工模拟系统化工模拟系统。20世纪世纪60年代，石油化工转置的高度集中的自动化控年代，石油化工转置的高度集中的自动化控制系统和化工模拟系统的推广与应用，推进了制系统和化工模拟系统的推广与应用，推进了化工系化工系统工程（统工程（研究系统的模拟、分析和优化）和研究系统的模拟、分析和优化）和化工控制化工控制工程工程（研究动态和反馈）等二级学科的形成。（研究动态和反馈）等二级学科的形成。这是化学工程在综合方面上的深化，标志着化学工程这是化学工程在综合方面上的深化，标志着化学工程从分析为主向以综合为主从分析为主向以综合为主的阶段。的阶段。20世纪世纪70、8

20、0年代以来，化学工程迎接能源问题、年代以来，化学工程迎接能源问题、资源问题和环境危机的挑战的同时，与高新技术紧资源问题和环境危机的挑战的同时，与高新技术紧密结合。密结合。“高新技术高新技术”包括微电子及计算机技术、光电信包括微电子及计算机技术、光电信息技术、生物工程、新材料、新能源、航天技术及息技术、生物工程、新材料、新能源、航天技术及环境保护技术等。环境保护技术等。化学工程与新技术学科交叉渗透形成新兴学科化学工程与新技术学科交叉渗透形成新兴学科生生物化学工程、生物医学工程、微化学工程、材料化物化学工程、生物医学工程、微化学工程、材料化学工程学工程等。等。化学工程与化学工程与数学、物理、化学数

21、学、物理、化学等基础学科的联系更等基础学科的联系更加紧密。加紧密。a.发展新型材料（光、电器件材料，超导材料，功能高发展新型材料（光、电器件材料，超导材料，功能高分子材料和陶瓷材料）的合成、制备、超净化及加工分子材料和陶瓷材料）的合成、制备、超净化及加工方法和其他相应的化学化工技术。方法和其他相应的化学化工技术。b.配合生物基因工程与细胞工程的发展，提供相应的生配合生物基因工程与细胞工程的发展，提供相应的生化反应工程技术和反应器，开发分离生物产品的新方化反应工程技术和反应器，开发分离生物产品的新方法。法。c.提供新的能源系统，提高能源利用效率，发展新的工提供新的能源系统，提高能源利用效率，发展

22、新的工艺方法及相应的材料和设施。艺方法及相应的材料和设施。d.提供减少大气污染和水污染的新措施，改善生态环境，提供减少大气污染和水污染的新措施，改善生态环境，发现循环经济，开发零排放的化学加工绿色工艺。发现循环经济，开发零排放的化学加工绿色工艺。1.基本概念基本概念 化工过程、过程单元、单元过程、单元操作化工过程、过程单元、单元过程、单元操作2.化工过程中的单元操作化工过程中的单元操作 流体流动与输送流体流动与输送 沉降与过滤沉降与过滤 传热与蒸发传热与蒸发 蒸馏蒸馏 吸收吸收 萃取与浸取萃取与浸取化工过程化工过程过程单元过程单元化工生产从原料开始到制成目的产物，化工生产从原料开始到制成目的产

23、物，要经过一系列物理的和化学的加工处要经过一系列物理的和化学的加工处理步骤，这一系列加工处理步骤，总理步骤，这一系列加工处理步骤，总称为称为化工过程化工过程（Chemical ProcessChemical Process）。）。组成化工过程的化工机械和设备，组成化工过程的化工机械和设备，像一些容器、储罐、泵、压缩机、像一些容器、储罐、泵、压缩机、鼓风机、加热炉、换热器、反应器、鼓风机、加热炉、换热器、反应器、吸收塔、蒸馏塔等，称为吸收塔、蒸馏塔等，称为过程单元过程单元（Process UnitsProcess Units）。）。化工过程、过程单元、单元过程、单元操作化工过程、过程单元、单元过

24、程、单元操作单元操作单元操作单元过程单元过程生产不同产品的化学反应过程千差万别，生产不同产品的化学反应过程千差万别，但就反应类型或特性而言，可归纳为若但就反应类型或特性而言，可归纳为若干基本的反应过程，如：氧化、还原、干基本的反应过程，如：氧化、还原、加氢、脱氢、磺化、水解等，这些基本加氢、脱氢、磺化、水解等，这些基本的化学反应过程称为的化学反应过程称为单元过程单元过程（Unit Unit ProcessProcess）。）。在过程单元中进行的物理加工处理在过程单元中进行的物理加工处理“操作操作”，可分别归纳为流体流动与输，可分别归纳为流体流动与输送、搅拌、粉碎、沉降、过滤、传热、送、搅拌、粉

