化工生产技术基础培训教材.docx
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化工生产技术基础培训教材
富蕴广汇项目培训教材
化工生产技术基础
编写:
王学录梁海祥
审核:
杨子峰
净化车间
二0一三年一月
目录
第一章化工生产基本概念1
第二章流体流动常识3
第一节流体的密度3
第二节流体的静压强4
第三节流体的流量与流速5
第四节流体基本方程式6
第五节流体在管路内的流动阻力8
第三章化工用泵9
第一节泵的分类9
第二节离心泵9
第三节其它类型的泵17
第四章化工管路23
第一节阀门23
第二节管件基本知识31
第五章传热及传热设备35
第一节传热的基本原理35
第二节传热设备介绍36
第三节换热器运行、维护和保养40
第六章蒸馏、吸收及其塔类设备42
第一节常用概念42
第二节塔类设备介绍46
第七章化工工艺识图基础61
第一节识图基础常识61
第二节化工工艺图识别62
第一章化工生产基本概念
一、化工生产单元操作
对原料进行化工加工从而获得有用产品的过程称为化工生产过程。
如下图所示：
生产过程的前、后处理的物理操作过程称为化工单元操作，简称单元操作。
单元操作特点如下：
1、物理过程；
2、同一单元操作在不同的化工生产中遵循相同的过程规律，但在操作条件及设备类型（或结构）方面会有很大差别；
3、对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现。
二、物料衡算
根据物质守恒定律，在一个稳定的化工生产过程中向系统或设备所投入的物料量必等于所得产品量及过程损失量之和，即：
W原=W产+W损
式中W原—投入物料量
W产—所得的产品量；
W损—损失物料量。
按照这一规律对总物料或其中某一组分进行的计算，称为物料衡算。
通过物料衡算可以了解化工生产的原料量、产量、损耗量、确定设备的生产能力及其主要尺寸；判定物料生产过程进行的好坏和经济效益的评价等等。
三、热量衡算
根据能量守恒定律，对于一个稳定的化工生产过程，向系统和设备内输入的热量应等于输出的热量加上损失的热量即：
Q入=Q出+Q损
式中Q入—投入的热量；
Q出—输出的热量；
Q损—损失的热量。
按照这一规律对系统或设备热量进行的计算，称为热量衡算。
通过热量衡算，可以检查热量消耗的程度，确定经济合理的热量消耗方案、热能综合利用途径和选择最适宜的生产资料等。
四、过程的平衡关系
在化工生产中，固体的溶解、气体的吸收、溶液的蒸馏等操作过程都是在一定条件下由不平衡向平衡状态转化，以达到过程进行的最大限度。
过程的平衡是在一定条件下建立的，当条件发生变化，则平衡就被破坏。
直到在新的条件下建立新的平衡关系为止。
五、过程的速率
过程的速率是指单位时间里过程进行的变化量。
它与过程的推动力成正比，与过程的阻力成反比。
例如：
液体的推动力是位差，传热过程中的推动力是温度差，吸收过程的推动力是浓度差或分压差。
提高过程的推动力是提高过程速率的基本方法。
六、单位制度
1、绝对单位制和重力单位制（工程单位）
绝对单位制以长度、质量、时间为基本量；重力单位制以长度、时间和力为基本量。
两者的主要区别在于绝对单位制以质量为基本量，其单位为基本单位，力（或重量）的单位为导出单位；重力单位制以力（或重量）为基本量，其单位为基本单位，质量的单位为导出单位。
力和质量的关系用牛顿第二运动定律相关联，即
F=ma
式中F—作用于物体上的力；
m—物体的质量；
a—物体在作用力方向上的加速度。
上述两种单位制度中又有米制单位与英制单位之分。
两种单位制度中米制与英制的基本单位列于下表。
两种单位制度中的米制与英制的基本单位
基本物理量
单位制度
长度（L）
时间（T）
力或重力（F）
质量（M）
绝对单位制度
