化工生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)培訓(xùn)教材(已修改)

　

【正文】 合成車(chē)間化工生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)培訓(xùn)教材 編制: 審核:批準(zhǔn):目 錄第一章 化工生產(chǎn)基本概念 1第二章 流體流動(dòng)常識(shí) 3第一節(jié) 流體的密度 3第二節(jié) 流體的靜壓強(qiáng) 4第三節(jié) 流體的流量與流速 5第四節(jié) 流體基本方程式 6第五節(jié) 流體在管路內(nèi)的流動(dòng)阻力 8第三章 化工用泵 9第一節(jié) 泵的分類(lèi) 9第二節(jié) 離心泵 9第三節(jié) 其它類(lèi)型的泵 17第四章 化工管路 23第一節(jié) 閥門(mén) 23第二節(jié) 管件基本知識(shí) 31第五章 傳熱及傳熱設(shè)備 35第一節(jié) 傳熱的基本原理 35第二節(jié) 傳熱設(shè)備介紹 36第三節(jié) 換熱器運(yùn)行、維護(hù)和保養(yǎng) 40第六章 蒸餾、吸收及其塔類(lèi)設(shè)備 42第一節(jié) 常用概念 42第二節(jié) 塔類(lèi)設(shè)備介紹 46第五章 化工工藝識(shí)圖基礎(chǔ) 61第一節(jié) 識(shí)圖基礎(chǔ)常識(shí) 61第二節(jié) 化工工藝圖識(shí)別 62141 / 143第一章 化工生產(chǎn)基本概念一、化工生產(chǎn)單元操作對(duì)原料進(jìn)行化工加工從而獲得有用產(chǎn)品的過(guò)程稱為化工生產(chǎn)過(guò)程。如下圖所示：各種前處理原料化學(xué)加工各種后處理產(chǎn)品除去雜質(zhì)，達(dá)到必要的純度、溫度和壓力物理變化過(guò)程反應(yīng)生成新的物質(zhì)化學(xué)或生物化學(xué)變化過(guò)程精制、分離、干燥等物理變化過(guò)程中間產(chǎn)品各種前處理原料化學(xué)加工各種后處理各種前處理原料化學(xué)加工各種后處理各種前處理原料化學(xué)加工各種后處理各種前處理原料化學(xué)加工各種后處理各種前處理原料化學(xué)加工各種后處理產(chǎn)品除去雜質(zhì)，達(dá)到必要的純度、溫度和壓力物理變化過(guò)程反應(yīng)生成新的物質(zhì)化學(xué)或生物化學(xué)變化過(guò)程精制、分離、干燥等物理變化過(guò)程中間產(chǎn)品各種前處理原料化學(xué)加工各種后處理各種前處理原料化學(xué)加工各種后處理各種前處理原料化學(xué)加工各種后處理各種前處理原料化學(xué)加工各種后處理生產(chǎn)過(guò)程的前、后處理的物理操作過(guò)程稱為化工單元操作，簡(jiǎn)稱單元操作。單元操作特點(diǎn)如下：物理過(guò)程；同一單元操作在不同的化工生產(chǎn)中遵循相同的過(guò)程規(guī)律，但在操作條件及設(shè)備類(lèi)型（或結(jié)構(gòu)）方面會(huì)有很大差別；對(duì)同樣的工程目的，可采用不同的單元操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。二、物料衡算根據(jù)物質(zhì)守恒定律，在一個(gè)穩(wěn)定的化工生產(chǎn)過(guò)程中向系統(tǒng)或設(shè)備所投入的物料量必等于所得產(chǎn)品量及過(guò)程損失量之和，即：W原=W產(chǎn)+W損式中W原—投入物料量W產(chǎn)—所得的產(chǎn)品量；W損—損失物料量。按照這一規(guī)律對(duì)總物料或其中某一組分進(jìn)行的計(jì)算，稱為物料衡算。通過(guò)物料衡算可以了解化工生產(chǎn)的原料量、產(chǎn)量、損耗量、確定設(shè)備的生產(chǎn)能力及其主要尺寸；判定物料生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行的好壞和經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)價(jià)等等。三、熱量衡算根據(jù)能量守恒定律，對(duì)于一個(gè)穩(wěn)定的化工生產(chǎn)過(guò)程，向系統(tǒng)和設(shè)備內(nèi)輸入的熱量應(yīng)等于輸出的熱量加上損失的熱量即：Q入=Q出+Q損式中Q入—投入的熱量；Q出—輸出的熱量；Q損—損失的熱量。按照這一規(guī)律對(duì)系統(tǒng)或設(shè)備熱量進(jìn)行的計(jì)算，稱為熱量衡算。