簡(jiǎn)介:精餾單元操作技術(shù),王保玉MP15238726971EMAILWANGBAOYU2006SINACOM,項(xiàng)目整體概述,某公司乙醇回收車(chē)間,要從20的乙醇水溶液中回收乙醇,原料最大處理量為20L/H,要求回收乙醇的濃度達(dá)90(質(zhì)量)以上。任務(wù)1酒精回收提純初步方案的制定;任務(wù)2酒精蒸餾回收工藝條件的確定;任務(wù)3酒精回收的仿真操作;任務(wù)4酒精回收操作規(guī)程的編制;任務(wù)5酒精回收的操作;任務(wù)6酒精回收操作中異?,F(xiàn)象的判別及處理。,項(xiàng)目目標(biāo)設(shè)計(jì),,考核方案設(shè)計(jì),酒精回收提純初步方案的制定,蒸餾概述蒸餾是分離液體均相混合物最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的典型單元操作。它是通過(guò)加熱造成汽液兩相體系,利用混合物中各組分揮發(fā)性不同而達(dá)到分離的目的。混合物中揮發(fā)能力高的組分稱(chēng)為易揮發(fā)組分或輕組分,把揮發(fā)能力低的組分稱(chēng)為難揮發(fā)組分或重組分。,蒸餾操作的分類(lèi),精餾過(guò)程示意圖,板式塔,板式塔塔內(nèi)沿塔高裝有若干層塔板,相鄰兩板有一定的間隔距離。塔內(nèi)氣、液兩相在塔板上互相接觸,進(jìn)行傳熱和傳質(zhì),屬于逐級(jí)接觸式塔設(shè)備。板式塔的結(jié)構(gòu)1塔體;2塔板;3溢流堰;4受液盤(pán);5降液管,板式塔的工作原理,操作時(shí),塔內(nèi)液體依靠重力作用,自上而下流經(jīng)各層塔板,并在每層塔板上保持一定的液層,最后由塔底排出。氣體則在壓力差的推動(dòng)下,自下而上穿過(guò)各層塔板上的液層,在液層中氣液兩相密切而充分的接觸,進(jìn)行傳質(zhì)傳熱,最后由塔頂排出。在塔中,使兩相呈逆流流動(dòng),以提供最大的傳質(zhì)推動(dòng)力。,板式塔的類(lèi)型,板式塔的特點(diǎn),典型的溢流塔板,泡罩塔每層塔板上開(kāi)有圓形孔,孔上焊有若干短管作為升氣管。升氣管高出液面,故板上液體不會(huì)從中漏下。升氣管上蓋有泡罩,其下部周邊開(kāi)有許多齒縫。,典型的溢流塔板,篩板塔在塔板上開(kāi)有許多均勻分布的篩孔,其結(jié)構(gòu)如圖所示,篩孔在塔板上作正三角形排列,孔徑一般為3~8MM,孔心距與孔徑之比常在25~40范圍內(nèi)。板上設(shè)置溢流堰,以使板上維持一定深度的液層。,典型的溢流塔板,浮閥塔閥片可隨氣速變化而升降。閥片上裝有限位的三條腿,插入閥孔后將閥腿底腳旋轉(zhuǎn)90°,限制操作時(shí)閥片在板上升起的最大高度,使閥片不被氣體吹走。閥片周邊沖出幾個(gè)略向下彎的定距片。浮閥的類(lèi)型很多,常用的有F1型、V4型及T型等。,F1型,V4型,T型,典型的溢流塔板,舌形塔板在塔板上開(kāi)出許多舌型孔,向塔板液流出口處張開(kāi),張角20°左右。舌片與板面成一定的角度,按一定規(guī)律排布,塔板出口不設(shè)溢流堰,降液管面積也比一般塔板大些。浮舌塔板將固定舌片用可上下浮動(dòng)的舌片替代。,舌形塔板,浮舌塔板,典型的溢流塔板,斜孔塔板在塔板上沖有一定形狀的斜孔,斜孔開(kāi)口方向與液流方向垂直,相鄰兩排斜孔的開(kāi)口方向相反。,典型的溢流塔板,網(wǎng)孔塔板在塔板上沖壓出許多網(wǎng)狀定向切口,網(wǎng)孔的開(kāi)口方向與塔板水平夾角約為30°,有效張口高度為2~5MM,如圖所示。,,,常見(jiàn)塔板的性能比較,除沫裝置,除沫器安裝在塔頂,其作用是分離塔頂氣體中夾帶的液滴,保證塔頂餾出產(chǎn)品的質(zhì)量。常用的除沫器有折板形、絲網(wǎng)形和旋流形。其中絲網(wǎng)除沫器應(yīng)用最廣泛。,防渦器,塔底液體流出時(shí),若帶有漩渦則會(huì)將油氣帶入與塔底相連的泵內(nèi),使泵發(fā)生抽空現(xiàn)象。為此塔底大多設(shè)有防渦器。,容器接管,化工容器的接管是連接容器與工藝管線(xiàn)的附件,還可以安裝測(cè)量?jī)x表,設(shè)置分析取樣口。,,作業(yè),理論作業(yè)課后作業(yè)實(shí)踐作業(yè)認(rèn)真觀察化工單元操作實(shí)訓(xùn)室中的精餾塔,用本次課學(xué)習(xí)的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)描述我們的精餾塔,并繪制出精餾塔的結(jié)構(gòu)示意圖。,
