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作者：姚小平编

出版社：化学工业出版社

出版时间：2020-06-01

书籍编号：30618010

ISBN：9787122358295

正文语种：中文

字数：268919

版次：

所属分类：教材教辅-中职/高职

内容提要

本书共包括八个学习项目：流体输送技术、传热操作技术、非均相物系的分离、蒸发操作技术、干燥操作技术、精馏操作技术、吸收操作技术和萃取操作技术。内容涵盖了单元操作基本知识、操作设备结构及工作原理、设备选型、操作实训等相关知识和技能。

本书可作为化工技术类应用化工、精细化工、石油化工、化学制药等相关专业的高等职业教育教材，也可供生产一线技术人员阅读参考，同时还可作为企业职工的培训资料。

版权页

书名：化工单元操作技术

作者：姚小平主编

CIP号：第275909号

ISBN：978-7-122-35829-5

责任编辑：张双进

出版发行：化学工业出版社（北京市东城区青年湖南街13号 100011）

购书咨询：010-64518888

售后服务：010-64518899

网址：http://www.cip.com.cn

版权所有　违者必究

前言

为了落实化工生产技术专业高技能人才培养目标，深化“工学结合”人才培养模式，推进课程建设与改革，依靠行业技术专家和企业能工巧匠，分析企业生产经营活动、职业岗位群典型工作任务，根据相应的专业能力、方法能力及社会能力的要求，运用教学论的基本原理进行加工，将企业中实际工作任务转化为学习型工作任务。并依照职业成长和认知规律，以能力为本位，以工作过程为导向，进行典型工作任务到学习领域的配置转换，确定需要开设的课程门类（学习领域），以工作过程的展开顺序为主要依据，并兼顾教学规律，重构了“工学结合”专业核心课程体系。

本书内容选取的基本思路是以符合实际岗位能力需要的化工单元操作项目活动为载体，以工作过程为导向，把整个化工单元操作的理论与实践的教学内容，贯穿于实际化工生产的全过程。本书对传统教材的内容进行了整合，确定了以下八个学习项目：流体输送技术、传热操作技术、非均相物系的分离、蒸发操作技术、干燥操作技术、精馏操作技术、吸收操作技术和萃取操作技术。教材内容涵盖了单元操作基本知识、操作设备结构及工作原理、设备选型、操作实训等相关知识和技能。

本书的编排体系体现了高等职业教育特色，有利于“工学结合、校企合作”的人才培养模式的实施。本书主要具有以下特色：

（1）教材根据项目化教学要求，运用项目为导向、任务为驱动的教学方法和手段，着眼于以“能力为中心”的编写理念，强化了技能，淡化了理论课与实训课之间的界限，实现了理论与实践内容的一体化。

（2）教材内容突出对学生职业能力的训练，理论知识的选取紧紧围绕工作任务完成的需要来进行，同时又充分考虑了高等职业教育对理论知识学习的需要。这些内容融合了相关职业资格证书对知识、技能和态度的要求，对学生在学习过程中获得化学总控工等相关职业资格证书提供了帮助。

（3）在内容编排上，考虑到学生的认知水平，由浅入深地安排内容，实现能力的递进。因此，教材前半部分主要为流体输送与传热、非均相、蒸发的内容，后半部分主要为传质与分离，根据项目的需要，引入一些相关的实训的内容。

本书由重庆工贸职业技术学院姚小平任主编，曹子英、王恩东任副主编。参加编写的有咸阳职业技术学院王莹，重庆工业职业技术学院段益琴，重庆工贸职业技术学院王艳领。姚小平编写项目一、二、六、七，王莹编写项目三，段益琴编写项目四，王艳领编写项目五，王恩东、曹子英编写项目八。重庆工业学校殷利明老师对本书进行了认真细致的审稿，并提出了许多宝贵的意见和建议，重庆华锋化工有限公司、重庆常捷医药有限公司技术专家对本书的部分内容也给出了积极的评价和中肯的建议，在此表示真诚的感谢。

由于编者水平有限，书中难免存在不妥之处，恳请专家和读者批评指正。

编者

2019年10月

绪论

化学工业是将自然界的各种物质，经过化学和物理方法处理，制成生产资料（如燃料油、乙烯、合成橡胶、化肥、农药等）和生活资料（如合成纤维、医药和化妆品等）的工业，其产品在国民经济和日常生活中占有重要地位。从原料到成品的生产过程中，需要几个、十几个甚至几十个加工过程。其中除了化学反应过程外，还有大量的物理加工过程。

