化工生产基础知识最终版

化工生产基础知识吴云龙2011年10月12/11/20221目录第一部分化工生产概论

第一节化学工业第二节化工生产过程的定义和特点第三节化工生产过程的基本组成规律第四节化工生产过程的有关基本概念12/11/20222第二部分化工基本操作第一节流体输送第二节混合物的分离第三节传热第四节蒸发第五节液体的精馏第六节气体吸收第七节干燥第八节制冷12/11/20223第三部分有机化学工业

第一节前言第二节有机化学基础知识第三节有机化学主要产品12/11/20224第四部分己二酸产品及生产方法简介

第一节己二酸分子式和结构式第二节己二酸物理性质第三节己二酸用途第四节己二酸生产方法第五节本公司己二酸项目生产规模和生产原理第六节己二酸的三种主要原料来源12/11/20225《化工生产基础》第一部分化工生产概念第一节化学工业一、化学工业的定义以天然物质或其他物质为原料，通过化学方法和物理方法，使其结构、形态发生变化，生成新的物质，制成生产资料和生活资料的工业，称为化学工业。12/11/20226二、化学工业的重要性1、化学工业是国民经济的重要部门2、化学工业和人民生活息息相关3、人类正面临着资源、能源、环境等危机，解决这些的根本途径也有赖于化学工业4、核能的利用为解决能源危机开辟了广阔前景，但核能工业和化学工业的关系非常密切。化学工业上述的作用要通过化工生产过程来实现。12/11/20227第二节化工生产过程一、化工生产过程的定义化工生产过程（又称：化工工艺过程）主要指原材料进入化工生产装置，经过物理方法和化学方法的加工到制成合格产品的过程。化工生产过程对化工企业创造物质财富起着决定性作用，是构成化工企业的主体。12/11/20228二、化工生产过程的四个特点1、化工生产过程连续性和间接性化工生产过程是通过一定的工艺流程来实现的，属于流程型生产。工艺流程指的是以反应设备为骨干，由系列单元设备通过管路串联组成的系统装置。

流程型生产一般具有连续性和间接性：12/11/20229（1）连续性体现在两个方面：①空间的连续性，生产过程是一条连锁式的生产线，各个工序紧密相联，首尾串通，无论哪个工序失调，都会导致整个生产线不能正常运转。②时间的连续性，生产长期运转，昼夜不停，各个班次紧密衔接，无论哪班出故障，都会影响整个生产过程的正常运行。12/11/202210（2）间接性性体现在操作作人员一般般不和物料料直接接触触，生产过过程在密闭闭的设备内内进行，对对物料的运运行看不见见，摸不着着，操作人人员要借助助管道识别别物料，靠靠检测仪表表、分析化化验,了解解生产情况况,用仪表表和计算机机控制生产产运行.12/6/2022112、、生生产产技技术术的的复复杂杂性性和和严严密密性性（1））复复杂杂性性化工工的的工工艺艺流流程程多多数数比比较较复复杂杂,当当今今的的基基础础化化学学正正朝朝着着大大型型化化和和高高度度自自动动化化发发展展；；而而应应用用化化学学工工业业正正朝朝着着精精细细化化、、专专用用化化、、高高性性能能和和深深加加工工发发展展。。（2））严严密密性性由于于化化工工反反应应对对其其应应具具备备的的条条件件要要求求非非常常严严格格，，每每种种产产品品都都有有一一套套严严密密的的工工艺艺流流程程，，必必须须严严格格执执行行，，否否则则不不仅仅制制造造不不出出合合格格产产品品，，还还会会造造成成事事故故。。12/6/202212（3））原原料料、、产产品品和和工工艺艺的的多多样样性性化工工生生产产可可以以用用不不同同原原料料制制造造同同一一产产品品，，也也可可用用同同一一原原料料制制造造不不同同产产品品。。化化工工产产品品一一般般都都有有两两种种以以上上的的生生产产工工艺艺。。即即使使用用同同样样原原料料制制造造同同一一产产品品，，也也常常有有几几种种不不同同的的工工艺艺流流程程。。（4））安安全全生生产产极极端端重重要要化工工生生产产一一般般具具有有高高温温高高压压、、易易燃燃易易爆爆、、有有毒毒有有害害的的特特点点，，这这些些特特点点决决定定了了化化工工生生产产中中安安全全的的机机器器重重要要性性。。学习化化工生生产知知识，，要特特别注注重学学习掌掌握安安全生生产的的知识识和技技能。。12/6/202213第三节节化化工工生产产过程程的基基本组组成规规律一、基基本组组成规规律主主要有有三条条第一、、化工工生产产过程程是由由若干干单元元操作作和单单元反反应等等基本本加加工过过程构构成的的，他他们如如同化化工生生产过过程的的构件件；第二、、化工工生产产过程程是由由原料料的预预处理理、化化学反反应和和反应应产物物加工工这三三个基基本步步骤构构成的的；第三、、化工工生产产过程程贯穿穿着两两种转转换，，即物物质转转换和和能量量转换换。12/6/202214二、、单单元元操操作作和和单单元元反反应应1、、单单元元操操作作和和单单元元反反应应的的定定义义在化化工工生生产产过过程程中中，，具具有有共共同同的的特特点点，，遵遵循循共共同同的的物物理理学学和和化化学学规规律律，，所所用用设设备备相相似似，，作作用用相相同同的的基基本本加加工工过过程程称称为为单单元元操操作作或或单单元元反反应应。。其其中中：：具有有物物理理变变化化特特点点的的基基本本加加工工过过程程成成为为单单元元操操作作（（也也称称物物理理过过程程））具有有化化学学变变化化特特点点的的基基本本加加工工过过程程成成为为单单元元反反应应（（也也称称单单元元过过程程或或化化学学过过程程））。。12/6/202215举例例说说明明：：尿素素产产品品的的生生产产过过程程示示意意如如下下：：液氨氨→→液氨氨泵泵→预热热→合↱吸收→循环气气CO2→→压缩→成→分离→过滤→蒸发↳循环液液造粒尿素产品品合成原料的预预处理化学反应应反应产物物加工12/6/2022162.常用用的单元元操作单元操作作和单元元反应为为数并不不多，加加起来不不过几十十种，但但它们能能组合成成各种各各样的化化工生产产过程，，就像26个英英文字母母能组成成无数的的单词和和词句一一样。常用的单单元操作作有18种，见见下表：：12/6/202217类别名称作用设备举例流体流动过程流体输送液体输送把液体物料从一处输送到另一处泵气体输送把气体物料从一处输送到另一处风机气体压缩提高气体压力，克服输送阻力压缩机非均相物系分离沉降用沉降的方法把悬浮颗粒从液体或气体中分离出来沉降机过滤用多孔物质阻挡固体颗粒，使之从气体或液体中分离出来过滤机离心分离在离心力作用下，分离悬浮液或乳浊液离心机固体流态化用流体使大量固体颗粒悬浮而具有流体特点流化床反应器12/6/202218传热过程传热使物料升温、降温或改变相态

