化工知识培训教案

1、学习好资料欢迎下载有机化工知识培训教案水汽车间有机化工知识培训教案第一节热量传递的基本方式人们从长期的实践中，总结由热量由高温物体向低温物体的传热过程，其传递的基本方式有三种：热传导、对流传热和辐射传热。热传导（导热）导热是物体中温度较高部分的分子振动较剧烈，当与相邻的分子碰撞时，将能量传给相邻的分子。反映在相邻部分温度升高，这样按顺序地将热量从高温向低温传递的方式称为热传导，简称导热。由此可见，导热可以发生在固体、静止流体及没有传热方向上流动的流体内部。导热的明显特点是：质点（分子或原子团）没有传热方向上的位移。例如：把铁棒的一端放进火炉中烧，过一会儿，另一端便会烫手。这表明热量已由一端传递

2、到另一端，在此过程中并没有发现受热的质点发生位移。这是一个典型的导热过程。二对流传热对流传热是由于受热的质点位移，使热量发生空间位置的转移而进行传递。这种传热方式称为对流传热。可见对流传热只能发生在流体内部。特点是质点有传热方向上的位移。对流传热又分为自然对流和强制对流。如果流体的质点位移没有外力作用，完全是由于流体各部分不同而造成的密度差异所引起的，则称为自然对流。如果流体的运动是由于泵或搅拌机械的作用而产生的，则称为强制对流。例如，在用水壶烧开水时，受热的部位仅仅是壶的底部，但过一段时间全壶都会沸腾。这是因为，靠近壶底的水先受热，温度升高，密度变小，所以上升。而壶上部的水温度低、密度大，故

3、而下降，这样壶中的水因各部密度不同而形成循环流动，便是一个自然对流传热过程。如果在上述过程中，边加热边用器械搅动，便形成一个强制对流传热过程。三辐射传热辐射传热过程是物体以电磁波的形式向四周散发辐射能。辐射能遇到另一个物体时，被全部或部分吸收，被吸收的辐射能重新变成热量，这一过程称为辐射传热，简称热辐射。任何物体只要在0K以上都能发射辐射能，温度越高，辐射能力越强。辐射传热的特点是不需要任何物质为媒介，并伴随着能量形式的转换。例如：太阳对大地的传热，在大气层外这一段不经任何介质，是太阳的热能先以电磁波形式辐射由来，被地球上的物体吸收后又转化成热能，实现热量传递。实际上，以上三种传热方式很少单独

4、存在，一般是二种或三种方式同时由现。例如：在锅炉中，高温的烟道气将热量传给水的过程，就包括有气体的辐射与对流、锅炉壁的热传导及水的对流传热。化工生产的传热过程中，涉及的温度不太高时，辐射影响一般较小，所以，对传热的讨论或计算，通常不考虑辐射的影响。第二节工业上的换热方式冷热两流体间的传热统称为换热。换热中所用的设备称为热交换器或换热器。工业上的换热方式有以下几种：一混合式冷、热两股流体I直接接触,在混合过程中进行传热。此种换热方式只适用于两股流体可以直接接触的场合。二蓄热式冷、热两股流体交替着通过装有固体填充物的蓄热器。热流体通过时将蓄热器内的填充物加热，将其贮存热量；当冷流体通过时，填充物又

5、把贮存的热量传给冷流体，从而实现热、冷两股流体的热量传递。由于此类换热操作是两股流体交替进行，所以，难免在交替时发生两股流体的少量混合,故在化工生产中使用不多，而多用于石油裂解和冶金工业中。三间壁式冷、热两股流体被固体壁面隔开，互不混合。传热时，热流体将热量传给壁面，而后再由壁面传给流体。在化工生产中，冷、热两股流体大多数是只需热量交换，因此，间壁式换热是生产中应用最广泛的一种形式。完成间壁换热的设备称为间壁式换热器。在各种间壁式换热器中，使用最多的是列管式，简称管壳式。结构比较简单的为套管式换热器。换热器的主要性能为传热面积，它表明设备传热能力的大小。所谓传热面积就是隔开冷、热流体的间壁面积