25、碎、沉降、过滤、传热、蒸发、冷凝、吸收、蒸馏、萃取、干蒸发、冷凝、吸收、蒸馏、萃取、干燥、吸附等多种，通称为燥、吸附等多种，通称为单元操作单元操作（Unit OperationsUnit Operations）。）。任何化工过程无论规模大小，都可以分为一系列的单任何化工过程无论规模大小，都可以分为一系列的单元操作。元操作。单元操作是对物理变化或物理加工处理而言的。单元操作是对物理变化或物理加工处理而言的。化学工程师只有将各种不同的化工过程分解为单元操化学工程师只有将各种不同的化工过程分解为单元操作来进行研究，经过单元操作的训练，才能掌握单元作来进行研究，经过单元操作的训练，才能掌握单元操作的共

26、性本质、原理和规律，才有能力使化工生产操作的共性本质、原理和规律，才有能力使化工生产过程和设备设计、制造和操作控制更为合理。过程和设备设计、制造和操作控制更为合理。常用的单元操作有常用的单元操作有20多种，如多种，如流体输送流体输送、搅拌搅拌、沉降沉降、过滤过滤、粉碎粉碎、颗粒分级颗粒分级、加热加热、冷却冷却、蒸发蒸发、吸收吸收、蒸馏蒸馏、萃取萃取、干燥干燥、结晶结晶、吸附吸附、离子交换离子交换、膜分离膜分离等。等。单元操作的作用和分类单元操作的作用和分类流体流流体流动与与输送送沉降与沉降与过滤传热与蒸与蒸发蒸蒸馏吸收吸收萃取和浸取萃取和浸取化工过程中化工过程中的流体流动的流体流动管道输送管道

27、输送多相流多相流单元操作中流动现象单元操作中流动现象流体输送机械流体输送机械：给流体增加机械能的设备给流体增加机械能的设备机械能机械能 使液体使液体 p 转换为其它形式转换为其它形式 u2/2 克服磨擦阻力克服磨擦阻力 离心泵离心泵 液体液体泵泵 往复泵往复泵输送对象输送对象 气体气体压缩机、鼓风机、压缩机、鼓风机、通风机、真空泵通风机、真空泵主要构件和工作原理主要构件和工作原理 开式开式叶轮叶轮 半开式半开式 闭式闭式 封闭叶轮封闭叶轮 泵壳泵壳 排出汲入液体，转换能量排出汲入液体，转换能量 (避免阻力损失，导向叶轮）避免阻力损失，导向叶轮）轴密封：填料密封、机械密封轴密封：填料密封、机械密

28、封吸入管、排出管、底阀等吸入管、排出管、底阀等结构：结构：利用叶轮高速旋转的离心作用，使液体利用叶轮高速旋转的离心作用，使液体由叶轮中心向外缘并提高压力和流速，最终由叶轮中心向外缘并提高压力和流速，最终以较高的静压力沿切向流入排出管道。以较高的静压力沿切向流入排出管道。工作原理工作原理：结构：结构：泵缸泵缸活塞活塞活塞杆活塞杆吸入阀吸入阀排出阀排出阀31泵缸泵缸活塞、活塞杆活塞、活塞杆排出口排出口吸入口吸入口工作原理工作原理：活塞左移活塞左移-工作室增大工作室增大-压强降低压强降低-出口阀关、吸入阀开出口阀关、吸入阀开-吸液吸液活塞右移活塞右移-工作室减小工作室减小-压强升高压强升高-出口阀开

29、、吸入阀关出口阀开、吸入阀关-排液排液往复泵通过工作室容积的变化直接以压强能的形式向往复泵通过工作室容积的变化直接以压强能的形式向液体提供能量。液体提供能量。通风机、鼓风机、压缩机、真空泵通风机、鼓风机、压缩机、真空泵（1 1）气体密度小，可压缩，输送机气体密度小，可压缩，输送机械体积较大。械体积较大。（2 2）气体输送要求提供的压头相应气体输送要求提供的压头相应也更高。也更高。（3 3）气体输送机械结构设计更为复）气体输送机械结构设计更为复杂。杂。特点：特点：类型：类型：多级低速离心鼓风机多级低速离心鼓风机通风机通风机皮带运输机、螺旋加皮带运输机、螺旋加料机、斗式提升机，料机、斗式提升机，属