换热器蒸发用气化的方法，使非挥发性物质的稀溶液浓缩成较浓的溶液

蒸发器结晶使溶质成为晶体，从溶液中析出结晶器传质过程蒸馏通过气化和冷凝将液体混合物分离精馏塔吸收用液体吸收剂将气体混合物分离吸收塔萃取用液体萃取剂将液体混合物分离萃取塔干燥一般指用加热气化的方法除去固体物料所含水分干燥器12/6/202219热力过程冷冻将物料温度降到比常温低的操作冷冻循环装置机械过程粉碎在机械外力作用下，使固体颗粒变小粉碎机筛分将固体颗粒分为大小不同的部分网形筛固体输送把固体物料从一处输送到另一处皮带运输机说明：(1)流体体流动过程程的单元操操作遵循流体动动力学规律律进行的操操作过程，，如液体输输送、气体体输送、气气体压缩、、过滤、沉沉降等。12/6/202220(2)热热量传递递过程的的单元操操作遵循热量量传递规规律进行行的操作作过程，，也叫传传热过程程，如传传热、蒸蒸发等。。(3)质质量传递递过程的的单元操操作物质从一一个相转转移到另另一个相相的操作作过程，，也叫传传质过程程，如蒸蒸馏、吸吸收、萃萃取等。。(4)热热力过程程的单元元操作遵循热力力学原理理进行的的单元操操作，如如冷冻等等。(5)机机械过程程的单元元操作靠机械加加工或机机械输送送的单元元操作，，如粉碎碎、固体体输送等等。12/6/202221三、结论论化工生产产过程的的表现形形式是由由若干操操作和单单元反应应串联组组成的一一套工艺艺流程，，通过三三个步骤骤（即〈〈1〉原原料预处处理；〈〈2〉化化学反应应；〈3〉反应应产物加加工。）），进行行两种转转换（即即物质转转换与能能量转换换），将将化工原原料制成成化工产产品。12/6/202222第四节化化工生产过程程的有关基本本概念一、相和相相变化工生产过程程有化学变化化和物理变化化物理变化有相相变和非相变变之分，如结结晶、溶解、、蒸发等操作作，物质的相相态发生了变变化，属于相相变，粉碎、、筛分等操作作，只改变形形态，没有相相态的变化，，属于非相变变。12/6/202223二、下面介绍绍有关相和相相变的基本概概念1、系统和环环境为了研究和计计算的方便，，人们常将研研究的部分从从周围事物中中划分出来，，作为研究的的对象。被划分出来的的部分称为系系统（也叫体体系、物系、、系）。系统以外与系系统有关的物物质和空间称称为环境（也也叫外界）。。系统可以是一一个产品的整整个流程，也也可以是一个个工序，一个个设备。12/6/2022242、相相和相相数系统内内的物物质，，具有有相同同物理理性质质和相相同化化学性性质的的并且且完全全均匀匀的部部分，，称为为相。。系统中中相的的数目目，称称为相相数。。例如一一杯水水，杯杯中各各部分分的水水都具具有相相同的的物理理性质质和化化学性性质，，就整整杯水水来说说，他他们性性质是是均匀匀的。。因此此，若若以水水为系系统，，不论论水量量多少少，它它为一一相。。如果果杯中中有几几块冰冰，虽虽然水水和冰冰有共共同的的化学学性质质，但但在水水和冰冰的界界面上上其物物理性性质发发生了了突变变，若若以水水和冰冰为系系统，，它就就是两两相。。显然然，若若以水水、冰冰和水水面上上的气气体为为系统统，它它就是是三相相。12/6/202225确定混混合物物相的的数目目，主主要看看其组组成是是否均均匀。。组成成均匀匀的是是一相相，称称单相相混合合物；；否则则就是是多相相，称称为多多相混混合物物。气体混混合物物无论论有几几种气气体组组成，，一般般是均均匀的的，所所以是是一相相。液体混混合物物中，，如果果几种种液体体是完完全互互溶的的，就就是一一相。。例如如酒精精的水水溶液液是一一相。。如果果几种种液体体不是是完全全互溶溶的，，就不不是一一相。。例如如水和和油混混合在在一起起是两两相。。12/6/202226固体混混合物物一般般情况况只是是掺和和，无无论粉粉碎的的多么么细，，其组组成也也不均均匀，，所以以每种种固体体各自自成为为一相相。一种物物质可可以有有多个个相，，水、、冰和和水蒸蒸气就就是水水的三三相。。12/6/2022273、、相相变变和和相相平平衡衡物质质从从一一个个相相转转变变到到另另一一个个相相的的过过程程称称为为相相变变过过程程。。当外外界界条条件件变变化化时时，，才才会会发发生生相相变变。。