《化工单元操作》教案

酒泉职业技术学院《化工单元操作》学习领域教案

课题绪论专业石油化工生产技术

班级2012级石油化工生产技术3、4班人数90

授课日期周次—

教学及参考1.朱淑艳.化工单元操作.天津大学出版社，2011教学仪器

背投、课件

资料2.陆美娟，张浩勤.化工原理.化学工业出版社.2006设备

教学地点逸夫教学楼115教室课时2

知识目标：

1.掌握物料衡算、能量衡算的基本概念及计算步骤。

2.理解化工生产过程的构成，单元操作的概念。

3.了解化工单元操作课程的内容、性质及任务。

能力目标：

1.能明确化工生产技术与化工单元操作的关系；

学习目标

2.会进行物料衡算和能量衡算。

素质目标：

1.踏实、认真的学习态度；

2.对所学结果进行自我评价、自我学习的能力；

3.培养分析问题、解决问题的能力；

4.明确职业岗位所处的位置，不断提升自身职业能力。

1.化工生产过程；

教学重点2.本课程学习的主要内容；

3.化工单元操作的计算方法、单位换算。

教学难点物料衡算和能量衡算

教学难点解

通过多种教学方法并用，举例让学生深入体会

决

教学方法以PPT展示、黑板讲授相结合为主，启发、提问、讨论等多种方法相结合。

教学组织及时间分配

教学组织时间分配（min）

第一部分：组织教学、清点人数2

第二部分：新课导入3

第三部分：新课讲授（具体时间分配在教学具体实

90

施过程中注明）

第四部分：课堂小结3

第五部分：布置作业2

时间分配

教学具体实施过程

及新内容

补充

第一部分：组织教学、清点人数

［组织教学、清点人数］2min

点名、查看学生上课出勤情况

［展示“复习提问”，找学生回答问题］

1.什么是化工生产过程？

第二部分：新课导入

人类与化工的关系十分密切，在现代生活中，几乎随时随地都离不开化工产品，从

衣、食、住、行等物质生活，到文化艺术、娱乐等精神生活，都需要化工产品为之服务。3min

有些化工产品在人类发展历史中，起着划时代的重要作用。它们的生产和应用，甚至代

表着人类文明的一定历史阶段。比如食品、酿酒、精细化工、石油化工、造纸、汽车、

污水处理、涂料厂、气柜、虫、幽、建掴、压力管道、计算机、橡胶、水泥、肥料、

包装、纺织、合成化学、轻工、机械制造等都有应用。一滴香，臭氧层的破坏，环境污

染。

第三部分：新课讲授

［展示课件、介绍学生在本节课需要掌握的知识、能力、素养目标］

［板书］

一、化工生产过程与单元操作

［讲述］25min

1.化工生产过程

化学工业是指以工业规模对原料进行化学和物理方法加工而获得产品的工业。

化工生产过程是指化学工业的一个个具体的生产过程，简单地说，就是化工产品的

加工过程，可以看成是由原料预处理过程、反应过程和反应后处理过程三个基本环节构

成的。其中，反应过程是在各种反应器中进行的，它是化工生产过程的中心环节。

乙烯

空气

氨化氮

图0」乙烯法制取氯乙烯生产过程简图

例如，乙烯法制取氯乙烯生产过程，它是以乙烯、空气和氯化氢为原料，在压力为

0.5MPa,温度为22（TC,以CuCb为催化剂等条件下反应，制取氯乙烯。

2.单元操作及分类

通常，一种化工产品的生产过程往往需要几个或数十个物理加工过程与若干个化学

反应才能实现。长期的实践与研究发现，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

的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物

料温度；分离提纯的目的都是得到指定浓度的混合物等。我们将这些包含在不同化工产

品生产过程中，发生同样的物理变化，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。

单元操作有流体流动及输送、传热、沉降、过滤、蒸发、蒸馈、吸收、干燥、结晶、

萃取等；近年来，随着新技术的应用，膜分离、吸附、超临界萃取、反应与分离偶合等

新的单元操作，也得到了越来越广泛的应用。

根据操作方式不同，单元操作可以分为连续操作和间歇操作两种方式。

根据设备中各种操作参数随时间的关系，单元操作又可分为定常操作（稳定操作）和非

定常操作（非稳定操作）两种形式。

［提问、集体讨论］

^o麴定常操作（稳定操作）和非定常操作（非稳定操作）两种形

式有什么区别？

［板书］

二、化工单元操作课程的性质、内容和任务15min

［讲述］

性质：化工技术类专业核心课程，是承前启后、由理及工的桥梁，是构造化工高等

技术应用性专门人才知识结构、素质结构与能力结构的必修课，是培养学生工程技术观

点与化工核心实践技能的重要课程。

主要内容：化学工程学科“三传一反”（质量传递、热量传递、动量传递及化学反应）

中的三传部分。

任务：使学生获得常见化工单元操作过程及设备的基础知识；使学生得到用工程技

术观点观察问题、分析问题和解决常见操作问题的训练；使学生初步树立创新意识、安

全生产意识、质量意识和环境保护意识；使学生了解新型单元操作在化工生产中的应用。

［板书］

三、单元操作计算的基本内容

42min

［讲述］

《化工单元操作》所解决的问题具有明显的工程性。

主要原因是：（1）影响因素多（物性因素、操作因素及结构因素等）；

（2）制约因素多（原材料来源、设备性能、自然条件等）；

（3）评价指标多（经济、健康、环保、安全等）；

（4）经验与理论并重.

