精细化工设备考试要点

精细化工设备精细化工追求小批量，高纯度，经济效益高；基础化工重在大规模，技术要求高，不关注经济效益精细化工生产特点：多品种，化学反应复杂，反应物料相态多样化，反应介质腐蚀性强，高技术密集度精细化工对反应设备的要求：反应器内要有良好的传质和传热条件；建立合适的浓度温度分布体系；对于强放热或吸热反应要保证足够快的传热速率和可靠的热稳定性；根据操作温度，压力和介质的腐蚀性能，要求设备材料，型式和结构具有可靠的机械强度和抗腐蚀性能反应是核心，分离是关键理想混合：反应器内物料达到完全的混合，各点浓度温度完全均一，搅拌良好的釜式反应器可认为是理想混合反应器理想置换：在与流动方向垂直的截面上，各点的流速与流向完全相同，流体的浓度和温度在与流动方向垂直的截面上处处相等，不随时间改变，沿流动方向，浓度与温度逐渐变化，细长型的管式反应器可看成理想置换反应器釜式反应器特点：结构简单，加工方便；传质传热效率高，浓度分布均匀；操作简便；适合多品种，小批量生产；间歇操作时，辅助时间占得比例大，降低了生产能力；一般在常压下操作，也可以在加压下操作；具有能保证内部空间密闭性的结构釜式反应器的组成：进，出料管：通常15-30分钟将釜内全部液体取尽为原则接管口（法兰，阀门）法兰：用于反应釜各连接单元件的密封10法兰制造标准：机械部标准：公制管：只考虑强度和链接作用化工部标准：考虑强度，链接作用和密封性和耐腐蚀性及温度影响反应器的计算依据：取决于被计算反应设备类型和进行过程的操作方式容积型设备：生产能力决定于反应容积的大小和过程的持续时间传热型设备:生产能力决定于传热面积大小和传热速度混匀操作是指使均相被搅拌混合均匀，使不同部分物料能有相同物理性质；混合是指物相不相同的两种或两种以上物料产生均匀分布搅拌操作一一器内物料的运动方式和激烈程度混合一一被混物料达到的均匀程度混匀和混合均是搅拌目的之一搅拌的目的：使互溶的两种或两种以上液体混合均匀；形成乳浊液或悬浮液；促进化学反应和加速物理变化过程；对化学反应，防止局部浓集，减少副反应；对放热反应，防局部过热，提高传热速率；对非均相反应，加快非均相物系物料扩散速度；加快反应速度反应速度和搅拌速度的关系：（1）反应速度随搅拌速度单调增加（2）反应速度随搅拌速度快速增加，随后保持不变（甲苯硝化反应）搅拌器组成：搅拌槽，叶轮及其他辅助部件，叶轮是关键搅拌装置的形式和构造主要取决于物料的聚集状态，粘度，比重及处理物料的多少等等桨式搅拌器使用场合：不需要剧烈混合，物料的缓慢溶解框式搅拌器使用场合：不需要剧烈混合锚式搅拌器使用场合：粘稠且有腐蚀性的物料搅拌涡轮式搅拌器适用场合：最剧烈混合涡轮式搅拌器与推进式搅拌器区别：涡轮式搅拌器液体混合类型：非均相液液分散过程，控制因素：剪切作用，即循环流量大推进式搅拌器液体混合类型：低粘度均相液体控制因素：宏观混合速率即循环流量叶轮的作用是通过其自身的旋转将机械能传送给液体，使叶轮附近的流体湍动同时所产生的高射流推动全部液体在反应釜内沿一定途径作循环流动叶轮区分：以液体流入，流出叶轮的方式轴向叶轮，径向叶轮轴向叶轮最常见的是螺旋桨式叶轮，径向叶轮最常见的是六平叶片式涡轮轴向与径向流叶轮的比较：对于浅槽来说，径向流叶轮比轴向流叶轮将液体送的远；当叶轮到器底的距离小于30%轮径时，宜用径向流叶轮；对于锥形反应器，宜用径向流叶轮；连续进出料时，宜用径向流叶轮打旋现象：当搅拌器置于容器中心，搅拌粘度不高的液体时，只要叶轮旋转速度够快，液体便会在离心力的作用下涌向器壁，中心液面下降，形成一个大漩涡，转速越大，漩涡深度越深，这种现象称为打旋现象打旋的危害：引起操作不稳定；使物料混合不均；降低有效反应体积打旋的消除：安装挡板；安装导流筒；搅拌不对称安装；搅拌叶轮倾斜安装液体粘度^<5Pa-s，需安装挡板，大于12无需安装挡板叶轮的功率消耗决