化工概況PPT課件

.,(BriefIntroductionToChemicalEngineering),化工概況,.,化學新物質的合成、新化學反應的發(fā)現(xiàn)、研究物質的化學結構與性質、化學反應的機理、規(guī)律、理論?；嶒炇液铣傻幕瘜W物質或化學反應放大到工業(yè)規(guī)模的運用與實現(xiàn)。,化學與化工有區(qū)別嗎？,.,化工,化學工藝,化學工業(yè),化學工程,化工過程,單元操作傳遞過程化學反應工程化工熱力學過程系統(tǒng)工程,動量、熱量、質量傳遞的總稱,研究化工過程中各種狀態(tài)變化、能量轉化和能量有效利用,包括系統(tǒng)分析、系統(tǒng)模擬、系統(tǒng)綜合和系統(tǒng)優(yōu)化等,化工原理,20世紀初美國李特爾提出，麻省理工學院率先開“化工原理”課程，現(xiàn)代“化學工程”是世界公認的一門系統(tǒng)性的工程學科,什么是化工？,化學工業(yè)、化學工程、化學工藝的總稱或一部分，都可稱為化工！,.,化學工藝：,將原料物質經(jīng)過化學反應轉變?yōu)楫a(chǎn)品的方法和過程，包括實現(xiàn)這一轉變的全部措施。,原料,制造,ChemicalTechnology,化學工業(yè)：,原料,化學工藝,化學品,生產(chǎn),產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中化學方法占主要地位的制造工業(yè)，由工廠企業(yè)形成的特定生產(chǎn)部門,化學方法,化學品,ChemicalIndustry,.,化學工業(yè)：綜合運用化學和物理方法將原料加工成產(chǎn)品的加工工業(yè),無機化學工業(yè)有機化學工業(yè),用途廣泛生產(chǎn)量大化學名稱分子式規(guī)格以主要物質的含量為基礎,用途專一生產(chǎn)量小附加值大商品名（牌號）規(guī)格以功能為基礎,.,化學工程：,研究,工業(yè)生產(chǎn)過程的共同規(guī)律,指導,工業(yè)裝置,放大,設計,生產(chǎn)操作,研究以化學過程中有關化學過程和物理過程的一般原理和共性規(guī)律，解決過程及裝置的開發(fā)、設計、操作及優(yōu)化的理論和方法問題。,ChemicalEngineering,.,化工過程,化學反應,物理過程,流體輸送、沉降、過濾、傳熱、吸收、蒸餾、萃取、干燥,單元操作,核心,即：化工過程化學反應+若干單元操作,原料,產(chǎn)品,一系列加工處理步驟,ChemicalProcess,使物料發(fā)生所要求的物理變化的基本操作,.,.,實驗室研究與化工生產(chǎn)有差別嗎？,e.g.a.攪拌,化學實驗與化工生產(chǎn)過程比較,b.放大效應,c.加料,D10D,V（容積）?,S（傳熱器壁面積）?,.,.,.,實驗室,工業(yè)過程,直接過渡,想一想,是否可行?,.,舉例說明：,實驗室,化工生產(chǎn),催化劑升溫活化,電加熱,空氣預熱至活化溫度，通入少量反應物,量,催,萘,反應溫度控制,外加熱,冷卻,即：,1.量上,少,多,2.傳質、傳熱及材質上的差別,3.能源、動力及技術與經(jīng)濟上的差別,1-20g,0.04-0.8gh-1,10-30噸,400-1200kgh-1,.,萘,O,鄰苯二甲酸酐,+Q,實驗室反應器,加熱,工業(yè)反應器,冷卻,.,實驗室研究和化工過程開發(fā)有差別嗎?,實驗室研究實際工業(yè)生產(chǎn)之間存在巨大差異,.,化學工藝學階段在二十世紀以前的幾百年時間里，出現(xiàn)了不少化學工業(yè)，如制糖工業(yè)、制堿工業(yè)、造紙工業(yè)等。介紹每種工業(yè)從原料到成品的生產(chǎn)過程，作為一種特殊的知識講解，這是最早的化學工程學。,化工發(fā)展進程,.,我國化工史上的里程碑人物,吳蘊初（18911953）化學工業(yè)實業(yè)家。生于江蘇嘉定（今屬上海市）。1913年任漢冶萍公司漢陽鋼鐵廠化驗師及制磚廠廠長。1921年與宋偉臣合作在漢口開設熾昌硝堿公司，生產(chǎn)火柴原料。1923年張逸云投資五萬元，在上海開辦天廚味精廠。