A. 求化工原理知識點提要
一、流體力學及其輸送
1.單元操作:物理化學變化的單個操作過程,如過濾、蒸餾、萃取。
2.四個基本概念:物料衡算、能量衡算、平衡關系、過程速率。
3.牛頓粘性定律:F=±τA=±μA/dy,(F:剪應力;A:面積;μ:粘度;/dy:速度梯度)。
4.兩種流動形態:層流和湍流。流動形態的判據雷諾數Re=ρ/μ;層流-2000-過渡-4000-湍流。
5.連續性方程:A1u1=A2u2;伯努力方程:gz+p/ρ+1/2u2=C。
6.流體阻力=沿程阻力+局部阻力;范寧公式:沿程壓降:Δpf=λlρu2/2d,沿程阻力:Hf=Δpf/ρg=λl
u2/2dg(λ:摩擦系數);層流時λ=64/Re,湍流時λ=F(Re,ε/d),(ε:管壁粗糙度);局部阻力hf=ξu2/2g,(ξ:局部阻力系數,情況不同計算方法不同)
7.流量計:變壓頭流量計(測速管、孔板流量計、文丘里流量計);變截面流量計。
8.離心泵主要參數:流量、壓頭、效率、軸功率;工作點(提供與所需水頭一致);安裝高度(氣蝕現象,氣蝕餘量);泵的型號(泵口直徑和揚程);氣體輸送機械:通風機、鼓風機、壓縮機、真空泵。
二、非均相機械分離
1.顆粒的沉降:層流沉降速度Vt=(ρp-ρ)gdp2/18μ,(ρp-ρ:顆粒與流體密度差,μ:流體粘度);重力沉降(沉降室,H/v=L/u,多層;增稠器,以得到稠漿為目的的沉澱);離心沉降(旋風分離器)。
2.過濾:深層過濾和濾餅過濾(常用,助濾劑增加濾餅剛性和空隙率);分類:壓濾、離心過濾,間歇、連續;濾速的康采尼方程:u=(Δp/Lμ)ε3/5a2(1-ε)2,(ε:濾餅空隙率;a:顆粒比表面積;L:層厚)。
三、傳熱
1.傳熱方式:熱傳導(傅立葉定律)、對流傳熱(牛頓冷卻定律)、輻射傳熱(四次方定律);熱交換方式:間壁式傳熱、混合式傳熱、蓄熱體傳熱(對蓄熱體的周期性加熱、冷卻)。
2.傅立葉定律:dQ= -λdA ,(Q:熱傳導速率;A:等溫面積;λ:比例系數; :溫度梯度);
λ與溫度的關系:λ=λ0(1+at),(a:溫度系數)。
3.不同情況下的熱傳導:單層平壁:Q=(t1-t2)/[b/(CmA)]=溫差/熱阻,(b:壁厚;Cm=(λ1-λ2)/2);
多層平壁:Q=(t1-tn+1)/ [bi /(λiA)];單層圓筒:Q=(t1-t2)/[b/(λAm)],(A:圓筒側面積,C=
(A2-A1)/ln(A2/A1)); 多層圓筒:Q=2πL(t1-t n+1)/ [1/λi [ln(ri+1/ri) ]。
4.對流傳熱類型:強制對流傳熱(外加機械能)、自然對流傳熱、(溫差導致)、蒸汽冷凝傳熱(冷壁)、液體沸騰傳熱(熱壁),前兩者無相變,後兩者有相變;牛頓冷卻定律:dQ=hdAΔt,(Δt>0;h:傳熱系數)。
5.吸收率A+反射率R+透射率D=1;黑體A=1,鏡體R=1,透熱體D=1,灰體A+R=1; 總輻射能E=Eλdλ,(Eλ:單色輻射能;λ:波長);
四次方定律:E=C(T/100)4=εC0(T/100)4,(C:灰體輻射常數;C0:黑體輻射常數;ε=C/C0:發射率或黑度);
兩物體輻射傳熱:Q1-2=C1-2φA[(T1/100)4-(T2/100)4],(φ:角系數;A:輻射面積;C1-2=1/[(1/C1)+(1/C2)-(1/C0)])
6.總傳熱速率方程:dQ=KmdA,(dQ:微元傳熱速率;Km:總傳熱系數;A:傳熱面積);