1.物料衡算

输入系统的物料量一输出系统的物料量=系统中物料的积累量

在进行衡算时，应注意下列几点：

(1)划定范围

(2)确定基准

(3)列出方程

(4)求解方程

［举例］

【例0-1］两股物流A和B混合得到产品Co每股物流均由两个组分(代号1、2)

组成。物流A的质量流量为G/61603/h,其中组分1的质量百分数犯尸80%;物流B中

组分1的质量百分数0M=20%；要求混合后产品C中组分1的质量百分数%=40%.试求:

需要加入物流B的量Gs，kg/h；产品量G「kg/h。

解(1)按题意，画出混合过程示意图，标出各物流的箭头、已知量与未知量，用封

闭虚线框出衡算系统见下图。

(2)过程为连续定常，故取lh为衡算基

GB=?kg/h

准。WB।=20%

(3)列出衡算式：

总物料衡算GA+GB=GC,代入已知数据

GA=6160kg/h

Gc=?kg/h

得WAI=80%«CI=40%

6160+GB=GC

(A)例0-1附图

组分1的衡算式GAWAI+GBWbi=GcWg代入已知数据得

6160X0.80+GBX0.02=GcX0.04(B)

联解式(A)、式(B)得

GA=12320kg/h,Gc=18480kg/h

2.能量衡算

输入系统的能量一输出系统的能量=系统中物料的积累量

在进行衡算时，首先也要划定衡算范围、选取衡算基准、列出能量衡算方程。与物

料衡算不同的是，衡算基准除了选取时间基准或物料基准外，还需选定能量的计算基准。

3.平衡关系

一个过程所能达到的极限状态，称为平衡态。

平衡关系可以用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能够达到的极限。

(1)过程速率

过程推动力

过程速率=

过程阻力

(2)经济核算

对于设备，不仅要考虑技术先进，同时还要通过经济核算来确定最经济的设计方案,

达到技术和经济的优化。

［板书］

8min

四、单位制和单位换算

［讲述］

基本物理量的单位称为基本单位，导出物理量的单位称为导出单位。

(1)到乡对单位制

(2)3二程单位制

选用长度、力和时间为基本量，其基本单位分别为米、千克力和秒。

(3)Bl际单位制

简称为“SI”制。国际单位制规定了七个基本量及对应的基本单位，即长度一米、

质量一千克、时间一秒、电流强度一安培、热力学温度一开尔文、发光强度一坎德拉及

物质的量一摩尔，还有两个辅助单位和大量的导出单位。

2.单右Z换算

⑴-一定大小的物理量，在进行单位换算时，其数值要跟着改变，即要将原单位的

数值乘以换算因数，才可以得到新单位的数值。

(2)7『个组合形式的单位(简称组合单位)中，任何一个单独的单位要换算成

其他单位时,要连同换算因数一起换算。

3min

第四部分课后小结

1.《化，工单元操作》是化工技术类专业核心课程，主要解决工程性问题；

2.化工单元操作不同化工产品生产过程中，发生同样的物理变化，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，一般都涉及物料衡算、能量衡

算、过程速率、过程的极限及物性计算。

2min

第五部分布置作业

1.布置作业

2.预习下次课内容

教学反思

教研室主任签字累计课时

酒泉职业技术学院《化工单元操作》学习领域教案

课题学习情境--化工管路专业石油化工生产技术

班级2012级石油化工生产技术3、4班人数90

授课日期周次—

教学及参考1.朱淑艳.化工单元操作.天津大学出版社，2011教学仪器

背投、课件

资料2.陆美娟，张浩勤.化工原理.化学工业出版社.2006设备

教学地点逸夫教学楼115教室课时2

知识目标：

1.了解化工管路的概念

2.掌握化工管路的构成。

3.了解压力管道的分类、分级

能力目标：

1.能明确化工生产技术与化工单元操作的关系；

学习目标

2.会进行物料衡算和能量衡算。

素质目标：

1.踏实、认真的学习态度；

2.对所学结果进行自我评价、自我学习的能力；

3.培养分析问题、解决问题的能力；

4.明确职业岗位所处的位置，不断提升自身职业能力。

教学重点1.掌握化工管路的构成

2.掌握管子、管件和阀门规格的确定。

教学难点化工管路材质区分、管道分类

教学难点解

通过多种教学方法并用，举例让学生深入体会

决

教学方法以PPT展示、黑板讲授相结合为主，启发、提问、讨论等多种方法相结合。

教学组织及时间分配

教学组织时间分配(min)