化学工业产品种类繁多，每种产品的生产过程都有各自的工艺特点，加工过程形态各异。如何去认识与掌握化工生产的基本原理和操作规律？下面对化工生产过程做一简略的分析与归纳。

石油气裂解制乙烯和丙烯，蜡油催化裂化燃料油，二氧化碳与氨制尿素等，这些产品的生产过程如图0-1。

图0-1　一些产品的生产过程

由图0-1可以看出，化工生产中，反应是化工生产的核心，离开反应就不能生产化工产品，原料在化学反应器中进行化学反应过程，如石油气的裂解，燃料油生产中的催化裂化，尿素生产中的合成等。

为了实现化工生产，在进行化学反应之前，须先对生产原料进行一系列的处理。为使化学反应过程得以经济有效地进行，反应器内必须保持某些适宜的或是较佳的条件，如适当的温度、压强及物料的组成等。原料必须经过一系列的预处理或称为原料的制备以达到必要的纯度、粒度、温度和压强，把反应之前对原料进行的一系列处理叫作原料预处理。例如，石油气的吸收是为了除掉其中的含硅杂质，以防碱化物腐蚀反应设备（反应器）。

在反应物发生化学反应之后，还要对反应产物做进一步的处理，反应产物需要经过分离、精制等各种处理过程，以获得符合质量标准的最终产品。如乙烯、丙烯生产中的压缩、干燥和精馏，燃料油生产中的分馏、吸收及稳定，尿素生产中的蒸馏、过滤、蒸发、结晶、干燥等。把这些在反应之后进行的一系列处理叫作反应产物的后处理或产品分离和加工。它的作用在于把化工产品精制成符合用户要求的规格。

一般情况下，化工生产过程大体上可分为三大基本组成部分，即原料的预处理、反应和产品分离及其加工。

生产过程中除化学反应过程外，原料和反应后产物的提纯、精制等前、后处理过程，多数为物理过程，都是化工生产所不可缺少的。在各种化工生产过程中，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称为化工单元操作。

根据它们的操作原理，可以归纳为应用较广的若干个基本单元操作过程。单元操作可归纳为五类：

（1）流体流动过程的操作，如流体的输送、搅拌、沉降、过滤等；

（2）传热过程的操作，如热交换、蒸发和冷凝等；

（3）传质过程的操作，如蒸馏、吸收、干燥、膜分离、萃取、结晶等；

（4）热力过程的操作，如冷冻等；

（5）机械过程的操作，如固体输送和粉碎等。

例如，合成氨、硝酸和硫酸的生产过程中，都是采用吸收操作分离气体混合物，而且都遵循亨利定律及相平衡原理，所以吸收是一个基本单元操作，且都是在吸收塔内进行的。又如尿素、聚氯乙烯的生产过程中，都采用干燥操作除去固体中的水分，所以干燥也是一个基本单元操作，且均是在干燥器内进行的。再如乙醇、乙烯及石油加工等生产过程中，都采用蒸馏操作分离液体混合物，达到提纯产品的目的，所以蒸馏也为一基本单元操作，其原理都遵循相平衡和两相间扩散传质规律，且都是在蒸馏设备中进行。

不同化工产品的生产过程中，有同类化工单元操作，如石油气制乙烯、丙烯的生产中有精馏操作，在尿素生产中也有精馏操作，在乙烯生产中有压缩操作，在尿素生产中也有压缩操作等，诸如此类。这些同类化工单元操作的基本原理是相同的。

本课程起到基础课程与专业课程间的桥梁作用，是一门极为重要的基础技术课程，直接服务和应用于化工生产第一线。

本课程的内容分为：单元操作设备、基本理论、工艺计算和操作训练。

研究相关单元操作的基本原理和规律，熟悉掌握实现这些操作的设备的结构、工作原理、操作调控方法、主要性能和有关技术问题，并掌握一定的运算、选型能力，能在工程实践中运用这些知识去分析和解决实际问题，学会单元操作过程的操作和调节，在操作发生故障时，能够查找故障原因，提出排除故障的措施，解决操作中的实际问题，使各项操作在最优化条件下进行。

项目一　流体输送技术

●了解化工管路的组成及管路布置原则；了解流体输送机械的结构、原理及应用；理解稳定流动的基本概念、流动阻力产生的原因；掌握连续性方程式、伯努利方程式和流体流动阻力的计算。

