1、化工基础及净化设备结构与原理 （普光气田净化操作人员技能培训班） 1）化工基础 2）脱硫脱水吸收塔、再生塔结构和工作原理、控制 参数；塔设备故障分析与预防 3）化工厂泵的分类；离心泵、活塞泵的结构与工作原理；泵的操作与维护；风机的结构与工作原理；压缩机的结构与工作原理；压缩机操作与维护 4）净化厂换热设备分类及工作特点；废热锅炉的结构与工作原理 5）过滤设备的分类与结构； 6）克劳斯催化反应器结构、工作原理； 7）阀的分类；阀的结构与操作维护；常见单体设备操作介绍。,绪 论,一、化工生产的特点：高压聚乙烯生产过程是将常温、常压下的乙烯气体加压(1500atm)和升温(200)达到反应时所需的状
2、态，然后在催化剂的作用下进行聚合反应，即将单体乙烯聚合成聚乙烯，反应出的产物经分离出其中未反应的乙烯及其他副产品后，余下的聚乙烯在粒化器中成型即为粒状产品聚乙烯颗粒。该过程是以化学反应，即聚合反应为核心，其他步骤只起到为化学反应准备必要的反应条件以及进一步将产品提纯的作用，而且这些步骤全是物理型的操作。,化工生产=化学反应+单元操作,1100#：原料气过滤,1200#：脱硫单元,1300#：脱水单元,1400#：硫磺回收 1500#：尾气处理,1600#：酸水汽提,1）遵循流体动力基本规律的单元操作：流体输送、沉降、过滤、搅拌等单元操作； 2）遵循传热基本规律的单元操作：加热、冷却、冷凝、蒸发
3、等单元操作； 3）遵循传质基本规律的单元操作：蒸镏、吸收、萃取、干燥等单元操作。因这些操作最终目的是将混合物中的组分分开，又称为分离操作。,单元操作原理及设备计算1）物料衡算2）能量衡算3）传递速率4）平衡关系涉及很多物理量及参数，这些物理量的单位 使用及换算贯穿了化工生产过程始终,二、单位制度和单位换算：SI单位制，即国际单位制 1）长度（米，m） 2）时间（秒，s） 3）质量（千克，kg） 4）电流强度（安培，A） 5）热力学温度（开尔文，K） 6）发光强度（烛光，cd） 7）物质的量（摩尔，mol）,其他导出单位可由上述单位表示： 1J=1Nm 1Pa=1N/m2重力单位制：长度m ，时
4、间s ，力kgf(千克力)英制单位制：长度ft(英尺) ，时间 s ，力 lbf(磅-力)cgs单位制：长度cm ，时间s ，质量 g,第一章：流体流动1.1 流体的物理性质 1.1.1 流体的密度对一定的流体，其密度是压强和温度的函数，,一、液体密度：通常液体可视为不可压缩流体，其密度仅随温度略有变化（极高压强除外），其变化关系可由手册中查得。在工程计算中，常将液体密度视为常数,二、气体密度：对于气体，当压强不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算三、液体混合物的密度 对于液体混合物，其组成通常用质量分率表示。假设各组分在混合前后其体积不变，以1kg混合液为基准，则有式中 液体混合物中
5、各组分的质量分率；各纯组分的密度，kg/m3。,或,三、液体混合物的密度：对于液体混合物，其组成通常用质量分率表示。假设各组分在混合前后其体积不变，以1kg混合液为基准，则有式中 液体混合物中各组分的质量分率；各纯组分的密度，kg/m3。,式中 : 气体混合物中各组分的体积分率。,而 :,式中: 各纯组分的摩尔质量，kg/kmol气体混合物中各组分的摩尔分率。,四、气体混合物的密度,对于理想气体，其摩尔分率y与体积分率相同。比容 ：单位质量流体具有的体积，是密度的倒数，单位为m3/kg。,1.1.2流体的粘度 一、产生流动阻力的原因内摩擦。流体流动时产生摩擦阻力是不可忽略的，它与流动时流体内部
6、的结构有关。,二、牛顿粘性定律：剪切应力（ ）， ： 速度梯度（ ）,实际流体在管内的速度分布,平板间液体速度变化,称为牛顿粘性定律，表明流体层间的内摩擦力或剪应力与法向速度梯度成正比。凡是服从牛顿粘性定律的流体，称为牛顿型流体，包括所有气体和大多数液体；凡不服从牛顿粘性定律的流体称为非牛顿型流体，如某些高分子溶液、胶体溶液、油漆及泥浆状液体等。以后讨论的均为牛顿型流体。,三、流体的粘度1粘度的物理意义：促使流体流动产生单位速度梯度的剪切应力。粘度也是流体的物性之一，其值由实验测定。液体的粘度，随温度的升高而降低，压强对其影响可忽略不计。气体的粘度，随温度的升高而增大，一般情况下也可忽略压强的
