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1、文献阅读文献阅读 第六课第六课 Unit Operations and Flowsheets Unit Operations and Flowsheets 单元操作和工艺流程图单元操作和工艺流程图1文献阅读文献阅读 第六课第六课 Unit Operations and Flowsheets New words and expressions：unit operation 单元操作单元操作reactor 反应器反应器heat exchanger 热交换器热交换器pump 泵泵mixer 混合器混合器separator 分离器分离器dryer 干燥器干燥器filter 过滤器过滤器absorber

2、 吸收器吸收器adsorber 吸附器吸附器centrifuge 离心分离器离心分离器distillation 蒸馏蒸馏condensation 浓缩浓缩filtering 过滤过滤propeller 螺旋浆螺旋浆valve 阀门阀门centrifugal pump 离心泵离心泵compressor 压缩机压缩机expander 膨胀器膨胀器turbine 涡轮涡轮splitter 分裂机分裂机combiner 组合器组合器2文献阅读文献阅读 第六课第六课 Unit Operations and Flowsheets Every chemical process is a collection

3、 of units interconnected by streams. This is the concept of unit operations, the first, and most venerable, 单元操作单元操作 古老的古老的paradigm adopted by the fledgling discipline of范式，范例范式，范例 新兴学科新兴学科chemical engineering near the beginning of the twentieth century. 每个化工过程都是由物质流动相互连接起来的（一系列）单元组成的。每个化工过程都是由物质流动相

4、互连接起来的（一系列）单元组成的。这就是单元操作的概念，是二十世纪初期新兴的化学工程学科所采用的这就是单元操作的概念，是二十世纪初期新兴的化学工程学科所采用的最基础和古老的概念。最基础和古老的概念。 3文献阅读文献阅读 第六课第六课 Unit Operations and Flowsheets The five most common units are reactors, heat exchangers, pumps, mixers, and separators. The design热交换器热交换器 泵泵 混合器混合器 分离器分离器and operation of these five

5、units, which exist in hundreds of incarnations, are the focus of the traditional chemical engineering curriculum. Furthermore, most chemical engineering curricula have a senior-level laboratory course entitled unit operations. 反应器反应器五个最常见的单元是：反应器、热交换器、泵、混合器和分离器。五个最常见的单元是：反应器、热交换器、泵、混合器和分离器。这五种单元存在数百

6、种化身，其设计和操作是传统化学工程学科的焦这五种单元存在数百种化身，其设计和操作是传统化学工程学科的焦点。点。此外，大部分化学工程课程都有一门名为单元操作的高级实验课。此外，大部分化学工程课程都有一门名为单元操作的高级实验课。 第一部分第一部分称为，命名为称为，命名为 4文献阅读文献阅读 第六课第六课 Unit Operations and Flowsheets As we saw in the ammonia process, the reactor is 氨氨usually the key unit. The reactor will often dictate whether a che

7、mical process is possible. Separators are secondary only to the reactor in most processes; the performance of the separator(s) will often determine if a process is profitable. 正如我们在合成氨工艺中所见，反应器通常是最关键的单元。正如我们在合成氨工艺中所见，反应器通常是最关键的单元。反应器常常决定一个化学过程是否可行。反应器常常决定一个化学过程是否可行。在大部分工艺中，分离器（的重要性）仅次于反应器；分离器的在大部分工艺

8、中，分离器（的重要性）仅次于反应器；分离器的性能通常决定了一个工艺是否能够盈利。性能通常决定了一个工艺是否能够盈利。 5文献阅读文献阅读 第六课第六课 Unit Operations and Flowsheets Examples of separators include dryers, filters, absorbers, 干燥器干燥器 过滤器过滤器 吸收器吸收器 adsorbers, and centrifuges. The method used to separate 吸附器吸附器 离心分离机离心分离机 (离心机离心机)a mixture distillation, condens

9、ation, or filtering - is 蒸馏蒸馏 浓缩浓缩 过滤过滤 流程图流程图usually indicated by a specific symbol on the flowsheet. We will introduce these specific units later, as needed. 分离器的种类包括干燥器、过滤器、吸收器、吸附器和离心机等。分离器的种类包括干燥器、过滤器、吸收器、吸附器和离心机等。在流程图上，用于分离混合物的方法如蒸馏、浓缩或过滤通常用特在流程图上，用于分离混合物的方法如蒸馏、浓缩或过滤通常用特定的符号指明。定的符号指明。我们随后将根据需要来