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簡(jiǎn)介:2024/3/18,緒論,,,,2024/3/18,第一章化學(xué)工業(yè)與化學(xué)工程,4、20世紀(jì)初,合成氨技術(shù)的問(wèn)世,標(biāo)志著化學(xué)工業(yè)發(fā)展到一個(gè)新階段。,,,,,?1化學(xué)工業(yè)發(fā)展概況,1、公元前2000多年前,最早化學(xué)工藝為制陶、冶煉、釀造、漂染、揉革等,規(guī)模小、技術(shù)簡(jiǎn)單,作坊式生產(chǎn)。,2、18世紀(jì)中期,紡織業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化,出現(xiàn)以食鹽和硫酸為原料制純堿的路布蘭法里程碑,11化學(xué)工業(yè)概述,3、19世紀(jì)中葉,出現(xiàn)了氨堿法制堿的索爾維法。隨后,電解法制堿問(wèn)世,,5、20世紀(jì)初汽油的需求量增大,促進(jìn)了煉油技術(shù)發(fā)展,重整、裂解等工藝的開(kāi)發(fā),提供了豐富的基本有機(jī)化工原料。,2024/3/18,7、20世紀(jì)80年代以來(lái),化工產(chǎn)品品種多樣化、功能化、精細(xì)化成為化學(xué)工業(yè)的起點(diǎn),化學(xué)工業(yè)由發(fā)展基礎(chǔ)化工轉(zhuǎn)向重點(diǎn)發(fā)展精細(xì)化工。,,,,,?1化學(xué)工業(yè)發(fā)展概況,6、20世紀(jì)中葉,塑料、合成纖維、合成橡膠三大合成材料的原料幾乎全部來(lái)自石油化工。引發(fā)了化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革,帶動(dòng)了精細(xì)化工的發(fā)展。,12我國(guó)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步,13化學(xué)工業(yè)分類(lèi),產(chǎn)物組成無(wú)機(jī)化學(xué)工業(yè)、有機(jī)化學(xué)工業(yè),原料資源煤炭化學(xué)工業(yè)、石油化學(xué)工業(yè)、農(nóng)產(chǎn)化學(xué)工業(yè),世界上產(chǎn)品的性質(zhì)、用途及加工過(guò)程相似原則,我國(guó)行業(yè)劃分、產(chǎn)品劃分P4,2024/3/18,1、特點(diǎn),,,,,?1化學(xué)工業(yè)發(fā)展概況,14化學(xué)工業(yè)的特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì),2、現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì),A、生產(chǎn)規(guī)模大型化,B、原料的生產(chǎn)方法的多樣化,C、產(chǎn)品的精細(xì)化和專(zhuān)業(yè)化,A、與人類(lèi)的生存和發(fā)展息息相關(guān),人口增長(zhǎng)、環(huán)境污染和能源短缺三大挑戰(zhàn),B、原料路線(xiàn)、工藝路線(xiàn)和產(chǎn)品品種的多樣性,C、技術(shù)密集型和能源密集型,D、生產(chǎn)過(guò)程的節(jié)能與綠色化,2024/3/18,?2化學(xué)工程基礎(chǔ)課程簡(jiǎn)介,化學(xué)反應(yīng)和若干個(gè)單元操作串聯(lián)而成化學(xué)工程基礎(chǔ)研究各個(gè)獨(dú)立的單元操作,,,,,化學(xué)工程的研究對(duì)象單元操作(UNITOPERATIONS)1單元操作的概念,原料的預(yù)處理進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物的分離與提純,單元操作,原料的預(yù)處理反應(yīng)產(chǎn)物的分離與提純,化工生產(chǎn)中共有的物理操作,2024/3/18,2)單元操作的特點(diǎn)①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(zhì),并不改變化學(xué)性質(zhì)。