化工原理其他化工单元操作过程
化工单元操作及设备
❖
1、物料衡算：依据——质量守恒定律 输入量-输出量=累积量
G输入－ G输出＝ G累积
❖
稳定过程：输入量=输出量
G输入 G输出
❖
进行物料衡算的步骤：
❖
（1） 画出流程示意图，物料的流向用箭头表示；
❖
（2） 圈出衡算的范围(或称系统)；
❖
（3） 确定衡算对象及衡算基准；
❖
（4） 写出物料衡算方程进行求解。
绪论
1
绪
论
一、化工单元操作及设备在化工领域的地位 合 成氨 无机化学
分析化学
科
化
化工原理
硫酸制造 氯碱工业
有机化学
学
传递过程
工
石油化工
物理化学 应用化学 高分子 化学教育
实 反应工程 生
（还有：分离
验 工程、化工热 产
力学、系统工
化程
）化
学
工 专
家
家
制 糖业
制漆业
电 镀业
水泥、玻 璃制造业
2
二、工生产过程与单元操作 1、化工生产过程——用化工手段将原料进行加工处理，使其 在物理性能上或在化学性质上发生变化，成为人们所需的 产品。 化工生产过程核心显然应该是化学反应及其设备（反应器） 化工原理——研究前处理和后处理所涉及的物理加工过程 的规律和设备。 2、单元操作（unit operation）——化工生产中，具有共同 物理操作原理和设备的过程。 单元操作按其理论基础可分为下列三类： 流体流动过程（动量传递过程）：包括流体的输送、搅拌、 沉降、过滤等。 传热过程（热量传递过程）：包括热交换、蒸发等。 传质过程（质量传递过程）：包括蒸馏和精馏、吸收、萃 取、 干燥、结晶、膜分离等
怎么描述化工原理的流程
怎么描述化工原理的流程化工原理是研究化学过程和工艺的基本原理和规律的学科，它涉及化学反应、物质转化、物质传输和物质控制等过程。
下面我将以常见的化工原理流程为例，详细介绍化工原理的流程。
一、原料选择和处理化工原理的第一步是选择适当的原料，并对原料进行处理。
原料的选择与产品的要求有关，需要根据产品的性质来确定合适的原料。
对于原料的处理包括去除杂质、改变原料状态等，以确保原料符合反应和工艺的要求。
二、反应过程反应是化工过程的核心，它可以将原料转化为所需的产品。
反应过程的基本要素包括反应物、反应条件和反应器。
反应物是参与反应的化学物质，反应条件包括温度、压力和反应物比例等，反应器是进行反应的容器。
在反应过程中，反应物进入反应器后，在一定的温度和压力下发生化学反应，生成产物。
同时，反应过程中还会产生废物和副产物，需要采取相应的措施进行处理。
三、物质传输物质传输是指反应物或产物在反应器内的传输过程。
物质传输可以分为质量传输和热量传输两个方面。
质量传输是指反应物或产物在反应器内的混合、扩散和对流等过程，它决定了反应的速度和效率。
热量传输是指通过换热器、加热和冷却等方式，调节反应器内的温度，保持适宜的反应温度。
四、反应控制反应控制是保证反应过程顺利进行的关键环节。
反应控制主要包括反应温度、反应时间和反应物比例的控制。
通过调节反应条件，可以控制反应速率和产物选择性，达到理想的反应结果。
五、产品分离和纯化在反应结束后，需要对产物进行分离和纯化，以获取纯净的产品。
常见的分离方法包括蒸馏、结晶、过滤、萃取等。
分离和纯化的过程可以根据产物的特性进行选择，并借助不同的物理和化学性质实现。
六、废物处理和环境保护在化工过程中，会产生大量的废物和副产物，对环境造成潜在的危害。
因此，废物处理和环境保护是化工原理流程中的关键环节。
废物处理包括废物的收集、处理和处置。
环境保护包括对废气、废水和废渣的处理和净化，以及对工艺过程中产生的污染物的预防和控制。