如如水水凝凝结结成成冰冰，，冰冰融融化化成成水水，，水水汽汽化化成成水水蒸蒸气气，，水水蒸蒸气气凝凝结结成成冰冰，，都都是是相相变变过过程程。。12/6/202228相变规律律在化工工生产中中得到广广泛应用用，人们们常常为为了生产产的需要要，有意意识的促促使物质质发生相相变。例例如，将将轻油为为原料生生产氨，，必须先先将液态态的轻油油气化，，才能同同水蒸气气发生转转化反应应。许多多气体混混合物的的分离，，必须在在液相的的情况下下进行。。例如，，空分制制氧和氮氮的工艺艺。如果两个个以上的的相共存存，在较较长时间间内，从从表面上上看没有有任何物物质在各各相之间间传递时时，可以以认为这这些相之之间已达达到平衡衡，称为为相平衡衡。12/6/202229二.过程程的平衡衡关系和和过程速速率化学工程程中所说说的“过过程”有有其特定定的含义义：当系系统发生生变化时时，发生生变化的的经过视视为过程程。化工工生产中中的每一一种物理理变化或或化学变变化，每每一种单单元操作作或单元元反应，，都可视视为过程程。研究究过程的的规律，，目的是是使过程程的进行行有利于于生产。。平衡关关系和过过程速率率就是其其中两条条重要规规律。12/6/2022301、过程程的平衡衡关系过程的平平衡关系系是指任任何过程程都在变变化着，，都是在在一定条条件下由由不平衡衡向平衡衡状态转转化。平平衡状态态是变化化的极限限。例一：蒸蒸发和凝凝结的平平衡，如如在一个个密闭容容器内液液体，蒸蒸发和凝凝结处于于动态平平衡。例二：可可逆反应应。12/6/2022312、过过程速速率过程速速率是是单位位时间间内过过程进进行的的变化化量。。如传传热过过程的的速率率是单单位时时间内内传递递的热热量；；传质质过程程的速速率是是单位位时间间内传传递的的质量量。任何过过程速速率都都与过过程的的推动动力成成正比比，与与过程程的阻阻力成成反比比。可可用以以下基基本关关系式式表示示:过程速速率=12/6/202232过程的的推动动力是是指直直接导导致过过程进进行的的动力力。如如流体体流动动过程程的推推动力力是压压差或或位差差，传传热过过程的的推动动力是是冷热热流体体的温温度差差，吸吸收过过程的的推动动力是是浓度度或分分压差差。过程的的阻力力因素素，与与过程程的性性质、、操作作条件件都有有关系系。提高过过程速速率的的途径径是加加大过过程的的推动动力和和减少少过程程的阻阻力。。研究究怎样样加大大过程程推动动力和和减少少阻力力，是是提高高产品品收率率的关关键问问题。。12/6/202233三、、化化工工生生产产常常用用的的量量和和单单位位1、、法法定定计计量量单单位位由国国家家依依法法令令形形式式规规定定允允许许使使用用的的单单位位叫叫法法定定计计量量单单位位。。它它是是在在1984年年由由中中华华人人民民共共和和国国国国务务院院公公布布实实施施的的中国国的的法法定定计计量量单单位位是是以以国国际际单单位位制制（（英英文文缩缩写写SI））为为基基础础，，并并根根据据本本国国实实际际情情况况以以适适当当选选用用了了一一些些非非国国际际单单位位所所构构成成的的。。12/6/2022342、、化化工工生生产产常常用用的的法法定定计计量量单单位位（1））化化工工常常用用的的5种种SI基基本本单单位位①长长度度基本本单单位位是是米米（（m）），，其其倍倍数数和和分分数数单单位位有有千千米米(Km)、、厘厘米米（（cm））、、毫毫米米（（mm））②时时间间基本本单单位位是是秒秒（（s））。。国国家家选选定定的的SI之之外外时时间间单单位位还还有有分分（（min））、、﹝﹝小小﹞﹞时时（（h））、、天天（（日日，，d））12/6/202235③质量（法定定计量单位有有3种）千克（公斤，，kg），是是基本单位克（g）及其其部分倍数和和分数单位，，如兆克（Mg）、毫克克（mg）等等吨（t）及其其倍数单位④热力学温度度基本单位是开开﹝尔文﹞（（K）与摄氏温度t（℃）的关关系K=273.16+℃⑤物质的量基本单位是摩摩尔（mol），其倍数数、分数单位位有kmol、mmol等。12/6/202236（2）化工生生产常用法定定计量单位见见表（25种种）量的名称量的符号SI单位SI值外法定计量单位单位名称单位符号单位名称单位符号长度L；l米m