通過(guò)熱量衡算，可以檢查熱量消耗的程度，確定經(jīng)濟(jì)合理的熱量消耗方案、熱能綜合利用途徑和選擇最適宜的生產(chǎn)資料等。四、過(guò)程的平衡關(guān)系在化工生產(chǎn)中，固體的溶解、氣體的吸收、溶液的蒸餾等操作過(guò)程都是在一定條件下由不平衡向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)化，以達(dá)到過(guò)程進(jìn)行的最大限度。過(guò)程的平衡是在一定條件下建立的，當(dāng)條件發(fā)生變化，則平衡就被破壞。直到在新的條件下建立新的平衡關(guān)系為止。五、過(guò)程的速率過(guò)程的速率是指單位時(shí)間里過(guò)程進(jìn)行的變化量。它與過(guò)程的推動(dòng)力成正比，與過(guò)程的阻力成反比。例如：液體的推動(dòng)力是位差，傳熱過(guò)程中的推動(dòng)力是溫度差，吸收過(guò)程的推動(dòng)力是濃度差或分壓差。提高過(guò)程的推動(dòng)力是提高過(guò)程速率的基本方法。六、單位制度絕對(duì)單位制和重力單位制（工程單位）絕對(duì)單位制以長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間為基本量；重力單位制以長(zhǎng)度、時(shí)間和力為基本量。兩者的主要區(qū)別在于絕對(duì)單位制以質(zhì)量為基本量，其單位為基本單位，力（或重量）的單位為導(dǎo)出單位；重力單位制以力（或重量）為基本量，其單位為基本單位，質(zhì)量的單位為導(dǎo)出單位。力和質(zhì)量的關(guān)系用牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律相關(guān)聯(lián)，即F=ma 式中 F—作用于物體上的力；m—物體的質(zhì)量；a—物體在作用力方向上的加速度。上述兩種單位制度中又有米制單位與英制單位之分。兩種單位制度中米制與英制的基本單位列于下表。兩種單位制度中的米制與英制的基本單位 基本物理量單位制度長(zhǎng)度（L）時(shí)間（T）力或重力（F）質(zhì)量（M）絕對(duì)單位制度cgs 制cmsgmks 制mskg英 制ftslb重力單位制度（工程單位制）米 制mskgf英 制ftslb(f)國(guó)際單位制度（SI制）1960年10月第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過(guò)了一種優(yōu)越性較大的新單位制度，稱為國(guó)際單位制度，其代號(hào)為SI，它是mks制的引伸。由于SI制的統(tǒng)用性和一貫性的優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)際上迅速得到推廣。SI中任何一物理量只有一個(gè)單位，但重力單位制就有所不同，例如在重力單位制中，熱量單位為kcal（千卡）。功的單位為kgfm，而熱量和功是本質(zhì)相同的物理量，計(jì)算時(shí)必須采用“熱當(dāng)量：（即1kcal=427kgfm）來(lái)?yè)Q算使之統(tǒng)一，但在SI中熱量與功都采用同一單位，即J（焦耳）。SI基本單位為7種，化工常用5種分別是：長(zhǎng)度：米（m） 質(zhì)量：千克（Kg） 時(shí)間：秒（s）溫度：開(kāi)爾文（K） 物質(zhì)量：摩爾（mol）七、單位換算 常用物理量的單位換算關(guān)系如下:重力加速度：g= m /s2 (SI制)=981 cm/s2 (cgs制)質(zhì)量：1 kg= t (噸)= ib (磅)長(zhǎng)度：1 in (英寸)= m (米)= ft (英尺)= yd (碼)力：1 N(牛頓)=1 kgm/s2= kgf (千克力)壓強(qiáng)：1 Pa(帕)=1 N/m2=1105 bar=105 kgf/cm2=105 atm= mmH2O= mmHg功、能和熱：1 J =1 Nm=107 kwh = kgfm=104kcal功率：1 W(瓦特)= 1 J/s= kgfm/s =103 kcal/s溫度：K（開(kāi)爾文）= 176。+ ℃第二章 流體流動(dòng)常識(shí)第一節(jié) 流體的密度定義：?jiǎn)挝惑w積流體所具有的質(zhì)量稱為流體的密度，其表達(dá)式為： 某狀態(tài)下理想氣體的密度：M—?dú)怏w的分子量R—?dú)怏w常數(shù)，（molK）如為混合氣體則M為混合氣體的平均分子量MmMi氣體混合物中各組分的分子量yi 氣體混合物中各組分的摩爾分率對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體。