1/K=1/h1+bA1/λAm+A1/h2A2,(h1,h2:熱、冷流體表面傳熱系數)。
7.換熱器:夾套換熱器、蛇管式換熱器、套管式換熱器、列管式換熱器。
四、蒸餾
1.蒸餾分類:操作方式:連續蒸餾、間歇蒸餾;對分離的要求:簡單蒸餾、平衡蒸餾(閃蒸)、精餾、特殊精餾;壓力:常壓蒸餾、加壓蒸餾、減壓蒸餾;組分:雙組分蒸餾和多組分蒸餾(精餾),常用精餾塔。
2.雙組分溶液氣液相平衡:液態泡點方程:xA=[p-pB(t)]/[pA(t)-pB(t)],(xA:液態組分A的摩爾分數;p
(t):壓強關於溫度的函數); 氣態露點方程:yA=pA/p=[pA(t)/p]×[p-pB(t)]/[pA(t)-pB(t)];
平衡常數KA=yA/xA,理想溶液:KA=p°A/p,即組分飽和蒸氣壓和總壓之比;
揮發度:υA=pA/xA,相對揮發度:αAB=υA/υB,最終可導出氣液平衡方程:y=αx/[1+(a-1)x]; 氣液平衡相圖:p-x圖(等溫)
、t-x(y)圖(等壓)、x-y圖。
3.平衡蒸餾:qn(F),xF加熱至泡點以上tF,減壓氣化,溫度達到平衡溫度te,兩相平衡qn(D),yD和qn(W),xW;
物料衡算:yD=qxW/(q-1)-xF/(q-1),(液化率:q=qn(W)/qn(F));
熱量衡算:tF=te+(1-q)γ/Cp,m,(Cp,m:原液的摩爾定壓熱容;γ:原液的摩爾氣化潛熱);平衡關系:yD=αxW/[1+(α-1)xW]。
4.簡單蒸餾:持續加熱至釜液組成和餾出液組成達到規定時停止; 關系式:ln[n(F)/n(W)]=
{ln(xF/xW)-αln[(1-xF)/(1-xW)]}/(α-1); 總物料衡算:n(F)=n(W)+n(D);易揮發組分衡算:n(F)xF
=n(W)xW+n(D)xD; 推出:xD= [n(F)xF-n(W)xW]/[n(F)-n(W)]。
5.精餾:多次部分氣化部分冷凝(連續、間歇),泡點不同採取不同的壓力操作,塔板數從上至下記;
塔頂易揮發組分回收率:ηD=qn(D)xD/qn(F)xF×100%,釜中不易揮發組分回收率:ηW=qn(W)(1-xW)/[qn(F)(1-xF)]×100%;
精餾段總物料衡算:qn(V)=qn(D)+qn(L);精餾段易揮發組分衡算:qn(V)yn+1=qn(D)xD+qn(L)xn;(V:各層上升蒸汽量;D:塔頂餾出液量;L:各板下降的液量;yn+1:第n+1塊板上升的蒸汽中易揮發組分的摩爾分數;xn:第n塊板下降的液體中易揮發組分的摩爾分數),精餾段操作線方程:yn+1=Rxn/(R+1)
+xD/(R+1),(迴流比R= qn(L)/qn(D));
提餾段段總物料衡算:qn(L』)=qn(V』)+qn(W);提餾段易揮發組分衡算:qn(L』)x』m=qn(V』)y』m+1 +qn(W)xW
;(W:釜液量),提餾段操作線方程:y』m+1= qn(L』)x』m/qn(V』)-qn(W)xW/qn(V』);
總的物料衡算:qn(F)+qn(V』)+qn(L)=qn(V)+qn(L』),乘上各焓值Hx即為熱量衡算,qn(V)=qn(V』)+(1-q)qn(F),(精餾進料熱狀態參數q=(HV-HF)/(HV-HL),即單位原料液變為飽和蒸汽所需要的熱量與單位原料液潛熱之比);