定于器内液体搅拌程度和运动状态有关被搅液体的因素：液体的密度，粘度气液相反应器按气液相接触形态可分为：气体以气泡形态分散在液相中，如鼓泡塔反应器，搅拌鼓泡釜式反应器和板式反应器（气相分散相，液相连续相）；液体以液滴状分散在气相中，如喷雾，喷射和文氏反应器；液体以膜状运动与气相进行接触如填料塔反应器和降膜反应器气液反应器对填料的要求：比表面积大，孔隙率高；耐腐蚀性强；耐久性好，机械强度高和易润湿；价格便宜板式反应器特点：具有逐板操作的特点，各板上维持相当的液量；通常采用多板操作，轴向返混程度小；当采用最小的液流速率操作时，液相转化率较高；气液传热和传质系数较大降膜反应器特点：通常借助管内的流动液膜进行气液反应，管外使用载热流体导入或导出反应器；降膜很薄，压降小，几乎无轴向返混；由于降膜反应器中液体停留时间很短，液相转化率较低；降膜管的安装垂直度要求较高，液体成膜和均匀分布是降膜反应器的关键鼓泡塔反应器特点：塔内液体返混严重，气泡易产生聚集，反应速度低，转化效率低；气相压降大；通常采用多级鼓泡反应器串联或间歇操作；鼓泡塔反应器结构简单，操作方便应用：具有储液量大，适用于慢速反应和放热量大的反应如乙烯氧化制乙醛等有机化工石油化工工业生产队气液反应器的要求：具备较高的生产强度；有利于反应选择性的提高；有利于能量的综合利用和降低能耗；有利于反应温度条件的控制；能在较低液体流速速率下操作降膜吸收反应器：液体在重力作用下沿壁面下降形成薄膜，并与气体进行逆流或并流接触的一种吸收反应设备应用：瞬间，快速和中速的气液反应过程；强放热反应；液相高转化率的反应降膜吸收反应器特点：气膜和液膜间互相不贯透，设备压降小；降膜很薄，返混小，传质传热效率高，单位能耗产生的液体传递总量大；适用于高热效应的吸收过程，使过程在接近等温条件下进行；使用于瞬间，快速和中速的气液反应过程，不适用于慢反应降膜吸收反应器主要部件组成：布液装置，布气装置和降膜管（可能考填空）布液装置液体供给方式：侧管式，环隙式，中心管式（可能考选择或判断）降膜管下端口分布方式：平口型，斜口型和倒喇叭型液膜表面能越小，液膜越稳定（可能考判断）鼓泡塔反应器的操作状态：安静鼓泡区；湍流鼓泡区；栓塞气泡流动区催化剂评价三高:高活性，高选择性，高稳定性催化过程分类：均相催化过程：反应物料与催化剂形成均相的体系，没有界面，如酸碱催化反应，醇酸酯化反应非均相催化过程：反应物料与催化剂形成非均相体系，有界面，如氧化还原反应，氨解反应和烷基替代等等物料预处理粉碎方法：击碎，球磨，剪切，劈裂击碎适用硬度大和脆性的原料；球磨适用于水泥，硅酸盐制品，矿石；剪切适用于具有韧性的原料；劈裂适用于具有方向性的物料汽化器分类：直接加热方式，间接加热方式工业上主要采用两种方法：在沸点下进行汽化；在低于沸点下进行汽化汽化设备主要有三种：表面型；表面膜型；鼓泡型表面型汽化器：液体的汽化表面始终保持某一常数，具有均匀的蒸汽供给量气固相接触催化反应器按催化剂床层可分为：固定床反应器，流化床反应器常用的载热体：加压水，道生油，熔盐，烟道气固体流态化：流体自上而下通过固体颗粒床层，到液体速度增加到一定程度时，颗粒被流体拖起作悬浮运动的现象流态化类型：散式流态化一一理想的流化状态，适用于流体-固体两相密度差较小的体系，如液固流化床聚式流态化：适用流体-固体两相密度差较大的体系，如气固流化床流化床反应器优点（与固定床相比较）：催化剂颗粒小，气固相的接触面积大；传热速率加快，床层温度均匀；传质速率快，颗粒和流体处于剧烈搅动状态；操作方便，易于催化剂再生和更换；设备结构简单，适合大规模生产缺点：催化剂颗粒相互接触碰撞剧烈，磨损大；流体返混严重，产物纯度不高冷凝器按冷却介质可分为：水冷却式，空气冷却式，蒸汽冷凝式（可能考选择）过滤：悬浮液通过多孔的过滤介质，将固体粒子截流于过滤介质的一侧，在另一侧得到洁