30、于机械工程问题，属于机械工程问题，在单元操作中讨论较在单元操作中讨论较少。少。气力输送气力输送皮带式输送机皮带式输送机螺旋加料机螺旋加料机斗式提升机斗式提升机化工流程中的管路设计，包括官网布局、管路的流速、化工流程中的管路设计，包括官网布局、管路的流速、管路尺寸及材质、管路中的阀门管件和输送机械等。管路尺寸及材质、管路中的阀门管件和输送机械等。流体输送的总费用是管路及输送设备的折旧费用与能流体输送的总费用是管路及输送设备的折旧费用与能耗费用之和。耗费用之和。管路系统需要设置阀门来调管路系统需要设置阀门来调节流量或启闭管路。节流量或启闭管路。最常见的阀门有截止阀和闸最常见的阀门有截止阀和闸阀两种

31、。阀两种。截止阀（截止阀（stop valve,Globe Valve）的启闭件是塞形的阀）的启闭件是塞形的阀瓣，密封面呈平面或锥面，瓣，密封面呈平面或锥面，阀瓣沿流体的中心线作直线阀瓣沿流体的中心线作直线运动。运动。截止阀只适用于全开和全关，截止阀只适用于全开和全关，不允许作调节和节流。不允许作调节和节流。制造和维修方便，能够较精制造和维修方便，能够较精确的调节流量。确的调节流量。关闭状态关闭状态开启状态开启状态闸阀（闸阀（gate valve）的启闭）的启闭件是闸板，闸板的运动方件是闸板，闸板的运动方向与流体方向相垂直，闸向与流体方向相垂直，闸阀只能作全开和全关阀只能作全开和全关 。优点是

32、流道通畅，流体阻优点是流道通畅，流体阻力小，启闭扭矩小。力小，启闭扭矩小。缺点是密封面易擦伤，启缺点是密封面易擦伤，启闭时间较长，形体和重量闭时间较长，形体和重量较大。较大。在管道上应用广泛，适于在管道上应用广泛，适于制造成大口径阀门，但不制造成大口径阀门，但不能作调节和节流。能作调节和节流。非均相物系非均相物系由具有不同物理性质的分散物质和连续介质所组成的物由具有不同物理性质的分散物质和连续介质所组成的物系，系，有多个相界面有多个相界面。分散相分散相：物系中处于分散状态的物质：物系中处于分散状态的物质 如：催化裂化烟道气中的如：催化裂化烟道气中的cat.cat.颗粒，炼厂污水颗粒，炼厂污水

33、中的油滴等。中的油滴等。连续相连续相：包围分散物质且处于连续状态的物质，又称：包围分散物质且处于连续状态的物质，又称 为为分散介质分散介质。气态非均相物系：含尘气体，含雾气体；气态非均相物系：含尘气体，含雾气体；液态非均相物系：悬浮液，乳浊液，泡沫液。液态非均相物系：悬浮液，乳浊液，泡沫液。分类分类分离方法：分离方法：沉降：沉降：过滤：过滤：颗粒相对于流体运动颗粒相对于流体运动：重力沉降、离心沉降；重力沉降、离心沉降；流体相对于固体颗粒床层运动流体相对于固体颗粒床层运动：重力过滤、加压过滤、真空过滤、重力过滤、加压过滤、真空过滤、离心过滤等。离心过滤等。沉降、过滤、筛分、离心分离沉降、过滤、筛

34、分、离心分离悬悬浮浮在在流流体体中中的的固固体体颗颗粒粒借借助助于于外外场场作作用用力力产产生生定定向向运运动动，从从而而实实现现与与流流体体相相分分离离，或或者者使使颗粒相增稠、流体相澄清的一类操作。颗粒相增稠、流体相澄清的一类操作。分类：按外场力的不同分类：按外场力的不同沉降定义：沉降定义：重力沉降：重力沉降：降尘室降尘室、沉降槽、沉降槽离心沉降：离心沉降：旋风分离器旋风分离器作用：作用：分离气固混合物分离气固混合物分离条件：分离条件：颗粒在设备内的停留时间大于颗粒沉降至颗粒在设备内的停留时间大于颗粒沉降至 设备底部的沉降时间设备底部的沉降时间用途：用途：可以分离气体中粒径为可以分离气体中