第一部分：组织教学、清点人数2

第二部分：新课导入3

第三部分：新课讲授(具体时间分配在教学具体实

90

施过程中注明)

第四部分：课堂小结3

第五部分：布置作业2

时间分配

教学具体实施过程

及新内容

补充

第一部分：组织教学、清点人数

［组织教学、清点人数］2min

点名、查看学生上课出勤情况

［展示“复习提问”，找学生回答问题］

1.思考化工生产中化工管路起什么作用？

第二部分：新课导入

化工生产过程是靠若干个化工设备按一定顺序组合来完成，而连接各个化工设备则

是靠化工管路。在化工厂中，各种材质、长度、管径及设备所构成的化工管路，像人体3min

的血管•样，组成化工过程的“供血”管网，没有化工管路，是无法完成化工生产任务

的。

第三部分：新课讲授

［展示课件、介绍学生在本节课需要掌握的知识、能力、素养目标］

定义：化工管路一般由管子、管件、阀门、管架等组成。在化工生产中，由于管路

所输送的介质的性质和操作条件各不相同，化工管路有各种分类方法。

按管路的材质可分为金属管路和非金属管路。金属管常用的材料有铸铁、碳素钢、

合金钢和有色金属：非金属管常用的有塑料、橡胶、陶瓷、水泥等。

按输送介质的压力可分为真空管(p<0MPa)、低压管(0Wp<1.6MPa)、中压管(1.6

Wp<10MPa)、高压管(16Wp<lOOMPa)、超高压管(p>100MPa)。

按输送介质的温度可分为低温管(t<-20℃)、常温管(-10<t<200℃),高温管(t

>200℃),

按输送介质的种类可分为水管、蒸汽管、气体管、油管以及输送酸、碱、盐等腐蚀性介

质的管路。

［板书］

一、压力管道

［讲述］25min

随着化工生产的规模扩展和技术进步，对化工管路的运行条件，提出了更为苛刻的

要求。山于化工管路内的介质通常都具有一定的压力，故化工管路一般属于压力管道的

范畴。为了确保压力管道的安全运行，国务院于2003年3月11日颁布了专门法令，将

压力管道与锅炉、压力容器等一并列为涉及生命安全、危险性较大的特种设备，进一步

加强对压力管道安全运行的管理。

()压力管道概念

《特种设备监察条例》规定，压力管道是指利用一定的压力，用于输送气体或液体

的管状设备，其范围规定为最大工作压力大于或者等于O.IMPa(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等于标准沸点的

液体介质，且公称直径大于25mm的管道。

（二）压力管道的分类与分级

1.压力管道的分类

通常将压力管道分为常输管道、公用管道和工业管道三大类，化工管道属于工业管

道。

2.压力管道的分级

压力管道通常根据其危害程度实施分级安全监察。一般将压力管道按安全等级分为

GC1、GC2、GC3三级。

（三）石油化工管道的分级

石油化工管道的分级根据介质的性质和工艺条件分为5级。管道级别是压力管道设

计、施工和工程验收的基本依据，应在管道表、管道布置图和相关技术文件中分项标注。

［提问、集体讨论］

不同用途的管道其区别主要在哪？

［板书］

二、化工管路的构成

［讲述］

65min

化工管路是由不同长度的管子及不同用途的管件和阀门按照一定的排布方式连接所

组成的输送流体的系统。管件是管路连接中所用的各种零件（元件）的统称。阀门是用

于调节和控制流量的管路部件的统称。

为了便于选用、安装和维修，管子及阀门已经系列化和标准化。

（一）管子

在实际化工生产中，由于输送流体物料的性质和工艺条件的不同，用于连接设备和

输送流体物料的管子不仅要满足强度和通过物料能力的要求，还要适应耐温（高温或低

温）、耐压（高压或低压）、耐腐蚀（酸、碱）、导热等性能的要求。简单介绍常见的化工

用管的种类及用途等。

1.管子的标准

在化学工业中由于所输送流体的种类、性质和工作条件的不同，所用管子的规格和

材料是多种多样的。应当按照不同的用途从管子的系列标准中选择管子。管子和管路的

标准一样，主要有“公称直径”和“公称压力”，根据这两个基本参数，统一规定了管子

和管件的主要结构尺寸与参数，使得具有相同公称直径和公称压力的管子与管件，都可

相互配合交换使用。

1.1公称直径用符号DN表示。管子的公称直径是与管子内、外径相近的整数，

有时可能等于内径或外径。

水、煤气钢管（有缝钢管）的管子规格是以外径为标准，一般用公称直径表示（注

明是普通级还是加厚级）。例如DN100mm水煤气管（普通级），表示是公称直径为100mm,

其外径为114mm,壁厚为4mm的水、煤气管，该管在工程图纸上的尺寸标注为4>114mm

X4mm；DN100mm（加厚级），表示是公称直径为100mm,外径是114mm,壁厚则为5mm

的水、煤气管，该管在工程图纸上的尺寸标注为114mmX5mm。

无缝钢管、铜管和黄铜管的管子规格也是以外为标准，通常是以“力外径X壁厚”