化工原理步骤
化工原理步骤化工原理是研究化工过程和机理的学科，主要涉及物质的转化、分离和合成等方面。
在化工原理中，实验步骤和理论分析是非常重要的，只有通过对这些步骤和分析的深入理解，才能在化工实践中取得更好的成果。
一、实验步骤化工实验的步骤通常分为前处理、反应和后处理三个部分，其中每个部分都需要掌握相应的技能和方法。
1.前处理前处理是指在实验中为反应做好充分的准备工作，主要包括：（1）准备反应物：获取所需的原材料，并按要求进行称量、配制、混合等操作。
（2）准备反应器：根据需要选择不同的反应器，进行清洗、干燥、加热等操作。
（3）准备催化剂：如果需要添加催化剂，就要进行催化剂的配制和加入操作。
2.反应反应是化工实验的核心部分，通常需要掌握以下技能和方法：（1）加热：反应需要一定的温度条件，所以需要把反应器放置在相应的热源下加热。
（2）搅拌：反应过程中需要借助机械力，加速反应物之间的接触和混合，所以需要使用搅拌器或其他机械设备。
（3）控制pH：如果反应需要控制pH，就需要添加相应的酸或碱，以维持反应物质浓度的平衡。
3.后处理后处理是指在反应完成后，需要采取一系列措施，如停止反应、分离产品、去除杂质等。
具体方法包括：（1）冷却：当反应完成后，需要冷却反应液，以确保该液态物质在实验中安全处理。
（2）分离：通过离心、过滤等方法，分离出反应产物，以便进一步研究和分析。
（3）去除杂质：通过化学或物理方法去除反应产物中的杂质，以提高产物的品质。
二、理论分析化工原理的理论分析也是化工实践的重要组成部分。
具体来说，需要从以下几个方面进行分析：1.反应机理化学反应机理是指反应过程发生的化学变化，可以通过实验和理论计算来确定。
2.反应动力学化学反应动力学是指反应速率和反应机理之间的关系，以及对反应速率的影响因素。
通过分析反应动力学，可以预测反应的速度和反应物质的生成量。
3.反应热力学化学反应热力学是指能量变化和反应吸热或放热等热力学性质。
化工单元过程与操作
化工单元过程与操作化工单元是指利用化学原理、物理原理和工程技术，对原材料进行加工，生产出一种特定的化学产品的过程。
这种过程通常包括多个步骤和操作，如反应器、分离塔、过滤等。
这些步骤和操作的设计和实施直接影响化工单元的效率和安全性。
一、反应器反应器是化工过程中最基本的单元，它通常是一个大型的容器，容器内充满了化学原料和反应产物。
反应器通常有三种主要类型：批量反应器、连续流反应器和半连续流反应器。
批量反应器是一种适用于小规模生产的反应器，它在一段时间内将原料加进去，然后进行反应，最后得到产物。
连续流反应器是一种适用于大规模生产的反应器，原料流过反应器，进行连续反应。
半连续流反应器则是介于两者之间的一种反应器，它将原料以固定间隔或在固定位置输入反应器。
反应器的设计和操作关键在于控制反应过程，化学反应过程是一个复杂的动态过程，它涉及到多个变量，如温度、压力、倒出与加入速率等。
因此，对反应器的操作需要有精细的计量、调节和控制方案。
二、分离塔分离塔是一种用于将混合物中的不同成分分离出来的设备，在化工流程中具有重要的地位。
分离塔常见的类型包括蒸汽塔、精馏塔、萃取塔、吸收塔等。
精馏塔是化工过程中最常用的分离塔，它基于不同物质在不同环境下的沸点差异，将混合物分离成更纯的成分。
萃取塔则是利用化学反应的差异性，采用溶剂分离法对混合物进行分离。
吸收塔则是采用气体-液体接触的方式，将气体中的污染物和液体中的吸收剂接触起来，从而达到去除污染物的效果。
分离塔的设计和操作基于物质的性质差异和分离条件的变化。
