文档介绍：第一章试验预备知识
化学工程实验的组织和实施包括以下几项内容:
(1)实验方案的拟定;
(2)实验设计;
(3)主要实验设备的设计和选择;
(4)管道和仪表的设计和选择;
(5)实验流程的组织;
(6)实验流程的安装和调试。
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第一章化学工程专业试验预备知识
第一节实验方案的拟定
在组织化学工程实验时,首先要对整个实验过程的进行作一个全面概括的设想和规划,使实验者对实验作到心里有数,要拟定实验方案。
实验方案包括的内容及作用如图:
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第二节试验设计
试验设计的方法很多,如优选法、正交试验法、序贯试验法等。下面对正交试验法做简要介绍。正交试验通常包括以下几个步骤:
(1)根据试验目的,确定考查指标;
(2)确定考查的影响因素和水平;
(3)选用正交表;
(4)按正交表安排试验;
(5)对实验结果进行分析,找出最优化条件。
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第三节主要实验设备的设计和选择
本节仅就化学工程实验最常见的几种主要设备:反应器,精馏塔和动力设备等的设计和选型原则作简要介绍。
一、反应器的选型与设计
在选择反应器时,应根据实验目的,并考虑化学反应的特点(如反应速度的快慢,反应热效应的大小等)、传热、传质、转化率与反应选择性以及以后反应器的放大等问题。实验室常用的反应器主要有以下几类:
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1、固定床反应器。包括等温或绝热式积分反应器、等温微分反应器、无梯度(循环微分反应器)与脉冲式微型催化反应器等。
2、流化床反应器。流化床反应器也是一种很重要的气固反应器。在反应器中,固体或催化剂颗粒被气体吹起,呈悬浮状态,剧烈地运动,由於气固两相的接触较好,传热,传质效果都远优于固定床。
流化床反应器的主体尺寸主要包括:流化床直径,扩大段直径,浓相流化床高度,分离段高度和扩大段高度。其中浓相流化段是气固两相进行化学反应的主要场所。
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3、釜式反应器。釜式反应器一般用于液相反应,液-液,气-液和气-液-固等相际间的反应。釜式反应器最主要的特点是可以通过搅拌来促进传热和传质过程,其采用搅拌器或采用由泵和反应器组成的循环系统来实现。实验室常用的釜式反应器多由带搅拌器的三颈玻璃烧瓶或不锈钢制成的圆筒形设备,釜式反应器按其操作方式可以分为间歇操作,连续操作和半连续操作搅拌反应器三种。
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实验时,如何选用反应器?主要取决于所研究的物系和研究的目的。釜式反应器械几乎是液相反应专用的反应器;固定床催化反应器和流化床反应器主要用于气固反应。对于复杂反应系统,可以使用不止一种型式的反应器。例如,积分反应器便于考察有阻抑作用和副反应时的综合效应,在其后装置一个无梯度反应器或微分反应器,有利于准确测定高转化率下或接近实际情况下的反应速率。
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二、精馏塔
精馏在生产,实验和科学研究中均占有着很重要的位置。无论是原料的制备或产物的精制分离,都需要精馏。化学工程需要探讨精馏过程的规律,以指导精馏生产中的工程问题。
三、动力设备的选择
化学工程实验大都需要一定的动力设备,如真空泵、计量泵、离心泵、鼓风机、压缩机等。选择时,要求这些设备能够连续运转,安全可靠,并且,价格低廉,有故障时易排除。
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第四节工艺管线和仪表的设计及选择
工艺管线的设计一要考虑过程的工艺条件和过程介质的物性,二要按各个装置的特点进行设计。管线的设计包括:管道、各种管件、阀门以及构成整个管线系统的其它部件;正确地设计和选择装置的管线以及相应的仪表是保证装置合理的一个重要组成部分。
阀门的选择,应根据流体的特性、操作压力、介质温度和操作的要求(如启闭或调节)而进行,并要求经济耐用。
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第五节化学工程实验流程的组织 第六节实验流程的安装和调试
实验流程的安装,一般应包括设备、管道、阀门和仪器、仪表等方面。由于化学工程实验的种类多,所用设备、仪器、仪表种类繁多,操作条件要求较高(如高温、高压、真空、低温等),被输送的物料性质复杂(如易燃、易爆、有毒和腐蚀等),所以对其设备、管道和仪表的安装布置必须针对具体过程特点,根据工艺流程要求,结合实验场地来综合考虑。在安装布置时,一般应遵循以下原则:在满足工艺要求的前提下,应经济合理,节省材料,安全,操作维修方便,排列紧凑、整齐、美观。
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