化工单元过程及设备的选择与操作（上、下）（徐忠娟）（第二版）

前言
本书第一版自2015年出版以来，得到了许多读者的支持，本次修订，笔者综合读者和同行的建议，根据高职应用化工技术、石油化工技术、高分子合成技术、精细化工技术、煤化工技术等化工类专业的人才培养要求，在保证学生掌握扎实的单元过程操作基本理论的同时，重视相关内容在实际生产中的应用，注重培养和启发学生运用基本理论来分析和解决化工生产工程问题的能力。第二版教材继续保持了第一版教材的项目导向、任务驱动的编写特色，主要在如何让读者更方便、更有效地学习方面，作了积极的探索，具体变化如下。
1. 教材中以二维码的形式增加了数字资源，可方便不同地区、不同条件下的读者随时随地地学习。其中的拓展知识二维码资源，方便学习者享受尽可能多的学习资源。
2. 纠正了原来正文、附录和附图中的文字与符号错误，对部分章节的内容进行了删减调整。
3. 修改了部分实践与练习题，使之更符合生产实际。
4. 每个学习情境以资源链接的形式增设了企业案例库，便于师生进行分析讨论，提高学生分析问题与解决问题的能力。
本书由扬州工业职业技术学院徐忠娟、周寅飞担任主编，扬州工业职业技术学院封娜、王卫霞，扬州职业大学张睿担任副主编，扬州工业职业技术学院左志芳、王雪、陈华进、诸昌武、王芳、仇实老师参与了教材的修订和数字化资源的制作。南通科技学院闫生荣老师为教材的修订提出了宝贵意见。扬州工业职业技术学院化工学院的领导和同事在教材修订过程中给予了帮助。中石化扬子石化、江苏油田、江苏扬农化工集团有限公司等单位的有关工程技术专家提供了珍贵技术资料。在此一并表示感谢。

编者
2020年2月


第一版前言
“化工单元过程及设备的选择与操作”是应用化工技术、石油化工生产技术、精细化学品生产技术等化工类专业的一门重要的专业核心课程。通过本课程学习，学生可运用各单元过程的基本理论来分析和解决化工生产中的一些简单的工程问题，凭借所掌握的基本操作技能，胜任有关装置的操作与管理工作。
本教材是在应用化工技术专业、石油化工生产技术专业、精细化学品生产技术专业三个专业教学改革的基础上，以基于工作过程系统化的理念编写的。经全国职业教育教材审定委员会审定，确定为“十二五”职业教育国家规划教材。教材编写遵循学生的认知规律，力求紧密结合生产实际。在吸取同类教材优点的基础上，本教材编写过程中进行了以下尝试。
（1）校企合作，选择学习载体，以项目导向、任务驱动的思路编写
深入学生就业企业，学校合作企业，收集可用于教学的工程任务或工作案例，在企业专家的帮助下，筛选典型工程任务作为学习载体，设计了八个学习情境。每个学习情境都是以一到二个真实的工程任务为载体，按照学生的认知规律和完成实际工程任务的程序，把项目分解成一个个具体的工作任务，引导学生在完成具体工作任务的过程中，学习化工生产中的单元操作过程与单元反应过程的原理、设备和操作方面的知识与技能。
（2）注重对学生进行工程观念及分析与解决问题的能力培养
各学习情境均采用实际生产中工程任务引入，同时辅之以典型生产案例帮助分析，努力培养学生的工程观念。例题的选取和有关问题的分析案例皆来自于生产实际，许多直接源自于参编院校的合作企业、实习基地。学生通过对企业案例的分析过程，掌握有关原理、概念、公式等在实际生产中的应用，做到学以致用。
（3）注重对学生自主学习的能力的培养
每个情境的教学内容都是围绕解决问题的需要而展开，引导学生有目的地自主探究知识。整个内容是按理实一体化的理念编写的，部分内容是让学生先观察、动手做，然后再探究解释原理现象等；适时设置一些需要学生查找资料或实地调查才能解决的习题，以提高自主学习的意识，培养学生解决实际问题的能力。
（4）注重实践操作知识学习和操作技能培训
根据高职教育的“以就业为导向，以能力为本位”的办学指导思想，结合化工专业职业技能鉴定的要求，注重实践操作知识学习和操作技能培训。
（5）图文结合，直观主动
为便于学生的理解，教材中插有丰富的设备外观图和设备内部结构示意图，同时增强了直观性和趣味性。
全书由扬州工业职业技术学院徐忠娟、河南中州大学王宇飞、扬州职业大学张睿三位老师统稿。扬州石化有限责任公司姚日远总工程师，江苏扬农化工集团有限公司唐巧虹高级工程师担任本教材的主审。本书绪论、学习情境一、附录部分由徐忠娟编写，学习情境二由封娜编写，学习情境三由谢伟、王宇飞编写，学习情境四由王雪源、王宇飞编写，学习情境五由周寅飞、张睿编写，学习情境六由杜彬、诺昌武编写，学习情境七由张睿、张伟编写，学习情境八由王卫霞编写。
在此对中石化扬子石化、江苏油田、江苏扬农化工集团有限公司等单位的有关工程技术专家提供的珍贵技术资料，对本书中的参考文献作者，对教育部“十二五”规划教材评审专家提出的修改意见，特表感谢。
本教材是基于工作过程系统化的理念初步尝试，因编者水平有限，不当之处在所难免，请大家多多指正，不胜感谢！