進料方程:y=qx/(q-1)-xF/(q-1);理論塔板的計算逐板法和圖解法,迴流比R增大理論塔板數減小,解析法:全迴流理論塔板數Nmin={lg[xD(1-xw)/[xw(1-xD)]]}/lgam-1,(am:全塔平均揮發度);
最小迴流比Rmin=(xD-yq)/(yq-xq),(xq,yq:進料時),R實=(1.1-2.0) Rmin; 全塔效率ET為理論塔板數與實際塔板數之比;
間歇精餾:分批精餾,一次進料待釜液達到指定組成後,放出殘液,再次加料,用於分離量少而純度要求高的物料,每批精餾氣化物質的量n(V )=
(R+1)n(D),所需時間τ=n(V)/qn(V); 特殊精餾:恆沸精餾(加第三組分,形成新的低恆沸物,增大相對揮發度)
、萃取精餾(加第三組分,增大相對揮發度)、加鹽萃取精餾、分子蒸餾(針對高分子量、高沸點、高粘度、熱穩定性極差的有機物)。
五、吸收
1.吸收劑的要求:對溶質的溶解度大,對其他成分溶解度小、易於再生、不易揮發、粘度低、無腐蝕性、無毒不易燃、價低,吸收率η=(mA除/mA進)×100%≈[
(y1-y2)/y1]×100%,(y1,y
2:進塔和出塔混合氣中A的摩爾分數)。
3.稀溶液中亨利定律:c*A=HpA,(c*A:溶解度;H:溶解度系數;pA:氣相分壓);p*A=ExA,(xA:液相中溶質摩爾分數;E:亨利系數);y*=mx,(平衡常數m=E/p);E=ρs/HMs,(ρs,Ms:純溶劑密度和相對分子質量)。
4.費克定律:jA=-DABdcA/dz,(jA:擴散速率;DAB:組分A在組分B中的擴散系數;dcA/dz:組分A在擴散方向z上的濃度梯度);
等分子擴散速率:NA= jA=D(pA,1-pA,2)/RTz;單向擴散:NA=D(pA,1-pA,2)p/RTz
pB,m,(p/pB,m:漂流因子,pB,m=
(pB,2-pB,1)/ln(pB,2/pB,1),即對數平均值);同理,NA=D(cA,1-cA,2)c/zcB,m。
5.吸收塔操作線方程:qn(L)/qn(V)=(y1-y2)/(x1-x2),(qn(V):二元混合氣摩爾流量;qn(L):液相摩爾流量;x,y:任意一截面液氣相摩爾流量);
最小液氣比[qn(L)/qn(V)]min=(y1-y2)/(x*1-x2),qn(L)/qn(V)= (1.1-2.0) [qn(L)/qn(V)]min;
低濃度時填料塔高度h=qn(V) [dy/(y-y*)]/KyaS=qn(L)
[dx/(x*-x)]/KxaS=NOGHOG=NOLHOL,(K:傳質系數;S:塔截面積;a:單位體積填料有效接觸面積;NOG=
[dy/(y-y*)]:氣相總傳質單元數;HOG =qn(V)/KyaS:氣相總傳質單元高度);
相平衡線為直線時:NOG=ln[(1-S』)(y1-mx2)/(y2-mx2)+S』]/(1-S』),NOL=ln[(1-A)(y1-mx2)/(y2-mx2)+A]/(1-A),(吸收因數:A=1/S』=
qm(V)/mqm(V))。
6.填料塔:液體上進下出,氣體下進上出,其中設有液體在分布器,可使其均勻分布於填料表面,塔頂可按轉除末器。
六、乾燥
1.絕對濕度δ=0.622pV/(p-pV),(pV:水蒸汽分壓);相對濕度φ=
pV/pS,(pS:水蒸汽飽和分壓);濕焓I=Ig+δIv,(Ig:絕干空氣的焓;Iv:水蒸汽的焓)。
2.物料的干基濕含量X=m水/m絕干,是基濕含量ω=m水/m總×100%,ω=X/(1+X);物料分類:非吸濕毛細孔物料、吸濕多孔物料和膠體無孔物料;物料與水分:總水分、平衡水分、自由水分、非結合水分、結合水分。