6、。对套管式换热器，传热面积为内管的表面积；对列管式换热器则为所有内管表面积之和。第三节间壁式换热器的传热一传热过程分析间壁式换热器是化工生产常用的一种换热设备。在间壁式换热器中，冷、热两股流体被固体壁面分开。根据前面对-导热-对流讲述的传热方式,热量从热流体通过间壁传W部给冷流体的传热过程，如图2-1-1所示。:寸凸显热流体首先以对流传热方式将热量传给学旧F管壁一侧，再以导热方式将热量传给管壁另图2-1-1间壁两一侧，最后又将热量以导热方式传给冷流体。侧流体的传热过即热流体一迎T管壁一侧-山管壁另一侧一57冷流体二传热速率方程式冷、热两股流体进行热量传递。用T表示热流体的温度，t表示冷流体的温

7、度，则冷、热两股流体温度差t=(T-t)实践证明，间壁两侧流体在单位时间内所传递的热量，即传热速率与冷、热两流体的温度差t成正比，且与传热面积成正比。引入比例常数K,得q=KAAt式中q一间壁式换热器的传热速率，J/s；K一总传热系数，J/(s?m2K);A一间壁的传热面积，m2；t一冷、热流体的温度差，K;上式是传热过程的一个基本方程式，称为传热速率方程式。从式中可以看由传热系数K的物理意义是当冷、热两股流体的温度差是1K,传热面积为1M时，在单位时间内所传递的热量。可见，K值越大，所传递的热量越多，传热情况越好，因此K值的大小是衡量换热器性能的一个重要标志。K的数值决定于两流体的流动状况，

8、流体性质、设备的形状尺寸等很多因素。三间壁式换热器冷、热流体的流向在间壁式换热器中，冷、热流体的流向可分如下四种基本类型。如图2-1-2所示:图2-1-2换热器中流体流向示意图1并流：冷、热流体在传热壁两侧按同一个方向流动；图中(a)所示。2逆流：冷、热流体在传热壁两侧按相反的方向流动；图中(b)所示。3错流：冷、热流体在传热壁两侧彼此呈垂直方向流动;图中（c）所示。4折流：冷、热流体在传热壁两侧并流与逆流交替进行。图中（d）所示。第四节提高传热速率的途径从传热方程式q=KAt均可以看由，提高传热速率的途径有三个：增大传热面积A;提高冷、热流体的平均温度差t均和提高传热系数K均能使q增加，但究

9、竟应如何提高还要做进一步分析。一增大传热面积A增大传热面积可以提高传热速率，但还意味着金属材料用量增加。设备投资费用增加。因此应从设备结构改造上着手，设法增加单位体积的传热面积。例如用螺纹管代替光滑管，圆管上加翅片，可显著提高传热效果；又如当间壁两侧流体的对流传热系数相差较大时，则增加系数小的一侧的传热面积，采用翅片管可以明显地提高传热速率，尽可能的采用一些传热效果较好的新型换热器。二增大传热温度差冷、热两种流体的进、由口温度一般由生产工艺所规定，不能随意变动。当两种流体的进、由口温度一定时，采用逆流操作可以得到较大的平均温度差t均值。用水蒸气作加热剂时，增大蒸气压力可以提高热流体的温度。用水

10、作冷却剂时，降低水温或增加水的流量，也都可以增大传热温度差。三提高传热系数K强化传热最有效的途径是提高传热系数K值。K值决定于两个流体的对流传热膜系数、管壁和污垢热阻，在提高K值时主要应减少热阻较大的一项。换热器的管壁一般都是金属壁，导热系数较大，再加上壁厚不大，故管壁热阻通常可能忽略不计。因而提高K值途径是设法提高对流传热膜系数a和减少垢层热阻。1提高对流传热膜系数a根据对流传热过程的分析，对流传热热阻主要集中在靠近管壁的层流内层中，在层流内层中的传热方式又是以导热方式进行，而流体的导热系数又很小，因此要提高对流传热系数的具体途径如下：1）增加流体的流速或改变流动方向，以增加流体的湍动程度，

11、减少层流内层的厚度。例如增加列管式换热器的程数、克程加设档板均可以提高流体的流速和湍动程度，提高其a值。板式换热器中使流体在波形板间流动，不断改变流向，致使Re=200时就呈湍流状态。2）用导热系数较大的流体作加热剂或冷却剂。3）尽量采用有物态变化的流体，可得到很高的对流传热系数。应当指由：若a内和a外在数值上相差较大时，因为K值总是接近小a值，所以应设法提高小的a值才会有效地提高K值。2设法防止垢层的形成，减少垢层热阻R垢，及时消除垢层和尽量使用不易成垢流体。第五节热绝缘方法一热绝缘目的对于不在常温下操作的管路及设备，都应采取妥善的绝热措施，其目的在于：1减少热量损失，提高操作的经济效果。2