编者
2015年1月

本教材是基于工作过程系统化的理念，按项目导向、任务驱动的原则编写。全书分上、下两册，共设置了八个学习情境，每个学习情境均以来自企业的真实工程任务为载体，重点介绍化工常用单元操作过程或反应过程的工作原理、设备结构及相关的操作与维护技术。本教材以二维码形式插入丰富的动画及视频资源，有助于读者进一步学习和理解。
上册内容包括：绪论、流体输送过程及设备、非均相物系分离方案及设备的选择与操作、传热过程及设备的选择与操作、萃取过程及设备的选择与操作。全书内容循序渐进、深入浅出，每个学习情境均适度配置有观察与思考、例题及课后实践与练习等。
下册内容包括：蒸馏过程及设备的选择与操作、吸收过程及设备的选择与操作、干燥过程及设备的选择与操作和反应过程及设备的选择与操作。全书内容循序渐进、深入浅出，每个学习情境均适度配置有观察与思考、例题及课后实践与练习等。
本书可作为高等职业院校应用化工技术、石油化工生产技术及精细化工生产技术等化工及相关专业的以培养化工生产岗位基本操作技能为目标的课程教材，也可供化工、医药、食品、环保等部门相关技术人员参考。

化工单元过程及设备的选择与操作（上）
绪论001
一、化工生产过程实例001
二、本课程的性质和主要内容003
三、本课程的学习要求与学习方法003
实践与练习004

学习情境一流体输送过程及设备的选择与操作005
教学目标005
引言005
工程项目某石化企业原油输送方案的制订和输送过程的实施006
项目任务分析006
任务一流体输送任务和输送方案的认识006
一、化工常见的流体输送任务006
二、工业常用流体输送方案的认识008
三、完成流体输送任务需解决的问题及要求009
实践与练习1010
任务二流体输送管路的设计与安装010
一、流体输送管路基本构件的认识010
二、流体输送管路基本构件的选用011
任务解决1014
三、流体输送管路的管子、管件、阀门规格的确定021
任务解决2027
四、化工管路的工程安装028
实践与练习2031
任务三流体输送方案的分析、选择与评价033
一、交流与探讨034
二、流体输送过程的理论基础034
三、常见流体输送问题的分析与处理——柏努利方程的应用044
任务解决3045
四、流动系统中的能量损失确定050
任务解决4064
实践与练习3065
任务四流体流动参数的测量071
一、压力测量071
二、液位测量与控制076
三、流量测量078
任务解决5086
实践与练习4087
任务五液体输送机械的选择、安装及操作088
一、液体输送机械类型的选择089
任务解决6090
二、离心泵的选择、安装与操作090
任务解决7103
任务解决8109
三、其他类型泵的特点与应用114
四、各类泵的性能特点比较121
实践与练习5121
任务六气体输送机械的识用与操作125
一、气体输送机械的分类125
二、离心式气体输送机械126
三、旋转式气体输送机械130
四、往复式气体压缩机械131
五、真空泵135
实践与练习6136
任务七流体输送操作技能训练139
一、实训装置基本要求139
二、液体输送操作技能训练要求139
三、操作考核要求140
实践与练习7142
本情境主要符号意义143

学习情境二非均相物系分离方案及设备的选择与操作145
教学目标145
引言145
工程项目一某硫酸厂SO2炉气除尘方案的制定146
工程项目二某洗煤厂从洗煤废水中回收煤泥的方案的制定146
项目任务分析146
任务一气固分离方法及设备的认识与选择147
一、机械式除尘设备147
二、过滤式除尘器161
三、静电除尘器162
四、洗涤式除尘器163
任务解决1164
五、气固分离方案和设备的选择164
任务解决2166
六、气固分离设备的操作与维护167
实践与练习1168
任务二液固分离方法及设备的认识与选择171
一、沉降分离171
二、过滤分离174
三、液固分离方案和设备的选择原则183
四、液固分离设备类型的选择步骤184
五、过滤设备的选型185
任务解决3186
实践与练习2187
任务三过滤操作技能训练188
一、过滤实训装置基本要求188
二、过滤操作技能训练要求189
三、过滤操作技能训练方案要求189
实践与练习3189
本情境主要符号意义189

