化工操作单元相关知识

1化工单元操作相关知识1.什么是化工单元操作？一个化工产品的生产是通过若干个物理操作与若干个化学反应实现的。尽管化工产品千差万别，生产工艺多种多样，但这些产品的生产过程所包含的物理过程并不是很多，而且是相似的。比如，流体输送不论用来输送何种物料，其目的都是将流体从一个设备输送至另一个设备；加热与冷却的目的都是得到需要的操作温度；分离提纯的目的都是得到指定浓度的混合物等。因此把这些包含在不同化工产品生产过程中，发生同样物理变化，遵循共同的物理学规律，使用相似设备，具有相同功能的基本物理操作，称为单元操作。2.单元操作按其遵循的基本规律分类：（1）遵循流体动力学基本规律的单元操作：包括流体输送、沉降、过滤、固体流态化等；（2）遵循热量传递基本规律的单元操作：包括加热、冷却、冷凝、蒸发等；（3）遵循质量传递基本规律的单元操作：包括蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥等；（物质从物体或空间的某一部分转移到另一部分的现象）3.流体输送单元操作的相关知识3.1什么叫流体输送？流体输送指的是流体以一定流量沿着管道（或明渠）由一处送到另一处。3.2流体输送在化工生产中的作用？化工生产处理的物料多数为流体，按工艺要求在各化工设备和机器之间输送这些物料，是实现化工生产的重要环节。化工生产中物料的种类很多，被输送流2体的性质如密度、粘度、毒性、腐蚀性、易燃性与易爆性等各不相同，而且流体的，压力从高真空到高压，每小时的输送量从0.01m³到100m³以上,所以输送流体所用的流体输送机械有多种形式，制作材料也是多种多样的。3.3化工生产中常用的流体输送机械有哪些？常用的有离心泵、往复泵、高油压泵、旋转泵等。3.4化工生产中常用流体输送机械的制作材料主要有哪些？化工生产中，流体大都用密闭的管道输送。为调节流量，改变流向以及实现流体的分流或合流，管道中装有阀门、弯头和三通等管件。管道和管件由碳钢、铸铁、不锈钢、铜、铝和铅等金属材料或塑料、陶瓷、玻璃和石墨等非金属材料制成，其中以碳钢和铸铁应用最广。4.沉降单元操作的相关知识4.1沉降分为哪两类？沉降的结果使分散体系发生相分离。可利用悬浮在流体(气体或液体)中的固体颗粒下沉而与流体分离。利用悬浮的固体颗粒本身的重力而获得分离的称做重力沉降。利用悬浮的固体颗粒的离心力作用而获得分离的称做离心沉降。4.2沉降分离跟哪些因素有关？沉降的推动力是悬浮颗粒受到的重力或惯性离心力，它正比于粒径的立方；而流体作用于沉降颗粒表面的阻力，正比于粒径的平方。因之颗粒越细，则沉降速度越小,分离也越困难。通常,用重力沉降分离的最小粒径为30～40μm;用离心沉降分离的最小粒径为5～10μm。更小的颗粒则用电除尘、超声波除尘等分离方法。4.3沉降主要应用在哪些方面？3沉降用于气相悬浮系时，是从气体中分离出所含固体粉尘或液滴；用于液相悬浮系时，是从液体中分离出所含固体颗粒或另一液相的液滴。这种分离在生产上的目的有二：①获得清净的流体，如空气的净化、水的澄清、油品脱水等；②为了回收流体中的悬浮物如从干燥器出口气体中回收固体产品、从流化床反应器出口气体中回收催化剂等。有时两个目的兼而有之。沉降操作在化工、医药、冶金、食品、环境保护等部门都有广泛应用。5.过滤单元操作的相关知识5.1什么是过滤？过滤法是最常用的分离溶液与沉淀的操作方法。当溶液和沉淀的混合物通过过滤器（如滤纸）时，沉淀就留在过滤器上，溶液则通过过滤器而流入接收的容器。传统意义上的过滤是指利用多孔性介质截留悬浮液中的固体粒子，进而使固、液分离的方式。5.2影响过滤的有哪些因素?溶液的温度、黏度、过滤时的压力、过滤器的孔隙大小和沉淀物的状态都会影响过滤的速度。热的溶液比冷的溶液易过滤。溶液的黏度越大，过滤越慢。减压过滤比常压过滤快。过滤器的孔隙要选择适当，太大会透过沉淀；太小则易被沉淀堵塞，使过滤难以进行。沉淀若呈胶状时，必须先加热一段时间来破坏它，否则它要透过滤纸。