的形式表示。热轧无缝钢管的外径范围32〜600mm,壁厚在3.5〜50mm之间，管长4〜

12.5m；冷拔无缝钢管的外径范围是4~150mm,壁厚在1.0〜12mm之间，管长1.5~7m。

由上述可见，同一公称直径的钢管、铜管具有相同的外径，内径随壁厚不同而不同。

1.1.1低压流体输送管

1.1.2普通无缝钢管（GB8163-87）

（1）热轧无缝钢管

（2）冷拔（冷轧）无缝钢管冷拔无缝钢管质量好，可以得到小直径管，其外

径可由6mm至200mm,壁厚由0.25~14mm,其中最小壁厚及最大壁厚均随外径增大而

增加，系列标准可参阅有关手册。

（3）热交换器用普通无缝钢管

1.2公称压力

用符号PN表示。任何管材所能承受的压力都有一定的限度。公称压力是制造和使

用管材的统一标准。管材的最大允许工作压力应等于或小于公称压力。温度越高，管材

的机械强度下降，允许的压力限度也越小。

2.管子的材料

2.1金属管

金属管在化工管路中应用极为广泛，常用的有铸铁管、钢管、有色金属管。

2.1.1铸铁管

铸铁管可分为普通铸铁管和硅铁管两大类。

普通铸铁管山灰铸铁铸造而成。铸铁中含有耐腐蚀的硅元素和微量石墨，具有较强

的耐蚀性能。通常在铸铁管内外壁面涂有沥青层，以提高其使用寿命。普通铸铁管常用

作埋入地下的给、排水管，煤气管道等。铸铁管价廉而耐腐蚀、但组织松疏，质脆强度

低，不能用于输送带压力的蒸汽、爆炸性及有毒性气体。

普通铸铁管的直径为50~。300mm,壁厚为4~7mm,管长有3m、4m、6m等系

列。

硅铁管是指含碳0.5%〜1.2%,含硅10%〜17%的铁硅合金，由于硅铁管表面能形成

坚固的氧化硅保护膜，因而具有很好的耐腐蚀性能，特别是耐多种强酸腐蚀。硅铁管硬

度高，但耐冲击和抗振动性能差。

硅铁管的直径一般为20〜30mm,壁厚10〜16mm,管长规格为150〜2000mm。

2.1.2钢管

用于制造钢管的常用材料是普通碳素钢、优质碳素钢、低质合金刚和不锈钢等。按

制造方式又可分为有缝钢管和无缝钢管。

有缝钢管又称为焊接钢管，一般由碳素钢组成。表面镀锌的有缝钢管又称镀锌管或

白口管，不镀锌的称黑铁管。有缝钢管分水、煤气钢管和钢板电焊钢管两类。水、煤气

钢管的主要特点是易于加工制造、价格低廉，但因为有焊缝而不宜用于压力较高的流体

输送，其工作温度不超过175℃,工作压力不超过1569kPao有缝钢管常用于低压流体的

输运，如水、煤气、天然气、低压蒸汽和冷凝液等。

无缝钢管是由普通碳钢、优质合金钢、合金钢、不锈钢、耐热铭钢等材料制作的，

是用棒料钢材经穿孔热轧（热轧管）和冷拔（冷拔管）制成的，分为热轧管和冷轧管两

种。2.1.3有色金属管

（1）铜管

通管有紫铜管和黄铜管两种。紫铜管的含铜量为99.5%〜99.9%。黄铜管材料则为铜

和锌的合金。铜管的常用规格为：外径@5〜<H55mm,长度1〜6m,壁厚1〜3mm.

