化工反应设备综述.ppt

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1、化学反应过程化学反应过程及设备综述及设备综述龙飞飞2011年10月18日第一页，编辑于星期六：十八点 十分。过程装备概论过程装备概论第二页，编辑于星期六：十八点 十分。流流体体动动力力过过程程及及设设备备热热量量传传递递过过程程与与装装备备质质量量传传递递过过程程与与装装备备机机械械操操作作过过程程与与装装备备热热力力学学过过程程与与装装备备化化学学反反应应过过程程与与装装备备过程装备概论过程装备概论第三页，编辑于星期六：十八点 十分。过程装备概论过程装备概论1化工反应过程及设备化工反应过程及设备2生物反应过程及设备生物反应过程及设备3核反应过程及设备核反应过程及设备4环境治理过程及设备环境治

2、理过程及设备第四页，编辑于星期六：十八点 十分。化工反应过程化工反应过程 化工反应过程是一个十分重要的生产过程，它将原料转变成产品或中间体，是化学工业工程的核心过程。前处理化学反应后处理原料循环排气排污产品第五页，编辑于星期六：十八点 十分。化工反应过程化工反应过程 化工反应过程的研究范围是对各种反应过程进行工程分析，进行技术开发所需要的各种研究，制定最合理的技术方案和操作条件，进行反应器和反应系统的设计。它一般包括以下几个方面：(1)选用合适的反应器型式，开发新的技术和设备；(2)改进现有的反应器结构，确定反应器的具体结构及其几何尺寸；(3)优化反应器的操作条件；(4)指导和解决反应过程开发

3、中的放大问题。第六页，编辑于星期六：十八点 十分。化工反应过程化工反应过程 研究化工反应过程不可避免地要用到化学反应动力学的基本原理，包括三个方面：(1)化学计量学 (2)化工热力学 (3)反应动力学第七页，编辑于星期六：十八点 十分。化工反应过程化工反应过程 基本设备基本设备 化工反应过程要在特定的反应设备内完成，由于化学产品种类繁多，物料的相态各异，反应的条件差别很大，因此所采用的化学反应设备也有各种型式。化学反应器有很多不同的分类方法：如按物料相态可分为均相(单相)反应器和非均相(多相)反应器：按操作方式可分为间歇式、连续式和半连续式反应器：按照传热的情况可分为绝热反应器、等温反应器和非

4、等温非绝热式反应器：按照流动状态可分为活塞流型和全混流型反应器：按照结构形式可分为固定床反应器、流化床反应器、搅拌反应器、列管式反应器、加热炉式反应器、鼓泡反应器、滴流床反应器及移动床反应器。第八页，编辑于星期六：十八点 十分。化工反应过程化工反应过程 基本设备基本设备固定床反应器固定床反应器流化床反应器流化床反应器 搅拌反应器搅拌反应器第九页，编辑于星期六：十八点 十分。重要石油化工过程重要石油化工过程常减压蒸馏常减压蒸馏催化裂化催化裂化催化重整催化重整加氢精制和加氢裂化加氢精制和加氢裂化延迟焦化延迟焦化合成氨和尿素合成氨和尿素石油烃裂解制烯烃石油烃裂解制烯烃合成橡胶合成橡胶氯碱氯碱第十页，

5、编辑于星期六：十八点 十分。重要石油化工过程重要石油化工过程常减压蒸馏常减压蒸馏 常压蒸馏是石油加工的“龙头装置”，后续二次加工装置的原料，及产品都是由常减压蒸馏装置提供。常减压蒸馏主要是通过精馏过程，在常压和减压的条件下，根据各组分相对挥发度的不同，在塔盘上汽液两相进行逆向接触、传质传热，经过多次汽化和多次冷凝，将原油中的汽、煤、柴馏分切割出来，生产合格的汽油、煤油、柴油及蜡油及渣油等。第十一页，编辑于星期六：十八点 十分。重要石油化工过程重要石油化工过程 原料采用原油蒸馏（或其他石油炼制过程）所得的重质馏分油;或重质馏分油中混入少量渣油,经溶剂脱沥青后的脱沥青渣油；或全部用常压渣油或减压渣

6、油。在反应过程 中由于不挥发的类碳物质沉积在催化剂上，缩合为焦炭，使催化剂活性下降，需要用空气烧去（见催化剂再生），以恢复催化活性，并提供裂化反应所需热量。催化裂化是石油炼厂从重质油生产汽油的主要过程之一。所产汽油辛烷值高（马达法80左右），安定性好，裂化气（一种炼厂气）含丙烯、丁烯、异构烃多。催化裂化催化裂化第十二页，编辑于星期六：十八点 十分。重要石油化工过程重要石油化工过程 在有催化剂作用的条件下,对汽油馏分中的烃类分子结构进行重新排列成新的分子结构的过程叫催化重整。石油炼制过程之一，加热、氢压和催化剂存在的条件下，使原油蒸馏所得的轻汽油馏分（或石脑油）转变成富含芳烃的高辛烷值汽油（重整