1928年創(chuàng)辦中華化學研究所，任董事長，后被舉為中華化學工業(yè)會副會長。1932年天廚廠增資改組，吳取得對該廠的控制權，又用天廚廠的盈利，先后開辦天原電化廠、天廚第二和第三分廠、天盛陶器廠、天利氮氣廠等。,.,范旭東年出生于湖南湘陰縣。年東渡日本留學，年以優(yōu)異成績畢業(yè)于京都帝國大學理科化學系。年回國，在北洋政府北京鑄幣廠負責化驗分析。于年在天津塘沽創(chuàng)辦久大精鹽公司。年開始創(chuàng)建永利堿廠。于年實現(xiàn)了正常運轉，生產(chǎn)出優(yōu)質純堿。于年月著手創(chuàng)辦永利堿廠。在辦廠過程中，范旭東積極支持侯德榜等人革新蘇爾維制堿工藝，于年研究開發(fā)成功了聯(lián)合制堿新工藝。年月日突然身患急性肝炎，經(jīng)醫(yī)治無效，與世長辭。,我國化工史上的里程碑人物,.,我國化工史上的里程碑人物,候德榜中國近代化學史上的第一顆明星1890年8月9日生于福建省閩候縣。1907年以優(yōu)異成績畢業(yè)于美國教會辦的福州英華書院，1910年考取清華留學預備學堂高等科，1913年以全部功課十科均滿分完成預科學業(yè)并公費派往美國留學，1917年獲美國麻省理工學院化工專業(yè)、1919年獲哥倫比亞大學碩士學位，1921年獲該校博士學位。1921年10月回國后出任中國化工工業(yè)開拓者范旭東開辦的天津塘沽堿廠總工程師。候德榜是中國近代化工工業(yè)的奠基人，世界制堿權威。,.,侯德榜侯氏制堿法,侯德榜-侯氏制堿法（聯(lián)合制堿法）（1）NH3+H2O+CO2=NH4HCO3(2)NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3（3）2NaHCO3（加熱）=Na2CO3+H2O+CO2第一步：氨氣與水和二氧化碳反應生成一分子的碳酸氫銨。第二步：碳酸氫銨與氯化鈉反應生成一分子的氯化銨和碳酸氫鈉沉淀，碳酸氫鈉之所以沉淀是因為它的溶解度很小。根據(jù)NH4Cl在常溫時的溶解度比NaCl大，而在低溫下卻比NaCl溶解度小的原理，在278K283K(510)時，向母液中加入食鹽細粉，而使NH4Cl單獨結晶析出供做氮肥。此法優(yōu)點：保留了氨堿法的優(yōu)點，消除了它的缺點，使食鹽的利用率提高到96；NH4Cl可做氮肥；可與合成氨廠聯(lián)合，使合成氨的原料氣CO轉化成CO2，革除了CaCO3制CO2這一工序。,.,單元操作階段到二十世紀初，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，許多門化學工業(yè)中，存在共同的操作原理。例如無論在制糖業(yè)還是制堿業(yè)，從溶液蒸發(fā)得到固體糖和固體堿所遵循的原理是相同的，于是，蒸發(fā)成為最早提出的單元操作之一。經(jīng)不斷總結，被稱為單元操作的有：流體流動與輸送、沉降與過濾、固體流態(tài)化、傳熱、蒸發(fā)、蒸餾、吸收、吸附、萃取、干燥、結晶、膜分離等。,化工發(fā)展進程,.,傳遞過程階段到二十世紀五十年代，人們又發(fā)現(xiàn)各單元操作之間還存在著共性。例如傳熱、蒸發(fā)都是熱量傳遞的形式，蒸餾、吸附、吸收、萃取都是質量傳遞的形式。于是把單元操作歸納為動量傳遞、熱量傳遞、質量傳遞。此即化工傳遞過程階段。,化工發(fā)展進程,.,“三傳一反”階段上世紀五十年代中期，化學工程中出現(xiàn)了“化學反應工程學”這一新的分支。對化學反應器的研究，不僅要運用化學動力學與熱力學原理，而且要運用動量、熱量、質量傳遞原理。于是“傳遞過程”與“反應工程”成為當今化學工程學的兩大支柱。簡稱“三傳一反”階段。,化工發(fā)展進程,.,化學反應部分,尿素生產(chǎn)流程,.,丙烯腈合成流程,化學反應部分,.,研究主體反應器,.,化工生產(chǎn)過程與單元操作,單元操作：指在各種化工過程中，遵守同一基本原理，所用設備相似，作用相同，僅發(fā)生物理變化過程的那些操作。單元操作一般占整個化工過程的80%左右。,對物料進行大規(guī)模的物理或化學加工的過程稱為化學工業(yè)生產(chǎn)過程，簡稱化工過程。