cgs制
cm
s
g
--
mks制
m
s
kg
--
英制
ft
s
lb
--
重力单位制度
（工程单位制）
米制
m
s
--
kgf
英制
ft
s
--
lb（f）
2、国际单位制度（SI制）
1960年10月第十一届国际计量大会通过了一种优越性较大的新单位制度，称为国际单位制度，其代号为SI，它是mks制的引伸。
由于SI制的"统用性"和"一贯性"的优点，在国际上迅速得到推广。
SI中任何一物理量只有一个单位，但重力单位制就有所不同，例如在重力单位制中，热量单位为kcal（千卡）。
功的单位为kgf·m，而热量和功是本质相同的物理量，计算时必须采用“热当量：
（即1kcal=427kgf·m）来换算使之统一，但在SI中热量与功都采用同一单位，即J（焦耳）。
SI基本单位为7种，化工常用5种分别是：
长度：
米（m）质量：
千克（Kg）时间：
秒（s）
温度：
开尔文（K）物质量：
摩尔（mol）
七、单位换算
常用物理量的单位换算关系如下:
1、重力加速度：
g=9.81m/s2（SI制）=981cm/s2（cgs制）
2、质量：
1kg=0.001t（吨）=2.20462ib（磅）
2、长度：
1in（英寸）=0.0254m（米）=0.073333ft（英尺）=0.02778yd（码）
3、力：
1N（牛顿）=1kg·m/s2=0.102kgf（千克力）
4、压强：
1Pa（帕）=1N/m2=1×10-5bar=1.02×10-5kgf/cm2=0.99×10-5atm=0.102mmH2O=0.0075mmHg
5、功、能和热：
1J=1N·m=2.778×10-7kw·h=0.102kgf·m=2.39×10-4kcal
6、功率：
1W（瓦特）=1J/s=0.10197kgf·m/s=0.2389×10-3kcal/s
7、温度：
K（开尔文）=273.3°+℃
第二章流体流动常识
第一节流体的密度
1、定义：
单位体积流体所具有的质量称为流体的密度，
其表达式为：
2、某状态下理想气体的密度：
M—气体的分子量
R—气体常数，其值为8.315J/（mol·K）
如为混合气体则M为混合气体的平均分子量Mm
Mi---气体混合物中各组分的分子量
yi---气体混合物中各组分的摩尔分率
对于一定质量的理想气体。
其体积、压强和温度之间的变化关系为：
p—气体的绝对压强，Pa；
T—气体的绝对温度，K；
V—气体的体积，m3；
第二节流体的静压强
1、定义：
在静止的流体内，单位面积上所受的压力，称为静压强，简称压强，定态流动的流体在管路中同一位置的压强也可视为静压强，其表达式为：
p=ΔP/ΔA（Pa或N/㎡）
p—流体的静压强，Pa；
P—垂直作用于流体表面上的压力，N；
A—作用面的面积，m2。
2、常用压强单位之间的换算关系：
1atm（标准大气压）=10.33mH2O=760mmHg=1.0133bar（巴）=1.033kgf/cm2=1.0133×105Pa
工程上为了使用和换算方便，常将1kgf/cm2近似地作为1个大气压，称为1工程大气压。
于是
1at=1kgf/cm2=735.6mmHg=10mH2O=0.9807bar=9.807×104Pa
3．压强的不同表示方法
（1）绝对压强：
以绝对零压作起点计算的压强,称为绝对压强，是流体的真实压强。
（2）表压强：
流体的压强可用测压仪表来测量。
当被测流体的绝对压强大于外界大气压强时，所用的测压仪表称为压强表。
压强表上的读数表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为表压强，即：
表压强=绝对压强－大气压强（压力表的度量）
（3）真空度：
当被测流体的绝对压强小于外界大气压强时，所用测压仪表称为真空表。