时间t秒s分[小]时天（日）minhd质量m千克（公斤）kg吨t热力学单位T开[尔文]K

物质的量n摩[尔]mol

12/6/202237力F牛[顿]N

压力，压强p帕[斯卡]Pa

能[量]功热[量]FWQ焦[耳]J千瓦[特小]时

功率P瓦[特]W

面积A平方米㎡

体积V立方米m³升L速度υ米每秒m/s

密度ρ千克每立方米kg/cm³

相对密度d

1

粘度η(µ)帕[斯卡]秒Pa·s

12/6/202238体积流量qv立方米每秒m³/s

比热容c千焦[耳]每千克开[尔文]kg/(m.K)

导热系数λ瓦[特]每米开[尔文]W/(m.K)

传递系数K瓦[特]每平米开[尔文]W/(㎡.K)

摩尔质量M千克每摩[尔]kg/(㎡.k)

B的质量浓度ρB千克每立方米kg/m³克每升g/LB的[物质的量]浓度CB；[B]摩[尔]每立方米mol/m³摩[尔]每升mol/LB的质量分数ωB

1

B的摩尔分数xB，（yB）

1

B的体积分数φB

1

12/6/2022393、常常用单单位换换算法定计量单位不应使用的单位量的单位单位名称单位符号单位名称单位符号单位制与法定计量单位的换算长度米m英尺英寸Ftin英制1ft=0.3048m1in=25.4mm时间秒s1min=60s1h=3600s1d=86400s12/6/202240质量千克（公斤）吨kgt(103kg)市斤kg.s2/m市制工程1市斤=500g1kg.s2/m=9.81kg热力学温度摄氏度开尔文摄氏度K℃物质的量摩尔mol克分子克当量按当量粒子相当于mol力牛顿N千克力达因kgfdyncgs1kgf=9.81N1dyn=10-5N12/6/202241压力压强帕斯卡Pa(N/m2)千克每平方厘米kgf/m2cgs1kgf/m2=9.81×104Pa公斤每平方米kg/m2工程1kg/m2=9.81Pa毫米水柱mmH2O1mmH2O=9.81Pa毫米汞柱mmHg1mmHg=133.32Pa标准大气压atm1at,=101.3Pa12/6/202242能量能量焦耳J/(N.m)千克米kgf.mcgs1kgf.m=9.81J卡cal1cal=4.1868J功率瓦特W公斤米每秒kg.m/s工程1kg.m/s=9.81W密度克每立方厘米g/cm3质量热容焦耳每千克卡尔文J/kg.k千卡每公斤摄氏度kcal/kg.℃工程1kcal/kg.℃=4.2kJ/kg.K12/6/202243四.物料料计算和和能量计计算化工生产产贯穿着着物料转转换和能能量转换换。准确确地掌握握这两种种转换的的数量关关系，就就要进行行物料衡衡算和能能量衡算算。化工工设计必必须要进进行物料料衡算和和能量衡衡算，它它是设计计的重要要依据。。而化工工生产管管理和化化工操作作，也应应进行简简单的物物料衡算算和能量量衡算，，通常称称其为物物料计算算和能量量计算，，它是生生产管理理和班组组核算的的重要内内容。依依次可以以判定操操作优劣劣，分析析经济效效益，提提供工艺艺数据，，为严密密地控制制生产运运行打下下基础。。12/6/2022441、质量量守恒，，物料计计算物料衡算算的依据据是质量量守恒定定律，即即化学反反应中，，反应物物的质量量总和等等于生成成物的质质量总和和。这个定律律用于化化工生产产过程，，可表述述为：任任何一个个生产过过程，其其原料消消耗量应应为产品品量与物物料损失失量之和和。输入的物物料质量量=输出出的物料料质量+损失物物料的质质量上述这个个公式是是物料衡衡算（物物料计算算）的通通式。12/6/202245物料衡算的的步骤，按按以下六步步进行：（1）分析析题意。（2）画示示意图将输入、输输出的所有有物料逐个个标在图上上，用箭头头表示方向向。（3）选择择系统系统中应包包括尽可能能多的已知知量和尽可可能少的未未知量。如如果系统选选择得恰当当，可以很很简便地求求出解来。。否则会使使求解复杂杂化，甚至至求不出解解。选定系系统后，在在图上用虚虚线画出方方框表示，，虚线表示示边界。12/6/202246（4））选定定衡算算对象象和基基准衡算对对象就就是对对哪种种物料料进行行衡算算。基基准可可以是是一定定的时时间，，也可可以是是一定定质量量的物物料。。整个个计算算必须须依据据同一一基准准。（5））写出出物料料平衡衡方程程式，，并计计算，，求解解。（6））列出出物料料平衡衡表，，并用用平衡衡表验验算。。12/6/20224712/6/202248注意点：：①物料衡衡算题，，应按以以上步骤骤进行。。②计算时时用的单单位应统统一。③物料衡衡算是质质量的衡衡算，物物料衡算算方程式式只能用用质量单单位，不不能用体体积单位位。应用举例例：含有60%（质质量分数数）乙醇醇的溶液液，以每每小时1000Kg的的加料量量进入精精馏塔，，要求塔塔顶产90%浓浓度乙醇醇，塔釜釜出来的的残液中中含乙醇醇小于10%，，计算每每小时的的乙醇产产量和残残液量。。12/6/202249（产品）12/6/202250解：（1）分分析题意后，，画乙醇精馏馏流程示意图图。