其體積、壓強(qiáng)和溫度之間的變化關(guān)系為： p —?dú)怏w的絕對(duì)壓強(qiáng)，Pa；T—?dú)怏w的絕對(duì)溫度，K；V—?dú)怏w的體積，m3；第二節(jié) 流體的靜壓強(qiáng)定義：在靜止的流體內(nèi)，單位面積上所受的壓力，稱為靜壓強(qiáng)，簡(jiǎn)稱壓強(qiáng)，定態(tài)流動(dòng)的流體在管路中同一位置的壓強(qiáng)也可視為靜壓強(qiáng)，其表達(dá)式為：p=ΔP/ΔA(Pa或N/㎡)p —流體的靜壓強(qiáng)，Pa；P— 垂直作用于流體表面上的壓力，N；A — 作用面的面積，m2。常用壓強(qiáng)單位之間的換算關(guān)系：1atm（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）==760mmHg=（巴） =105Pa工程上為了使用和換算方便，常將1 kgf/cm2近似地作為1個(gè)大氣壓，稱為1工程大氣壓。于是1at=1 kgf/cm2 = mmHg =10 mH2O= bar=104 Pa3．壓強(qiáng)的不同表示方法 (1) 絕對(duì)壓強(qiáng)：以絕對(duì)零壓作起點(diǎn)計(jì)算的壓強(qiáng),稱為絕對(duì)壓強(qiáng)，是流體的真實(shí)壓強(qiáng)。(2)表壓強(qiáng)：流體的壓強(qiáng)可用測(cè)壓儀表來(lái)測(cè)量。當(dāng)被測(cè)流體的絕對(duì)壓強(qiáng)大于外界大氣壓強(qiáng)時(shí)，所用的測(cè)壓儀表稱為壓強(qiáng)表。壓強(qiáng)表上的讀數(shù)表示被測(cè)流體的絕對(duì)壓強(qiáng)比大氣壓強(qiáng)高出的數(shù)值，稱為表壓強(qiáng)，即：表壓強(qiáng)=絕對(duì)壓強(qiáng)－大氣壓強(qiáng) (壓力表的度量)(3)真空度：當(dāng)被測(cè)流體的絕對(duì)壓強(qiáng)小于外界大氣壓強(qiáng)時(shí)，所用測(cè)壓儀表稱為真空表。真空表上的讀數(shù)表示被測(cè)流體的絕對(duì)壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng)的數(shù)值，稱為真空度，即：真空度=大氣壓強(qiáng)－絕對(duì)壓強(qiáng) （真空表的度量）顯然，設(shè)備內(nèi)的流體的絕對(duì)壓強(qiáng)愈低，則它的真空度就愈高。真空度又是表壓強(qiáng)的負(fù)值。絕對(duì)壓強(qiáng)，表壓強(qiáng)，真空度之間的關(guān)系可用下圖表示。 注：外界大氣壓強(qiáng)隨大氣的溫度、濕度和所在地區(qū)的海拔高度而變。第三節(jié) 流體的流量與流速一、流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道任一截面的流體量，稱為流量。若流量用體積來(lái)計(jì)量，則稱為體積流量，以Vs表示，單位為m3/s。若流量用質(zhì)量來(lái)計(jì)量，則稱為質(zhì)量流量，以ωs表示，單位為㎏/s。體積流量與質(zhì)量流量的關(guān)系為：ωs=Vsρ二、流速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體在流動(dòng)方向上所流過(guò)的距離，稱為流速，以u(píng)表示，單位為m/s。流體在管道任一截面上各點(diǎn)的流速沿管徑而變化，所以在工程計(jì)算上通常用整個(gè)管截面上的平均流速來(lái)表示流體的流速，其表達(dá)式為： 三、流體輸送管路直徑的選擇：流量一般為生產(chǎn)任務(wù)所決定，所以關(guān)鍵在于選擇合適的流速。若流速太大，管徑雖然可以減小，但流體流過(guò)管道的阻力增大，水泵的動(dòng)力就大，操作費(fèi)隨之增加。反之，流速選得太小，操作費(fèi)可以相應(yīng)減小，但管徑增大，管路的基建費(fèi)用隨之增加。所以當(dāng)流體以大流量在長(zhǎng)距離的管路輸送時(shí)，需根據(jù)具體情況在操作費(fèi)用與基建費(fèi)用之間通過(guò)經(jīng)濟(jì)權(quán)衡來(lái)確定適宜的流速。車(chē)間內(nèi)部的工藝管線，通常較短，管內(nèi)流速可選用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。