化工生产基础课件

化工生产基础涂万辉目录第一章化工生产概述第二章单位制和单位换算第三章化工生产中常见的化学反应第四章化工常用基础数据第五章传热及传热设备第六章蒸馏与吸收设备第七章化工设备机械基础知识第八章管路相关知识第九章流体输送机械第一章化工生产概述1.1化工生产的特点1.2化工生产过程1.3单元操作和单元反应1.4两个重要的基本定律1.5化工生产基础知识的主要内容用化工手段将原料加工成产品的生产过程统称为化工生产过程。化工生产基础知识兼有“科学”与“技术”的特点，它综合运用数学、物理、化学等基础知识，来分析和解决化工类型生产过程中的各种问题，在化学、化工类专业人才培养中，它承担着工程科学与工程技术的双重教育任务，所以它起到理论学科与应用学科的搭桥作用。化工基础知识通常包括“化工原理”、“化学反应工程”及“化工工艺学”三大部分内容，习惯上称为“三传一反一工”。1.1化工生产的特点1、生产过程连续性和间接性：空间连续、时间连续；操作一般都不和物料直接接触。2、生产技术的复杂性和严密性：工艺流程复杂；化学反应对反应条件要求非常严格，每种产品都有一套严密的工艺规程。3、原料、产品和工艺的多样性：不同原料制造同一产品；同一原料制造不同产品；化工产品一般都有两种以上的生产工艺。4、安全生产的极端重要性：高温、高压、真空、深冷；物料易燃、易爆、有毒。1.2化工生产过程任何化工生产过程都可以分解和归纳为两类过程，即化学反应过程和物理处理过程，这也就是核心部分和辅助部分两大部分。化学反应过程的结果是物质发生变化，物理处理过程的结果是物质发生物理变化。物理变化：只改变物质的外部状态和形状，而没有改变物质的组成，更没有新物质产生，这种变化称作物理变化。如物质的顔色、形态等的变化。化学变化：由一种物质生产新物质的变化称作化学变化，如铁氧化后生成铁锈；炭燃烧后生成二氧化碳等。前处理核心部分：化学反应过程及其设备（反应器）是整个化工生产过程的核心。前处理过程：又称预处理过程，在进行化学反应之前，对原料进行各种预处理，以便为反应过程创造最适宜的工艺条件，如适宜的物料状态、纯度以及它应具有的温度、压强等。后处理过程：化学反应后，对产物或中间产物需要进行必要的后处理，以便获得合格的最终产品或中间产物。过程、核心部分及后处理过程。前处理核心部分后处理1.3单元操作和单元反应定义单元操作的特点单元操作类型定义：具有物理变化特点的基本加工过程称为单元操作（也叫物理过程）；具有化学变化特点的基本加工过程称为单元反应（也叫单元过程或化学过程）。任何一个化工生产过程都是由若干个单元操作经过合理地组合，再与化学反应串联而成。单元操作的特点：①单元操作都是纯物理性操作，这些操作只改变物料的状态或物理性质，并不改变物料的化学性质；②单元操作都是化工生产过程中共有的操作。单元操作广泛的应用于石油、化工、轻工、冶金、动力及原子能等多种行业中。③某单元操作作用于不同的化工生产过程，其遵循的原理是相同的，进行该操作的设备也是相似的、通用的。单元操作类型：（1）硫体流动过程的单元操作遵循流体动力学规律进行的操作过程，如液体输送、气体输送、气体压缩、过滤、沉降等。（2）热量传递过程的单元操作遵循热量传递规律进行的操作过程，也叫传热过程，如传热、蒸发等。（3）质量传递过程的单元操作物质从一个相转移到另一个相的操作过程，也叫传质过程，如蒸馏、吸收、萃取等。（4）热力过程的单元操作遵循热力学原理进行的单元操作，如冷冻等。（5）机械过程的单元操作依靠机械加工或机械输送进行的单元操作，如粉碎、固体输送等。1.4两个重要的基本定律1、物质守恒定律：化学反应过程中，只是由一些物质变化成为另一些物质，但在变化前后物质的量是相等的。W原＝W产+W损2、能量守恒定律：能量转化过程中，能量只能相互转化，而不能自生自灭，只能从一种形式转化成另一种形式。