例如，在精馏塔中，设计者需要合理地设置塔板布局、塔板筒快和塔壳形状等因素，确保分离过程达到预期效果。
三、过滤过滤作为化工过程中的一个重要的操作步骤。
它的主要作用是在化学反应中分离出来的固体杂质。
过滤操作通常分为重力过滤、压力过滤、离心过滤和真空过滤等。
重力过滤是将混合物置于筛网上进行筛选。
重力过滤速度较慢，对过滤物料的杂质容忍度较高。
化工单元操作教程
化工单元操作教程1. 简介化工单元是化工生产过程中的基本操作单元，用于实现化学反应、分离、提纯、浓缩、干燥等工艺过程。
本教程将介绍化工单元的基本操作流程、注意事项和常见问题解决方法，帮助初学者快速掌握化工单元操作技巧。
2. 操作流程2.1. 准备工作在进行化工单元操作前，需要做好以下准备工作：•确认操作对象：确定要操作的化工单元以及操作装置的类型和规格。
•安全检查：检查化工单元的操作装置和周围环境是否存在安全隐患，保证操作过程的安全性。
•准备操作材料：准备所需的原料、试剂、溶剂等。
•准备操作工具：准备所需的操作工具，如称量器、搅拌器、温度计等。
2.2. 操作步骤根据不同的化工单元和工艺要求，具体的操作步骤可能会有所不同。
下面以常见的化工单元操作（如反应釜、蒸馏塔）为例，介绍一般的操作步骤：2.2.1. 反应釜操作步骤1.将反应釜连接至供电源，确保电源正常。
2.打开排气阀，排除可能存在的空气。
3.检查反应釜的密封情况，确保密封处无渗漏。
4.将所需原料按照配比放入反应釜中。
5.根据反应条件要求调节温度、压力等参数。
6.打开搅拌器，开始搅拌。
7.启动加热或冷却系统，控制温度。
8.监测反应过程中的温度、压力等关键参数，保证操作过程的安全性和效果。
2.2.2. 蒸馏塔操作步骤1.将蒸馏塔与加热系统、冷却系统等连接。
2.检查蒸馏塔的密封情况，确保密封处无渗漏。
3.将所需混合物或溶液注入蒸馏塔的料仓。
4.启动加热系统，控制加热功率。
5.启动冷却系统，控制冷却水流量和温度。
6.随着温度的升高，观察混合物的沸腾情况，并根据情况调节加热功率。
7.观察塔顶出口处的液体流动情况，根据需要调节冷却水流量和温度。
8.根据目标物质的沸点，收集相应的馏分。
3. 注意事项在进行化工单元操作时，需要注意以下事项：•严格遵守操作规程和操作指导书，确保操作过程的安全性。
•确保操作装置的密封性能良好，防止泄漏和事故发生。
•注意操作环境的通风和防护，避免有毒气体或腐蚀性气体对人身造成伤害。
化工原理
化工原理绪论部分1． 单元操作：根据化工生产的操作原理，可将其归纳为应用较广的数个基本操作过程，如流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、蒸发、结晶、吸收、蒸馏、萃取、吸附及干燥等，这些基本操作过程称为单元操作。
任何一种化工产品的生产过程都是由若干单元操作及化学反应过程组合而成的。
2．单元操作与“三传”过程：①动量传递过程。
③质量传递过程。
②热量传递过程。
3．单元操作计算：（1）物料衡算：它是以质量守恒定律为基础的计算：用来确定进、出单元设备(过程)的物料量和组成间的相互数量关系，了解过程中物料的分布与损耗情况，是进行单元设备的其它计算的依据。
（2）能量衡算：它是以热力学第一定律即能量守恒定律为基础的计算，用来确定进、出单元设备(过程)的各项能量间的相互数量关系，包括各种机械能形式的相互转化关系，为完成指定任务需要加入或移走的功量和热量、设备的热量损失、各项物流的焓值等。
第一章 流体流动1．流体：是由许多离散的彼此间有一定间隙的、作随机热运动的单个分子构成的。