盡管用不同原料生產(chǎn)不同的產(chǎn)品的化工過程相差很大，但它們都是由若干個簡單過程和設備（單元操作）按一定的順序和方式組合而成的。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。三種傳遞過程加上反應工程，即所謂的“三傳一反”。,.,檸檬酸生產(chǎn)工藝流程,白薯干,粉碎,發(fā)酵反應,過濾,中和過濾,酸解過濾,產(chǎn)品,石灰乳,CaCO3,凈化,H2SO4,廢糖液,濃縮,結晶,離心,干燥,菌體、殘渣,10個主要環(huán)節(jié)中單元操作占9個,.,酸處理,過濾器,一級NF,二級NF,截流水,脫碳器,氯處理,石灰處理,產(chǎn)品水,水的納濾軟化流程,.,化工常用單元操作,.,化工常用單元操作(續(xù)),.,單元操作的特點所有的單元操作都是物理性操作，只改變物料的狀態(tài)或物理性質，并不改變化學性質。單元操作是化工生產(chǎn)過程中共有的操作，只是不同的化工生產(chǎn)中所包含的單元操作數(shù)目、名稱與排列順序不同。單元操作作用于不同的化工過程時，基本原理相同，所用的設備也是通用的。,.,單元操作1流體流動與輸送,流體流動與輸送借助流體輸送設備（如泵和風機等），使流體物料從一個設備輸送到另一個設備，或由上一工序送往下一工序，形成完整的生產(chǎn)流程。,.,單元操作1流體流動與輸送,.,流體輸送設備1閥門,.,.,.,.,.,流體輸送設備2泵,.,.,流體輸送設備3風機,.,.,沉降,在某種力場中利用分散相和連續(xù)相之間的密度差異，使之發(fā)生相對運動而實現(xiàn)分離的操作過程。,重力,離心力,由地球引力作用而發(fā)生的顆粒沉降過程，稱為重力沉降。,單元操作2沉降,.,單元操作2沉降,重力沉降,.,自來水廠水的凈化分三步，第一步是絮凝過程，也可以叫反應過程。在流動中使水中的雜質顆粒絮凝長大；第二步是沉降。沉降池是使大顆粒得以除去。第三步是砂濾。砂濾池，進一步用900mm厚砂層，將小顆粒雜質濾去。,自來水廠的主要流程,.,離心沉降,單元操作2沉降,.,.,單元操作3過濾,過濾過濾是在外力作用下，利用過濾介質使懸浮液中的液體通過，而固體顆粒被截留在介質上，從而實現(xiàn)固液分離的一種單元操作。過濾介質具有多孔結構，可以截留固體物質，而讓液體通過；我們把待過濾的懸浮液成為濾漿（Slurry），而過濾后分離出的固體稱為濾渣或濾餅（Filtercake），通過過濾介質的液體稱為濾液（Filtrate）。,.,濾材,孔,.,單元操作3過濾,板框壓濾機,.,單元操作3過濾,真空吸濾機,.,單元操作4換熱,換熱換熱（加熱和冷卻操作的總稱）是以熱量傳遞為主要理論基礎的一種單元操作。在一定溫度差的推動作用下，熱量從高溫部分傳向低溫部分的過程。,.,換熱設備換熱器,.,.,.,.,單元操作5蒸餾,蒸餾利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的差異，易揮發(fā)的低沸點組分較多地氣化，在氣相中富集；難揮發(fā)的高沸點組分較少氣化，在剩余的液相中增濃，從而實現(xiàn)液體混合物各組分的分離的一種單元操作。,.,蒸餾設備蒸餾塔,.,.,.,.,間歇精餾裝置,連續(xù)精餾裝置,.,.,單元操作6吸收,吸收利用氣體在液體中溶解度的差異而分離氣體混合物的操作稱為吸收。板式吸收塔填料吸收塔,.,濕法煙氣脫硫吸收塔,.,.,.,單元操作7蒸發(fā),蒸發(fā)將含有不揮發(fā)溶質的稀溶液加熱沸騰，使其中的揮發(fā)性溶劑部分汽化、除去,從而將溶液濃縮的單元操作稱為蒸發(fā)。,溶劑S溶質A（不揮發(fā)）,溶劑S,加熱,.,單元操作7蒸發(fā)設備,.,蒸發(fā)流程示意圖,.,單元操作8干燥,干燥用加熱的方法使水分或其它溶劑汽化，并將產(chǎn)生的蒸氣排除，藉此來降低固體物料中濕含量的單元操作。,.,熱空氣流過濕物料表面,熱量傳遞到濕物料表面,濕物料表面水分汽化并被帶走,表面與內(nèi)部出現(xiàn)水分濃度差,內(nèi)部水分擴散到表面,傳熱過程,傳質過程,傳質過程,干燥過程推動力,傳質推動力：物料表面水分壓P表水熱空氣中的水分壓P空水傳熱推動力：熱空氣的溫度t空氣物料表面的溫度t物表,對流干燥過程實質,.,化工單元操作9萃取,液液萃取是利用混合液中各組分在溶劑中溶解度的差異而實現(xiàn)分離的單元操作。