35、粒径为75m以上的颗粒以上的颗粒 结构：结构：用用途途：适适用用于于含含颗颗粒粒浓浓度度为为0.010.01500g/m500g/m3 3、粒粒度度不不小小于于5m5m的的气气体体净净化化与与颗颗粒粒回回收收操操作作，尤其是尤其是各种气各种气-固流态化装置固流态化装置的尾气处理。的尾气处理。原理原理：含尘气体由圆筒上部的进气管切向：含尘气体由圆筒上部的进气管切向进入，受器壁的约束由上向下作螺旋运动。进入，受器壁的约束由上向下作螺旋运动。在惯性离心力作用下，颗粒被抛向器壁，在惯性离心力作用下，颗粒被抛向器壁，再沿壁面落至锥底的排灰口而与气流分离。再沿壁面落至锥底的排灰口而与气流分离。净化后的气体

36、在中心轴附近由下而上作螺净化后的气体在中心轴附近由下而上作螺旋运动，最后由顶部排气管排出。旋运动，最后由顶部排气管排出。BPV PV 型粗型粗旋风分离器旋风分离器PV PV 型外置型外置旋风分离器旋风分离器PV PV 型单级型单级旋风分离器旋风分离器PV PV 型一、二级型一、二级旋风分离器旋风分离器滤浆滤浆液固悬浮液，过滤的原料。液固悬浮液，过滤的原料。滤液滤液过滤后得到的液体产品。过滤后得到的液体产品。滤饼滤饼过滤后得到的固体产品。过滤后得到的固体产品。利利用用重重力力或或人人为为造造成成的的压压差差使使悬悬浮浮液液通通过过多多孔孔性性过过滤滤介介质质，将将固固体体颗颗粒粒截截留，从而实现

37、固留，从而实现固-液分离的单元操作。液分离的单元操作。过滤定义：过滤定义：过滤设备：过滤设备：板框压滤机板框压滤机转筒真空过滤机转筒真空过滤机直直接接给给悬悬浮浮液液加加压压使使其其穿穿过过过过滤滤介介质质来来实实现现过过滤滤的的目目的的，其其历历史史最最久久且且已已有有超超过过100100种种以以上上的的结构。结构。结构：结构：由交替排列的滤板、由交替排列的滤板、滤框与夹于板框之滤框与夹于板框之间的滤布叠合组装间的滤布叠合组装压紧而成。压紧而成。结构：结构：操作循环由装合、过滤、洗涤、卸饼、清理等操作循环由装合、过滤、洗涤、卸饼、清理等5 5个环节组成个环节组成板框压滤机的型式：板框压滤机的

38、型式：嵌入式滤布的滤板嵌入式滤布的滤板XASL/630-UBXASL/630-UB系列系列XAZ/2000-UBXAZ/2000-UB系列系列XAZ/800-UBXAZ/800-UB系系结构与原理：结构与原理：转筒的多孔表面上覆盖滤布，转筒的多孔表面上覆盖滤布，内部分隔成互不相通的若干扇形过滤室。内部分隔成互不相通的若干扇形过滤室。传热：传热：作用作用：加热原料：如原油加热到加热原料：如原油加热到360360左右进入常压塔；左右进入常压塔；冷却产品：如汽、煤、柴油等产品的冷却；冷却产品：如汽、煤、柴油等产品的冷却；余热回收：如烟道气的余热回收，废热锅炉的应用等；余热回收：如烟道气的余热回收，废

39、热锅炉的应用等；设备保温设备保温：抑制传热抑制传热强化传热强化传热推动力推动力：温度差温度差传热方式传热方式：热传导、对流传热、辐射传热热传导、对流传热、辐射传热1 1、直接接触式传热直接接触式传热 直接接触式传热的特点是冷、热两流体在传热器中以直接接触式传热的特点是冷、热两流体在传热器中以直接混合的方式进行热量交换，也称混合式换热。直接混合的方式进行热量交换，也称混合式换热。2 2、蓄热式换热蓄热式换热 蓄热式换热器是由热容量较大的蓄热室构成。室中充蓄热式换热器是由热容量较大的蓄热室构成。室中充填耐火砖作为填料，当冷、热流体交替的通过同一室时，填耐火砖作为填料，当冷、热流体交替的通过同一室时

