單元過程
單元過程
各種產品的生產過程中,使用著各種各樣的物理化學加工過程。根據它們的操作原理,可以歸納為應用較廣的數個基本過程,如流體輸送、攪拌、沉降、過濾、熱交換、蒸發、結晶、吸收、蒸餾、萃取、吸附以及乾燥等。這些過程稱為單元過程。
任何一種化工產品的生產過程,都是由若干單元過程及化學反應過程組合而成的。每個單元過程,都是在一定的設備中進行的。
單元過程按其理論基礎可分為下列三類:
(1)流體流動過程(fluid flow process)包括流體輸送、攪拌、沉降、過濾等。
(2)傳熱過程(heat transfer process)包括熱交換、蒸發等。
依據質量守恆定律,進入與離開某一化工過程的物料質量之差,等於該過程中累積的物料質量,即:輸入量-輸出量=累積量。
對於連續操作的過程,若各物理量不隨時間改變,即牌穩定操作狀態時,過程中不應有物料的積累。則物料衡算(material balance)關係為:輸入量=輸出量。
平衡狀態是自然界中廣泛存在的現象。平衡關係(equilibrium relation)可以用來判斷過程能否進行,以及進行的方向和能達到的限度。
過程的傳遞速率(rate of transfer process)與推動力成正比,與阻力成反比。
為生產定量的某種產品所需要的設備,根據設備的型式和材料的不同,可以有若干設計方案。對同一台設備,所選用的操作參數不同,會影響到設備費與操作費。因此,要用經濟核算確定最經濟的設計方案。
流體流動時,其內部發生動量傳遞(momentum transfer),故流體流動過程也稱為動量傳遞過程。流體流動的基本原理,不僅是流體輸送、攪拌、沉降及過濾的理論基礎,也是傳熱與傳質過程中各單元過程的理論基礎,因為這些單元過程中的流體都處於流動狀態。傳熱的基本原理,不僅是熱交換和蒸發的理論基礎,也是傳質過程中某些單元過程(例如乾燥)的理論基礎。因為乾燥操作中,不僅有質量傳遞而且有熱量傳遞。因此,流體力學、傳熱及傳質的基本原理是各單元過程的理論基礎。
吸收過程
吸收塔
(1)分離和凈化原料氣。
(2)分離和吸收氣體中的有用組分。
(4)廢氣的治理。生產過程中排放的廢氣往往含有對人體和環境有害的物質,如SO、HS等這類環境保護問題已愈來愈受重視。
精餾過程
蒸餾按操作可分為簡單蒸餾、平衡蒸餾、精餾、特殊精餾等多種方式。按原料中所含組分數目可分為雙組分蒸餾及多組分蒸餾。按操作壓力則可分為常壓蒸餾、加壓蒸餾、減壓(真空)蒸餾。此外,按操作是否連續蒸餾和間歇蒸餾。工業中的蒸餾多為多組分精餾。
熱傳導,指在物質在無相對位移的情況下,物體內部具有不同溫度、或者不同溫度的物體直接接觸時所發生的熱能傳遞現象。固體中的熱傳導是源於晶格振動形式的原子活動。非導體中,能量傳輸只依靠晶格波(聲子)進行;在導體中,除了晶格波還有自由電子的平移運動。