（2）设加料料量为F，产产量为D，残残液量为W，，则F=D+W①对总物料进进行衡算：1000=D+W，或W=1000-D②对乙醇进进行衡算加料中乙醇醇含量=1000﹡60%=600kg,产品中乙醇醇含量=D﹡90%，残液中乙醇醇含量=W﹡10%1000﹡60%=D﹡90%+W﹡10%=D﹡0.9+(1000-D)﹡0.1解该一元一一次方程，，得D=625kg代入得W=1000-D,得得W=1000-625=375kg12/6/202251③计算结果:每小时的乙乙醇产量为625kg,残液量为375kg。。2.能量守恒恒，能量计算算化工生产中，，能量消耗是是一项重要的的经济指标，，它是衡算工工艺过程、设设备设计、操操作水平是否否合理的重要要指标之一。。能量衡算是以以物料衡算为为基础的，同同时又是设备备计算的基础础。通过能量量衡算可以求求出设备的热热负荷，进行行确定设备的的传热面积以以及加热或冷冷却剂的用量量。12/6/202252化工生产中热热量的消耗是是能量消耗的的主要部分，，因此化工生生产中的能量量衡算主要是是热量衡算。。热量衡算的依依据是能量守守恒定律，即即输入体系的的热量等于输输出体系的热热量加上体系系内积累或损损失的热量。。热量衡算的步步骤，按以下下六步进行：：12/6/202253（1）明明确计算算任务明确热量量衡算类类型是分分别进行行物料衡衡算和热热量衡算算，还是是两者联联算。此此外还应应了解是是属于单单个设备备的热量量衡算，，还是属属于由多多个单元元设备组组成的复复杂化工工过程的的热量衡衡算。12/6/202254（2）绘出热热量衡算示意意图热量衡算一般般是在物料衡衡算的基础上上进行的，因因此必须先画画出物料流程程图，在图中中标明各物流流与热量有关关的变量，如如温度、压力力、相态等。。（3）搜集数数据通过查阅手册册得到各物料料有关的热性性质数据，如如温度、压力力、热熔、焓焓值、化学反反应热等。12/6/202255（4）确定计计算基准为了计算方便便，可取0℃℃为基准。鉴鉴于手册上查查到的热力学学数据大多为为25℃时的的数据，所以以也常选25℃为计算基基准。（5）列出热热量衡算式，，求解∑Q入=∑Q出（6）列表并并校核计算结结果12/6/202256应用用举举例例用20℃℃的的冷冷却却水水将将物物料料2000kg/h在在一一个个换换热热器器内内由由80℃℃冷冷却却到到40℃℃，，冷冷却却水水从从换换热热器器出出口口温温度度为为35℃℃，，计计算算每每小小时时需需要要多多少少kg冷冷却却水水通过过查查阅阅手手册册，，已已得得到到在在0℃℃时时，，水水的的比比热热容容为为1kcal/(kg··℃℃)；；物物料料的的比比热热容容0.4kcal/(kg··℃℃)12/6/202257解：：（（1））绘绘出出热热量量衡衡算算示示意意图图(2000Kg/h)(2000Kg/h)12/6/202258（2）选选0℃为为基准温温度（3）求求解：设设每小时时需要的的冷却水水量为W水①进入入热量：：物料带入入热量Q1=2000（80-0））﹡0.4=64000kal/h冷却水带带入热量量Q2=W水﹡（20-0）﹡1=20W水②放出热热量物料带出出热量Q3=2000（40-0））﹡0.4=32000kcal/h冷却水带带出热量量Q4=W水﹡（35-0）﹡1=35W水12/6/202259③列出热热量衡算算式，并并代入：：Q1+Q2=Q3+Q464000+20W水=32000+35W水W水=32000/15=2133kg/h即:每小小时需要要20℃℃冷却水水2133kg/h12/6/202260五、化化工生生产中中常用用的指指标指标在在化工工生产产中具具有重重要的的作用用，它它是反反映生生产状状况的的标志志，检检验质质量的的基准准，指指导生生产操操作的的规范范，与与生产产操作作有关关的指指标主主要有有技术术经济济指标标和工工艺指指标。。12/6/202261技术经济指指标技术经济指指标是经济济指标的一一种。技术术经济指标标是每个行行业、企业业结合自己己的实际情情况制定的的一套适合合本行业、、本企业生生产技术特特点情况的的经济指标标，它是反反映本行业业生产技术术水平的标标志。化工生产管管理与操作作中经常接接触到的技技术经济指指标有：12/6/202262（1）产品品产率产品产率是是实际产量量与理论计计算产量的的百分比。。即：产品产产率=实际际产量/理理论产量﹡100%（2）单位位产品消耗耗量（又称称：单耗））单位产品消消耗量是生生产每单位位产品平均均消耗原料料、能源的的数量。即：单位产产品原料消消耗量=原原料消耗总总量/产品品产量单位产品耗耗电量=用用电总量/产品产量量12/6/202263（3）原料利利用率原料利用率是是原料理论消消耗量与实际际消耗量的百百分比。其中中，原料理论论消耗量是指指根据化学方方程式计算的的生产单位产产品应消耗的的原料量。即:原料利用用率=理论原原料消耗量/实际原料消消耗量﹡100%12/6/202264（4）化学反应应过程的转化化率、选择性性、收率①转化率转化率是指某某一反应物参参加反应而转转化的数量占占该反应起始始量的百分比比。转化率=某某一反应物的的转化量/该该反应的起始始量﹡100%②选择性选择性是指体体系中转化成成目的产物的的某反应物量量与参加反应应所有反应而而转化的改反反应物总量之之比。选择性=转化化为目的产物物的某反应物物的量/该反反应物的转化化总量12/6/202265③收收率率收率率是是从从产产物物角角度度来来描描述述反反应应过过程程的的效效率率。。