40、，就可以通过蓄热室的填料将热流体的热量传递给冷流体，就可以通过蓄热室的填料将热流体的热量传递给冷流体，达到两流体换热的目的。达到两流体换热的目的。3、间壁式换热间壁式换热 间间壁壁式式换换热热的的特特点点是是冷冷、热热流流体体被被一一固固体体隔隔开开，分分别别在在壁的两侧流动，不相混合，通过固体壁进行热量传递。壁的两侧流动，不相混合，通过固体壁进行热量传递。传热过程可分为三步：传热过程可分为三步：p热流体将热量传给固体壁面热流体将热量传给固体壁面（对流传热对流传热）p热量从壁的热侧传到冷侧热量从壁的热侧传到冷侧（热传导热传导）p热热量量从从壁壁的的冷冷侧侧面面传传给给冷冷流流体体（对流传热对流

41、传热）壁壁的的面面积积称称为为传传热热面面积积，是是间间壁式换热器的基本尺寸。壁式换热器的基本尺寸。加热器、冷却器、加热器、冷却器、冷凝器、再沸器、蒸发器等冷凝器、再沸器、蒸发器等按用途分：按用途分：按冷热流体按冷热流体接触方式分：接触方式分：直接混合式直接混合式蓄热式蓄热式间壁式间壁式广泛使用广泛使用分类分类管式管式板式板式翅片式翅片式封头管束浮头壳体折流挡板管箱管板管程隔板特点特点结构紧凑，制造比较容易，传热面积大，处理能力大，结构紧凑，制造比较容易，传热面积大，处理能力大，可操作性强，适用于高温、高压条件下和大型装置中。可操作性强，适用于高温、高压条件下和大型装置中。整体分为两部分：列管

42、管路为管程，列管外部为壳程。整体分为两部分：列管管路为管程，列管外部为壳程。蒸发定义：蒸发定义：蒸发在通常意义上是指液体受热后发生的表面气化现蒸发在通常意义上是指液体受热后发生的表面气化现象。在化工生产中，专指加热含不挥发溶质的溶液，象。在化工生产中，专指加热含不挥发溶质的溶液，令其中溶剂蒸发，使溶液浓缩得到浓溶液的一种单元令其中溶剂蒸发，使溶液浓缩得到浓溶液的一种单元操作。操作。例如，制盐、制糖、海水蒸发淡化等。例如，制盐、制糖、海水蒸发淡化等。利用利用均相液体混合物均相液体混合物中各组分中各组分饱和蒸汽压（或沸点饱和蒸汽压（或沸点或挥发性）的差异或挥发性）的差异而使各组分得以分离。而使各组

43、分得以分离。原料的初步分离、产品的最后提纯、中间产物的提取；原料的初步分离、产品的最后提纯、中间产物的提取；常温下汽、液混合物的分离；常温下汽、液混合物的分离；溶剂的回收溶剂的回收蒸馏的依据：蒸馏的依据：重要性：重要性：蒸馏过程的分类：蒸馏过程的分类：按操作流程分按操作流程分间歇蒸馏、间歇蒸馏、连续蒸馏连续蒸馏 按蒸馏方法分按蒸馏方法分简单蒸馏简单蒸馏、平衡蒸馏、平衡蒸馏、精馏精馏、特殊精馏、特殊精馏 按操作压力分按操作压力分常压蒸馏常压蒸馏、减压蒸馏、加压蒸馏、减压蒸馏、加压蒸馏 按组分数分按组分数分二元蒸馏二元蒸馏、多元蒸馏、复杂蒸馏、多元蒸馏、复杂蒸馏混合物中各组份挥发性混合物中各组份挥

44、发性相差不大，要求将各组相差不大，要求将各组份完全分开，产品纯度份完全分开，产品纯度要求高。要求高。间歇操作，需要分段收集不同浓间歇操作，需要分段收集不同浓度的馏出液，不能获得高纯度的度的馏出液，不能获得高纯度的产品。当各组份的挥发性相差较产品。当各组份的挥发性相差较大且对组分分离程度要求不高时大且对组分分离程度要求不高时使用。使用。应用：应用：应用于实验室，测定油品中应用于实验室，测定油品中各沸点范围内馏分的含量各沸点范围内馏分的含量恩氏蒸馏；恩氏蒸馏；混合液的初步分离或除去混合液的初步分离或除去混合液中不挥发的杂质，混合液中不挥发的杂质，如土炼油。如土炼油。y原料液x蒸气xD1xD2xD3

