簡介:精餾單元操作技術,王保玉MP15238726971EMAILWANGBAOYU2006SINACOM,項目整體概述,某公司乙醇回收車間,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90(質量)以上。任務1酒精回收提純初步方案的制定;任務2酒精蒸餾回收工藝條件的確定;任務3酒精回收的仿真操作;任務4酒精回收操作規(guī)程的編制;任務5酒精回收的操作;任務6酒精回收操作中異?,F象的判別及處理。,項目目標設計,,考核方案設計,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現工業(yè)化的典型單元操作。它是通過加熱造成汽液兩相體系,利用混合物中各組分揮發(fā)性不同而達到分離的目的?;旌衔镏袚]發(fā)能力高的組分稱為易揮發(fā)組分或輕組分,把揮發(fā)能力低的組分稱為難揮發(fā)組分或重組分。,蒸餾操作的分類,精餾過程示意圖,板式塔,板式塔塔內沿塔高裝有若干層塔板,相鄰兩板有一定的間隔距離。塔內氣、液兩相在塔板上互相接觸,進行傳熱和傳質,屬于逐級接觸式塔設備。板式塔的結構1塔體;2塔板;3溢流堰;4受液盤;5降液管,板式塔的工作原理,操作時,塔內液體依靠重力作用,自上而下流經各層塔板,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下,自下而上穿過各層塔板上的液層,在液層中氣液兩相密切而充分的接觸,進行傳質傳熱,最后由塔頂排出。在塔中,使兩相呈逆流流動,以提供最大的傳質推動力。,板式塔的類型,板式塔的特點,典型的溢流塔板,泡罩塔每層塔板上開有圓形孔,孔上焊有若干短管作為升氣管。升氣管高出液面,故板上液體不會從中漏下。升氣管上蓋有泡罩,其下部周邊開有許多齒縫。,典型的溢流塔板,篩板塔在塔板上開有許多均勻分布的篩孔,其結構如圖所示,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。板上設置溢流堰,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90°,限制操作時閥片在板上升起的最大高度,使閥片不被氣體吹走。閥片周邊沖出幾個略向下彎的定距片。浮閥的類型很多,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出許多舌型孔,向塔板液流出口處張開,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,斜孔開口方向與液流方向垂直,相鄰兩排斜孔的開口方向相反。,典型的溢流塔板,網孔塔板在塔板上沖壓出許多網狀定向切口,網孔的開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,保證塔頂餾出產品的質量。常用的除沫器有折板形、絲網形和旋流形。其中絲網除沫器應用最廣泛。,防渦器,塔底液體流出時,若帶有漩渦則會將油氣帶入與塔底相連的泵內,使泵發(fā)生抽空現象。為此塔底大多設有防渦器。,容器接管,化工容器的接管是連接容器與工藝管線的附件,還可以安裝測量儀表,設置分析取樣口。,,作業(yè),理論作業(yè)課后作業(yè)實踐作業(yè)認真觀察化工單元操作實訓室中的精餾塔,用本次課學習的專業(yè)術語描述我們的精餾塔,并繪制出精餾塔的結構示意圖。,
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簡介:2024/3/18,緒論,,,,2024/3/18,第一章化學工業(yè)與化學工程,4、20世紀初,合成氨技術的問世,標志著化學工業(yè)發(fā)展到一個新階段。,,,,,?1化學工業(yè)發(fā)展概況,1、公元前2000多年前,最早化學工藝為制陶、冶煉、釀造、漂染、揉革等,規(guī)模小、技術簡單,作坊式生產。,2、18世紀中期,紡織業(yè)實現機械化,出現以食鹽和硫酸為原料制純堿的路布蘭法里程碑,11化學工業(yè)概述,3、19世紀中葉,出現了氨堿法制堿的索爾維法。隨后,電解法制堿問世,,5、20世紀初汽油的需求量增大,促進了煉油技術發(fā)展,重整、裂解等工藝的開發(fā),提供了豐富的基本有機化工原料。,2024/3/18,7、20世紀80年代以來,化工產品品種多樣化、功能化、精細化成為化學工業(yè)的起點,化學工業(yè)由發(fā)展基礎化工轉向重點發(fā)展精細化工。,,,,,?1化學工業(yè)發(fā)展概況,6、20世紀中葉,塑料、合成纖維、合成橡膠三大合成材料的原料幾乎全部來自石油化工。引發(fā)了化工產業(yè)結構的變革,帶動了精細化工的發(fā)展。,12我國化學工業(yè)的發(fā)展與進步,13化學工業(yè)分類,產物組成無機化學工業(yè)、有機化學工業(yè),原料資源煤炭化學工業(yè)、石油化學工業(yè)、農產化學工業(yè),世界上產品的性質、用途及加工過程相似原則,我國行業(yè)劃分、產品劃分P4,2024/3/18,1、特點,,,,,?1化學工業(yè)發(fā)展概況,14化學工業(yè)的特點與發(fā)展趨勢,2、現代化學工業(yè)的發(fā)展趨勢,A、生產規(guī)模大型化,B、原料的生產方法的多樣化,C、產品的精細化和專業(yè)化,A、與人類的生存和發(fā)展息息相關,人口增長、環(huán)境污染和能源短缺三大挑戰(zhàn),B、原料路線、工藝路線和產品品種的多樣性,C、技術密集型和能源密集型,D、生產過程的節(jié)能與綠色化,2024/3/18,?2化學工程基礎課程簡介,化學反應和若干個單元操作串聯而成化學工程基礎研究各個獨立的單元操作,,,,,化學工程的研究對象單元操作(UNITOPERATIONS)1單元操作的概念,原料的預處理進行化學反應反應產物的分離與提純,單元操作,原料的預處理反應產物的分離與提純,化工生產中共有的物理操作,2024/3/18,2)單元操作的特點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,并不改變化學性質。