一般管道的截面均為圓形，若以d表示管道內(nèi)徑，則內(nèi)徑、流量、流速之間的關(guān)系如下： 某些流體在管道中的常用流速范圍流體的類(lèi)別及情況流速范圍，m/s自來(lái)水（3105Pa左右）1～水及低粘度液體（1105～1106Pa）～高粘度液體～工業(yè)供水（8105Pa以下）～鍋爐供水（8105Pa以下）＞飽和蒸汽20～40過(guò)熱蒸汽30～50蛇管、螺旋管內(nèi)的冷卻水＜低壓空氣12～15高壓空氣15～25一般氣體（常壓）10～20鼓風(fēng)機(jī)吸入管10～15鼓風(fēng)機(jī)排出管15～20離心泵吸入管（水一類(lèi)液體）～離心泵排出管（水一類(lèi)液體）～往復(fù)泵吸入管（水一類(lèi)液體）～往復(fù)泵排出管（水一類(lèi)液體）～液體自流速度（冷凝水等）真空操作下氣體流速＜10第四節(jié) 流體基本方程式一、靜力學(xué)基本方程式：，以此方程式為依據(jù)可設(shè)計(jì)制造液柱壓差計(jì)，來(lái)測(cè)量流體的壓強(qiáng)或壓強(qiáng)差，較典型的有U管壓差計(jì)和微差壓差計(jì)；也可用來(lái)測(cè)量靜止液體的液位高度；還可以用來(lái)計(jì)算液封的高度。二、流體流動(dòng)連續(xù)性方程式：對(duì)于定態(tài)流動(dòng)系統(tǒng)：對(duì)于不可壓縮流體：三、柏努利方程柏努利方程反映了流體在流動(dòng)過(guò)程中，各種形式機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。不可壓縮實(shí)際流體的柏努利方程式因?qū)嶋H流體具有粘性，在流動(dòng)過(guò)程中必消耗一定的能量。根據(jù)能量守恒原則，能量不可能消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式，這些消耗的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成熱能，此熱能不能再轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜诹黧w輸送的機(jī)械能，只能使流體的溫度升高。從流體輸送角度來(lái)看，這些能量是“損失”掉了。將流體損失的能量用ΣWf表示。則柏努利方程式可表示為 理想流體的機(jī)械能衡算理想流體是指沒(méi)有粘性（即流動(dòng)中沒(méi)有摩擦阻力）的不可壓縮流體。這種流體實(shí)際上并不存在，是一種假想的流體，但這種假想對(duì)解決工程實(shí)際問(wèn)題具有重要意義。對(duì)于理想流體又無(wú)外功加入時(shí)，柏努利方程式可簡(jiǎn)化為 柏努利方程的應(yīng)用柏努利方程與連續(xù)性方程是解決流體流動(dòng)問(wèn)題的基礎(chǔ)，應(yīng)用柏努利方程，可以解決流體輸送與流量測(cè)量等實(shí)際問(wèn)題。在用柏努利方程解決問(wèn)題時(shí)，一般應(yīng)先根據(jù)實(shí)際畫(huà)出流動(dòng)系統(tǒng)的示意圖，標(biāo)明流體的流動(dòng)方向，定出上、下游截面，明確流動(dòng)系統(tǒng)的衡算范圍。解題時(shí)需注意以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）截面的選取：①與流體的流動(dòng)方向相垂直；②兩截面間流體應(yīng)是定態(tài)連續(xù)流動(dòng)；③截面宜選在已知量多、計(jì)算方便處。（2）基準(zhǔn)水平面的選取：位能基準(zhǔn)面必須與地面平行。為計(jì)算方便，宜于選取兩截面中位置較低的截面為基準(zhǔn)水平面。若截面不是水平面，而是垂直于地面，則基準(zhǔn)面應(yīng)選管中心線的水平面。（3）單位保持一致，尤其在計(jì)算截面上的靜壓能時(shí)，pp2不僅單位要一致，同時(shí)表示方法也應(yīng)一致，即同為絕壓或同為表壓。第五節(jié) 流體在管路內(nèi)的流動(dòng)阻力流動(dòng)阻力的大小與流體本身的物理性質(zhì)、流動(dòng)狀況及壁面的形狀等因素有關(guān)。化工管路系統(tǒng)主要由兩部分組成，一部分是直管，另一部分是管件、閥門(mén)等。相應(yīng)流體流動(dòng)阻力也分為兩種： 直管阻力：流體流經(jīng)一定直徑的直管時(shí)由于內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力； 局部阻力：流體流經(jīng)管件、閥門(mén)等局部地方由于流速大小及方向的改變而引起的阻力。第三章 化工用泵泵是液體的一種”增能”機(jī)械，是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成被輸送液體的靜壓能和動(dòng)能的設(shè)備，使被輸送液體獲得能量后，輸送到一定壓力、高度或距離的場(chǎng)合，這就是泵的主要作用。第一節(jié) 泵的分類(lèi)按其作用原理可分為以下三大類(lèi)：1）