真空表上的读数表示被测流体的绝对压强低于大气压强的数值，称为真空度，即：
真空度=大气压强－绝对压强（真空表的度量）
显然，设备内的流体的绝对压强愈低，则它的真空度就愈高。
真空度又是表压强的负值。
绝对压强，表压强，真空度之间的关系可用下图表示。
注：
外界大气压强随大气的温度、湿度和所在地区的海拔高度而变。
第三节流体的流量与流速
一、流量：
单位时间内流过管道任一截面的流体量，称为流量。
若流量用体积来计量，则称为体积流量，以Vs表示，单位为m3/s。
若流量用质量来计量，则称为质量流量，以ωs表示，单位为㎏/s。
体积流量与质量流量的关系为：
ωs=Vs·ρ
二、流速：
单位时间内流体在流动方向上所流过的距离，称为流速，以u表示，单位为m/s。
流体在管道任一截面上各点的流速沿管径而变化，所以在工程计算上通常用整个管截面上的平均流速来表示流体的流速，其表达式为：
三、流体输送管路直径的选择：
流量一般为生产任务所决定，所以关键在于选择合适的流速。
若流速太大，管径虽然可以减小，但流体流过管道的阻力增大，水泵的动力就大，操作费随之增加。
反之，流速选得太小，操作费可以相应减小，但管径增大，管路的基建费用随之增加。
所以当流体以大流量在长距离的管路输送时，需根据具体情况在操作费用与基建费用之间通过经济权衡来确定适宜的流速。
车间内部的工艺管线，通常较短，管内流速可选用经验数据。
一般管道的截面均为圆形，若以d表示管道内径，则内径、流量、流速之间的关系如下：
某些流体在管道中的常用流速范围
流体的类别及情况
流速范围，m/s
自来水（3×105Pa左右）
1～1.5
水及低粘度液体（1×105～1×106Pa）
1.5～3.0
高粘度液体
0.5～1.0
工业供水（8×105Pa以下）
1.5～3.0
锅炉供水（8×105Pa以下）
＞3.0
饱和蒸汽
20～40
过热蒸汽
30～50
蛇管、螺旋管内的冷却水
＜1.0
低压空气
12～15
高压空气
15～25
一般气体（常压）
10～20
鼓风机吸入管
10～15
鼓风机排出管
15～20
离心泵吸入管（水一类液体）
1.5～2.0
离心泵排出管（水一类液体）
2.5～3.0
往复泵吸入管（水一类液体）
0.75～1.0
往复泵排出管（水一类液体）
1.0～2.0
液体自流速度（冷凝水等）
0.5
真空操作下气体流速
＜10
第四节流体基本方程式
一、静力学基本方程式：
，以此方程式为依据可设计制造液柱压差计，来测量流体的压强或压强差，较典型的有U管压差计和微差压差计；也可用来测量静止液体的液位高度；还可以用来计算液封的高度。
二、流体流动连续性方程式：
1、对于定态流动系统：
2、对于不可压缩流体：
三、柏努利方程
柏努利方程反映了流体在流动过程中，各种形式机械能的相互转换关系。
1、不可压缩实际流体的柏努利方程式
因实际流体具有粘性，在流动过程中必消耗一定的能量。
根据能量守恒原则，能量不可能消失，只能从一种形式转变为另一种形式，这些消耗的机械能转变成热能，此热能不能再转变为用于流体输送的机械能，只能使流体的温度升高。
从流体输送角度来看，这些能量是“损失”掉了。
将流体损失的能量用ΣWf表示。
则柏努利方程式可表示为
2、理想流体的机械能衡算
理想流体是指没有粘性（即流动中没有摩擦阻力）的不可压缩流体。
这种流体实际上并不存在，是一种假想的流体，但这种假想对解决工程实际问题具有重要意义。
对于理想流体又无外功加入时，柏努利方程式可简化为
3、柏努利方程的应用
柏努利方程与连续性方程是解决流体流动问题的基础，应用柏努利方程，可以解决流体输送与流量测量等实际问题。
在用柏努利方程解决问题时，一般应
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