12、保持设备内所需要的高温或低温操作条件。3维护正常的车间温度，保证良好的劳动条件。二热绝缘方法1夹层、夹套绝热这种方法主要是利用气体或液体导热系数较小的特点，使其在夹层、夹套中起绝热作用。例如，锅炉的砖壁，在耐火砖与普通砖之间留有一定间隙，所形成的夹层中为静止空气层，这样不但有较好的隔热效果，还节省了其它绝热材料。某些完成放热反应的反应器，在外壁装有水夹套，水从夹套中流过，可起到隔热保护环境的作用，同时也回收了热能。2包裹、涂抹保温这种方法是选用导热系数较小的保温材料，包裹或涂抹在设备或管路的外面，这样就增加了设备或管路的导热热阻，从而使热损失大大减少。从减少热损失角度看，增加保温层的厚度是有利

13、的，但增加保温层的厚度就会使保温工程的投资加大，而且热损失并不是随保温层厚度的增加而按比例减少。对于直径较小的管路，更应选用优质的保温材料，以减少保温层的厚度。第六节化工生产的传热设备一换热器的分类工业上用来实现冷、热流体间热量交换的设备称为换热器或热交换器。在换热器内可以使物料进行加热或冷却，也可以使物料沸腾或冷凝等相变化过程。换热器的种类很多，按照传热原理可分为三大类。1混合式换热器混合式换热器，又称为直接接触式换热器。它是将冷、热两流体直接接触而进行热量交接的。如工业上的冷却塔（或称凉水塔）、洗涤塔等。2蓄热式换热器它是将冷、热两股流体交替地通过装有固体填充物的蓄热器。蓄热式换热器是一种

14、间歇操作的换热设备，由于难免发生两股流体混合，化工生产中使用不多。3间壁式换热器冷、热两流体被一固体壁隔开，流体通过固体壁进行传热，它是化工生产中应用最广的一种换热器。间壁式换热器的种类很多，可以按如下方法进行分类。1按用途来分：1）加热器：用于流体的加热；2）冷却器：用于流体的冷却；3）预热器：用于流体的预热；4）冷凝器（或称全凝器）：用于蒸气的冷凝、蒸储中微分的回收和产生真空等；5）分凝器（或称部分冷凝器）：使蒸气部分冷凝，广泛用于蒸播操作过程；6）再沸器（汽化器）：用于物料加热汽化，蒸播操作中应用较广；7）深冷热交换：用于深冷分离工程中。2按换热器使用的材质分类：1）金属材料制作的换热器

15、，化工生产中使用最多；2）非金属材料制作的换热器；如石墨、陶瓷、塑料、玻璃等非金属材料制作的换热器。3按传热壁面的形状来分：1）管式换热器、喷淋式换热器、U型管式换热器等类型；2）板式换热器：冷、热流体被容器壁面或板状固体壁面隔开的一种间壁式换热器。常见的如夹套换热器、板式换热器、翅片板式换热器、螺旋板式换热器、石墨板式换热器等类型。二常用换热器介绍1列管式换热器列管式换热器是化工厂中使用最广泛的一种间壁式换热器。它是由一个圆筒形壳体、和壳体内许多平行的管束所构成。最常见的类型有：固定管板式、浮头式和U型式三类。1）固定管板式列管换热器它由管板（花板）、管束、壳体、封头等部件组成。这类换热器结

16、构简单、质量轻、造价低、使用最普遍。它要求两流体温差不宜超过6070C,否则会因温差太大，使管束与外壳产生较大的热应力，造成管子与管板松脱破裂而漏液；且检修和清洗管、壳程过程均较困难。所以一般用在腐蚀性小，不易产生沉淀流体的换热过程中。按照流体在管束内流经次数，列管换热器有单程、双程和多程之分。2）浮头式列管换热器它与固定管板式不同的是管束的一端装有可移动的管板和浮头。当壳体与管束热膨胀不同时，管束与浮头可以在壳体内自由伸缩，不致因温度差产生热膨胀不同而损坏换热器。止匕外，由于管束可以从壳体中拆取由来，便于清洗和检修。3）U型管式换热器这种换热器是使壳体内管子弯成U型。这种换热器结构简单、质量