收率率=转转化化为为目目的的产产物物的的某某反反应应物物的的量量/该该反反应应物物的的起起始始量量12/6/2022662、、工工艺艺指指标标工艺艺指指标标是是指指生生产产加加工工过过程程中中对对各各种种工工艺艺条条件件的的要要求求标标准准，，它它是是工工艺艺规规程程的的重重要要组组成成部部分分。。生产产操操作作中中常常用用的的工工艺艺指指标标有有以以下下四四种种：：（1））原原料料质质量量指指标标它是是指指原原料料的的质质量量指指标标（2））生生产产操操作作指指标标它是是指指操操作作过过程程中中的的工工艺艺控控制制参参数数，，如如温温度度、、压压力力、、流流量量等等。。12/6/202267（3）中中间控制制指标它是指各各工序中中间产品品质量控控制指标标，简称称中控指指标，按按照工艺艺规程分分析方法法测定。。（4）成成品质量量指标它是指最最终产品品的质量量指标，，是依据据产品的的国家标标准（或或部颁标标准、企企业标准准）制定定的，要要求按照照标准规规定的分分析方法法测定。。12/6/202268第二部分分化化工工基本操操作第一节流流体体输送具有流动动性的液液体和气气体（简简称流体体）在化化工生产产中进行行蒸发、、精馏、、吸收等等操作，，通常需需要把它它们从一一个设备备送到另另一个设设备，或或从一个个车间送送到另一一个车间间，因此此流体运运输是化化工厂的的一个基基本操作作。12/6/202269一流体体力学基础础1压强强及单位（1）压强强——流体体垂直作用用于单位面面积上的力力，称为流流体的静压压力，简称称流体的压压强。（2）单单位①法定计量量单位中，，压强的单单位为帕斯斯卡，代号号pa，简简称帕1千帕（kpa）=1000帕（pa）1兆帕（mpa）=1000千帕（kpa）1兆帕（mpa）=106帕帕（pa））12/6/202270②化工工生产产中，，压强强也有有用液液位高高度来来表示示。如如毫米米汞柱柱。③压强强法定定计量量单位位与压压强公公制单单位的的换算算：0.1mpa=1kg/cm21物理理大气气压=760mmHg柱柱=10.33mH2O柱=1.033kg/cm2=0.1013mpa=101.3kpa2绝绝对对压强强、表表压和和真空空度绝对压压强和和表压压或真真空度度的关关系，，用公公式表表示如如下：：绝对压压强=表压压+大大气压压强真空度度=大大气压压强-绝对对压强强12/6/202271应用举举例：：某设备备出、、进口口测压压的压压力表表读数数分别别为45mmHg柱柱（真真空度度）和和700mmHg（（表压压），，求这这两处处的绝绝对压压强差差为多多少kpa？解：出出口绝绝对压压强=760-45=715mmHg进口绝绝对压压强=760+760=1460mmHg柱两处压压强差差=1460-715=745mmmHg==99.3kpa12/6/202272二、、流流体体流流动动的的性性质质1、、流流量量和和流流速速（1））流流量量————单单位位时时间间内内流流经经管管道道任任一一截截面面流流体体的的量量。。流量量可可以以用用体体积积流流量量和和质质量量流流量量两两种种方方法法表表示示。。①体体积积流流量量————单单位位时时间间内内流流经经管管道道任任一一截截面面的的流流体体体体积积。。公式式：：qv=v/t（（式式中中v为为体体积积，，t为为时时间间））单位位：：m3/s,m3/h②质量流流量———单位时时间内流流经管道道任一截截面流体体的质量量。12/6/202273③质量流流量与体体积流量量的关系系式：式中：qm为质量流流量；qv为体积流流量，ρ为流体体密度。。（2）流流速---单位位时间内内流体在在流动方方向流过过的距离离。（由于流流体在管管道截面面上各点点的流速速不同，，管中心心速度最最快，利利中心越越远的流流速越慢慢。紧靠靠管壁处处流速为为0。因因此，通通常所指指的流速速是指整整个管道道截面上上平均流流速。））公式：=（式中qv为体积流流量，A为管道道截面积积）单位：m/s。。12/6/202274应用举例例：用截面积积为0.1m2的管道来来输送密密度为1.5××103kg/m3的酸，要要求每小小时输送送360吨，求求该管道道中酸的的体积流流量、质质量流量量和流速速。解：质量量流量=360t/h==100kg/s===0.067m3/s===0.67m/s12/6/2022752、流体稳定流流动时的物料料衡算假定流体在管管道中流动时时，与流体流流动有关的速速度、压强等等都不随时间间而变化，这这样的流动称称为稳定流动动。如果速度、压压强等随时间间而变化，则则称为不稳定定流动。稳定流动时，，流体在圆形形管道中总是是充满的，如如流体是液体体，则通过管管道中任一截截面的流体质质量应相等，，即得：12/6/20227612/6/202277m1=m2(式中：m表示质量)(式中：A、μ、ρ分别表示截面积积、流速、密密度)∵管道中中为同一种液液体，=∴=又∵A1=，，A2=（式中：d表表示管道内直直径）12/6/202278……流体稳稳定流流动的的物料料平衡衡方程程式上述这这个方方程式式表明明流速速与管管道的的内直直径平平方成成反比比，这这个式式子称称为流流体稳稳定流流动时时的物物料平平衡方方程式式（又又称：：连续续性方方程式式）。。