通常是气体和液体的统称2．密度：单位体积流体所具有的质量称为流体的密度，单位为kg ，其表示式为 ρ=V/m 比容：单位质量流体所具有的体积，其单位为m 3/kg ，在数值上等于密度的倒数。
v=1/ρ 压强：垂直作用于单位面积上且方向指向此面积的力，称为压强，其表示式为 P=F/A3．等压面：在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面上的各点，因其深度相同，其压力亦相等。
4．流量与流速：（一）流量<1>．体积流量：单位时间内流经通道某一截面的流体体积，用V s ，表示，其单位为m 3/s(或 m 3/h)。
<2>．质量流量：单位时间内流经通道某一截面的流体质量，用W s 表示，其单位为kg/s(或 kg/h)。
当流体密度为ρ时，体积流量y ，与质量流量W s 的关系为: Ws ＝V s ρ(二) 流速：单位时间内流体微团在流动方向上流过的距离，其单位为m/s 。
化工单元操作的基础知识
沉降的分类及操作
力场
沉降类型
物料组成
重力场
重力 沉降
自由沉降，比如静
止分层
气—固、液—固、
干扰沉降
气—液、液—液
离心 力场
化工单元操作 的基础知识
什么是化工单元操作？
化工单元操作是指由各种化学生产过程中以物理为 主的处理方法概括为具有共同物理变化特点的基本操作。
化工产品的基本过程，都是由若干物理加工过程 （即单元操作）和化学反应过程（即化学反应）组合而 成。
化工单元操作分类
流体流动过程，包括流体输送、沉降、过滤等。 传热过程，包括加热、冷却、冷凝、制冷等。 传质过程，即物质的传递，包括吸收、蒸馏、萃取、
吸附、干燥等。 传力过程，即温度和压力变化的过程，包括液化、冷
冻等。 机械过程，包括固体输送、粉碎、筛分等。
一、流体流动过程
流体输送：流体以一定流量沿着管道（或明渠）由一处送到另 一处。
沉降：由于分散相和分散介质的密度不同，分散相粒子在力场 (重力场或离心力场)作用下发生的定向运动。沉降的结果使分 散体系发生相分离。
不同流速的流体之间存在着阻碍其相对运动的 摩擦阻力，称为内摩擦力。流体的粘度就是这种内 摩擦力的表示与度量。粘性越大，流动性越差。
流体输送的一些相关知识
二. 流量与流速
流量：单位时间内流过管道某一截面的流体量。
①体积流量：Q，m3/s； ②质量流量：G，kg/s ；G=ρQ
通转用 涡 浮子型 街 子电 磁流流流量量量计计计
流体输送的一些机械
化工原理中常见的单元操作
化工原理中常见的单元操作今天咱们来聊一聊化工原理里那些有趣的单元操作。
在化工的世界里，就像在一个超级大的魔法厨房一样，有好多神奇的操作呢。
比如说混合这个操作，就像咱们在家里做蛋糕的时候，把面粉、鸡蛋、糖还有牛奶都混在一起。
化工里也是这样，要把不同的东西均匀地混合起来。
像在生产果汁的时候，会把水果汁、水、还有糖混合起来，这样才能让每一口果汁都有一样的味道。
如果没有混合好，可能有的地方特别甜，有的地方没味道呢。
还有蒸发这个操作。
想象一下，咱们在夏天，小水坑里的水慢慢地变少了，那就是水在蒸发。
在化工里，蒸发也很有用哦。
比如说从海水里提取盐，把海水放在大池子里面，太阳一晒，水就慢慢地变成水蒸气飞走了，最后剩下的就是盐啦。
这就像海水在进行一场魔法表演，水消失了，盐就留下来了。
过滤也很有趣呢。
咱们家里泡茶的时候，会用滤网把茶叶留在杯子里，让茶水到杯子里去，这就是一种简单的过滤。
在化工里，有专门特别大特别复杂的滤网。
比如说在生产矿泉水的时候，要把水里的杂质都过滤掉。