17、轻，但管内不易清洗，只适用于管内流体很清洁，不易结垢的场合。2夹套式换热器夹套式换热器在容器的外壁装有一夹套，夹套与容器壁之间形成密闭空间，成为加热剂或冷却剂的通道。容器内部为另一种需要加热或冷却的流体，容器的壁面成为两流体的传热面。这种换热器结构简单，造价低，但传热面积受容器壁大小限制，故常作为反应器或贮液罐，使反应器内维持一定温度。为了提高传热速度，可在反应器内装搅拌或蛇管强化传热。3平板式换热器这种换热器设备紧凑，单位体积的传热面积很大。传热系数高；另外该换热器加工制造容易，拆装，清洗都较方便,目前正在被推广使用。这种换热器的缺点是各板间要用垫片进行密封，操作温度、压力不能过高，密封周边

18、较长，容易泄漏，流道较小易堵，不适用于易结垢物料。4板翅式换热器板翅式换热器的优点是：传热效率较高，轻巧紧凑，单位体积传热面积可高达4000m2/m3以上；操作温度及压力的范围较广。缺点是流道狭小；阻力损失较大，易堵塞，要求物料清洁不易成垢；加工制造较复杂，内漏后难修复。5螺旋板式换热器螺旋板式换热器也是一种高效换热器，它结构简单，单位体积传热面积很大；传热系数高，不易结垢。其缺点是制造和修理比较复杂，不耐高压，对焊接质量要求很高。6石墨换热器不透性石墨换热器，除强碱、强氧化性介质外，对大多数有机化合物、盐类溶液、无机酸和有机酸都具有很好的化学稳定性，而且具有良好的导热性能和机械加工性能，而得

19、到广泛的应用。7空冷器由翅片管束、管箱、支架及风机等组成。空冷器不能在所有场合代替水冷，因为利用大气温度的空气进行冷却有着局限性。第二节液体输送机械根据流体流动规律知道，如果要将流体从低处送往高处，从低压变为高压，从低速变为高速以及克服流动过程中产生的阻力，就需要把外加能量加给液体的机械一液体输送机械来完成。输送液体、提供液体能量的机械被称为泵。下面介绍几种最常用的泵。一离心泵1离心泵的工作原理利用叶轮高速旋转时所产生的离心力来输送液体的机械。主要部件为叶轮、泵壳、泵轴、吸入管和排由管。2离心泵的性能参数与特性曲线1）扬程又称泵压头，它是指泵对单位重量（1N）液体所提供的有效能量，用来克服输送

20、液体时由于液体位置、压力、速度变化和输送过程的摩擦阻力所造成的压头损失。泵提供能量的能力，其单位可用（m液柱）表示。泵的扬程与叶轮的结构、大小和转速有关。应当注意，离心泵的扬程与升扬高度不同，泵的升扬高度是指泵将液体从低处送到高处的垂直高度。只有当泵的进由口容器都处于0.1Mpa,进由口管径相同及管路阻力可忽略不计时，泵的扬程才与升扬高度相等。2）离心泵的流量它是指单位时间内泵向管路输送的液体流量，它表明了泵输送液体量的能力。泵的流量取决于叶轮的大小、转速、叶轮越大，转速越快，则泵的流量越大。3泵的功率和效率泵的功率又称为泵的轴功率，它是指泵在单位时间内从电机处获得的能量。泵本身不会产生能量，

21、它之所以能使液体增加能量，是靠电动机带动泵轴旋转，从电机处获得了能量。其大部分传递给了液体，提高液体的能量；另一部分则在运转过程中被损耗。液体真正获得的功率称为有效功率。泵的效率即是指泵的有效功率和轴功率的比值。泵在运转过程中损失的能量越多，液体得到的能量就越少，其效率就越差。4泵的汽蚀现象和安装高度离心泵的吸液是叶轮在旋转时，叶轮中心处形成了低压，液体靠池液面上方的大气压和泵的入口处的压强差把液体压进泵内的。当液面压强为定值时，使液体流动的压强差就有一个限度，不会大于液面压强。因此，泵的吸上高度（即泵入口中心距离池液面的高度）也有一个限度，即泵的安装高度有一定限度。运用柏努力方程来分析可得知

