1、化工粉體工程單元操作與反響類型化工粉體工程單元操作與反響類型粉體工程在國民經(jīng)濟(jì)各部門中應(yīng)用較廣，其中作為粉體工程主要分支的化工粉體工程的應(yīng)用，在中國已有3000多年的歷史。但作為一門技術(shù)，它真正受到重視是在本世紀(jì)40年代。在化工消費(fèi)過程中，不僅涉及氣體、液體物料的處理，還大量涉及固體物料即粉體的處理。這些有關(guān)固體顆粒的反響、別離、凈化、輸送等過程及其所用的反響器、別離器及其它設(shè)備的研究與設(shè)計，相關(guān)固體顆粒的化學(xué)消費(fèi)工藝，都是化工粉體工程的研究與設(shè)計內(nèi)容。經(jīng)過幾十年的努力，目前粉體化學(xué)工程的研究與設(shè)計到達(dá)了新的高度，單元設(shè)備的消費(fèi)效率有較大進(jìn)步。數(shù)學(xué)模型方法已用于工業(yè)放大，粉體的連續(xù)化消費(fèi)也獲得

2、明顯進(jìn)步。但與氣體、液體的單元處理過程相比，仍有很大差距，有待進(jìn)一步研究與理論。1.化工粉體工程單元操作與反響類型1.1化工粉體單元操作化工消費(fèi)過程中，涉及粉體的單元操作可分為以下三類：1挪動操作包括混合、輸送、給料、包裝、存儲等單元操作；2粒徑變化過程包括粉碎、造粒、結(jié)晶等過程；3別離操作包括篩分、分級、除塵、過濾、沉淀、離心別離、枯燥等過程。這些單元操作都包含傳質(zhì)或傳熱、或動量傳遞、或化學(xué)反響過程，典型的單元操作過濾、沉淀、離心別離、氣力輸送、枯燥、結(jié)晶都涉及質(zhì)量、動量、能量的傳遞。通常的單元操作沉淀、結(jié)晶還伴隨著化學(xué)反響。1.2化工粉體反響類型及反響器化工粉體反響過程一般有以下兩種類型：

3、1作為固體催化劑參與反響過程，這類比擬普遍，一般的氣-固、氣-液-固非均相反響系統(tǒng)大都是這一類。2作為固體反響物或產(chǎn)物參與反響過程，即固相非催化反響過程，這一類在水泥、玻璃、冶金等部門應(yīng)用較廣?；ば袠I(yè)如制堿工業(yè)中的石灰石煅燒；硫酸消費(fèi)中的硫鐵礦焙燒；炭黑消費(fèi)中原料油、氣的高溫裂解等也都是這一類?；し垠w反響過程采用的反響器型式常見的有固定床、流化床、噴流床、淤漿床、窯式本文由論文聯(lián)盟搜集整理的反響器及煅燒爐等，還有近年來開展的化學(xué)氣相沉積結(jié)晶反響器。2.化工粉體工程存在的問題及進(jìn)展2.1化工粉體工程存在的問題及原因化工消費(fèi)過程中，有關(guān)固體顆粒單元操作的研究與設(shè)計還處于低級階段。與氣體、液體相

4、比，固體顆粒較難連續(xù)化處理，或是連續(xù)化后能量消耗很大、效率低下，因此需解決一些突出的矛盾。如在粉煤燃燒造氣、水煤漿氣化的連續(xù)消費(fèi)中，粉碎的粒度、篩分過程中的微小差異可能造成后續(xù)設(shè)備的損壞、堵塞而中斷消費(fèi)過程。目前，全世界用于粉碎固體顆粒的能耗超過總能耗的4%，但最好的粉碎機(jī)械效率也只有百分之幾，而且隨著粉碎粒度的越來越小，效率將越來越低1。諸如此類的問題都有待于進(jìn)一步解決。存在這些問題，不只是研究投入少的原因，還由于固體顆粒處理本身的復(fù)雜性所決定。2.2化工粉體工程進(jìn)展隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的開展，人們越來越不滿足于根據(jù)經(jīng)歷逐級放大的設(shè)計方法。由于這種方法阻礙技術(shù)體系化與技術(shù)進(jìn)步，故研究者開場進(jìn)展從

5、顆粒的物理、化學(xué)性質(zhì)入手的化工粉體工程技術(shù)研究。同時，由于不同顆粒級別粉體的一些奇妙的物理、化學(xué)性質(zhì)，尤其是微細(xì)顆粒、超細(xì)顆粒的光、電、磁、熱等特性的變化，以及這些性質(zhì)的廣泛應(yīng)用前景，從而學(xué)者們對此興趣日增2。在工程上，粉體主要的物理、化學(xué)性質(zhì)有：表觀重度、粒度分布、摩擦角、磨耗性、附著性、含水率、熔點(diǎn)、單粒子強(qiáng)度、帶電性、易燃易爆性、腐蝕性、香氣、溫度、吸濕性、壓縮性等。因此，開展了顆粒形態(tài)學(xué)、粉體力學(xué)、粒度測量技術(shù)等。在粉體單元操作上，對挪動過程應(yīng)用了粉體力學(xué)；對粒徑變化過程應(yīng)用了速度論；對別離過程應(yīng)用了粉體流體力學(xué)。這些相關(guān)學(xué)科的開展大大促進(jìn)了化工粉體工程的技術(shù)進(jìn)步。3.化工粉體工程設(shè)計