12/6/202279应用举举例：：水泵站站使用用的一一台水水泵，，吸水水管外外径为为108mm，，壁厚厚为4mm，出出水管管外径径为76mm，，壁厚厚为2.5mm。已已知吸吸水管管中水水的流流速为为1.5m/s，求求泵出出水管管中的的水流流速。。解：由由已知知得代入答：泵泵出管管中的的水流流速为为2.98m/s。。12/6/202280三、流流体稳稳定流流动下下的能能量计计算1、流流体流流动中中的能能量变变化的的规律律（1））流体体具有有的能能量流动着着的流流体具具有一一定的的机械械能，，具体体表现现为位位能、、动能能和静静压能能。①位能能在重力力作用用下流流体质质量中中心高高于基基准水水面而而具有有的能能量称称为位位能。。（它它相当当于把把流体体从基基准水水平面面升举举到某某一位位置所所做的的功））12/6/202281设有mKg的流体体，其在在基准水水平面以以上h（（米）处处，则其位能能E位=mgh（（单位为为焦耳，，J）1N（即即：单位位重量））流体所所具有的的位能称称为位压压头，位压头=（（单位位为米，，m）②动能流体以一一定的速速度流动动而具有有的能量量，称为为动能。。若流体的的质量m（kg），流流速为μμ（m/s），，则其具具有的动动能E动=（（单位位为焦耳耳，J））821N流体体所具有有的动能能称为动动压头动压头=（（单位位为米，，m）③静压能能与静止流流体一样样，流动动着的流流体由于于静压强强存在而而推动流流体运动动而具有有的能量量，称为为静压能能。E静=（（单位为为焦耳，，J）12/6/2022831N流体体的静压能能称为静压压头静压头=（（单单位为米，，m）（式中：p为压强、、ρ为密度、g为重力加加速度）以上三种压压头之和称称为总压头头，以H表表示。H=h++上式表示了了据基准面面为h处，，流速为,压压强为p的的1N流体体所具有的的总机械能能。12/6/202284（2）外加加能量流体在流动动过程中，，假如中间间加了输送送设备（如如泵），则则便将机械械能作用于于流体。通常常把把流流体体从从输输送送设设备备获获得得的的机机械械能能称称为为外外加加能能量量。。1N流流体体所所获获得得的的外外界界能能量量称称为为外外加加压压头头。。用用符符号号He表表示示。。12/6/202285（3）损失能能量流体在流动时时，由于分子子间的内摩擦擦，产生了摩摩擦阻力。为为了克服这部部分阻力，就就消耗了流体体的一部分能能量，这部分分能量称为系系统损失能量量。1N流体在流流动中因摩擦擦阻力而损失失的能量称为为损失压头，，用符号h损表示。12/6/2022862、流体在稳稳定流动时的的能量衡算式式──柏努力方程式式（1）柏努力力方程式定义义在下图所示的的液体输送设设备中，在截截面1-1和和2-2间装装有泵，两截截面中心离基基准水平面高高度分别为h1和h2，液体在截面面1-1和2-2处的流流速分别为、、和和压强分分别为p1、p2，流体密度为为。根根据能量守恒恒原则，在截截面1-1和和2-2间的的输送设备中中，输入的总总能量等于输输出的总能量量。12/6/20228712/6/202288▲输入的能能量有两项：：①1N液体体从1-1截面面流进进时带带入的的能量量为H1；=②泵对对液体体做了了功，，1N液体体所获获外加加能量量为12/6/202289输出出的的能能量量也也有有两两项项：：①1N液液体体从从2-2截截面面流流出出时时带带走走的的能能量量为为H2：=②1N液液体体在在流流动动中中因因摩摩擦擦阻阻力力损损失失的的能能量量为为h损。12/6/202290根据能量量守恒原原则可得得：上式是不不可压缩缩流体在在稳定流流动下的的能量衡衡算式，，习惯上上称为：：柏努力方方程式。12/6/202291（2）柏柏努力方方程式的的应用利用柏努努力方程程式可以以解决生生产中很很多实际际问题，，如计算算流体的的速度、、流量及及输送机机械的功功率，测测定管路路阻力损损失，流流量计数数值的换换算等。。下面列列举两个个应用实实例。12/6/202292a）管路中流流体流速、流流量计算。[例题1]如如附图所所示，高位槽槽水面保持稳稳定，水面距距水管出口为为5m，所用用管路为φ108×4mm钢管，若若管路压头损损失为4.5m，求该系系统每小时的的送水量。解：取水槽页页面为1-1截面，水管管出口为2-2截面，并并以出口管中中心线为基准准水平面，列列出截面1-1和2-2间的柏努力力方程。12/6/20229312/6/202294+=+h损已知h1=5m，h2=0p1=p2=0（表压压）≈0（高位位槽截面很很-大，很很小，，可忽略不不计）=0h损=4.5md均=0.108-2××4=0.1m12/6/202295代入柏努力力方程式，，5=+4.5解得：=3.13m··s-1则每小时输输水量为==0.785×0.12×3.13×3600=88.5m3·h-112/6/202296b）泵外加加能量的计计算[例题2]附附图所示示为洗涤塔塔的供水系系统。洗涤涤塔内压强强为300kPa（（绝压），，贮槽水面面压强为100kPa（绝绝压），塔塔内水管与与喷头连接接处的压强强为320kPa（绝压）），塔内水水管出口处处高于贮槽槽内水面20m，管管路为φ57×2.5mm钢钢管，送水水量为14m3/h，系统能能量损耗4.3m水水柱，求水水泵所需的的外加压头头。