铜管导热性能好，大多用于制造换热设备、深冷管路，也常用作仪表测量管和液压

传输管路。

(2)铝及铝合金

铝管常用1060、1050A、1035、1200等工业纯铝制造。铝合金管则多采用5A02、

5A03、5A05、5A06、3A21>2A11,2A12,等制成。由于铝及铝合金具有良好的耐腐蚀性

和导热性，常用于输送脂肪酸、硫化氢、二氧化碳气体等介质，还可用于输送硝酸、醋

酸、磷酸等腐蚀性介质，但不能用于盐酸、碱液等含氯离子的化合物。铝及铝合金管的

使用温度一般不超过150℃,介质压力不超过0.6MPa。铝制造的管子，由于其导热能力

强，质量轻，有较好的耐酸性，也可用于制作换热器的列管；小直径的铝管可代替铜管

传送有压流体。

(3)铅管

常用铅管有软铅管和硬铅管两种。软铅管用Pb2、Pb3、Pb4、Pb5等含铅量在99.95%

以上的纯铅制成，最常用的是Pb4铅管。硬铅管山睇铅合金制成，最常用的是PbSb4和

PbSb6铅管。铅管硬度小、重度大，具有良好的耐蚀性，在化工生产中主要用于输送浓

度在70%以下的冷硫酸，浓度40%以下的热硫酸和浓度10%以下的冷盐酸。由于铅的强

度和熔点都较低，故使用温度一般不得超过140℃o

铅管的优点是成本低，缺点是机械强度差、笨重且性软，不可用于浓盐酸、硝酸、

次氯酸、高钵酸盐类等介质的输送。

2.2非金属管

2.2.1塑料管

2.2.2陶瓷管

2.2.3橡胶管

2.2.4玻璃钢管

2.2.5玻璃管

3.管子的选择

①当需要输送有毒、易燃易爆、强腐蚀性流体或用于制作高温换热器、蒸发器、裂

解炉等化工设备内部的管子时，可选用无缝钢管。

②当需要输送水、煤气、暖气、压缩空气、低压蒸汽以及无腐蚀性的流体时可选用

由低碳钢焊接而成的有缝钢管.

③化工厂内的给水总管，煤气管及污水管等，某些用来输送碱液及浓硫酸的管道可

使用铸铁管。

④对于输送稀硫酸、稀盐酸、60%以下的氢氟酸、80%以下的醋酸及干或湿的二氧

化硫气体的管路，可选用铅管来输送。

⑤对于浓硝酸、浓硫酸、甲酸、醋酸、硫化氢及二氧化碳等酸性介质的输送管路，

可以选择铝管。

⑥对于常压、常温下酸、碱液的输送，蒸储水或去离子水的输送，可选用塑料管，

以避免污染。

(二)常用管件

管件主要用来连接管子以达到延长管路、改变流向、分支或合流等目的。部分最基

本的管件如图所示。

1.弯头

弯头的作用主要是用来改变管路的走向。弯头可用直管弯曲而成，也可用管子组焊，

还可用铸造或锻造的方法制造。弯头的常用材料为碳钢和合金钢。弯头的形状常有45

度、60度、90度、180度回弯头等。

2.三通

当管路之间需要来连通或分流时，其接头处的管件称为三通。三通可用铸造或锻造

方法制造，也可组焊完而成。根据接入管的角度和旁路管径的不同，可分为正三通、斜

三通。接头处的管径除三通外，还有四通、Y形管等，有时也用来改变流向，多余的一

个通道接头用管帽或盲板封上，在需要时打开再连接一条支管。

3.短管和异径管

为了安装、拆卸的方便，在化工管道中通常装有短管。短管两端面直径相同的叫等

径管，两端面直径不同的叫异径管。异径管可改变流体的流速。短管与管子的连通常采

用法兰或螺纹连接方式，也可采用焊接。

4.法兰与盲板

为了管路安装和检修的需要，管路中需装设管道法兰。管法兰已标准化，使用时可

根据公称压力和公称直径选取。

通常管路的末端装有法兰盖（实心法兰），以便于检修和清理管路。法兰盖与法兰尺

寸相同，材质有铸铁和钢铁两种。

（三）常用阀门

阀门是用来启闭管内流体（截断或沟通管内流体的流动）、调节流体流动（改变管路

阻力，调节流体的流动）和产生节流效应（流体流过阀门后，可产生较大的压力降）的

部件，常用的阀门有下列几种。

1.闸阀

2.截止阀

3.止回阀

4.旋塞

5.球阀

6.隔膜阀

7.蝶阀

8.节流阀

9.阀门的选用原则3min

第四部分课后小结

1.《化工单元操作》是化工技术类专业核心课程，主要解决工程性问题；

2.化工单元操作不同化工产品生产过程中，发生同样的物理变化，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，一般都涉及物料衡算、能量衡

算、过程速率、过程的极限及物性计算。

第五部分布置作业2min

1.布置作业

2.预习下次课内容

教学反思

教研室主任签字累计课时

酒泉职业技术学院《化工单元操作》学习领域教案

课题学习情境--化工管路专业石油化工生产技术

班级2012级石油化工生产技术3、4班人数90

授课日期周次二

教学及参考1.朱淑艳.化工单元操作.天津大学出版社，2011教学仪器

背投、课件

资料2.陆美娟，张浩勤.化工原理.化学工业出版社.2006设备

教学地点逸夫教学楼115教室课时2

知识目标：

1.了解化工管路中常用的管件

2.了解化工管路中常用的阀门

能力目标：

1.掌握化工管路的连接方式及其特点

学习目标2.掌握管道直径的计算

素质目标：

1.踏实、认真的学习态度；

2.对所学结果进行自我评价、自我学习的能力；

3.培养分析问题、解决问题的能力；

4.明确职业岗位所处的位置，不断提升自身职业能力。

教学重点1.掌握管道直径的计算

2.管子、管件和阀门选取安装

教学难点管子、管件和阀门的规格的确定

教学难点解

通过多种教学方法并用，举例让学生深入体会

决

教学方法以PPT展示、黑板讲授相结合为主，启发、提问、讨论等多种方法相结合。

教学组织及时间分配

教学组织时间分配(min)