3.乾燥過程物料衡算:qm,c(X1-X2)=qm,L(δ2-δ1)=qm,W,(qm,c:絕對乾料的質量流量;qm,L:絕干空氣質量流量;qm,W:乾料蒸發出水分的質量流量),即濕物料減少水分等於干空氣中增加的水分;
熱量衡算:q=qD+qP=qm,L(I2-I0)+qm,c(I』2-I』1)+qL,(qD:單位時間乾燥器熱量;qP:單位時間預熱氣熱量;qL:單位時間熱損失;I2:出乾燥器的空氣的焓;I0:進預熱器的空氣的焓;I』2,I』1:進出乾燥器物料的焓),qD=qm,L(I1-I0)
=qm,L(1.01+1.88δ0) (t1-t0),qD=qm,L(I2-I1)+qm,c(I』2-I』1)+qL;
乾燥器熱效率:η=qd/qP×100%,(qd=qm,L(1.01+1.88δ0) (t1-t2))。
4.乾燥速率U=h(t-tW)/rtw,(h:對流表面傳熱系數;t:恆定乾燥條件下空氣平均溫度;tW:初始狀態空氣濕球溫度;r:飽和蒸汽冷凝潛熱);
恆速乾燥階段時間:τ1=qm,c(X1-Xc)/UcS,(Xc:臨界濕含量;S:乾燥面積),降速乾燥階段時間:τ2=qm,c(Xc-X*)ln[(Xc-X*)/(
X2-X*)]/UcS。
5.乾燥器分類:廂式乾燥器、隧道乾燥器、轉筒乾燥器、帶式乾燥器、轉鼓乾燥器、噴霧乾燥、流化床乾燥器、氣流乾燥器、微波高頻乾燥。
七、新型分離技術
1.超臨界萃取:以超臨界流體作萃取劑(密度接近於液體,而粘度接近於氣體,擴散系數位於兩者之間),其具有很強的選擇性和溶解能力,傳質速率大;流程可分為:等溫法、等壓法和吸附吸收法。
2.膜分離技術:微濾、超濾、納濾、反滲透、透析、電滲析、氣膜膜分離、滲透氣化(溶質發生相變化,再透過側以氣相狀態存在)。
B. 原油蒸餾過程
蒸餾是原油加工的第一道工序,通過蒸餾可將原油分成汽油、煤油、柴油、潤滑油等各種餾分和二次加工的原料。原油蒸餾裝置在煉化企業中占據重要的地位,被稱為煉化企業的「龍頭」。蒸餾在石油煉制中起著非常重要的作用,通常是衡量一個煉廠生產能力的重要指標。
原油蒸餾通常包括常壓蒸餾和減壓蒸餾兩部分。所說的常壓蒸餾,就是原油在常壓或稍高於常壓的條件下進行的蒸餾,所用的蒸餾設備叫做原油常壓精餾塔,簡稱常壓塔。通過常壓蒸餾可以切割出沸點小於350℃左右的餾分,如汽油、煤油、柴油等餾分,這些餾分一般占原油總量的20%~30%。而更高沸點的餾分,如裂化原料和潤滑油餾分,在常壓下450℃會發生嚴重的熱裂解反應,生成較多的烯烴,使餾出油變質,還會發生縮合反應生成焦炭,影響正常生產,因此為了蒸出更多的餾分,則需要採用減壓蒸餾。所謂的減壓蒸餾,一般是在壓力低於100千帕的減壓狀態下進行的蒸餾,所用的蒸餾設備叫做減壓塔,通常可切割出沸點小於500℃的餾分油。減壓蒸餾和常壓蒸餾的原理相同,但減壓塔塔頂採用了抽真空設備,如蒸汽噴射器(也稱蒸汽噴射泵)或機械真空泵,可將壓力降到幾千帕。為了獲得更多的餾分油,煉廠通常將原油的常壓蒸餾和減壓蒸餾連接在一起,這樣便構成了我們常說的常減壓蒸餾。
由於原油中所含的水分、鹽類和泥沙等雜質,會對加熱設備和蒸餾設備產生不利影響,因此在蒸餾前還需對原油進行脫鹽脫水處理。如果加工的原油中含有較多的輕質油品,如輕汽油餾分,煉廠通常會在常壓蒸餾前設初餾塔或閃蒸塔,這樣做既可以節約能耗,也可以減少常壓塔的操作波動。
