化工基礎培訓

李肇獎化學工業(yè)是國民經濟重要支柱產業(yè)，包括以煤、石油和天然氣等資源作為原材料加工的石油化工、煤化工、鹽化工、天然氣化工、生物化工及精細化工等領域。1.1化學工業(yè)概況化學工程中具有共性的主要過程1、三傳一反動量傳遞、熱量傳遞、質量傳遞和化學反應工程流體動力過程：流體流動及輸送、沉降過濾、固體流態(tài)化等。傳熱過程：熱傳導、蒸發(fā)、冷凝、熱交換、加熱。

傳質過程：氣體吸收、蒸餾、萃取、吸附、干燥等。2、化工單元操作化工生產過程可視為物理過程和化學過程組成。由于被加工物料的相態(tài)不同、過程原理和采用方法的差異，將物理過程可進一步細分為一系列遵循不同物理定律，有某種功用的基本操作過程，稱之為單元操作，每一種單元操作都概括了化工生產中一類有共性的操作，從本質上歸納為動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞三種傳遞過程。

。化工單元操作基本包括五個方面

流體流動過程:包括流體輸送、過濾、固體流態(tài)化等。

傳熱過程:包括熱傳導、蒸發(fā)、冷凝等。

傳質過程:即物質傳遞，包括氣體吸收、蒸餾、萃取、

吸附、干燥等熱力過程:即溫度和壓力變化的過程，包括液化、冷凍等。機械過程:包括固體輸送、粉碎、篩分等。

。表1-1單元操作單元操作目的物態(tài)原理傳遞過程流體輸送輸送液或氣輸入機械能動量傳遞攪拌混合或分離氣-液輸入機械能動量傳遞液-液,固-液過濾非均相混合物分離氣-固,固-液尺度不同的截留動量傳遞沉降非均相混合物分離氣-固,固-液密度差引起的動量傳遞沉降運動加熱,冷卻升溫,降溫,改變氣或液利用溫差傳入熱量傳遞相態(tài)或移出熱量蒸發(fā)溶劑與不揮發(fā)性液供熱汽化溶劑熱量傳遞溶質的分離1.2化工生產過程概述

1．化工生產過程分析化學工業(yè)產品種類繁多，生產流程千差萬別，共同之處是都有原料預處理、化學反應和產物的分離三部分。

生產中，原料預處理和產物分離，缺一不可?；瘜W反應這一步是整個化工生產過程的核心，起主導作用，其要求和結果決定著原料預處理的程度和產物分離的任務，直接影響到其它兩部分的設備投資和操作費用。2．化工生產過程的工業(yè)特征

(5)化工生產涉及經濟問題。如原料供應、設備投資、能耗、銷售、投入、工時及生產管理等。經濟效益是評價化工生產過程是否能實施的重要指標。

(1)化工過程是大規(guī)模的工業(yè)生產，物料處理量大，與實驗研究相差懸殊。(2)化工生產多為連續(xù)化生產過程。(3)化工生產處理的物料從原料的純度到產品的收率都與化學實驗研究不盡相同。(4)化工生產需要設置專用供水、供電、動力、貯存、運輸?shù)仍O施。3．化工生產過程的檢測與控制