用溶劑分離液體混合物中的組分，稱液-液萃取或溶劑萃取；用溶劑分離固體混合物中的組分，稱固-液萃取或稱浸取。,溶質A稀釋劑（原溶劑）B萃取劑S,.,混合液A+B,萃余相R(B+A+S),萃取相E(S+A+B),萃取液E(A+B),脫除S,萃余液R(A+B),脫除S,萃取劑S,.,重液,重液,輕液,輕液,重液可是分散相，也可是連續(xù)相。,噴灑塔填料塔篩板塔脈沖塔,.,化工生產(chǎn)過程的流程圖,為描述化工生產(chǎn)過程，工程上通常用形象的圖形、符號和代號表示設備，用箭頭表示物料流動方向，將化工過程從原料到最終產(chǎn)品經(jīng)過的所有設備和相互關系以及物料流動順序，以圖示的方式表達出來，這種表示整個化工生產(chǎn)過程全貌的圖形稱為工藝流程圖。,工藝流程圖是工廠設計的基礎，也是操作和檢修的指南。一般分為生產(chǎn)工藝流程圖、物料流程圖和帶控制點的工藝流程圖。,.,乙烯,苯,V101,苯乙烯氣相烷基化工藝流程圖,P101,R101,T101,T102,V103,E101,E103,E104,產(chǎn)品,副產(chǎn)物,V101,E102,V102,填料,催化劑,塔板,.,工藝流程圖是用來表達化工生產(chǎn)工藝流程的設計文件。,工藝流程圖,方案流程圖,物料流程圖,施工流程圖（帶控制點的工藝流程圖）,這幾種圖由于要求不同，其內(nèi)容和表達的重點也不一致，但彼此之間卻有著密切的聯(lián)系。,在工藝路線選定后，進行概念性設計時完成，不編入設計文件,在初步設計階段，完成物料衡算時繪制,在方案流程圖的基礎上繪制的內(nèi)容較為詳細的一種工藝流程圖,.,方案流程圖,作用：表達物料從原料到成品或半成品的工藝過程，及所使用的設備和機器。用于設計開始時的工藝方案的討論，也可作為施工流程圖的設計基礎。,內(nèi)容：設備用示意圖表示生產(chǎn)過程中所使用的機器、設備；用文字、字母、數(shù)字注寫設備的名稱和位號。工藝流程用工藝流程線及文字表達物料由原料到成品或半成品的工藝流程。,.,方案流程圖,設備,設備位號,工藝流程線,用文字表明流程情況,某物料殘液蒸餾處理的工藝方案流程圖,.,物料流程圖,物料流程圖是在方案流程圖的基礎上，用圖形與表格相結合的形式，反映設計中物料衡算和熱量衡算結果的圖樣。,在方案流程圖上增加以下內(nèi)容：在設備位號及名稱的下方加注設備特性數(shù)據(jù)或參數(shù)。如：換熱設備的換熱面積；塔設備的直徑、高度；貯罐的容積；機器的型號等。在流程的起始處以及使物料產(chǎn)生變化的設備后，列表注明物料變化前后其組分的名稱、流量（kg/h）、摩爾分數(shù)（%）等參數(shù)及各項的總和，實際書寫項目依具體情況而定。表格線和指引線都用細實線繪制。,.,3.3物料流程圖,物料變化前后,設備特性數(shù)據(jù)或參數(shù),.,帶控制點的工藝流程圖,施工流程圖的內(nèi)容：設備示意圖：帶接管口的設備示意圖，注寫設備位號及名稱；管道流程線：帶閥門等管件和儀表控制點（測溫、測壓、測流量及分析點等）的管道流程線，注寫管道代號；對閥門等管件和儀表控制點的圖例符號的說明；標題欄。,帶控制點的工藝流程圖也稱施工流程圖，是在方案流程圖的基礎上繪制的內(nèi)容較為詳盡的一種工藝流程圖。是設計、繪制設備布置圖和管道布置圖的基礎，又是施工安裝和生產(chǎn)操作時的主要參考依據(jù)。在施工流程圖中應把生產(chǎn)中涉及的所有設備、管道、閥門以及各種儀表控制點等都畫出。,.,帶控制點的工藝流程圖,.,化工衡算的幾個基本概念,1、物料衡算質量守恒定律在化工過程中的應用,穩(wěn)定過程中：進入的能量=排出的能量,2、熱量衡算能量守恒定律在化工過程中的應用,穩(wěn)定過程中：進入的物料量=排出的物料量,3、平衡關系表明過程進行的方向和所能達到的極限,在一定的T、P下，相平衡時兩相濃度有著確定的關系,4、過程速率快慢程度，關系到生產(chǎn)過程設備的大小,.,物料衡算,設計設備尺寸之前，要確定所處理的物料量,研究方法：（1）劃定衡算范圍（確定研究