总之，要考虑各方面的因素来选用不同的过滤方法。5.3化工生产中常用的一些过滤方法及一些过滤操作注意事项？过滤是化工生产中常用的固液分离的通用方法。化工生产中常用的过滤方法有加压过滤，减压过滤，离心过滤等几种。加压过滤最常用的是板框式压滤机。操作时应注意以下事项：4①防静电。压滤操作时，由于液体通过过滤介质及板框运动都可能产生静电，引起易燃液体发生燃烧事故。为防止静电，压滤机应有良好的接地装置。②防泄漏。整个压滤过程中，要避免液体泄露，尤其是有危险性的液体，以免造成腐蚀火灾等事故。③做好个人防护。卸渣和装卸板框如需人力操作，作业时应做好个人防护，避免发生接触伤害等。真空过滤操作应注意以下几点：①防静电。高电阻率的滤液高速通过过滤介质时容易产生大量静电，如果是易燃液体，系统内存在空气，则极易发生爆炸事故。因此，抽滤开始时，滤速要慢，经过一段时间后，再慢慢提高滤速。真空过滤机应有良好的接地装置。②防止滤液蒸汽进入真空系统。抽滤时，滤液在真空下可能大量蒸发，被抽进真空泵，会影响其运转，进而引发事故。因此，在真空泵前设置蒸汽冷凝回收装置。离心过滤操作应注意以下几点：离心过滤最常用的则是离心机。操作时应注意以下几点：①防止剧烈振动。离心过滤操作中，当负荷不均匀时会发生剧烈振动，造成轴承磨损、转鼓撞击外壳引发事故。②防止杂物落入。当离心机无盖时，工具和其他杂物容易落入其中，并可能高速飞出，造成人员伤害。③严禁不停车清理。不停车或未停稳时进行器壁清理，工具会脱手飞出，使他人致伤。因此在离心机转动的情况下，严禁将手伸入离心机处理各种情况。6.固体流态化操作单元的相关知识56.1什么叫固体流态化？流态化一般指固体流态化，又称假液化。利用流动流体的作用，将固体颗粒群悬浮起来，从而使固体颗粒具有某些流体表观特征，利用这种流体与固体间的接触方式实现生产过程的操作，称为流态化技术，属于粉体工程的研究范畴。6.2固体流态化在化工生产中的应用？流态化是目前化学工业以及其他许多行业（譬如能源、冶金等）广泛使用的一门工业技术。在化学工业中主要用以强化传热、传质，亦可实现气固反应、物理加工乃至颗粒的输送等过程。7.加热单元操作的相关知识7.1什么是加热？加热是指热源将热能传给较冷物体而使其变热的过程。一般的外在表现为温度的升高，可以用温度计等设备直接测量。7.2加热方式分为哪几类？根据热能的获得，可分为直接的和间接的两类。直接热源加热是将热能直接加于物料，如烟道气加热、电流加热和太阳辐射能加热等。间接热源加热是将上述直接热源的热能加于一中间载热体，然后由中间载热体将热能再传给物料，如蒸汽加热、热水加热、矿物油加热等。7.3化工生产中常用的加热方式有？主要有导热油加热、蒸汽加热、水浴加热、油浴加热、电加热等方式7.4化工生产中有关加热操作的相关注意事项？加热是化工生产中的常用操作之一，对于化学反应是至关重要的。加热操作应注意以下几点：6①保证适宜的反应温度。温度是化学反应最重要的条件。在进行加热操作时，必须按照工艺工艺要求升温，温度不能过高，否则将导致催化剂烧坏，反应被迫停止；对于放热反应，速度加快，放热量增加，撤热不及时会引起温度失控，不仅会烧坏催化剂，还可能发生冲料、燃烧和爆炸事故。②保持适宜的升温速度。加热操作时，要保持一定的升温速度，不能过快。因为实际温度通过测量反馈到显示仪表上是有时间滞后的，也就是说仪表上显示的温度比实际温度要低，若温度升温过快，就很容易使反应温度超过工艺要求温度上限，从而引发事故。③严密注意压力变化。加热操作时，要严密注意设备的压力变化，通过排气等措施，及时调节压力，以免升温过程中造成压力过高，发生冲料、燃烧、爆炸等事故。④正确选用加热介质。一般加热温度在100℃以下的可以用热水循环加热；100℃到140℃的可以用蒸汽加热；140℃以上的可以用导热油加热。选择油加热时要防止泄露，引起火灾爆炸。对忌水的物料加热时不能用水或蒸汽，以免物料泄露遇水发生事故，可采用油加热。⑤必要时采取惰气保护。加热温度接近或超过物料自燃点的过程，应采用惰性气体保护。