12/6/20229712/6/202298解取取贮槽内内水面为为1-1截面，，以此为为基准面面，塔内内水管与与喷头连连接处为为2-2截面，，列出截截面1-1与2-2间间的柏努努力方程程式。移移项整理理得：已知h1=0，h2=20m，p1=100kPa（绝绝压），，p2=320kPa（绝绝压），，=0，=4.3m根据题意意算出：：=m/s12/6/202299将已知知值代代入上上式得得：H==20+22.43+0.171+4.3=46.9m12/6/2022100（3））应用用柏努努力方方程式式时要要注意意以下下两点点：第一、、正确确选定定计算算截面面。一一般将将上游游截面面定为为1-1截截面，，下游游截面面定为为2-2截截面，，两截截面间间的流流体必必须连连续，，截面面与流流动方方向垂垂直。。第二、、合理理确定定基准准水平平面。。把基基准水水平面面定在在一个个较低低的截截面处处可以以简化化计算算。计计算中中的单单位要要统一一，尤尤其是是截面面间压压强的的表示示方法法要一一致（（同为为表压压或绝绝压））。12/6/20221011、流流体的的粘度度流体在在流动动时，，由于于分子子间存存在吸吸引力力，使使流体体内部部存在在一种种影响响流动动的阻阻力，，这种种阻力力称为为内摩摩擦力力。流体在在流动动时产产生内内摩擦擦力的的这种种性质质，称称为流流体的的粘性性。把把衡量量流体体粘性性大小小的物物理量量称为为粘度度，用用符号号表表示示。流体的的粘度度大，，流动动时内内摩擦擦力大大，即即液体体阻力力大，，输送送也较较困难难。在法定定单位位制中中，粘粘度单单位为为帕秒秒，单单位符符号是是Pa·s12/6/20221022、流体体的流动动类型流体的流流动状态态分为层层流（或或滞流））和湍流流（或紊紊流）两两种。当流体在在管道中中流动时时，其质质点始终终沿着管管道中心心向平行行的方向向流动，，质点之之间互不不混合，，这种流流动称为为层流。。假如流体体质点除除沿管道道向前流流动外，，各质点点的运动动速度在在大小和和方向上上都随时时发生变变化，质质点间彼彼此碰撞撞，互相相混合，，这种流流动状态态称为湍湍流。12/6/2022103在化工生生产条件件下，由由于管路路、流体体的密度度和粘度度均已确确定，影影响流动动类型的的主要因因素是流流速。因因而，减减少流体体的流速速，流体体的流动动类型将将为层流流；增大大流体的的流速，，流动类类型将为为湍流。。流体处于于湍流状状态时，，由于流流体的质质点相互互混合，，对提高高传热和和传质速速率有利利，且可可增大流流体的输输送量。。因此，，生产中中一般要要求流体体处于湍湍流状态态。12/6/20221043、减低流体体阻力流体阻力越大大，则输送流流体所消耗的的能量越大，，流体在输送送系统中阻力力增大，会影影响流体的输输送能力和生生产能力。因因此，在化工工生产中应尽尽量减低流体体的阻力，一一般从下面几几点着手。（1）在不影影响管路布置置的基本要求求下，尽量缩缩短管路的长长度。（2）管路中中接头、三通通、弯头、阀阀门以及管径径突然变大或或者变小都会会对流体产生生阻力，为此此管路每安装装一个管件或或阀门都要认认真考虑。例例如，在管路路布置中，应应尽量少装弯弯头。12/6/2022105（3））适适当当放放大大管管径径。。例例如如，，将将管管径径增增大大一一倍倍，，阻阻力力将将变变为为原原来来的的，，这这是是流流体体的的动动力力消消耗耗大大大大降降低低。。但但管管径径不不能能放放得得太太大大，，从从而而增增加加金金属属的的消消耗耗，，使使基基建建费费增增大大。。（4））在在流流体体中中加加入入某某种种添添加加剂剂。。当当这这些些添添加加剂剂加加入入流流体体后后，，可可使使管管壁壁附附近近流流体体的的层层流流层层变变薄薄，，还还能能阻阻止止漩漩涡涡的的产产生生，，使使阻阻力力降降低低。。12/6/2022106五．．管管路路布布置置1、、管管径径的的选选择择化工工厂厂管管道道投投资资费费用用较较贵贵，，因因此此合合理理选选择择管管径径对对节节约约管管材材和和保保证证流流体体正正常常输输送送具具有有十十分分重重要要的的作作用用。。在讲讲解解““流流量量和和流流速速””这这小小节节中中，，我我们们懂懂得得了了公公式式：：=（（公公式式中中：：──流流速速m/s；；──体体积积流流量量m3/s；；A──管管道道截截面面积积m2））∵圆圆型型管管道道截截面面积积A=（（公公式式中中d──管管道道内内直直径径m））12/6/2022107代入入上上式式，，整整理理后后得得：：d=从上上述述这这个个公公式式可可知知，，当当流流体体的的体体积积流流量量一一定定时时，，流流速速越越快快，，则则所所需需的的管管径径越越小小；；反反之之，，流流速速越越慢慢，，则则所所需需的的管管径径越越大大。。某些些流流体体在在管管道道中中的的常常用用流流速速根根据据生生产产经经验验确确定定，，如如下下所所表表示示：：12/6/2022108流体种类流速范围（m/s）流体种类流速范围（m/s）水及一般液体1.5~3.0饱和水蒸气0.3kPa（表压）0.8kPa（表压）20~4040~60粘性液体，如油0.5~1.0常压下一般气体压10~20强较高的气体15~25过热水蒸气30~5012/6/2022109根据工工艺上