水要经过一层又一层的过滤材料，就像水在走迷宫一样，最后把脏东西都留在外面，干净的水就出来了。
再来说说传热。
咱们冬天的时候，用暖手宝暖手，暖手宝把热量传给咱们的手，手就暖和起来了。
在化工的大工厂里，也有很多传热的情况。
比如石油加工的时候，有的地方需要加热，有的地方需要冷却。
就像给石油这个调皮的小家伙调整温度，让它能变成我们想要的东西。
有大的管道，热的东西在管道里面走，旁边可能还有冷的东西在另一个管道里，它们就像在悄悄交换温度的小秘密。
还有蒸馏，这个可有点像变魔术。
就像从酒的酿造里，把酒精从混合的液体里分离出来。
把酒放在一个特殊的容器里加热，酒精比水更容易变成气体，它就先变成蒸汽跑出来了，然后再把蒸汽冷却，又变成液体的酒精，这样就把酒精和水分开了。
就好像把一群小伙伴，按照他们不同的特点分开来，是不是很神奇呀？化工里的这些单元操作就像一个个小魔法，它们组合在一起，就能做出好多有用的东西，像咱们用的塑料、纸张、还有各种生活用品呢。
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代入焓衡算式，得
D（H－cpwT）=W（H′－cpwt1）+Fcp0（t1－t0）+QL
化学工程系
由 H－cpwT≈r
加热蒸气的汽化热（kJ/kg）；
H′－cpwt1≈r′
二次蒸气的汽化热（kJ/kg）。
可简化得 Dr=Wr′+Fcp0（t1－t0）+QL
或
ym——杜林线的截距(℃)。 不同浓度的杜林直线是不平行的，斜率k与截距 ym都是
溶液质量浓度x的函数。 对NaOH水溶液，k、ym与x的经验关系为
k=1+0.142x ym=150.75x2－2.71x x——溶液的质量浓度。
二、单效蒸发的计算
化学工程系
单效蒸发的计算内容：
（1）蒸发量W ；
化学工程系
三、分类 1. 按操作室压力分
常压、加压、减压（真空）蒸发
2. 按二次蒸气的利用情况分
单效蒸发：将二次蒸气直接冷凝，而不利用其冷凝 热的操作
多效蒸发：将二次蒸气引到下一蒸发器作为加热蒸 气，以利用其冷凝热，这种串联蒸发操作称为多 效蒸发
四、蒸发操作的特点
1.传热性质 2.溶液性质 3.溶液沸点的改变 4.泡沫夹带 5.能源利用
化学工程系
（1）平均温差Δtm 蒸发时，加热面两侧流体均处于恒温、变相状态下，故
Δtm=T－t
（2）基于传热外面积的总传热系数Ko
（3）蒸发器的热负荷Q
若加热蒸气的冷凝水在饱和温度下排除，且忽略热损失， 则
Q=Dr
8.1.3多效蒸发
化学工程系
为了减少加热蒸气消耗量，可采用多效蒸 发操作。
F,x0 ,t0 ,h0
D,T,H
（2）加热蒸气的消耗量D；
（3）传热面积S。
W,T’,H’
蒸发室 QL
加加热热室室
(F-W),x1 t1,h1
单效蒸发示D,T意,hw图
1.蒸发量W
对单效蒸发器作溶质衡算，得
Fx0=（F－W）x1
化学工程系
F——原料液的流量（kg/h）；
W——单位时间内蒸发的水分量，即蒸发量（kg/h）；
x0——原料液的质量组成； x1——完成液的质量组成。
2.加热蒸发量D
化学工程系
蒸发操作中，加热蒸气的热量一般用于将 溶液加热至沸点，将水分蒸发为蒸气以及 向周围散失的热量。
对某些溶液，如CaCl2、NaOH等水溶液， 稀释时放出热量，因此蒸发这些溶液时应
考虑要供给和稀释热量相当的浓缩热。
化学工程系
DH+Fh0=WH′+（F－W）h1+Dhw+QL
化学工程系
计算溶液的比热容的经验公式
cp=cpw（1-x）+cpBx
当x＜20%时，上式可以简化为