7、汽油），并副产液化石油气和氢气的过程。重整汽油可直接用作汽油的调合组分，也可经芳烃抽提制取苯、甲苯和二甲苯。副产的氢气是石油炼厂加氢装置（如加氢精制、加氢裂化）用氢的重要来源。催化重整催化重整第十三页，编辑于星期六：十八点 十分。重要石油化工过程重要石油化工过程 也称加氢处理，石油产品最重要的精制方法之一。指在氢压和催化剂存在下，使油品中的硫、氧、氮等有害杂质转变为相应的硫化氢、水、氨而除去，并使烯烃和二烯烃加氢饱和、芳烃部分加氢饱和，以改善油品的质量。有时，加氢精制指轻质油品的精制改质，而加氢处理指重质油品的精制脱硫。加氢精制和加氢裂化加氢精制和加氢裂化第十四页，编辑于星期六：十八点 十分。

8、重要石油化工过程重要石油化工过程 延迟焦化是一种石油二次加工技术，是指以贫氢的重质油为原料，在高温(约500)进行深度的热裂化和缩合反应，生产气体、汽油、柴油、蜡油、和焦炭的技术。所谓延迟是指将焦化油(原料油和循环油)经过加热炉加热迅速升温至焦化反应温度，在反应炉管内不生焦，而进入焦炭塔再进行焦化反应，故有延迟作用，称为延迟焦化技术。延迟焦化延迟焦化第十五页，编辑于星期六：十八点 十分。重要石油化工过程重要石油化工过程 合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。别名氨气，分子式为NH3，英文名：synthetic ammonia。世界上的氨除少量从焦炉气中回收外，绝大部分是合成的氨

9、。尿素生产方法：工业上用液氨和二氧化碳为原料，在高温高压条件下直接合成尿素，化学反应如下：2NH3+CO2NH2COONH4CO(NH2)2+H2O合成氨和尿素合成氨和尿素第十六页，编辑于星期六：十八点 十分。重要石油化工过程重要石油化工过程 催化裂解，是在催化剂存在的条件下，对石油烃类进行高温裂解来生产乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烃，并同时兼产轻质芳烃的过程。由于催化剂的存在，催化裂解可以降低反应温度，增加低碳烯烃产率和轻质芳香烃产率，提高裂解产品分布的灵活性。石油烃裂解制烯烃石油烃裂解制烯烃第十七页，编辑于星期六：十八点 十分。重要石油化工过程重要石油化工过程 合成橡胶的生产工艺大致可分为单体

10、的合成和精制、聚合过程以及橡胶后处理三部分 (1)单体的生产和精制 合成橡胶的基本原料是单体，精制常用的方法有精馏、洗涤、干燥等。(2)聚合过程 聚合过程是单体在引发剂和催化剂作用下进行聚合反应生成聚合物的过程。有时用一个聚合设备，有时多个串联使用。合成橡胶的聚合工艺主要应用乳液聚合法和溶液聚合法两种。(3)后处理 后处理是使聚合反应后的物料（胶乳或胶液），经脱除未反应单体、凝聚、脱水、干燥和包装等步骤，最后制得成品橡胶的过程。合成橡胶合成橡胶第十八页，编辑于星期六：十八点 十分。重要石油化工过程重要石油化工过程 指使用饱和食盐水制氯气氢气烧碱的方法。工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取N

11、aOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。中国的氯碱工业主要采用隔膜法和离子膜交换法两种生产工艺。氯碱工业的主要产品包括烧碱、聚氯乙烯（PVC）、氯气、氢气等。氯碱产品主要用于制造有机化学品、造纸、肥皂、玻璃、化纤、塑料等领域。氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品除应用于化学工业本身外，还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业。氯碱工业常用的离子交换膜电解槽氯碱氯碱第十九页，编辑于星期六：十八点 十分。过程装备概论过程装备概论1化工反应过程及设备化工反应过程及设备2生物反应过程及设备生物反应过程及设备3核反应过程及设备核反应过程及设备4环

12、境治理过程及设备环境治理过程及设备第二十页，编辑于星期六：十八点 十分。生物反应过程生物反应过程 生物化学工程是以生物技术从实验室规模扩大至生产规模为目的，以生物生产过程中带有共性的工程技术问题为核心的一门由生物科学与化学工程相结合的交叉学科。它既是生物技术的一个重要组成部分，又是化学工程的一个分支学科。概述概述第二十一页，编辑于星期六：十八点 十分。生物反应过程生物反应过程生物反应过程的特点生物反应过程的特点(1)生物反应过程具有生命活力。生物反应过程具有生命活力。(2)生物反应过程对流动或机械剪切力非常敏感。生物反应过程对流动或机械剪切力非常敏感。(3)生物反应过程大都发生在生物界面或表面