通常,根據蒸餾過程中所用塔數的不同,可將蒸餾流程分為三塔流程和雙塔流程。三塔就是初餾塔、常壓塔和減壓塔;雙塔是常壓塔和減壓塔。大型煉油廠的原油蒸餾裝置大多採用三塔流程。
根據產品用途和煉油廠類型的不同,可將原油蒸餾工藝流程大致分為燃料型、燃料-潤滑油型和化工型三種類型,但我國原油蒸餾工藝流程一般採用前兩種。
C. 為什麼說太陽能多級閃蒸系統、太陽能多級沸騰蒸餾系統和太陽能壓縮蒸餾系統有發展前景
海水淡化的主要來途徑還是利用太自陽能蒸餾技術。目前看來,太陽能多級閃蒸系統、太陽能多級沸騰蒸餾系統和太陽能壓縮蒸餾系統是非常有前景的海水淡化技術。
不久前,科威特已建成了利用槽形拋物面太陽能集熱器及一個7000升的儲熱罐為多達12級的閃蒸系統供熱的太陽能海水淡化裝置,每天可蒸餾得到差不多,10噸淡水。此裝置也產能在夜間及太陽輻射不理想的情況下連續工作,其單位採光面積每天的產水量甚至超過傳統太陽能蒸餾器產水量的10倍。可見,太陽能系統與常規海水淡化裝置相結合的潛力是巨大的。理論計算表明,多級沸騰蒸餾比多級閃蒸系統具有更多的優點,在擁有相同性能系數的條件下,它所需的要求更低。太陽能蒸汽壓縮系統也具有廣闊的前景,特別是在電能相對便宜的地區。在各類多級沸騰蒸餾系統中,多級堆積管式蒸發系統最適合以太陽能作為熱源。這種裝置有許多優點,其中最主要的一點是它能在輸入蒸汽量為0~100%之間的任何一點穩定運行,並能根據蒸汽量自動調整工作狀態。而且它所需的供熱溫度在70~100℃之間,很容易用槽形拋物面或真空管型太陽能集熱器達到。
D. 石油實沸點蒸餾、減壓蒸餾、模擬蒸餾與恩氏蒸餾的意思及區別
實沸點蒸餾------在大氣壓下,自然蒸餾
減壓蒸餾------在低壓環境下蒸餾
模擬蒸餾------一種軟專件分析方法
恩氏蒸餾------Engler distillation
一種常屬用的測定石油產品餾分組成的經驗性標准方法。是一種簡單蒸餾,分餾程度很低,只能用於石油油品餾程的相對比較或油品中輕重餾分相對含量作大致判斷。但在煉油工業中常用作油品質量的重要指標。
E. 比較乾式減壓蒸餾,濕式減壓蒸餾的優缺點
「乾式」減壓蒸餾是相對於以前的濕式而言的,濕式減壓蒸餾是在爐管內和塔內底注入蒸汽,以提容高管內流速防止結焦,提高拔出率。現在所採用的多是三級抽真空系統,所以採取濕式的不怎麼多,一般都是在塔底注入少量的蒸汽,可說是微濕式!
「濕式"減壓蒸餾的主要缺點是需向塔系統內注入大量水蒸氣,這不但增加了蒸汽消耗,而且還加大了塔頂一級冷凝冷卻器的負荷,多消耗了大量冷卻水,還多產生了含油含硫工業污水。
為了消除上述缺點,現已相繼開發和推廣了不同的「乾式」減壓蒸餾新工藝。這項技術的主要特點是改變了減壓塔的傳統操作方式及塔的內部結構,即在塔和爐管內不注入水蒸氣的情況下,使塔的閃蒸段在較高的真空度和較低的溫度下操作。為此,在塔內部結構上
採用了處理能力高,壓力降小,傳質傳熱效率高的新型金屬填料及相應的液體分布器,取代了全部或大部分傳統的板式塔盤。另外,還採用三級抽真空器以保證塔頂高真空,減壓爐管逐級擴徑,保證爐管內介質在接近等溫氣化條件下操作,以減少壓降並防止發生局部過熱;採用低速轉油線以獲得低的壓力降和溫度降等。上述技術措施便構成了完整的「乾式」減壓蒸餾系統。
F. 汽油也是石油中提煉出來的嗎,怎麼煉出來的
是。