45、冷凝器微分蒸馏、微分蒸馏、渐次汽化、渐次冷凝渐次汽化、渐次冷凝原理：原理：相当于把许多个冷凝器和汽化相当于把许多个冷凝器和汽化器叠加起来，混合液通过多次器叠加起来，混合液通过多次部分气化、部分冷凝得到分离部分气化、部分冷凝得到分离，获取高纯度产品。，获取高纯度产品。操作流程：操作流程：包括精馏塔。再沸器（或包括精馏塔。再沸器（或称蒸馏釜）和冷凝器。称蒸馏釜）和冷凝器。料液料液,x xF F FeedFeed塔顶产品塔顶产品,x xD DOverhead Overhead productproduct塔底产品塔底产品,x xWWBottoms Bottoms productproduct液相回流

46、液相回流Liquid refluxLiquid reflux汽相回流汽相回流Vapor refluxVapor reflux精馏段精馏段Rectifying sectionRectifying section提馏段提馏段Stripping sectionStripping section再沸器再沸器ReboilerReboiler冷凝器冷凝器condensercondenser填料塔填料塔微分接触微分接触连续逆流。连续逆流。填料分为填料分为散散装填料装填料和和整整装填料。装填料。板式塔板式塔逐级接触逐级接触交叉流。交叉流。有分为有分为浮浮阀塔、泡阀塔、泡罩塔、筛罩塔、筛板塔板塔等等十字架型浮阀

47、十字架型浮阀泡罩泡罩F1F1型浮阀型浮阀船型浮阀船型浮阀筛孔板筛孔板普通型普通型JCVJCV浮阀浮阀拉西环拉西环19141914鲍尔环鲍尔环 19481948栅板填料栅板填料规整填料规整填料 塑料丝网波纹填料塑料丝网波纹填料 阶梯环阶梯环金属环矩鞍金属环矩鞍GempakGempak填料填料 具具有有恒恒沸沸点点或或 接接近近1 1的的物物系系，受受相相平平衡衡的的限限制制或或经经济济合合理理性性的的制制约约，不不能能或或不不宜宜采采用用普普通通精精馏馏方方法法进进行行分离。分离。解解决决方方法法一一：采采用用特特殊殊精精馏馏。向向精精馏馏系系统统添添加加第第三三组组分分，通通过过它它对对原原溶

48、溶液液中中各各组组分分间间的的不不同同作作用用，提提高高原原溶溶各各组组分分间间的的，使使原原来来难难以以用用精精馏馏分分离离的的物物系系变变得得易易于于分分离离。包包括括恒恒沸沸精精馏馏、萃萃取取精精馏馏、加加盐盐精精馏馏和和反反应精馏应精馏等。等。解解决决方方法法二二：采采用用萃萃取取、吸吸附附以以及及膜膜分分离离等等其其它分离方法。液它分离方法。液吸吸收收定定义义：利利用用混混合合气气体体中中各各组组分分在在液液体体中中溶溶解解度度差差异异，使使某某些些易易溶溶组组分分进进入入液液相相形形成成溶溶液液，不不溶溶或或难难溶溶组组分分仍仍留留在气相，从而实现混合气体的分离。在气相，从而实现混

49、合气体的分离。吸收过程在石油化工中的应用吸收过程在石油化工中的应用（1 1）气体混合物的分离）气体混合物的分离 l 原料气的预处理，即除去混合气体中的杂质，如合成原料气的预处理，即除去混合气体中的杂质，如合成氨原料气脱氨原料气脱H H2 2S S、脱脱COCO2 2等；等；l 产物分离，物料经过化学反应后得到的气态混合物，产物分离，物料经过化学反应后得到的气态混合物，可以用吸收的方法加以分离，如石油馏分裂解生产的乙烯、可以用吸收的方法加以分离，如石油馏分裂解生产的乙烯、丙烯等与丙烯等与H H2 2、COCO等混合，可用液态烃吸收产物乙烯、丙烯。等混合，可用液态烃吸收产物乙烯、丙烯。吸收分类吸收

50、分类物理吸收物理吸收化学吸收化学吸收（2 2）气体净化）气体净化生产中排出的气体往往含有污染环境的物质，造成危害。生产中排出的气体往往含有污染环境的物质，造成危害。排放这样的气体前需要进行净化，回收有利用价值的物质。排放这样的气体前需要进行净化，回收有利用价值的物质。如回收烟道气中的如回收烟道气中的SOSO2 2及从设备排出的溶剂蒸汽等。及从设备排出的溶剂蒸汽等。（3 3）制取溶液）制取溶液用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。如水吸收氯化用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。如水吸收氯化氢制备盐酸；硫酸吸收氢制备盐酸；硫酸吸收SOSO3 3制浓硫酸，水吸收甲醛制福尔制浓硫酸，水吸收甲醛制福尔