13、上，受生物反应过程大都发生在生物界面或表面上，受界面的影响强烈。界面的影响强烈。(4)生物反应过程具有多相性生物反应过程具有多相性(5)生物反应过程具有颗粒性生物反应过程具有颗粒性(6)生物反应过程的可变性生物反应过程的可变性第二十二页，编辑于星期六：十八点 十分。生物反应过程生物反应过程生物反应过程及生物反应器的分类生物反应过程及生物反应器的分类 生物反应器给生物或细胞提供适当的环境，使其生长和代谢，最大限度地生成所需的产物。良好的生物反应器应具有如下特点：（1）良好的气一液接触和液一固混合性能，有较高的传质和传热效率。（2）适合工艺的要求，反应器生产产品的体积效率高。（3）结构严密，密封性

14、能好。（4）附有必要和可靠的检测、控制装置。第二十三页，编辑于星期六：十八点 十分。生物反应过程生物反应过程生物反应过程及生物反应器的分类生物反应过程及生物反应器的分类生物反应器可分为以下几类：(1)酶反应器 酶是一类由生物细胞产生的具有催化功能的蛋白质，是生物反应中常用的一种蛋白质催化剂。以酶为催化剂进行生物催化反应的设备称为酶反应器。(2)微生物反应器 微生物反应过程是指由生长繁殖的微生物微生物反应过程。发酵罐是一种最重要的微生物反应器。工业上使用的发酵罐容积通常为10200m3，一种用于生产单细胞蛋白质的气升式发酵罐达1500m3，用于乙醇生产的发酵罐达1900m3。第二十四页，编辑于星

15、期六：十八点 十分。过程装备概论过程装备概论1化工反应过程及设备化工反应过程及设备2生物反应过程及设备生物反应过程及设备3核反应过程及设备核反应过程及设备4环境治理过程及设备环境治理过程及设备第二十五页，编辑于星期六：十八点 十分。核反应过程核反应过程核反应过程基本原理核反应过程基本原理1.链式反应 早期的试验研究表明，当中子击中铀核时，一个中子打碎一个铀核，产生能量，放出两个中子来；这两个中子又打中另外两个铀核，产生两倍的能量，再放出四个中子来，这四个中子又打中邻近的四个铀核，产生四倍的能量，再放出八个中子来以此类推，这就是链式反应。第二十六页，编辑于星期六：十八点 十分。核反应过程核反应过

16、程核反应过程基本原理核反应过程基本原理2.慢化剂和冷却剂 刚从核反应中产生的中子还不能立即可用，因为这种中子的速度太快，在铀原子核附近滞留的时间很短，与原子核发生反应的机会太少，因此要增加中子和原子核发生反应的机会，必须将刚产生的快速中子的速度减慢，这个过程就是慢化。选择的慢化剂应具备：慢化能力强，吸收中子的能力小，甚至不吸收中子；耐射线照射的能力要强，在反应堆的强辐照中不会变质；材料比较容易获得纯净介质，能够经过加工去除其中的杂质等等。符合这些要求在实际中使用比较多的慢化剂有普通的纯净水、重水和石墨等介质。第二十七页，编辑于星期六：十八点 十分。核反应过程核反应过程核反应过程基本原理核反应过

17、程基本原理2.慢化剂和冷却剂 由于核反应一代接一代的发展非常迅速，因而反应堆内的能量释放也很快，如果不加控制，其后果就不堪设想。因此这就需要及时将释放的热量带走，这就需要冷却剂。目前，除了用水做冷却剂(轻水或重水)外，还有以二氧化碳气体作为冷却剂的。第二十八页，编辑于星期六：十八点 十分。核反应过程核反应过程核反应过程基本原理核反应过程基本原理3.聚变反应 当两个轻原子核结合成一个较重的原子核时，也会释放能量，这就是核聚变，放出的能量称为聚变能。聚变的第一步是要使燃料处于等离子体态，也即进入物质第四态。等离子体是一种充分电离的、整体呈电中性的气体。在等离子体中，由于高温，电子已获得足够的能量摆

18、脱原子核的束缚，原子核完全裸露，为核子的碰撞准备了条件。当等离子体的温度达到几千万度甚至几亿度时，原子核就可以克服斥力聚合在一起，如果同时还有足够的密度和足够长的热能约束时间，这种聚变反应就可以稳定地持续进行。等离子体的温度、密度和热能约束时间三者乘积称为“聚变三重积”，当它超过某一基本值时，聚变反应输出的功率等于为驱动聚变反应而输入的功率，必须超过这一基本值，聚变反应才能自持进行。由于三重积的苛刻要求，受控核聚变的实现极其艰难。第二十九页，编辑于星期六：十八点 十分。核反应过程核反应过程核电站的基本组成及工作过程核电站的基本组成及工作过程 核电站是以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在核反