第一部分：组织教学、清点人数2

第二部分：新课导入3

第三部分：新课讲授(具体时间分配在教学具体实90

施过程中注明）

第四部分：课堂小结3

第五部分：布置作业2

时间分配

教学具体实施过程

及新内容

补充

第一部分：组织教学、清点人数

［组织教学、清点人数］2min

点名、查看学生上课出勤情况

［展示“复习提问”，找学生回答问题］

1.化工管路作用，阀门种类有哪些？

第二部分：新课导入

离心泵是3min

第三部分：新课讲授

［展示课件、介绍学生在本节课需要掌握的知识、能力、素养目标］

［板书］

二、管路的连接

［讲述］30min

管路的连接包括管子与管子的连接、管子于各种管件、阀门的连接，还包括设备接

口处等的连接。管路连接的常用方法有焊接、法兰连接、螺纹连接、承插连接等方式。

1.焊接连接

适用于有压管道及真空管道，视管径和壁厚的不同选用电焊或气焊。这种连接方式

简单、牢固且严密，多用于无缝钢管，有色金属管的连接。

焊接连接属于不可拆连接方式。采用焊接连接密封性能好、结构简单、连接强度高,

可适用于承受各种压力和温度的管道上，故在化工生产中得到广泛应用。

在化工管路中常用的焊接方法有电焊、气焊、钎焊等。此外，塑料管也经常使用热

熔接。

法兰连接是管路中应用最多的可拆连接方式。法兰连接强度高、拆卸方便、适应范

围广，广泛应用于大管径、耐温耐压与密封性要求高的管路连接以及管路与设备的连接。

在法兰连接中，法兰盘与管子的连接方法多种多样，常用的有整体式法兰、活套式

法兰和介于两者之间的平焊法兰等。根据介质压力大小和密封性能的要求，法兰密封面

有平面、凹凸面、木槽面、锥面等形式。密封垫的材质有非金属垫片、金属垫片和各种

组合式垫片等可供选择。

管道法兰设计、制造已标准化，需要时可根据公称压力和公称直径、材料和密封要

求选用选取。

3.螺纹连接

螺纹连接是通过内外管螺纹拧紧而实现的，螺纹连接的管子两端都加工有外螺纹，

通过加工有内螺纹的连接件、管件或阀门相连接。常用的螺纹连接有三种形式。

(1)内牙管连接

(2)外牙管连接

(3)活管接连接

4.承插式连接

在化工管路中，承插连接适用于压力不大，密封性能不高的场合。常用作铸铁水管

的连接方式，也可用作陶瓷管、塑料管、玻璃管等金属管路的连接。

承插连接时，在插口和承口接头处留有一定的轴间间隙，一边与补偿管路受热后的

伸长。为了增加承插连接的密封性，在承插和插口之间的环形间隙中，应填充油麻绳或

石棉水泥等填料，在填料外面的接口处涂一层沥青防腐层，以增加抗腐性。适用于埋地

或沿墙敷设的低压给水、排水管，如铸铁管、陶瓷管、石棉水泥管等，采用石棉水泥、

沥青玛琰脂、水泥砂浆等作为封口。

［提问、集体讨论］

^o因各种连接方法选用区别和联系？

［板书］

三、管径选择与壁厚确定

［讲述］30min

输送管路的直径d与流量Vs和流速u有关。管子直径的求取公式为：

,I4K

d=J--

V7UI

式中Vs--被输送流体的体积流量，m3/s;

u——流体的平均流速，m/so

(一)流量与流速

1.流量

(1)体积流量(Vs)

流体的体积流量是单位时间内流经管道任意截面的流体体积，以Vs表示，单位为n?/s或

m3/ho

(2)质量流量(Ws)

质量流量。是单位时间内流经管道任意截面的流体质量，称为质量流量，以Ws

表示，单位为kg/s或kg/h。

(3)体积流量与质量流量的关系为匕=匕。

流体的密度是一个重要参数，作为化工从业人员必须掌握密度数据的确定方法及影

响因素。

2.流速

(1)平均流速流速是指单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。实验

发现，流体质点在管道截面上各点的流速并不一致，而是形成某种分布。在工程计算中，

为简便起见，常常希望用平均流速表征流体在该截面的流速。定义平均流速为流体的体

积流量与管道截面积之比，即

A

单位为m/s。习惯上，平均流速简称为流速。

(2)质量流速单位时间内流经管道单位截面积的流体质量，称为质量流速，以

G表示，单位为kg/(m2,s)»

