精细化工单元操作过程与设备

第三章精细化工单元操作工艺和设备(简介)一、本章的基本要求1.通过本章的学习，复习以前学过的有关化学设备的知识，明确化学工业常用的操作和设备。2.确定实现生产工艺和生产工艺的设备的精细化工要求。掌握反应设备的分类。4.确定塔式反应器和床反应器的种类、结构、特性和应用范围。了解精细化工生产中的分离操作和设备。二、教育的重点和难点焦点：1。生产工艺的精细化工要求以及实现生产工艺的设备要求。2.塔式和床反应器的类型、结构、特性和适用范围。困难：如何进行生产设备选择。三、主要教育设计1.使用多媒体培训插入相应的设备，然后操作动画。2.重点是避免与所学课程重复。3.学生根据生产目的选择工序，以工序为中心选择设备，不进行理论推导，避免设备设计，反映了本课程的教学。第三章精细化工单元操作工艺和设备(简介)精细化工过程不仅要研究化学反应的原理，更重要的是要研究工业化生产中如何实现其物理、化学反应，如何以某种方法和手段实现这种反应，如何以最低的成本获得最大的最佳产品等问题。精细化工生产一般由多种相关化学原料组成，通过特定的工艺单元操作制造各种半成品或成品。精细化工产品其生产工艺千差万别，使用的工艺单位操作过程不同，对设备的要求也不同。生产过程的精细化学要求如下：在能达到目标产品要求的前提下，工艺简单，工艺短，条件不苛刻，操作方便，生产成本低，原材料来源广。生产工艺的设备要求满足生产工艺要求，安全可靠性高，使用耐久性好，经济合理。有关不同精细化工产品生产工艺的问题，稍后另有讨论。本章主要介绍了精细化工过程的典型单元操作过程和相关设备。生产过程能否顺利进行是因为与设备的样式、结构、大小和运行条件密切相关。设备为工程生产服务，首先要实现生产工艺的要求，满足工程目标。第二是操作过程的安全性。设备必须具有一定的强度、刚性和稳定性，大部分设备必须具有一定的密封性能，防止运行时可能出现的脱漏现象。尤其是密封，是处理有害、腐蚀性和易燃、爆炸性物质的设备中需要进一步考虑的条件。这不仅可以减少材料的损失，还可以确保生产的安全性。设备也要耐用，在压力、温度、机械力的作用下，特别是腐蚀性物质的作用下，设备要长时间运转。这通常是在精细化工生产过程中，在苛刻的条件下处理各种酸、碱、盐等腐蚀性强的介质，因此，在设备的材料选择、选择方面，为了防止设备的迅速损坏，必须要高比重。最后是设备的经济性。要想生产的产品质量高、价格便宜，必须选择能满足生产工艺条件的价格和价格低廉的设备，保证生产的产品质量优秀、效率高，设备的操作、使用、管理和维修费用低。3.1物料运输精细化工生产过程中涉及的材料形式通常有固体、液体和气体三种。为了实施工艺设计流程，经常将物料从一个地点传送到另一个地点，从一个设备传送到另一个设备，从一个生产工序传送到另一个生产工序。实施材料输送的设备种类多，一般可分为液体输送设备、固体输送设备、气体输送设备三类。3.1.1液体物质转移精细化工生产中液体材料形态很多。粘性大小，腐蚀性强弱不同的话，液体中固体或气体粒子粘滞，温度、压力也高、压力低，因此可以用来运输液体的装置种类很多。实际上最常用于运输液体的设备是泵。泵是液体输送或加压机器。其主要作用是运输水、油、酸碱、乳液、悬浮液、液体金属等液体，以及带有液体、气体混合物和悬浮固体的液体。泵还可以将原动机的机械能或其他外部能量传递给液体，从而增加液体的能量。泵一般根据工作原理分为体积泵、动力泵和其他类型的泵，例如喷射泵、水锤泵、电磁泵、气举泵等。3.1.2固体物质转移粉末、粒状、大粒状、块状等各种形式的固体材料，必须使用不同的输送方法和设备。(1)带式输送机常用的带式输送机是移动升降机和固定式的。类型有橡胶皮带输送机、链条输送机等。其优点包括结构紧凑，操作方便，操作平稳，承载能力高，摩擦阻力小，功耗低，减少运输过程中材料的损坏，安装和维修方便。带式输送机可以用精细材料和包装运输，广泛应用于食品、饲料、采矿、冶金、塑料、建筑材料、医药等行业。