10、介绍这些特定的单元。我们随后将根据需要来介绍这些特定的单元。 6文献阅读文献阅读 第六课第六课 Unit Operations and Flowsheets As we saw in the ammonia process, the reactor is usually the key unit. The reactor will often dictate whether a chemical process is possible. Separators are secondary only to the reactor in most processes; the performance

11、 of the separator(s) will often determine if a process is profitable. Examples of separators include dryers, filters, absorbers, adsorbers, and centrifuges. The method used to separate a mixture distillation, condensation, or filtering - is usually indicated by a specific symbol on the flowsheet. We

12、 will introduce these specific units later, as needed. 正如我们在合成氨工艺中所见，反应器通常是最关键的单元。反应器常常正如我们在合成氨工艺中所见，反应器通常是最关键的单元。反应器常常决定一个化学过程是否可行。在大部分工艺中，分离器（的重要性）仅次决定一个化学过程是否可行。在大部分工艺中，分离器（的重要性）仅次于反应器；分离器的性能通常决定了一个工艺是否能够盈利。分离器的种于反应器；分离器的性能通常决定了一个工艺是否能够盈利。分离器的种类包括干燥器、过滤器、吸收器、吸附器和离心机等。在流程图上，用于类包括干燥器、过滤器、吸收器、吸附器和离心

13、机等。在流程图上，用于分离混合物的方法如蒸馏、浓缩或过滤通常用特定的符号指明。我们随后分离混合物的方法如蒸馏、浓缩或过滤通常用特定的符号指明。我们随后将根据需要介绍这些特定的单元。将根据需要介绍这些特定的单元。 第二部分第二部分7文献阅读文献阅读 第六课第六课 Unit Operations and Flowsheets Additional units could be added to the ammonia process. Reactants should be mixed before 反应物反应物entering a reactor, not just combined. Simp

14、ly combining flour, eggs, water, and baking soda is not enough. The reactants must be mixed to bake a cake. The simplest mixer combines two or more streams into one stream: 合成氨工艺中还需要其他的单元。合成氨工艺中还需要其他的单元。反应物在进入反应器之前需要混合而不是仅仅加到一起。反应物在进入反应器之前需要混合而不是仅仅加到一起。把面粉、鸡蛋、水和苏打简单地放到一起是不够的。把面粉、鸡蛋、水和苏打简单地放到一起是不够的。这

15、些物质需要混合后才能用来烘焙蛋糕。这些物质需要混合后才能用来烘焙蛋糕。最简单的混合器是把两股或更多的物质流变成一股最简单的混合器是把两股或更多的物质流变成一股 ：8文献阅读文献阅读 第六课第六课 Unit Operations and Flowsheets A propeller at the end of a shaft must be added to indicate mixing:Mixers are important for solids and liquids. Gases, such as N2 and H2, tend to mix on their own.ABAB 螺旋桨

16、螺旋桨 轴，杆轴，杆必须在轴的末端加上螺旋桨以表示混合：必须在轴的末端加上螺旋桨以表示混合：混合器对于固体和液体是很重要的。混合器对于固体和液体是很重要的。气体如氮气和氢气则倾向于自动混合。气体如氮气和氢气则倾向于自动混合。 9文献阅读文献阅读 第六课第六课 Unit Operations and Flowsheets We neglected to add pumps to the ammonia process. Fluids are usually moved about a process by pumps. A pump increases a fluids pressure and

17、 the fluid flows from high pressure to lower pressure. 我们之前在合成氨工艺中忽略了所有的泵。我们之前在合成氨工艺中忽略了所有的泵。流体在一个工艺中的流动通常靠泵来驱动。流体在一个工艺中的流动通常靠泵来驱动。泵增加了流体的压强，而流体是从高压向低压流动的。泵增加了流体的压强，而流体是从高压向低压流动的。10文献阅读文献阅读 第六课第六课 Unit Operations and Flowsheets Or, fluid pressure might be increased to condense the fluid (from a gas

18、to a liquid) or speed a chemical reaction. A generic pump may be represented asApumplow pressurehigh pressureA或者，可以（用泵）增加流体的压强来冷凝流体（使其从气态变为液或者，可以（用泵）增加流体的压强来冷凝流体（使其从气态变为液态），或加快反应速度。态），或加快反应速度。一般泵可以表示为：一般泵可以表示为：11文献阅读文献阅读 第六课第六课 Unit Operations and Flowsheets Additional units could be added to the am

19、monia process. Reactants should be mixed before entering a reactor, not just combined. Simply combining flour, eggs, water, and baking soda is not enough. The reactants must be mixed to bake a cake. The simplest mixer combines two or more streams into one stream: A propeller at the end of a shaft mu