(3)质量流速与流速的关系为

G=----=------=up

AA

3.流量与流速的关系为

%=VsP=U^P=G4

(二)管子直径的影响因素分析及确定

1.讨论当生产任务一定时，即被输流体的体积流量Vs一定时，流速u增加，管道

直径d减小，管路安装的设备投资减小，这是有利的一面。但流速u增加会导致管路系统

中流体流动阻力增加，输送流体所需的动力消耗增加，操作费用增加。为什么？原因将

在以后分析中得出。

适宜流速是指使管路系统的操作费用和设备折旧费用之和为最小时的流速。工程上

的最适宜流速通常是根据经济核算后决定的。

设计时通常可根据适宜流速范围的经验数据选用。例如水及低粘度液体的适宜流速

范围为L5〜3.0m/s,一般常用气体流速范围为10〜20m/s,而饱和蒸气流速为20〜40m/s

等。

2.管道直径的确定步骤

(1)根据流体的种类、性质、压力等在适宜流速范围内，选取一个流速；

(2)将索选取的流速代入公式计算管道的直径d;

(3)由计算出的d,根据管子规格，将管子圆整成标准管径。

-d2

4

［举例］

例1-2有一通风管道输送120kPa(绝压)、30℃、质量流量为600kg/h的空气。若选用

流速为15m/s,试计算其管内径和选择适宜的管子规格，并计算管内的实际流速和质量流

量。

解由给定的输送条件，可视空气为理想气体。已知p=120kPa,Ws=-^-kg/s,

3600

T=303K，R=8314J/(kmol.k),M=29kg/kmol,所以空气的体积流量为

600

山…——x8314x303

WsRT36003

Vs=-------=包四——z----------=0.1206/?:/s

PM120x1()3x29

〜入0.1206

由式(1-10)得d=J—―=J------------=0.1012m

V0.785wV0.785X15

对低压空气，可选用附录十七中的低压流体输送用焊接钢管，公称直径

历)不镀锌的普通管，其外径为114.0mm,壁厚4.0mm,则该管实际内径为

114.0-2x4.0=106mm,此时

管内的实际流速"=1'八、M2=\3.7m/S

㈤20.785X0.1062

4

600

管内的质量流量G=-=—360O—y=18.泌g/(〃?2・s)