(2)斗式电梯斗式电梯适用于粉末、颗粒和小块的垂直输送，密封性好，结构紧凑，升降机(最高30米)等优点，广泛应用于饲料、食品、冶金、矿山、塑料、建筑材料、医药等行业。(3)刮板输送机刮板输送机在工作时将刮板链条埋在材料中，用于运输结构简单、质量小、单点和多点进入、出库，通常在水平或150 角范围内倾斜和垂直输送的颗粒、小块和粉末材料。一般水平传输的最大长度为80-120m，垂直提升传输高度为20-30m。在输送有毒、易爆、高温、易飞的物质、改善运行条件、减少环境污染等方面，具有卓越的优势。(4)螺旋输送机一般称为昆龙的螺旋输送机，特点是结构简单，横截面尺寸小，密封性能好，中间可以供应和出库更多量，操作安全方便，制造成本低。但是，零件磨损严重，运输量低，耗电量大，运输过程中材料容易破碎的缺点。螺旋输送机应在-20 50 的环境和材料温度低于200的情况下使用。它适合于颗粒或粉末材料的水平、倾斜、垂直输送，不适合于携带易腐烂、粘性大的块状材料。传输距离为2到70米。广泛应用于饲料、食品、塑料、建筑材料、医药等精细化工行业。(5)气动输送机气力输送是通过管道中空气的动能或静压功能，沿指定路径传递材料的方式。气力输送的优点包括生产性商人、简单的设备建设、使用、管理和维护的简便性、高自动化水平、小环境污染等。在运输过程中，可以同时进行混合、粉碎、分级、干燥、冷却等工艺操作。缺点是功耗大。在运输过程中，材料容易破碎，管道壁也有一定的磨损，材料尺寸必须小于30mm。不适合粘合性或高速运动时容易产生静电的材料传递。可以水平、垂直或倾斜传播。(6)O型带式输送机o型皮带输送机使用单个或双o型槽滚子作为托架，通过主轴和高强度。具有美观、柔软的驱动器、低噪音、容易更换等特点的皮带驱动器是在食品、医药、饮料和其他精细化工行业广泛使用的轻型输送机。3.1.3气体传质搬运和压缩气体材料的设备统称为气体压力传递机。出口压力可分为风机(最终压力小于1.47104Pa表压力)、风机(最终压力大于1.47104 pa到2.94104Pa表压力)、压缩机(最终压力大于2.94104 pa表压力)。(1)换气扇在精细化工生产中风扇的使用很常见，在工厂及设备的通风及气体材料运输中均有应用。其中最常用的是原深呼吸机。离心风机可以根据输送介质分为多种。一般离心风机，用于通风功能；用于运送灰尘、微细纤维、木材芯片等。(2)鼓风机，(3)压缩机活塞式压缩机活塞压缩机，压力和流量范围大，耐蚀性好，在最严酷的工作条件下工作，排气压力波动时排气量相对稳定。普通活塞压缩机的工作过程是密封的，因此压缩效率高，单位功耗低，大型压缩机能产生80%以上的热效率，气体密度对压缩机性能影响不大。对材料要求低，使用了很多普通钢材，加工容易，维修性好，成本低。压缩机有缺点，尤其是对精细化工生产的气体质量要求高的情况下，压缩后的气体净化工作较多，压缩后使用气体油。由于往复运动惯性力的限制，转速不高，机器的体积和质量都很大。机器脆弱的部件很多，维护也很大。排气不连续，有气流脉动。离心压缩机离心压缩机是以将动能转换为势能的原理工作的动力压缩机。气体通过叶轮时，由于叶轮高速旋转，离心力的作用下压力增大，气体也高速增加。然后通过扩压器扩展通道逐渐降低气体的流动速度，进一步提高气体的压力。离心压缩机通常有更多的叶轮系列，超过10级。转速也高，范围为3000 16000r/min，最大出口压力为40 70mpa。气体的压缩率高，体积大变，温度高也很引人注目。因此，离心压缩机通常分为多个段，每个段由冷却器保持气体温度不太高。离心压缩机具有流量大、均匀、尺寸小、机器内漏洞小、连续运行安全、维修方便、机体无润滑油污染气体的优点。因此，除了压力要求高的情况外，离心压缩机得到了越来越广泛的应用。(4)真空泵真空技术广泛用于精细化工生产，许多工艺工作必须在真空中进行，如真空过滤、真空蒸发、真空蒸馏、真空浸渍、真空干燥等。真空泵是一种通过抽走特定空间内的气体来获得真空的装置。