②單元操作是化工生產過程中共有的操作,只是不同的化工生產中所包含的單元操作數目、名稱與排列順序不同。③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。,,,,2024/3/18,,,,,,3)單元操作的分類根據單元操作所遵循的基本規(guī)律,分為三類(三傳)流體動力過程,遵循流體動力基本規(guī)律,用動量傳遞理論研究,如流體輸送、沉降、過濾、固體流態(tài)化,熱過程,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,傳質過程,遵循傳質基本規(guī)律,用質量傳遞理論研究,如蒸餾、吸收、萃取、結晶、干燥等,2024/3/18,2化學工程原理學科性質與研究方法,1)學科性質工程學科用自然科學的基本原理來分析和處理化工生產中的物理過程2)研究方法工程方法因次分析法數學模型法參數綜合法當量法類比法,,,,直管湍流阻力雙膜模型的建立過濾常數當量直徑、當量長度等動量、熱量、質量傳遞的類似律,2024/3/18,3化學工程原理的學習方法發(fā)展如何根據某個物理或物理化學原理開發(fā)成為一個單元操作,尋本求源。選擇為了達到或實現某一工程目的,能否對過程和設備作合理的選擇和組合。,設計對已掌握了性能的過程和設備作直接的設計計算以及對性能不十分掌握的過程和設備通過必要的試驗,測取設計數據,做逐級放大。操作如何根據基本原理發(fā)現操作上可能出現的各種不正常現象,尋找其原因及可能采取的調節(jié)措施。,2024/3/18,?3化學工程處理問題的方法,物料衡算依據質量守恒定律輸入系統的物料質量等于從系統輸出的物料質量和系統中積累的物料質量。,物料衡算的通式,2024/3/18,定態(tài)過程,積累為零。則,,,,衡算的系統,,整個生產過程某一設備,系統中的所有物料某一個組分,衡算的對象,,例,2024/3/18,,,,例在兩個蒸發(fā)器中,每小時將5000KG的無機鹽水溶液從12%(質量%)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)器每小時蒸出水分的量;(2)第一蒸發(fā)器送出的溶液濃度。,解首先畫一個流程圖表示進行的過程用方框表示設備,輸入輸出設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,以整個流程為衡算范圍,用一圈封閉的虛線畫出。,2024/3/18,,,選擇衡算基準(連續(xù)操作以單位時間為基準,間歇操作以一批操作為基準)由于連續(xù)操作,以1小時為基準。,,,2024/3/18,確定衡算對象此題中有兩個未知數,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象列出兩個衡算式。對鹽作物料衡算,對總物料作衡算,代入已知數據,得,由題意知,2024/3/18,求第一個蒸發(fā)器送出的溶液濃度,選擇第一個蒸發(fā)器為衡算范圍。,對鹽作物料衡算,對總物料作衡算,代入已知數據,得,解得,2024/3/18,2.熱量衡算,依據能量守恒定律,即任何時間內輸入系統的總熱量等于系統輸出的總熱量與損失的熱量之和。,熱量衡算通式,或寫成,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。,此外應注意焓是相對值,因此必須指明基準溫度,習慣上選0℃為基準溫度,并規(guī)定0℃時液態(tài)的焓值為零。,3過程的平衡和速率,①平衡問題過程的平衡問題是說明過程進行的方向和所能達到的極限。平衡是一個動態(tài)的過程。,例,2024/3/18,②速率,過程的速率表示為過程的速率=推動力/阻力推動力過程所處的狀態(tài)與平衡狀態(tài)的距離,阻力過程的阻力是各種因素對速率影響的總的體現。,過程的速率是指過程由不平衡到平衡進行的快慢。,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。試計算此換熱器的熱損失占水蒸氣所提供熱量的百分數。,解根據題意畫出流程圖,,2024/3/18,基準1S在圖中虛線范圍內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,,,根據能量衡算式,有,,熱量損失的百分數,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獨立的物理量如長度,時間等?;締挝桓鶕褂梅奖愕脑瓌t制定的基本量的單位。導出量根據物理量與基本量之間的關系來確定的量。導出單位導出量的單位稱為導出單位,均由基本單位相乘、除而構成的。單位制基本單位與導出單位的總和。,2024/3/18,物理單位制基本單位長度CM/M質量G/KG時間S工程單位制基本單位長度CM力KGF時間SSI單位制基本單位有7個,化工中常用的有5個長度M、質量KG、時間S、溫度K、物質量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換算關系為,2024/3/18,1KGF981N,1CM001M上述關系代入,得,3.單位的正確運用理論公式根據物理規(guī)律建立的,反映各有關物理量之間的關系,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表示各物理量即可。,2024/3/18,經驗公式根據試驗結果整理出來的,反映各有關物理量的數字之間的關系,又叫數字公式。公式中所用的單位一般都是指定的,在計算中只要將數字代入,算出結果,然后加上規(guī)定的單位就行了。,
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