A0.785X0.1062

(三)管子壁厚计算与选用

当管道输送流体介质时，通常管内介质具有一定压力，因而要求必须具有足够的厚

度，以保证管道系统的安全运行。承受介质压力的圆管，受力情况相当于内压圆筒，其

壁厚可参照第四章“压力容器”中内压圆筒厚度计算公式确定

1.管子计算厚度

PcDi

2［型)-Pc

2.管子壁厚选取

管子的计算厚度是满足承受介质压力的强度要求所必须的，在确定管壁厚度时，还

要考虑介质腐蚀和管子制造偏差可能造成的管壁厚度减少的情况，故需要在计算厚度的

基础上加上厚度附加量，并据此按钢管规格标准选取管子厚度。

［板书］

四、化工管路的布置与安装

1讲述］

(-)从安装、检修、操作等方面考虑

1.在安装时除了下水道、上水总管利煤气管以外，管路铺设应尽可能采用明线，便

于安装检修和安全操作，还可以节约基建费用。

2.在安装时并列管路上的管件和阀门应互相错开，避免在检修及操作时的不方便。20min

并列管路上安装手轮操作的阀门时，手轮间距约100mm。

3.在安装时车间内的管路应尽可能沿厂房墙壁安装，管架可以固定在墙上，或沿天

花板及平台安装。在露天的生产装置，管路可沿挂架或吊架安装。管与管之间和管与墙

之间的距离以能容纳活动接头或法兰以及便于检修为宜，管与墙、柱边或管架支柱之间

的净空距离不小于100mm为宜。中压管与管之间的距离保持在40〜60mm,高压管与管

之间的距离保持在70〜90之间。具体数据可参阅表1-10。

管与墙的安装距离

公称直径/mm25405080100125150

管中心与墙距离/mm120150170170190210230

4.在安装时管路的倾斜度通常为3/1000〜5/1000,对含有固体结晶或颗粒较大的物料管

应大于等于1%。

5.在安装时为了便于区别各种类型的管路，应在管路的保护层或保温层表面涂以颜色加

以区别。

6.一般上下水管及废水管适宜埋地铺设，埋地管路的安装深度，在冬季结冰地区，应

在当地冰冻线以下。

（二）从保障操作与人身安全考虑

1.输送流体的管路，特别是输送腐蚀性介质的管路，为防止因滴漏而造成对人体的伤害,

在穿越通道时，不得装设各种管件、阀门以及可拆卸连接。

2.铺设各种管路离地面的高度应便于检修，通过路、桥的高度应按标准执行，如通过人

行横道时，不得小于2m；通过公路不得小于4.5m；通过铁路与轻轨距离不得小于6m；

通过工厂主要交通干线，一般高度为5m。

3.管路的跨距（两支座之间的距离）一般不得超过下规定。

管子内径/mm507610012515020025030040(

跨距/m3.04.04.55.06.07.08.09.09.0

4.输送腐蚀性介质的管路与其他管路并列时，两者应保持一定距离，而且其位置应略低

一些，以免发生滴漏时影响其他管路，或采用如图1-19所示的三角支架。

三角支架安装法

5.物料流动时常有静电产生而是管路成为带电体，为了防止静电积累，必须将管路可靠

接地。在输送易燃易爆（如醇类、液体烧类等）物料时，更要如此，避免发生事故。

6.在温差变化较大的管路中，应考虑到热胀冷缩，以免产生热应力，造成管路弯曲或破

裂。一般情况，管路温度在335K以上时，就应当考虑安装伸缩器以解决冷热变形的补

偿问题，伸缩器又名补偿器，型式较多，如图所示的凸面式补偿器，结构紧凑，但补偿

能力有限，应用较少。填料函式补偿器结构紧凑，又具有相当大的补偿能力（通常可达

200mm以上），但轴向力大，填料需经常维修，介质可能泄漏，安装要求也高，只在铸

铁和陶瓷等管路中使用。如中国北方的城市供暖系统中有的地方设计成如图-型，就是一

种防止温差较大时产生应力的一种补偿器。

（三）从降低成本考虑

1.各种管路铺设忖要尽量走直线，少拐弯，少交叉，以减少阻力。

2.各种管路应集中铺设，这样可以共同利用管架，降低基建费用。当穿过墙壁时，墙壁

上应开预留孔，过墙时，管外最好加套管，套管与管子之间的环隙内应充满填料；管路

穿过楼板时最好也这样。

3.平行管路的排列应考虑管路互相的影响。在垂直排列时，输气的在上，输液的在下；

热介质管路在上，冷介质管路在下，这样，减少热管路对冷管路的影响；高压管路上，

低压管路在下；无腐蚀性介质管路在上，有腐蚀性介质在下，以免腐蚀性介质滴漏时影

响其他管路。在水平排列时，高压管路靠近墙壁，低压管路在外；不常检修的靠墙柱，

检修频繁的在外；振动大的要靠管架或墙。

管路安装完毕后，应按规定进行强度和气密性试验。未经试验合格，焊接及连接处不得

涂漆及保温。为防止管路中有杂质而引起事故发生，管路在第一次使用前须用压缩空气

或惰性气体进行吹扫，以除去管中的杂质。

［板书］

五、管路的常见故障及排除方法

［讲述］

在化工企业中，管路担负着来连接设备、输送介质的重任，为了保护生产的正常运

行，对管路的精心维护，及时发现故障，排除故障，显得十分重要。

II常维护的主要任务有：认真做好II常巡回检查，准确判断管内介质的流动情况和1Omin

管件工作状态；适时做好管路的防腐和防护工作，定期检查管路的保温设施是否完好；

及时排放管路的油污、积水和冷凝液，及时清洗沉淀物和疏通堵塞部位，定期检查和测

试高压管路；定期检查管路的腐蚀和磨损情况：检查管路的振动情况：察看管架有无松

动；检查管各个接口处是否有泄漏现象；检查各活动部件的润滑情况；对管路安全装置

进行定期检查和校验调整。

1.连接处泄露

2管.道填塞

3管.道弯曲

4.阀门故障及排除

第四部分课后小结

管路的连接包括管子与管子的连接、管子于各种管件、阀门的连接，还包括设备接

U处等的连接。管路连接的常用方法有焊接、法兰连接、螺纹连接、承插连接等方式。

管路布置安装是化工厂设计的关键。

第五部分布置作业3min

1.布置作业

2.预习下次课内容

2min

教学反思

教研室主任签字累计课时

酒泉职业技术学院《化工单元操作》学习领域教案

学习情境二流体输送过程概述

课题专业石油化工生产技术

任务一、流体内部两点间的压强差及储罐液位测量

班级2012级石油化工生产技术3、4班人数90

授课日期周次

教学及参考1.朱淑艳.化工单元操作.天津大学出版社，2011教学仪器

背投、课件

资料2.陆美娟，张浩勤.化工原理.化学工业出版社.2006设备

教学地点逸夫教学楼115教室课时2

知识目标：

1.掌握液体压强的计算方法

2.掌握流体静力学方程

能力目标：