②單元操作是化工生產(chǎn)過(guò)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(chēng)與排列順序不同。③單元操作作用于不同的化工過(guò)程時(shí),基本原理相同,所用的設(shè)備也是通用的。,,,,2024/3/18,,,,,,3)單元操作的分類(lèi)根據(jù)單元操作所遵循的基本規(guī)律,分為三類(lèi)(三傳)流體動(dòng)力過(guò)程,遵循流體動(dòng)力基本規(guī)律,用動(dòng)量傳遞理論研究,如流體輸送、沉降、過(guò)濾、固體流態(tài)化,熱過(guò)程,遵循傳熱基本規(guī)律,用熱量傳遞理論研究,如傳熱、冷凝、蒸發(fā)等,傳質(zhì)過(guò)程,遵循傳質(zhì)基本規(guī)律,用質(zhì)量傳遞理論研究,如蒸餾、吸收、萃取、結(jié)晶、干燥等,2024/3/18,2化學(xué)工程原理學(xué)科性質(zhì)與研究方法,1)學(xué)科性質(zhì)工程學(xué)科用自然科學(xué)的基本原理來(lái)分析和處理化工生產(chǎn)中的物理過(guò)程2)研究方法工程方法因次分析法數(shù)學(xué)模型法參數(shù)綜合法當(dāng)量法類(lèi)比法,,,,直管湍流阻力雙膜模型的建立過(guò)濾常數(shù)當(dāng)量直徑、當(dāng)量長(zhǎng)度等動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳遞的類(lèi)似律,2024/3/18,3化學(xué)工程原理的學(xué)習(xí)方法發(fā)展如何根據(jù)某個(gè)物理或物理化學(xué)原理開(kāi)發(fā)成為一個(gè)單元操作,尋本求源。選擇為了達(dá)到或?qū)崿F(xiàn)某一工程目的,能否對(duì)過(guò)程和設(shè)備作合理的選擇和組合。,設(shè)計(jì)對(duì)已掌握了性能的過(guò)程和設(shè)備作直接的設(shè)計(jì)計(jì)算以及對(duì)性能不十分掌握的過(guò)程和設(shè)備通過(guò)必要的試驗(yàn),測(cè)取設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),做逐級(jí)放大。操作如何根據(jù)基本原理發(fā)現(xiàn)操作上可能出現(xiàn)的各種不正?,F(xiàn)象,尋找其原因及可能采取的調(diào)節(jié)措施。,2024/3/18,?3化學(xué)工程處理問(wèn)題的方法,物料衡算依據(jù)質(zhì)量守恒定律輸入系統(tǒng)的物料質(zhì)量等于從系統(tǒng)輸出的物料質(zhì)量和系統(tǒng)中積累的物料質(zhì)量。,物料衡算的通式,2024/3/18,定態(tài)過(guò)程,積累為零。則,,,,衡算的系統(tǒng),,整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程某一設(shè)備,系統(tǒng)中的所有物料某一個(gè)組分,衡算的對(duì)象,,例,2024/3/18,,,,例在兩個(gè)蒸發(fā)器中,每小時(shí)將5000KG的無(wú)機(jī)鹽水溶液從12%(質(zhì)量%)濃縮到30。第二蒸發(fā)器比第一蒸發(fā)器多蒸出5的水分。試求(1)各蒸發(fā)器每小時(shí)蒸出水分的量;(2)第一蒸發(fā)器送出的溶液濃度。,解首先畫(huà)一個(gè)流程圖表示進(jìn)行的過(guò)程用方框表示設(shè)備,輸入輸出設(shè)備的物流方向用箭頭表示。,劃定衡算的范圍為求各蒸發(fā)器蒸發(fā)的水量,以整個(gè)流程為衡算范圍,用一圈封閉的虛線(xiàn)畫(huà)出。,2024/3/18,,,選擇衡算基準(zhǔn)(連續(xù)操作以單位時(shí)間為基準(zhǔn),間歇操作以一批操作為基準(zhǔn))由于連續(xù)操作,以1小時(shí)為基準(zhǔn)。,,,2024/3/18,確定衡算對(duì)象此題中有兩個(gè)未知數(shù),蒸發(fā)的水量及送出的NAOH溶液量B,因此,我們就以不同衡算對(duì)象列出兩個(gè)衡算式。