在任何化工生產過程中，需要檢測和控制的指標有溫度、壓力、流量、液面、組成等幾類。

4．化化工生生產過過程的的研究究與開開發(fā)任何一一個新新的化化工生生產過過程，，都是是從最最初的的創(chuàng)意意或設設想開開始，，經過過實驗室室研究究、中中間試試驗、、工業(yè)業(yè)化試試驗、、放大大設計計、技技術經經濟評評價等諸多多環(huán)節(jié)節(jié)，最最后建建成工工業(yè)生生產裝裝置，，實現(xiàn)現(xiàn)規(guī)模模生產產。在放大大設計計過程程中,大大小裝裝置之之間會會產生生工藝藝結果果的差差別，，歸結結于“放大效效應”，尋求求其產產生因因由和和改善善的方方法是是過程程開發(fā)發(fā)一項項中心心任務務。5．化化工生生產過過程的的技術術經濟濟分析析化工生生產過過程的的工藝藝技術術經濟濟指標標主要要有：：①物物料和和能量量的綜綜合利利用。④生生產的的投資資費用用。③生生產強強度。②產產品的的產率率及質質量。6．化化工生生產過過程的的資源源和能能源綜綜合利利用生產規(guī)規(guī)模的的大型型化是是化工工生產產過程程資源源和能能源綜綜合利利用的的保障障。生產規(guī)規(guī)模擴擴大使使單位位產品品的原原材料料和能能源消消耗大大大降降低；；勞動動效率率高，，產品品的總總成本本低，，因而而在市市場和和資源源條件件具備備的情情況下下，生生產規(guī)規(guī)模大大型化化是化化學工工業(yè)的的發(fā)展展趨勢勢?；どa中中，物料循循環(huán)和熱量量回流，并達到多種種產品聯(lián)合合生產，是是節(jié)能降耗耗的主要途途徑。7．化工生生產過程的的優(yōu)化按具體的生生產任務，，確定合理理的工藝路路線(原料料、方法)，選擇合合適的反應應器，配置置相適宜的的單元操作作及設備，，適當組合合構成一個個化工生產產過程的整整體，成為為化工過程程系統(tǒng)，簡簡稱化工系統(tǒng)?；は到y(tǒng)統(tǒng)的諸多不不確定性，決定了化工工生產過程程的復雜性性?；どa過過程自身的的特點和復復雜性，使使其存在大大量的過程程最優(yōu)化問問題，涉及及過程研究究中的開發(fā)發(fā)和設計及及過程運行行中的操作作、管理和和控制等各各個方面。?；は到y(tǒng)優(yōu)優(yōu)化包含三三個層次：：(1)化工工工藝路線線的最優(yōu)化化。即系統(tǒng)總體體方案的最優(yōu)化設計計和選擇。。(2)流程程結構的最最優(yōu)化。即流程最優(yōu)優(yōu)化設計和和選擇。(3)流程程工藝參數(shù)數(shù)和操作參參數(shù)的最優(yōu)優(yōu)化?；どa過過程優(yōu)化任任務分為三三個階段(1)為為完成某某類產品的的生產任務務，將分散散的單元遵遵循一定的的法則，組組織成對給給定的性能能指標來說說是最優(yōu)的的過程系統(tǒng)統(tǒng)，這個階階段稱為最優(yōu)綜合。在給定過程程結構的條條件下，確確定各單元元及整個系統(tǒng)統(tǒng)的最優(yōu)參參數(shù)的優(yōu)化化計算，叫叫最優(yōu)設計。(3）在結結構參數(shù)和和設計參數(shù)數(shù)都已固定定的條件下下，為避免免干擾,使使生產過程程能在外界界條件變化化及各干擾擾因素出現(xiàn)現(xiàn)的情況下下，保證過過程系統(tǒng)的的經濟性，，對操作參參數(shù)和控制制參數(shù)進行行優(yōu)化，稱稱為最優(yōu)操作或或最優(yōu)控制制。過程優(yōu)化涉涉及技術和和經濟兩方方面技術優(yōu)化是是使各項指指標達到最最優(yōu)，經濟濟優(yōu)化是以以最小費用用獲得最大大利潤,達達到高的經經濟效益為為目標。8．化工生生產過程的的流程圖為描述化工工生產過程程，工程上上通常用形形象的圖形形、符號和和代號表示示設備，用用箭頭表示示物料流動動方向，將將化工過程程從原料到到最終產品品經過的所所有設備和和相互關系系以及物料料流動順序序，以圖示示的方式表表達出來，，這種表示示整個化工工生產過程程全貌的圖圖形稱為工藝流程圖圖。