22、，泵安装得离池液面越高，泵入口处压强将越低（即真空度越大），当泵入口处压强小于液体的饱和蒸汽压时，液体就在泵入口处沸腾，产生大量气泡冲击叶轮、泵壳，泵体发生震动和不正常的噪音，甚至使叶轮脱屑，开裂而损坏。此时泵的流量、扬程、效率都急剧下降，这种现象称为泵的“汽蚀现象”。为了防止汽蚀现象的产生，必须使泵入口处的压强大于液体的饱和蒸汽压，这是确定泵安装高度的原则。5离心泵安装与运行时的注意事项1）安装时应注意事项（1）选择安装地点，要求靠近液源，场地明亮干燥，便于检修、拆装。（2）泵的地基要求坚实，一般用混凝土地基，地脚螺丝连接，防止震动(3)泵轴和电机转轴要严格控制水平。(4)吸入管路的安装应严

23、格控制好安装高度，并应尽量减少弯头、阀门等局部阻力，吸入管的直径不应小于泵进口的直径。2)运行时应注意事项启动前必须使泵内灌满液体，直至泵壳顶部排气孔冒液为止。这是因为离心泵没有自吸能力，空泵启动不能输送液体。另外，启动前将由口阀全关，使其在流量为零的情况下启动，使泵所需功率最少，避免电机因启动时过载而烧坏。启动后逐渐调节由口阀来调节流量。运转时要经常检查轴承是否过热，润滑情况是否良好，注意填料层的泄漏和发热情况，填料的松紧要适当。停车时首先关闭由口阀，以防止停车时由口管路中液体倒流而使泵叶轮倒转，引起叶轮螺母松脱，叶轮与泵轴松脱等现象。离心泵与其他类型泵相比较、构造简单，造价低廉，占地面积小

24、，便于安装、操作和维护，流量均匀，易于调节，由口管路堵塞时不至损坏泵体等优点。但离心泵的扬程较低，且受流量的影响，效率也较低，对泵的密封性能要求高，运转中若有空气漏入泵内，易产生汽栓而降低排液量甚至不由液体。因此离心泵常用于低扬程、大流量的场合，或用于输送含固体颗粒的悬浮液、污水、腐蚀性的液体。二其他类型泵1往复泵往复泵是依靠作往复运动的活塞依次开启吸入阀和排由阀从而吸入和排生液体的。其主要部件有泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀和排由阀。往复泵主要适用于小流量、高扬程的场合。输送高粘度液体的效率较离心泵高。但不能用来输送腐蚀性液体和含有固体粒子的悬浮液，以免损坏缸体。2轴流泵轴流泵是利用高速旋转的螺

25、旋式叶轮将液体从吸入口推向排由口。因为泵内液体沿着泵轴方向流动，故名为轴流泵。轴流泵结构简单，输送量大，效率高，但扬程很低，适用于流量大而扬程不大的场合。3齿轮泵齿轮泵的主要构件是一对啮合的齿轮，其中一个靠电机带动旋转称为主动轮，另一个靠主动轮的啮合而转动称为从动轮。齿轮泵的结构简单，工作可靠，扬程高而流量小，可用于输送粘稠液体以及膏状物，但不能输送含有固体颗粒的悬浮液。4漩涡泵漩涡泵的外形和离心泵有些相似，主要的工作部件是叶轮和泵体。叶轮是一个圆盘，圆盘边缘有一周径向叶片，通过叶轮的高速旋转，使液体在叶片间形成涡流运动，并使液体沿着流到流至排由口O漩涡泵的流量小、扬程高、体积小,结构简单，有气体漏入也不影响工作。具缺点是效率低。它适宜于输送流量小，外加压头要求高的清液和具有挥发性的液体，但不能输送含有固体颗粒的悬浮液，以免泵体和叶轮损坏。5螺杆泵螺杆泵由泵壳和螺杆构成。它与齿轮泵相似，利用两根互相啮合的螺杆推动液体轴向移动，液体从螺杆两端进入后从中央排由。螺杆越长，则泵的扬程越高。螺杆泵的效率比齿轮泵高，操作时无噪声，工作寿命长，结构紧凑，流量连续而均匀。适用于输送清洁的粘稠液体。第三节化工管路化工管路主要由管子、管件和阀三部分组成，另外还有附属于管路的管架、管卡、管撑等管件。一管子管子是管路的主件，根据材质的不同可分为金属管和非金属管两大类。金属