使用復原油蒸餾方法,制可以根據其組分沸點的差異,從原油中提煉出直餾汽油、煤油、輕重柴油及各種潤滑油餾分等,這就是原油的一次加工過程。然後將這些半成品中的一部分或大部分作為原料,進行原油二次加工。
石油中的不同成分會在不同的溫度下沸騰和汽化,汽油是最先沸騰 ,於是汽油蒸汽最先被抽走 汽油蒸汽冷卻後 ,就變成了液態的純汽油。
原油是一種多種烴的混合物,是粘稠的、深褐色的液體。直接使用原油非常浪費,所以就需要把原油中各組分分離出來,通常是使用精餾的方法,即精確控制溫度,使特定沸點的組分揮發出來。
減壓蒸餾:使常壓榨油在8kPa左右的絕對壓力下蒸餾出重質餾分油作為潤滑油料、裂化原料或裂解原料,塔底殘余為減壓渣油。如果原油輕質油含量較多或市場需求燃料油多,原油蒸餾也可以只包括原油預處理和常壓蒸餾兩個工序,俗稱原油拔頭。原油蒸餾所得各餾分有的是一些石油產品的原料;有的是二次加工的原料。
G. 高純度二聚酸的二聚酸的分離方式
二聚酸的純度和二聚酸的應用范圍有非常重要的關系,隨著技術的發展,高純度二聚酸的應用越來越廣泛,而粗品二聚酸含有較多的碳碳雙鍵,在加熱的條件下容易碳化變質,而且粗二聚酸成分比較相似,提純難度較高。常用的二聚酸分離有減壓蒸餾和分子蒸餾。 減壓蒸餾利用較低壓力和一定溫度下,體系中氣相和液相達到平衡,各組分的揮發度不同而達到分離各個組分的目的。但是由於現有的減壓蒸餾過程都是在氣液相平衡的條件下操作的,所以減壓蒸餾存在如下幾個方面的問題。
(1)能耗大
減壓蒸餾過程是一個耗能很高的過程,能量利用率很低,這主要是由輕組分過熱造成的。由於減壓蒸餾是一個一次閃蒸過程,所以每一種油品都需要加熱至同樣的溫度,為了保證一定的分離率,油品要加熱到較高的溫度。通常要稍微超過體系中較輕組分的沸點。這不僅增加了工藝用能,而且由於這些輕組份處於過熱狀態,導致蒸餾溫度過高,對產品質量也有一定的影響。
(2)產品純度低
由於普通減壓蒸餾相當於一個塔板的蒸餾,所以產品的分離不徹底,各組分重疊度大,產品純度較低。總之,減壓蒸餾過程雖然是一個成熟工藝,但其根本上存在一些不可克服的局限性,如分離時間長,加熱溫度高,分離效率低等,已經不適合現代高附加值精細化工產品的生產和分離要求。 分子蒸餾是一項新型的分離技術,能解決大量常規蒸餾技術所不能解決的問題。分子蒸餾是一種特殊的液—液分離技術,分子蒸餾在極高真空下操作,它根據不同分子的平均自由程的差別,能使混合物在遠低於其沸點的溫度下將其分離,特別適用於高沸點、熱敏性或易氧化物質體系的分離。由於分子蒸餾具有蒸餾溫度低於物料的沸點、蒸餾壓強低、受熱時間短、分離程度高等特點,因而能大大降低高沸點物料的分離成本,極好地保護了熱敏性物質的品質,該項技術已經初步用於純天然保健品的提純,它擺脫了傳統化學處理方法的束縛,使產品的質量邁上一個新台階。
H. 常減壓蒸餾新工藝
常壓蒸餾是石油加工的「龍頭裝置」,後續二次加工裝置的原料,及產品內都是由常減壓蒸餾裝容置提供。常減壓蒸餾主要是通過精餾過程,在常壓和減壓的條件下,根據各組分相對揮發度的不同,在塔盤上汽液兩相進行逆向接觸、傳質傳熱,經過多次汽化和多次冷凝,將原油中的汽、煤、柴餾分切割出來,生產合格的汽油、煤油、柴油及蠟油及渣油等。
I. 常減壓蒸餾裝置的加工原理是什麼
根據石油(混合物)中各種介質的沸點不同,然後分層拔取,還有就是液體表面壓力越低,沸點(飽和蒸汽壓)越底,
J. 平衡蒸餾、簡單蒸餾的比較
簡單蒸餾過程的物料衡算、熱量衡算方法與平衡蒸餾並無本質區別,但簡單蒸餾是個時變過程,而平衡蒸餾為定態過程.