●能正确选择流体输送机械和管子的直径；能拆装化工管路；会流体输送机械的操作和简单故障的分析、排除。

化工生产中所处理的物料，大多为流体（包括液体和气体）。为了满足工艺条件的要求，保证生产的连续进行，需要把流体从一个设备输送至另一个设备。实现这一过程要借助管路和输送机械。流体输送机械是给流体增加机械能以完成输送任务的机械。管路在化工生产中相当于人体的血管，流体输送机械相当于人的心脏。因此，了解管路的构成、确定输送管路的直径、了解输送机械的工作原理、选择合理的输送机械、学会合理布置和安装管路、正确使用输送机械非常重要。

任务一　流体输送管路

一、管路的分类

化工生产过程中的管路通常以是否分出支管来分类，见表1-1。

表1-1　管路的分类

对于重要管路系统，如全厂或大型车间的动力管线（包括蒸汽、煤气、上水及其他循环管道等），一般均应按并联管路铺设，以提高能量的综合利用，减少因局部故障所造成的影响。

图1-1　简单管路

图1-2　复杂管路

二、管路的基本构成

管路由管子、管件和阀门等按一定的排列方式构成，也包括一些附属于管路的管架、管卡、管撑等辅件。由于生产中输送的流体是各种各样的，输送条件与输送量也各不相同，因此，管路也必然是各不相同的。工程上为了避免混乱，方便制造与使用，实现了管路的标准化。书后附录摘录了部分管材的规格。

管子是管路的主体，由于生产系统中的物料和所处工艺条件各不相同，所以用于连接设备和输送物料的管子除需满足强度和通过能力的要求外，还必须满足耐温、耐压、耐腐蚀以及导热等性能的要求。根据所输送物料的性质（如腐蚀性、易燃性、易爆性等）和操作条件（如温度、压力等）来选择合适的管材，是化工生产中经常遇到的问题之一。

1. 化工管材

管材通常按制造管子所使用的材料来进行分类，可分为金属管、非金属管和复合管，其中以金属管占绝大部分。复合管指的是金属与非金属两种材料组成的管子。常见的化工管材见表1-2。

表1-2　常见的化工管材

2. 管件

管件是用来连接管子以延长管路、改变管路方向或直径、分支、合流或封闭管路的附件的总称。常用管件如图1-3所示，其用途有如下几种。

图1-3　常用管件

①改变流向：90°弯头、45°弯头、180°回弯头等。

②堵截管路：管帽、丝堵（堵头）、盲板等。

③连接支管：三通、四通，有时三通也用来改变流向，多余的一个通道接头用管帽或盲板封上，在需要时打开再连接一条分支管。

④改变管径：异径管、内外螺纹接头（补芯）等。

⑤延长管路：管箍（束节）、螺纹短节、活接头、法兰等。法兰多用于焊接连接管路，而活接头多用于螺纹连接管路。在闭合管路上必须设置活接头或法兰，尤其是在需要经常维修或更换的设备、阀门附近必须设置，因为它们可以就地拆开、就地连接。

3. 阀门

阀门是用来启闭和调节流量及控制安全的部件。通过阀门可以调节流量、系统压力及流动方向，从而确保工艺条件的实现与安全生产。化工生产中阀门种类繁多，常用的见表1-3。

表1-3　常见阀门

图1-4　闸阀

图1-5　截止阀

图1-6　止回阀

图1-7　球阀

图1-8　旋塞阀

图1-9　全启式安全阀

进行现场教学，让学生到实训基地或工厂去观察化工管路、管件及阀门等实物，除了教材介绍的之外，如阀门还有隔膜阀、蝶阀、疏水阀及减压阀等，了解其构造与作用。

任务一　流体输送管路

一、管路的分类

化工生产过程中的管路通常以是否分出支管来分类，见表1-1。

表1-1　管路的分类

对于重要管路系统，如全厂或大型车间的动力管线（包括蒸汽、煤气、上水及其他循环管道等），一般均应按并联管路铺设，以提高能量的综合利用，减少因局部故障所造成的影响。

图1-1　简单管路

图1-2　复杂管路

二、管路的基本构成

管路由管子、管件和阀门等按一定的排列方式构成，也包括一些附属于管路的管架、管卡、管撑等辅件。由于生产中输送的流体是各种各样的，输送条件与输送量也各不相同，因此，管路也必然是各不相同的。工程上为了避免混乱，方便制造与使用，实现了管路的标准化。书后附录摘录了部分管材的规格。

管子是管路的主体，由于生产系统中的物料和所处工艺条件各不相同，所以用于连接设备和输送物料的管子除需满足强度和通过能力的要求外，还必须满足耐温、耐压、耐腐蚀以及导热等性能的要求。根据所输送物料的性质（如

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