对于非裂解过程，当加热温度接近物料分解温度时，应停止加热，万不可冒险操作，引发事故。8冷却与冷凝操作单元的相关知识8.1什么是冷却和冷凝?冷却，指使热物体的温度降低而不发生相变化的过程。冷凝则是使热物体温度降低发生了相变化得过程。78.2冷却和冷凝在化工生产中的的应用及其注意事项?冷却和冷凝过程广泛应用于化工生产中反应产物后处理和分离过程。冷却冷凝操作应该注意以下几点;①正确选用冷却冷凝设备。根据冷却冷凝的物料的温度、压力、性质及工艺要求正确选择冷却冷凝设备和制冷剂。②严格注意冷却冷凝设备的密封性。防止物料窜入冷却集中和冷却剂渗入物料中，发生混合引发事故。③冷却冷凝介质不能中断。冷却冷凝过程中，冷却剂不能突然中断，否则不能及时导出热量，引起系统温度失控，造成生产事故，甚至可能导致燃烧爆炸事故。④开车前清理积液。冷却冷凝系统开车前，应首先清理冷却冷凝器中的积液和气体，待冷却剂流动正常后，在通入高温物料。⑤排空保护。为了保证物料中不凝可燃气体顺利排出，排空系统应进行冲氮保护。9.蒸发单元操作的相关知识9.1什么是蒸发？溶液的蒸发通常是指通过加热使溶液中一部分溶剂汽化，以提高溶液中非挥发性组分的浓度(浓缩)或使溶质从溶液中析出结晶的过程。通常，温度越高、液面暴露面积越大，蒸发速率越快；溶液表面的压强越低，蒸发速率越快。9.2蒸发单元操作在化工生产中的应用以及注意事项？蒸发操作是化工生产中产物的浓缩或结晶前的主要操作过程，有时原料预处理也常用上，进行蒸发操作应注意以下两点：8①严格控制蒸发温度。溶液蒸发过程中，结晶、沉淀和污垢的产生会降低传热效率，导致局部过热以及设备堵塞，甚至造成热敏性物质分解，可能引发燃烧事故。因此，操作中要按工艺要求严格控制蒸发温度，防止结晶、沉淀和污垢的产生。②保证蒸发器内的液位。蒸发过程中，应保证蒸发器内一定的溶液量。一旦蒸发器内溶液被蒸干，严禁立刻加入蒸发溶液，防止溶剂突然大量气化引起超压，发生爆炸事故。应停止供热，待冷却后，再加料进行操作。10.蒸馏单元操作相关知识10.1什么是蒸馏？蒸馏是一种热力学的分离工艺，它利用混合液体或液-固体系中各组分沸点不同，使低沸点组分蒸发，再冷凝以分离整个组分的单元操作过程，是蒸发和冷凝两种单元操作的联合。与其它的分离手段，如萃取、过滤结晶等相比，它的优点在于不需使用系统组分以外的其它溶剂，从而保证不会引入新的杂质。10.2蒸馏单元操作在化工生产中的分类？蒸馏是化工生产中分离液体混合物，精制液体产品最常用的操作过程。化工生产中的蒸馏操作有常压蒸馏、减压（真空）蒸馏和加压蒸馏三种。10.3常压蒸馏的适用范围及相关注意事项？常压蒸馏主要用于分离中等挥发度（沸点在100℃左右）的液体。操作时应注意以下几点。①正确选用再沸热源。蒸馏操作一般不采用明火做热源，应采用蒸汽或者导热油较为安全。②注意防腐和密闭。为了防止易燃液体或者蒸汽泄露，引发火灾爆炸，应保9证系统的密闭性；对于蒸馏有腐蚀性的液体，应防止塔壁和塔板等被腐蚀，以免引起泄露。③防止冷却水漏入塔内。对于高温蒸馏系统，一定要防止塔顶冷凝器的冷却水突然漏入蒸馏塔内。否则水会迅速汽化导致塔压迅速增高而发生冲料，甚至引发火灾爆炸。④防止堵塔。常压蒸馏操作中，还应防止因液体所含高沸物或聚合物凝结造成堵塞，使塔压升高引起爆炸。⑤保证塔顶冷凝。塔顶冷凝器中的冷却水不能中断，否则未凝易燃蒸气逸出可能引起爆炸。10.4减压蒸馏操作的适用范围及相关注意事项？对于沸点较高，或在高温下易分解或聚合的液体分离，采用减压（真空）蒸馏既节能又安全。操作时因注意以下几点:①保证系统密闭。减压（真空）蒸馏系统密闭性十分重要。蒸馏过程中一旦吸入空气，很容易引起燃烧爆炸事故。因此，减压（真空）蒸馏系统所用的真空泵应安装单向阀，防止突然停泵造成空气倒吸入设备。②保证停车安全。减压（真空）蒸馏系统停车，应先冷却，然后通入氮气吹扫置换，再停真空泵。若先停真空泵，空气将吸入高温蒸馏塔，引发燃烧爆炸。③保证开车安全。减压（真空