实际需要的真空压力范围很宽，通常在1105 1.3310-13pa之间，因此，要使用不同的吸气原理，使用不同结构、不同吸气速度的真空泵。低真空范围通常使用机械真空泵。高真空系统联合选择机械泵和蒸汽流泵。蒸汽流泵包括扩散泵、水蒸气喷射泵、油蒸汽喷射泵、汞蒸汽喷射泵等。这里只介绍最常用的机械真空泵和喷射泵的性能和特性。叶片式真空泵(卷边泵)回转泵是油封机械真空泵，工作压力范围为1.01105 1.3310-2pa。旋转泵是一种低真空泵，主要是中小型泵。单独使用或串联连接，可以获得高真空度，也可以用作其他高真空泵或超高真空泵的前电平泵。水环真空泵滑阀真空泵喷水真空泵3.2物料反应精细化工产品的生产需要经过一系列化学及物理处理过程，相关的化学反应很多，但反应过程基本上是在原子内进行的，因此反应堆是核心设备。正确选择反应设备的形式、结构大小，确定最合适的反应温度、浓度和物料流动状态，是精细化工生产能否满足工艺要求的关键，是保证主产品的生产、分离和精制，减少污染的关键。反应堆取决于结构类型，化学反应效果不同，相同体积的反应堆可以根据结构和运行条件诱导生产能力的差距是10到100倍。单位对反应器反应的要求各不相同。固相物质的反应在搅拌反应器中很难连续化。由于强烈的放热反应，反应器中甲苯氧化为苯甲酸等传热效果必须好，其放热反应为652.8kJ以释放。异种液体反应要求良好的传质效果。由于具有高低温反应、加压和减压反应、高化学活性反应，因此必须考虑反应器材料的耐热性、耐压、耐腐蚀性问题。3.2.1反应设备分类由于精细化工生产过程的多样性，反应设备没有一定的分类标准。根据反应装置的结构、工作方法、反应物的相态和热应用方法，分类方法可能有所不同。(1)根据反应器的几何形态分类反应器根据几何形态分为釜、管、塔等类型。坦克反应器中经常有桨、锚、螺旋桨等搅拌器，通常还有调节反应温度的夹克式换热器。管反应器可以是细长的直管、线圈或管。他们的单位体积是传热面积大，传热效率高。塔式反应器通常是高圆柱形设备，塔上装有填料或托盘，常用于气液反应，在填充固体催化剂的情况下，可用于气固催化反应。(2)根据操作方法分类反应器可以根据工作方法分为间歇，半间歇，连续几个方面。间歇反应器的原料添加一次，反应结束后，产品全部卸下，然后与第二批货物一起重新启动。半间歇反应器先添加一个反应物，然后以一定速度连续添加其他反应物，反应结束后再下产品。连续反应器也称为流动式反应器，原料以一定的速度连续发送，连续衍生反应的产物。间歇和半间歇运行过程主要采用罐反应器。反应物的浓度随时间变化。连续运行使用釜或管反应器，但流体流动状态不同，反应物浓度的变化也有本质的差异。(3)根据反应物的相态分类根据系统的相态，化学反应可以分为同质和异种反应。均质反应包括气相反应和单液相反应。异种反应可以分为气-液、气-固相、液-液、液-固相和液-固反应等。在均质反应中，物质的扩散不会影响反应，因此反应器结构更简单。气相反应一般使用管状反应器。单液相反应可以使用管或罐反应器。在异种反应中，扩散对反应有很大影响，相位的接触状态与反应结果密切相关。气液异构反应可以使用鼓泡塔、填料塔和吸收塔反应器。气固异构反应可以使用固定层、流化床和移动层反应器。(4)根据反应条件分类温度对反应速度、副作用、催化反应等有相当大的影响。根据吸热的要求，反应器可以分为等温反应器、非等温反应器和绝热反应器。等温反应器是一种反应器，由于少量的反应热小，反应物的热容量大，因此，无论热影响如何，均可以忽略温度的微小变化。非等温反应器是反应热很大，通过反应器壁冷却也不能避免反应温度变化，需要考虑热影响的反应器；绝热反应器是反应热不是很大，或者产物可以带走或反应热的允许温度范围很大，或者反应在绝热条件下也可以不考虑热影响而反应的反应器。3.1.2反应器的结构和工作方法设备的结构取决于加工材料的特性和实现过程的条件，决定设备组成的因素主要包括材料的聚合状态和混合物的一致性、混合强度、工作温度和压力、热效应和传热强度、材