Q入＝Q出+Q损1.5化工生产基础知识的主要内容（1）化工原理（三传）主要内容（2）化学反应工程（一反）部分内容（3）化工工艺学（一工）部分内容化工原理（三传）主要内容：（1）动量传递过程：主要讨论流体动力学过程的基本规律，即研究流体的流动及流体和与之接触的固体壁面间发生相对运动时的基本规律，以及受这些规律支配的若干单元操作，如：流体的流动与输送、沉降、过滤等。（2）热量传递过程：主要讨论热量传递过程的基本规律，以及受这些规律支配的若干单元操作，如：加热、冷却、蒸发等。（3）质量传递过程：主要讨论物质通过相界面的迁移过程的基本规律，以及受这些规律支配的若干单元操作，如：液体的蒸馏、气体的吸收、固体的干燥等。化学反应工程（一反）部分内容：化学反应工程是以化学动力学、化学热力学以及“三传”的原理为基础，研究工业规模的化学反应的规律，为反应器的设计、放大、选型及生产控制提供理论依据。化学反应器是化工生产中用于进行化学反应的设备，是整个生产过程的心脏。化工工艺学（一工）部分内容：化工工艺学是研究如何利用天然原料或半成品通过适当的化学和物理的方法加工成化工产品的生产过程的学科。它的任务是依据化学、物理化学、化学工程原理，寻求技术上先进、经济上合理的生产方法、工艺流程、最佳操作条件和适宜的设备构型。第二章单位制和单位换算2.1单位制2.2SI的优越性2.3目前我国使用的单位制2.1单位制相关概念：基本量：任何单位制的建立，都是首先选择几个独立的物理量，如长度、时间、质量等，并以使用方便为原则规定出它们的单位，这些物理量称为基本物理量，简称基本量，其单位称为基本单位；导出量：其它的物理量，如速度、加速度等的单位则根据有关的物理定义或定律，由有关的基本单位推导而出，这些物理量称为导出量，对应的单位称为导出单位。（1）过去常用的单位制常用单位制长度时间质量重量（力）cgs制（物理单位制）cmsgMKS制mskg重力制（工程制）mskgf千克力（2）国际单位制国际单位制是1960年10月第十一界国际计量大会通过的一种优越性较大的新单位制，其代号为SI。①SI的基本量与基本单位：SI是MKS制的引申，除了MKS制中原有的长度、时间和质量三个基本量外，又加上了四个基本量。国际单位制的基本量与基本单位基本量的名称基本单位名称基本单位符号长度米m质量千克kg时间秒s电流安培A热力学温度开尔文K物质的量摩尔mol发光强度坎德拉cd国际单位制的辅助单位：量的名称单位名称单位符号平面角弧度rad立体角球面角sr国际单位制中具有专门名称的导出单位：量的名称单位名称单位符号其它表示式示例频率赫兹Hzs－1力；重力牛顿N㎏·m/s2压力（压强）应力帕斯卡PaN/m2能量，功，热焦耳JN·m功率瓦特WJ/s摄氏温度摄氏度℃*2.2SI的优越性（1）通用性：SI具有高度的通用性或者统一性。它包括了所有领域中的计量单位，从而使科学技术、工业生产、经济贸易甚至日常生活等都只使用SI一种单位制。（2）一贯性：使用SI在导出单位时，不需引入比例系数，而且SI中任何一个物理量只有一个单位。热、功、能是本质相同的物理量，计算或比较时由于单位不同必须采用“热功当量”进行换算：1kcal=427kgf.m,1kcal=4.18kJ。在SI中，既然三者本质相同，则其单位统一，统一使用kJ为单位，这样使得计算或比较非常方便。2.3目前我国使用的单位制量的名称单位名称单位符号换算关系时间分min1min=60s小时h1h=60min=3600s天（日）d1d=24h=86400s平面角秒()1=(π/648000)rad分(')1'=60(π/108000)rad度(°)1°=60'(π/180)rad旋转角度转每分r/min1r/min=(1/60)s-1质量吨t1t=103kg原子质量单位u1u≈1.6605655×10-27kg体积升L,(l)1L=10-3m3国家选定的非国际单位制单位：第八章管路相关知识管路：由管子、管件、法兰、垫片、紧固件、阀门以及管道特殊件等管道组成件及管道支吊架（管道支承件）等组成，是管子、管件、法兰、螺栓连接、垫片、阀门、其他组成件或受压部件和支承件的装配总成。