7、影响，但在极高或极低的压强条件下需考虑其影响。,2粘度的单位 PaS 在一些工程手册中，粘度的单位常常用物理单位制的cp（厘泊）表示，它们的换算关系为,3运动粘度 流体的粘性还可用粘度与密度的比值表示，称为运动粘度，以符号表示，即 法定单位制中运动粘度的单位为m2/s，cgs制中运动粘度的单位为cm2/s，称为斯托克斯，以st表示，1st=100cst（厘泊）=110-4m2/s。,1.2流体静力学基本方程式1.2.1 静止流体的压强流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，简称压强，习惯上又称为压力。在静止流体中，作用于任意点不同方向上的压强在数值 上均相同。,一、压强的单位：在SI单
8、位中，压强的单位是N/m2，称为帕斯卡，以Pa表示。此外，压强的大小也间接地以流体柱高度表示，如用米水柱或毫米汞柱等。若流体的密度为，则液柱高度与压强的关系为：,注意：用液柱高度表示压强时，必须指明流体的种类，如600mmHg，10mH2O等。标准大气压有如下换算关系：1atm = 1.0133105Pa =760mmHg =10.33m H2O,表压强 = 绝对压强大气压强真空度 = 大气压强绝对压强,一般为避免混淆，通常对表压、真空度等加以标注，如5.4MPa（表压），100mmHg（真空度）等，还应指明当地大气压强。,例题：某水泵进口管处真空表的读数为8.67104Pa，出口管处压强表的
9、读数为2.45105 Pa。求该水泵前后水的绝压差。 解：水泵进口管处p进8.67104Pa（真空度）出口管处p出2.45105Pa（表压强）,绝对压强差pp出p进（p大+p表）-（p大-p真） p表+ p真8.67104+2.451053.32105kPa。,1.2.2 流体静力学基本方程式研究流体在重力和压强作用下的平衡规律。,一、静力学基本方程式,若将液柱的上端面取在容器内的液面上，设液面上方的压强为，液柱高度为，则上式可改写为,二、讨论：1在静止的、连续的同种流体内，处于同一水平面上各点的压强处处相等。压强相等的面称为等压面2压强具有传递性：当作用于流体面上方压强变化时，流体内部各点的
10、压强也将发生同样的变化公式中，gz、 分别为单位质量流体所具有的位能和静压能，此式反映出在同一静止流体中，处在不同位置流体的位能和静压能各不相同，但总和恒为常量。因此，静力学基本方程也反映了静止流体内部能量守恒与转换的关系 3静力学基本方程式可改写为,在化工生产中，经常要了解容器内液体的贮存量，或对设备内的液位进行控制，因此，常常需要测量液位。测量液位的装置较多，但大多数遵循流体静力学基本原理。,1.3流体流动的基本方程 1.3.1 流体的流量与流速 一、流量 1体积流量VS ： 单位时间内流经管道任意截面的流体体积，称为体积流量，以VS表示，单位为m3/s。 2质量流量S ： 单位时间内流经
11、管道任意截面的流体质量，称为质量流量，以S表示，单位为kg/s。 体积流量与质量流量的关系为,二、流速 1平均流速习惯上，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/（m2s）。由于气体的体积流量随压强和温度而变化，故采用质量流速就比较为方便。质量流速与流速的关系为流量与流速的关系为,三、管径的估算 一般化工管道为圆形，若以d表示管道的内径，则有:上式是设计管道或塔体直径的基本公式。式中，流量Vs一般由生产任务决定，选定适宜的流速u后可用上式估算出管径，再圆整到标准规格。适宜流速的选择应根据经济核算确定，通常可选用经验数据。,所以,或,例题：某厂要求安装一根输水量为45m3/h的管道，试选择一合适的管子。解：取自来水在管内的流速为1.5m/s，得：算出的管径往往不能和管子规格中所列的标准管径相符，此时可在规格中选用和计算直径相近的标准管子。参考教材附录，本题用1144mm热轧无缝钢管合适。管径确定后，还应重新核定流速。水在管中的实际流速为在适宜流速范围内，所以该管子合适。,