净的液体沉降：利用重力或离心力使固体粒子下沉与液体实现分离过滤和沉降的区别：有无过滤介质过滤操作分类：按过滤方式分为饼层过滤和深床过滤饼层过滤适用于处理固相含量较高的悬浮液，深床过滤应用于处理固相颗粒甚小且含量甚微的悬浮液，如自来水厂利用石英砂来净化水液固分离设备按操作方式可分为：间歇式和连续式沉降式离心机转鼓壁上无孔无滤布，有管式和碟片式，沉降面积小，处理能力低真空叶滤机工作过程：间歇操作，抽滤，水洗，吸干，卸料真空过滤机按操作方式分为：间歇式，连续式转筒真空过滤机借抽吸作用使过滤和洗涤操作分别在一个旋转圆筒中完成转筒真空过滤机：1~10区接真空管，过滤区；12~13区，洗涤区；14区为脱水区；16~17区，卸料区；18区，滤饼区MS型涡轮分级机特点：分级范围广（粒度范围5到150微米）；分级精确度高；结构简单，粒径调节方便MSS型涡轮分级机（超微涡轮分级增加三次气流）特点：分级范围广（2到20微米）；分级精确度高；粒径调节方便板框压滤机间歇式操作：过滤，洗涤，卸料，整理，装合五步循环干燥加热方法：对流，传导，辐射和高频气流干燥器结构：见ppt第七章对流干燥器：厢式干燥器，气流干燥器，沸腾干燥器，喷雾干燥器；传导干燥器：滚筒干燥器，真空盘架式干燥器，冷冻干燥器；辐射干燥器：红外线干燥器；介电加热干燥器：微波干燥器微波干燥特点：干燥过程无需经过传热途径，加热时间较短；热损失少，对复杂性状物料的均匀加热性好；加热电力易于控制；均匀加热，物料内外层加热同时进行；干燥器体积小，操作方便影响红外线干燥速度因素：红外线的辐射能力，受热体的吸收能力冷冻干燥（属传导加热的真空干燥）特点：对产品破坏程度低，同时冷冻干燥后的产品具有疏松，易溶等优点；高度真空和低温操作；热能消耗少；设备投资高；干燥速率慢，生产能力低萃取分离的选择原则：溶液中各组分的沸点非常接近；混合液中的各组分能形成恒沸物；溶液中要回收的组分是热敏性物质，受热易分解，聚合或其他化学变化；需分离的组分浓度很低，且沸点比稀释剂高萃取剂的选择原则：挥发性要低，毒性要小；高选择性，对被萃取组分要有较大的溶解能力的液体；不水解，化学性质稳定，对设备腐蚀性小；价格便宜，来源方便，易再生；反萃取容易，不发生乳化，不生成第三相逐级接触式特点：溶剂量消耗大；萃取液平均浓度稀，萃取完全双水相萃取特点：双水相系统平衡时间短；操作条件温和，在常温常压下进行；两相的界面张力小，两相易分散；上下两相密度差小，两相分离较困难；易于连续操作，处理量大，易于放大，适合工业应用双水相构成体系：离子型高聚物-非离子型高聚物（分子间斥力）；高聚物-相对低分子量化合物（盐析作用）喷射萃取器分类：器内混合；器外混合分级接触式离心萃取机：每段下部是混合区，中部为分离区，上部是重液引出区超临界流体萃取：利用流体在临界点附近所具有的特殊溶解性能进行萃取的一种化工分离技术超临界二氧化碳萃取特点：超强的溶解性能；超强的传递能力；易控制操作压力和温度参数；快速高效分离；适用于挥发性物质的分离，医药食品及化妆品的分离超临界二氧化碳流体特性：二氧化碳临界温度和压力相对较低，易于工业化；二氧化碳不可燃，无毒，化学稳定性好；二氧化碳是化工副产物，来源广，易回收和消除温室效应；超临界二氧化碳的溶解能力可通过流体的压力来调节；超临界二氧化碳处理的产物易纯化，无溶剂残留蒸馏：利用液体混合物中各组分的挥发性差别，将互溶的液体混合物分离提纯的单元操作简单蒸馏无液体回流，精馏有液体回流蒸馏的条件：加热使液体部分汽化；冷凝；挥发度存在足够大的差异蒸馏溶质和溶剂都有挥发性，塔顶和塔底都有可能是产品，蒸发溶剂挥发，溶质不挥发，蒸发产品是被浓缩了的溶液板式蒸馏塔选择原则：处理易结垢或含有固体颗粒的物料；液体负荷过大或过小时；高压操作；操作过程随热量放出或吸入；板式塔易于检修和清洗低温蒸馏通常指沸点低于250摄氏度