所谓管道特殊件，是指非普通标准组成件。是按工程设计条件特殊制造的管道组成件，包括膨胀节、特殊阀门、爆破片、阻火器、过滤器、挠性接头及软管等。8.1压力管道8.2阀门8.3法兰8.1压力管道定义分类管道规格钢号管道选用标准及要求管道顔色提报管道材料要素定义从广义上理解，所谓压力管道，应当是指所有承受内压或外压的管道，无论其管内介质如何。但从我国颁发《压力管道安全管理与监察规定》以后，“压力管道”便成为受监察管道的专用名词。在《压力管道安全管理与监察规定》第二条中将压力管道定义为：“在生产、生活中使用的可能引起燃爆或中毒等危险性较大的特种设备”。定义压力管道，是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道。分类GA类:长输管道。GA分为：GA1与GA2级。GB类:公用管道：GB分为：GB1与GB2级。GC类:工业管道：GC分为：GC1、GC2及GC3类。其中GC1级安全等级最高；GC3级安全等级最低。GA1级符合下列条件之一的长输管道为GA1级：(1)输送有毒、可燃、易爆气体介质，设计压力P1.6MPa的管道；(2)输送有毒、可燃、易爆液体流体介质，输送距离≥200km且管道公称直径DN≥300mm的管道；(3)输送浆体介质，输送距离≥50km且管道公称直径DN≥150mm的管道。①输送距离指产地、储存库、用户间的用于输送商品介质管道的直接距离；GA2级符合以下条件之一的长输管道为GA2级：(1)输送有毒、可燃、易爆气体介质，设计压力P≤1.6MPa的管道；(2)GA1(2)范围以外的管道；(3)GA1(3)范围以外的管道。GB级GB1GB2燃气管道热力管道GC1级符合下列条件之一的工业管道为GC1级：(1)输送GB5044《职业性接触毒物危害程度分级》中规定毒性程度为极度危害介质的管道；(2)输送GB50160《石油化工企业设计防火规范》及GBJ16《建筑设计防火规范》中规定的火灾危险性为甲、乙类可燃气体或甲类可燃液体介质且设计压力P≥4.0MPa的管道；(3)输送可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力P≥4.0MPa且设计温度≥400℃的管道；(4)输送流体介质且设计压力P≥10.0MPa的管道。GC2级(1)输送GB50160《石油化工企业设计防火规范》及GBJ16《建筑设计防火规范》中规定的火灾危险性为甲、乙类可燃气体或甲类可燃液体介质且设计压力P＜4.0MPa的管道；(2)输送可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力P＜4.0MPa且设计温度≥400°C管道；(3)输送非可燃流体介质、无毒流体介质，设计压力P＜10MPa且设计温度≥400℃的管道；(4)输送流体介质，设计压力P＜10MPa且设计温度＜400℃的管道。GC3级符合以下条件之一的GC2级管道划分为GC3级；(1)输送可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力P＜1.0MPa且设计温度＜400℃的管道；(2)输送非可燃流体介质、无毒流体介质，设计压力P＜4.0MPa且设计温度＜400℃的管道。管道规格—压力管道压力等级低压（代号L）0.1MPa≤P1.6MPa中压（代号M）1.6MPa≤P＜10MPa超高压（代号U）P≥100MPa高压（代号H）10MPa≤P＜100MPa管道规格—压力管道规格—公称直径表8-1管径及相应的管螺纹公称直径-外径大外径系列：DN15-ф22mm，DN20-ф27mmDN25-ф34mm，DN32-ф42mmDN40-ф48mm，DN50-ф60mmDN65-ф76(73)mm，DN80-ф89mmDN100-ф114mm，DN125-