20、st be added to indicate mixing:Mixers are important for solids and liquids. Gases, such as N2 and H2, tend to mix on their own.We neglected to add pumps to the ammonia process. Fluids are usually moved about a process by pumps. A pump increases a fluids pressure and the fluid flows from high pressur

21、e to lower pressure. Or, fluid pressure might be increased to condense the fluid (from a gas to a liquid) or speed a chemical reaction. A generic pump may be represented as第三部分第三部分12文献阅读文献阅读 第六课第六课 Unit Operations and Flowsheets 合成氨工艺中还需要其他的单元，反应物在进入反应器之前需要混合而不是合成氨工艺中还需要其他的单元，反应物在进入反应器之前需要混合而不是仅仅加到一

22、起。把面粉、鸡蛋、水和苏打简单地放到一起是不够的。这些物仅仅加到一起。把面粉、鸡蛋、水和苏打简单地放到一起是不够的。这些物质需要混合后才能用来烘焙蛋糕。最简单的混合器是把两股或更多的物质流质需要混合后才能用来烘焙蛋糕。最简单的混合器是把两股或更多的物质流变成一股变成一股 ：必须在轴的末端加上螺旋桨以表示混合：必须在轴的末端加上螺旋桨以表示混合：混合器对于固体和液体是很重要的。气体如氮气和氢气则倾向于自动混合。混合器对于固体和液体是很重要的。气体如氮气和氢气则倾向于自动混合。我们之前在合成氨工艺中忽略了所有的泵。流体在一个工艺中的流动通常靠我们之前在合成氨工艺中忽略了所有的泵。流体在一个工艺中的

23、流动通常靠泵来驱动。泵增加了流体的压强，而流体是从高压向低压流动泵来驱动。泵增加了流体的压强，而流体是从高压向低压流动 的。或者，可的。或者，可以（用泵）增加流体的压强来冷凝流体（使其从气态变为液态），或加快反以（用泵）增加流体的压强来冷凝流体（使其从气态变为液态），或加快反应速度。一般泵可以表示为：应速度。一般泵可以表示为： 第三部分第三部分13文献阅读文献阅读 第六课第六课 Unit Operations and Flowsheets Because liquids and gases respond differently to an increase in pressure (a ga

24、s is compressed whereas a liquid is not) different units are used to distinguish this difference. 因为液体和气体对于压强的增大有不同的响应（气体能够被压缩而液因为液体和气体对于压强的增大有不同的响应（气体能够被压缩而液体则不能），体则不能），所以需要用不同的单元来区分这个差别。所以需要用不同的单元来区分这个差别。 14文献阅读文献阅读 第六课第六课 Unit Operations and Flowsheets A centrifugal pump for liquids may be repres

25、ented as AWhereas a centrifugal gas compressor may be represented as A gas expander, or turbine, is similar to the gas compressor above, but with the flows reversed.AAAAor simply 压缩机压缩机膨胀器膨胀器 涡轮涡轮对于液体的离心泵可以表示为：对于液体的离心泵可以表示为： 而气体离心压缩器可表示为：而气体离心压缩器可表示为： 或简单成：或简单成：气体膨胀器或涡轮与上述的气体压缩器类似，只是流动方向相反。气体膨胀器或涡轮与

26、上述的气体压缩器类似，只是流动方向相反。 15文献阅读文献阅读 第六课第六课 Unit Operations and Flowsheets We need some valves to control the flows. The simplest representation of a valve is A阀门阀门我们需要一些阀门来控制流动。我们需要一些阀门来控制流动。阀门最简单的表示法是：阀门最简单的表示法是：第四部分第四部分16文献阅读文献阅读 第六课第六课 Unit Operations and Flowsheets Finally, we offer two stylistic co

27、nventions for flowsheets. Avoid crossing streams. If streams must cross, indicate explicitly whether the streams mix or dont mix. A flowsheet with two streams as shown below on the left is ambiguous. Do the contents of the streams mix? 最后，我们给出流程图中所用的两种最后，我们给出流程图中所用的两种格式惯例格式惯例。避免交叉流动。避免交叉流动。如果物质流必须交叉，应如果物质流必须交叉，应明确明确指出它们是否混合。指出它们是否混合。如下图左所示的具有两股物质流的流程图是如下图左所示的具有两股物质流的流程图是模棱两可模棱两可的。的。这些流动的物质是否混合？这些流动的物质是否混合？ 17文献阅读文献阅读 第六课第六课 Unit Operations and Flowsheets If the contents of the streams