cp=cpw（1 - x）
式中 cp——溶液的比热容（kJ/（kg·℃））； cpw——纯水的比热容（kJ/（kg·℃））； cpB——溶质的比热容（kJ/（kg·℃））。
Δa′——常压下由于溶液蒸气压下降而引起的
沸点升高（即温度差损失）(℃)；
Δ′——操作压强下由于溶液蒸气压下降而引
起的沸点升高(℃)；
f——校正系数，无因次。
化学工程系
校正系数经验计算式
0.0162T 2732
f r
T′— 操作压强下二次蒸气的温度（℃）； r′— 操作压强下二次蒸气的汽化热（kJ/kg）。
化学工程系
化学工程系
8.1.2 单效蒸发 一、溶液的沸点升高和温度差损失
溶液的沸点升高：溶液中含有不挥发的溶质， 在相同条件下，其蒸气压比纯水的低，所 以溶液的沸点就比纯水的要高，两者之差 称为因溶液蒸气压下降而引起的沸点升高。
化学工程系
当缺乏实验数据时，可以用下式先估算出沸
点升高值 ： Δ′=fΔa′
（，得
DH+Fh0=WH′+（F-W）h1+Dhw+QL
D——加热蒸气的消耗量（kg/h）； h1——完成液的焓（kJ/kg）；
H——加热蒸气的焓（kJ/kg）； hw——冷凝水的焓（kJ/kg）；
h0——原料液的焓（kJ/kg）；
QL——热损失（kJ/h）。
H′——二次蒸气的焓（kJ/kg）；
化学工程系
若加热蒸气的冷凝液在蒸气的饱和温度下排除，则
则上式变为
H- hw=r
r——加热蒸气的汽化热（kJ/kg）。 稀释热不可忽略时溶液的焓由专用的焓浓图查得。
化学工程系
（2）溶液的稀释热可以忽略
溶液的焓可用比热容算出，即
整理得
h0=cp0（t0－0）=cp0t0 h1=cp1（t1－0）=cp1t1 hw=cpw（T－0）=cpwT
化学工程系
原料液及完成液的比热容可分别写成：
cp0=cpw（1- x0）+cpBx0＝cpw-（cpw- cpB） x0 cp1=cpw（1- x1）+cpBx1 ＝cpw-（cpw- cpB）x1
联立得
(cp0- cpw)x1= (cp1- cpw)x0
化学工程系
(cp0 － cpw)x1= (cp1 － cpw)x0 Fx0=(F － W)x1
加热蒸气的热量用于将原料液加热到沸点、蒸 发水分以及向周围的热损失。
化学工程系
若原料液预热至沸点再进入蒸发器，且忽略热损 失,则
或
蒸发1kg水分时，加热蒸气的消 耗量，称为单位蒸气耗量
e: 衡量蒸发装置经济程度的指标
3.传热面积S
由传热速率公式 得
Q=SoKoΔtm
化学工程系
So——蒸发器的传热外面积（m2 ） ； Ko——基于外面积的总传热系（ W /（m2·℃））； Δtm——平均温度差（℃）； Q——蒸发器的热负荷，即蒸发器的传热速（ W）。
化学工程系
第八章 其它化工单元操作过程
本章主要内容
化学工程系
8.1 蒸发 8.2 液液萃取 8.3 超临界萃取和液膜萃取 8.4 膜分离
化学工程系
8.1 蒸发
8.1.1 基本概念
一、定义 二、加热蒸气和二次蒸汽
加热蒸气 : 蒸发需要不断地供给热能 ,工业 上采用的热源通常为水蒸气。 二次蒸气 : 蒸发的溶液大多是水溶液，蒸发 所产生的蒸气也是水蒸气称为二次蒸气。
化学工程系
溶液的沸点也可用杜林规则（Dubring’s rule）计算 ：
k―杜林直线的斜率，无因次； tA，tw ―分别为压强pM下溶液的
沸点与纯水的沸点(℃)； tA' ， tw'―分别为压强pN下溶液的
沸点与纯水的沸点(℃)。
化学工程系
当某压强下水的沸点tw=0时，上式变为
tA=tA'－ktw'=ym