6、根據(jù)只涉及粉體的化工消費(fèi)過程是不存在的，在制堿、化肥、炭黑、涂料、顏料工業(yè)等，粉體作業(yè)與反響比擬普遍，但大多數(shù)粉體單元操作分散在各化學(xué)品的消費(fèi)過程中?；ぴO(shè)計是具有普遍性的工程技術(shù)，其一般原那么不僅適用于氣體、液體化學(xué)品的消費(fèi)過程設(shè)計，而且適用于粉體化學(xué)品的工程設(shè)計。因此對工藝設(shè)計人員來說，化工粉體工程設(shè)計實(shí)際上就是單元操作設(shè)備的選型、反響器的設(shè)計及整體系統(tǒng)的最優(yōu)化，此外，設(shè)計中還必須考慮粉體本身的特殊性。3.1化工粉體單元操作設(shè)計化工粉體單元操作設(shè)備的設(shè)計和選型可分為三類：1挪動操作設(shè)備包括混合、輸送、給料、包裝、存儲等單元設(shè)備；2粒徑變化過程設(shè)備包括粉碎、造粒、結(jié)晶等過程設(shè)備；3別離操作設(shè)

7、備包括篩分、分級、除塵、過濾、沉淀、離心別離、枯燥等過程設(shè)備。挪動操作組成整個粉體消費(fèi)的循環(huán)系統(tǒng)。粉體挪動操作主要是在連續(xù)化作業(yè)上存在著困難，導(dǎo)致整個消費(fèi)過程效率低下、質(zhì)量下降。過程中容易出現(xiàn)凝聚、閉塞、別離和偏析。如成品袋裝化肥，在存儲、運(yùn)輸過程中，因受堆積重力的壓力而溶化、結(jié)塊，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。粒徑變化過程是粉體作業(yè)的高能耗過程，選擇適宜的設(shè)備與工藝對消費(fèi)效益有顯著影響。對于粉碎過程所要求的粉碎粒度分布很重要，微細(xì)粉體有較大的比外表積、外表活性及較好的流動性，便于氣力輸送，但磨粉機(jī)械的固定投資、操作費(fèi)用都隨粒度的減小而增加，這顯然存在系統(tǒng)的優(yōu)化問題。別離操作主要分為氣-固、液-固和固-固

8、系統(tǒng)。對于氣-固系統(tǒng)，一般應(yīng)用于非催化氣-固相反響后處理、氣力輸送后的氣-固別離。如在炭黑工業(yè)，反響后的系統(tǒng)經(jīng)慣性收塵、袋式過濾收塵再經(jīng)文丘里洗滌器洗滌，氣體才最后排空。3.2化工粉體工程反響器的設(shè)計反響器的設(shè)計一般遵循以下原那么：1掌握反響的化學(xué)特性、物性數(shù)據(jù)；2根據(jù)化學(xué)反響動力學(xué)確定反響速率、反響時間和收率；3根據(jù)化工熱力學(xué)計算反響過程的熱量平衡；4掌握催化劑的特性，確定反響器的操作極限；5根據(jù)質(zhì)量、動量傳遞動力學(xué)，根據(jù)模型反響器數(shù)據(jù)獲得反響器放大條件；6優(yōu)化反響器系統(tǒng)操作條件，使反響器體積最小，收率最大；7選擇盡可能滿足以上條件的實(shí)際反響器型式，確定反響器尺寸，優(yōu)選反響器操作條件?；し?/p>

9、體工程反響器的設(shè)計也根本遵循以上過程。但實(shí)際設(shè)計中，常常遇到一些難以意料的變數(shù)，如小試研究提供的動力學(xué)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，物性數(shù)據(jù)誤差過大，催化劑活性比預(yù)計的低等，這些常常導(dǎo)致設(shè)計失誤。由于粉體性質(zhì)的復(fù)雜性、易變性，故設(shè)計中應(yīng)考慮粉體性質(zhì)的變化，使設(shè)計的反響器有足夠的操作彈性。對于固相非催化反響，掌握反響動力學(xué)的模型，對反響器的設(shè)計大有幫助5。3.3環(huán)境保護(hù)和平安消費(fèi)對化工粉體工程的環(huán)境保護(hù)和平安消費(fèi)，在設(shè)計中必須注意三個方面：噪聲污染、粉塵污染和粉塵爆炸。粉體作業(yè)使用大量的粉碎、篩分、旋風(fēng)別離機(jī)械以及氣流輸送裝置，都造成嚴(yán)重的噪聲污染。有的工廠在設(shè)計中大量使用減振裝置、消聲器，也很好地降低噪聲污染。但真正解決這個問題，還有待低噪設(shè)備的出現(xiàn)。粉塵爆炸是化工粉體工程設(shè)計不容無視的問題。對于可燃性的粉塵，工藝設(shè)計的關(guān)