19、应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量，来加热水使之变成蒸汽。蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮发电机发电。一般说来，除了动力装置不同外，核电站的汽轮发电机及电器设备与普通火电站大同小异。第三十页，编辑于星期六：十八点 十分。过程装备概论过程装备概论1化工反应过程及设备化工反应过程及设备2生物反应过程及设备生物反应过程及设备3核反应过程及设备核反应过程及设备4环境治理过程及设备环境治理过程及设备第三十一页，编辑于星期六：十八点 十分。环境治理过程环境治理过程废水处理过程废水处理过程物理处理法物理处理法化学处理法化学处理法生物处理法生物处理法第三十二页，编辑于星期六：十八点 十分。环境治理过程环境治

20、理过程废气处理过程废气处理过程基本认识基本认识 由燃烧或工厂直接排出的大气污染物称为一次空气污染物。有些污染物在大气中发生化学反应并生成另外的污染物，称为二次污染物。大气污染物的形态有固态、气态和液态三种，固态污染物一般称为颗粒物，其粒径小于10微米的固态污染物可长期飘浮在空气中并能吸入肺部故又称飘尘和可吸入尘，这部分颗粒物对人的健康影响最大。粒径小于100微米的称为悬浮颗粒物，这些颗粒物可较长时间悬浮在空气中。颗粒物的毒性取决于它的成分，这些污染物大都能刺激呼吸道，并最后到达肺泡造成危害。第三十三页，编辑于星期六：十八点 十分。环境治理过程环境治理过程废气处理方法废气处理方法分离法转换法利用

21、外力等物理方法将污染物从废气中分离出来先使废气中的污染物发生某种物理或化学变化，然后分离或转化为其他形态或物质，再进一步进行净化。第三十四页，编辑于星期六：十八点 十分。环境治理过程环境治理过程废气处理主要设备废气处理主要设备旋风除尘器湿式除尘器湿式除尘器是利用含尘废气和水(或其他液体)相接触，并经过惯性碰撞、接触阻流，使尘粒从气体中分离出来的设备。袋式除尘器袋式除尘器是使含尘废气通过各种滤料，将尘粒分离出来的设备。电除尘器电除尘器是在一接有高压直流电源的阴极线(放电极，又称电晕极)和一接地的阳极板(集尘极)间形成高压电场。当含尘气体在电场内通过时，阴极发生电晕放电，气体被电离，形成大量负离子

22、和电子。负离子和电子在电场作用下，向集尘极运动。运动中负离子与尘粒相碰撞，使尘粒也带以负电。带负电尘粒向阳极运动，与阳极接触后，失去负电荷，而沉积于集尘板上。沉积的尘粒，经过振动等方法，由极板上落下，进入灰斗，净化后的气体被排出。第三十五页，编辑于星期六：十八点 十分。环境治理过程环境治理过程固体废弃物固体废弃物 固体废弃物的分类方法很多，按其化学性质可分为有机固体废弃物和无机固体废弃物两类；按其危害状况可分为有害废弃物和一般废弃物：按其形状可分为固体和泥状两类。通常为了便于管理，按来源予以分类，欧美等许多国家将固体废弃物分为：工业固体废弃物、矿业固体废弃物、城市固体废弃物(即城市垃圾)、农业

23、固体废弃物、放射性固体废弃物等5类。第三十六页，编辑于星期六：十八点 十分。环境治理过程环境治理过程固体废弃物固体废弃物处理处理和处置方法和处置方法 固体废弃物处理(Treatment)是指通过物理、化学、生物等不同方法，将固体废弃物转化为运输、储存、资源化利用以及最终处置的一种过程，主要处理方法有物理处理、化学处理、生物处理3种。预处理预处理（压实，破碎，分选）固固 化化脱脱 水水焚焚 烧烧热热 解解堆肥技术堆肥技术第三十七页，编辑于星期六：十八点 十分。环境治理过程环境治理过程固体废弃物固体废弃物处理处理和和处置处置方法方法 固体废弃物处理(Disposal)是指未来不再利用的固体废弃物、经加工处理后的固体废弃物、回收能源和产品后的固体废弃物都需要永久性的处置，即最终处置。其目的在于寻找固体废弃物的最终归宿，主要有土地填埋、深井灌注及土地耕作等方式。第三十八页，编辑于星期六：十八点 十分。望各位同学掌握好过程装望各位同学掌握好过程装备各项技术，为现代化备各项技术，为现代化“绿色绿色”工业作贡献！工业作贡献！过程装备与控制工程系第三十九页，编辑于星期六：十八点 十分。