對(duì)鹽作物料衡算,對(duì)總物料作衡算,代入已知數(shù)據(jù),得,由題意知,2024/3/18,求第一個(gè)蒸發(fā)器送出的溶液濃度,選擇第一個(gè)蒸發(fā)器為衡算范圍。,對(duì)鹽作物料衡算,對(duì)總物料作衡算,代入已知數(shù)據(jù),得,解得,2024/3/18,2.熱量衡算,依據(jù)能量守恒定律,即任何時(shí)間內(nèi)輸入系統(tǒng)的總熱量等于系統(tǒng)輸出的總熱量與損失的熱量之和。,熱量衡算通式,或?qū)懗?2024/3/18,熱量衡算的基本方法與物料衡算的方法相同,也必須首先劃定衡算范圍及衡算基準(zhǔn)。,此外應(yīng)注意焓是相對(duì)值,因此必須指明基準(zhǔn)溫度,習(xí)慣上選0℃為基準(zhǔn)溫度,并規(guī)定0℃時(shí)液態(tài)的焓值為零。,3過(guò)程的平衡和速率,①平衡問(wèn)題過(guò)程的平衡問(wèn)題是說(shuō)明過(guò)程進(jìn)行的方向和所能達(dá)到的極限。平衡是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程。,例,2024/3/18,②速率,過(guò)程的速率表示為過(guò)程的速率=推動(dòng)力/阻力推動(dòng)力過(guò)程所處的狀態(tài)與平衡狀態(tài)的距離,阻力過(guò)程的阻力是各種因素對(duì)速率影響的總的體現(xiàn)。,過(guò)程的速率是指過(guò)程由不平衡到平衡進(jìn)行的快慢。,2024/3/18,例在換熱器里將平均比熱為356KJ/(KG℃)的某溶液自25℃加熱到80℃,溶液流量為10KG/S,加熱介質(zhì)為120℃的飽和水蒸氣,其消耗量為0095KG/S,蒸氣冷凝成同溫度的飽和水排出。試計(jì)算此換熱器的熱損失占水蒸氣所提供熱量的百分?jǐn)?shù)。,解根據(jù)題意畫(huà)出流程圖,,2024/3/18,基準(zhǔn)1S在圖中虛線(xiàn)范圍內(nèi)作熱量衡算從附錄查出120℃飽和水蒸氣的焓值為2789KJ/KG,120℃飽和水的焓值為50367KJ/KG。,在此系統(tǒng)中輸入的熱量,蒸氣帶入的熱量,溶液帶入的熱量,輸出的熱量,2024/3/18,冷凝水帶出的熱量,,溶液帶出的熱量,,,根據(jù)能量衡算式,有,,熱量損失的百分?jǐn)?shù),2024/3/18,三、單位及單位制1單位及單位基本量任意選定的幾個(gè)獨(dú)立的物理量如長(zhǎng)度,時(shí)間等?;締挝桓鶕?jù)使用方便的原則制定的基本量的單位。導(dǎo)出量根據(jù)物理量與基本量之間的關(guān)系來(lái)確定的量。導(dǎo)出單位導(dǎo)出量的單位稱(chēng)為導(dǎo)出單位,均由基本單位相乘、除而構(gòu)成的。單位制基本單位與導(dǎo)出單位的總和。,2024/3/18,物理單位制基本單位長(zhǎng)度CM/M質(zhì)量G/KG時(shí)間S工程單位制基本單位長(zhǎng)度CM力KGF時(shí)間SSI單位制基本單位有7個(gè),化工中常用的有5個(gè)長(zhǎng)度M、質(zhì)量KG、時(shí)間S、溫度K、物質(zhì)量MOL2.單位衡算已知1ATM1033KGF/CM2,將其換算成N/M2。按題意需將KGF/CM2中的單位換算成N,CM2換算成M2,查附錄1換算關(guān)系為,2024/3/18,1KGF981N,1CM001M上述關(guān)系代入,得,3.單位的正確運(yùn)用理論公式根據(jù)物理規(guī)律建立的,反映各有關(guān)物理量之間的關(guān)系,又叫物理方程。具有單位一致性,只要采用同一單位制的單位來(lái)表示各物理量即可。,2024/3/18,經(jīng)驗(yàn)公式根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果整理出來(lái)的,反映各有關(guān)物理量的數(shù)字之間的關(guān)系,又叫數(shù)字公式。公式中所用的單位一般都是指定的,在計(jì)算中只要將數(shù)字代入,算出結(jié)果,然后加上規(guī)定的單位就行了。,
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