工藝流程圖圖是工廠設設計的基礎礎，也是操操作和檢修修的指南。。一般分為生產工藝流流程圖、物物料流程圖圖和帶控制制點的工藝藝流程圖。工藝流程圖圖中的設備備的圖形和和符號已標標準化。生生產工藝流流程圖常將將設備的大大致幾何形形狀畫出，，或以方框框表示。無論采用那那種流程圖圖表達工藝藝流程，從從左向右展展開，有必必要的文字字進行說明明，如設備備名稱(符符號代號)、物料流流向、物料料名稱、圖圖名、圖號號、設計階階段等。1.3化學學工程學簡簡介1．化學工工程學及其其研究對象象和任務化學反應是是它的核心心，化學學學科是它的的基礎?；瘜W工業(yè)在在大型設備備中大批量量連續(xù)化的的生產所提提出的技術術間題，僅僅靠化學學學科的知識識是遠不夠夠的，它需需要機械、、電氣、儀儀表、控制制等工程學學科的理論論支持和技技術上的應應用，因此此便誕生了了一門源自自化學、又又不同于化化學，綜合合了諸多工工程技術學學科的新學學科—化學工程學學?；瘜W工程學學始于19世紀末。。20世紀紀初，明確確認識到各各行各業(yè)通通用的物理理操作的共共性，提出出了單元操操作的概念念，形成化化工過程與與設備課程程，后多稱稱為化工原原理。50年代形成成了化學反反應工程分分支。70年代以后后，化工生生產日趨大大型化、連連續(xù)化以及及計算機技技術的迅速速發(fā)展，化化學工程學學的研究已已不再局限限于單個單單元操作或或化學反應應過程，形形成了化學學系統(tǒng)工程程，主要是是研究系統(tǒng)統(tǒng)的設計、、控制和管管理。2．化學工工程的研究究方法數(shù)學模型法法：將復雜的的研究對象象合理地簡簡化為某個個模型，簡簡化的模型型與原過程程近似而等等效?；瘜W學方面的問問題歸納為為研究反應應對象，提提出反應動動力學模型型；傳遞方方面的問題題歸納為研研究不同類類型反應器器，提出反反應器的傳傳遞模型；；而兩者的的結合方面面的問題，，則是將各各種反應模模型和各種種傳遞模型型相結合的的問題。在化學工程學學的歷史發(fā)發(fā)展中形成成了兩種基基本的研究究方法經驗歸納法法和數(shù)學模模型法。經驗歸納法法：借助物理理學的相似似論和因次次分析法的的指導。例熱交換中的的傳熱系數(shù)數(shù)，通過實實驗測定歸歸納成量綱綱為一的相相似特征數(shù)數(shù)的關系式式確定。3．化學學工程的的幾個基基本概念念在從事化化學工程程研究、、進行化化工過程程開發(fā)及及設備的的設計、、操作時時，經常常運用物物料衡算算、能量量衡算、、平衡關關系和過過程速率率等概念念。(1)物料料衡算物料衡算算基于物物質守恒恒定律，，是對任任一化工工生產過過程的進進入物料料量、排排出物料料量和累累積物料料量進行行衡算，，其衡算算式為：：輸入物料料量-輸輸出物料料量＝累累積物料料量物料衡算算是化工工計算的的最基本本、最重重要的計計算，也也是化工工計算的的基礎。(2)能能量衡算算能量衡算算依據(jù)于于能量守守恒定律律。指出進入系統(tǒng)統(tǒng)的能量量與排出出系統(tǒng)能能量之差差等于系系統(tǒng)內積積累能量量。熱量衡算算以物料料衡算為為基礎，，它可確確定有熱熱傳遞設設備的熱熱負荷，確定傳熱熱面積以以及加熱熱和冷卻卻載體的的消耗量量；還可可以考察察過程能能量損耗耗情況，，尋求節(jié)節(jié)能和綜綜合利用用熱量的的途徑。。平衡是在在一定條條件下物物系變化化可能達達到的極極限。不不論傳熱熱、傳質質還是反反應過程程，在經經過足夠夠的時間間后，最最終均能能達到平平衡狀態(tài)態(tài)。（3）平平衡關系系(4）過過程速率率動量傳遞遞過程的的推動力力是壓力力差，阻阻力為摩摩擦阻力力;熱量量傳遞過過程的推推動力是是溫度差差，阻力力為熱阻阻；質量量傳遞過過程(傳傳質過程程)的推推動力是是濃度差差，阻力力則為擴擴散阻