学习情境三传热过程及设备的选择与操作191
教学目标191
引言191
工程项目制订某精馏塔原料的预热方案192
项目任务分析192
任务一传热案例与传热方式的认识193
一、观察与思考193
二、传热的基本方式194
实践与练习1199
任务二换热方案的确定200
一、换热方式的认识200
任务解决1202
二、换热介质的确定202
任务解决2204
三、加热介质的用量的确定204
任务解决3207
实践与练习2207
任务三换热设备的确定208
一、换热器类型的认识与选择208
任务解决4216
二、换热器内流体通道与流速的选择216
任务解决5217
三、间壁式换热器型号的确定217
任务解决6226
四、强化换热设备传热过程的途径228
实践与练习3229
任务四换热设备的保温与隔热233
一、保温材料的选择234
二、保温层厚度的确定240
任务解决7245
三、保温材料的安装注意事项245
实践与练习4246
任务五换热装置的操作技能训练247
一、工业列管换热器的基本操作要点247
二、工业换热器的常见故障及预防措施，换热器的日常维护248
三、换热器操作技能培训方案250
实践与练习5251
任务六蒸发过程中传热的应用分析252
一、蒸发过程的认识252
二、蒸发装置中的传热设备（蒸发器）255
三、蒸发装置的辅助设备259
实践与练习6260
本情境主要符号意义262

学习情境四萃取过程及设备的选择与操作263
教学目标263
引言263
工程项目制定从蒽醌氧化液中分离出双氧水的方案263
项目任务分析265
任务一萃取工作过程的认识265
一、液-液萃取的基本工作过程265
二、液-液萃取方案的认识266
实践与练习1268
任务二萃取剂的选择与萃取操作方式的确定269
一、萃取剂的选择269
任务解决1276
二、萃取操作方式与萃取剂用量的确定276
任务解决2290
实践与练习2291
任务三萃取设备的确定294
一、萃取设备的认识295
二、萃取设备的确定301
任务解决3302
实践与练习3303
任务四萃取操作技能训练304
一、影响萃取操作效果的因素304
二、萃取操作技能训练要求305
三、萃取操作技能训练方案305
实践与练习4306
任务五其他萃取技术的认识307
一、超临界流体萃取技术307
二、回流萃取技术311
实践与练习5311
本情境主要符号意义311

附录313
附录一各种流体的适宜流速313
附录二管子规格表314
附录三离心泵的规格315
附录四饱和水的物理性质320
附录五某些液体的物理性质321
附录六液体的黏度共线图323
附录七101.33kPa压力下气体的黏度共线图325
附录八固体材料的热导率326
附录九液体的热导率328
附录十液体的比热容329
附录十一101.33kPa压力下气体的比热容331
附录十二饱和水蒸气表332
附录十三换热器336

参考文献341


化工单元过程及设备的选择与操作（下）
学习情境五蒸馏过程及设备的选择与操作001
教学目标001
引言001
工程项目由92%粗甲醇水溶液制备99%精甲醇001
项目任务分析002
一、蒸馏分离依据002
二、挥发度与相对挥发度003
实践与练习1004
任务一蒸馏方式选择005
一、简单蒸馏005
二、平衡蒸馏006
三、精馏007
任务解决1009
实践与练习2009
任务二精馏装置流程的确定010
一、精馏装置的流程认识010
二、精馏塔内传质过程分析012
任务解决2013
实践与练习3014
任务三精馏塔设备的确定015
一、精馏塔类型选择015
任务解决3020
二、精馏塔的物料衡算020
三、精馏塔塔高的确定030
四、塔径的确定043
任务解决4044
实践与练习4047
任务四精馏操作技能训练051
一、影响精馏操作效果的因素051
二、精馏操作技能训练要求054
三、精馏操作技能训练方案055
实践与练习5057
本情境主要符号意义059

学习情境六吸收过程及设备的选择与操作061
教学目标061
引言061
工程项目某合成氨厂原料气脱二氧化碳方案的制订和实施061
项目任务分析062
任务一气体混合物分离方法的认识062
任务解决1063
实践与练习1064
任务二吸收工作过程的认识064
一、吸收方法的分类064
二、物理吸收过程的机理065
三、吸收解吸方案的认识068
任务解决2070
四、吸收法分离气体混合物需要解决的问题071
实践与练习2071
任务三吸收剂的选择与吸收剂用量的确定072
一、吸收剂的选择072
任务解决3073
二、气体、液体流向的确定073
任务解决4074
三、吸收过程操作条件的确定074
任务解决5080
四、吸收剂用量的确定080
任务解决6083
实践与练习3084
任务四吸收设备的确定086
一、吸收设备类型的确定086
任务解决7087
任务解决8092
二、填料塔尺寸的确定092
任务解决9096
任务解决10105
三、吸收操作流程的确定106
任务解决11107
实践与练习4108
任务五吸收操作技能训练110
一、吸收操作温度、液气比等工艺条件的控制方法110
二、吸收与解吸装置的基本操作技能112
三、吸收与解吸技能训练方案115
实践与练习5117
本情境主要符号意义119

学习情境七干燥过程及设备的选择与操作121
教学目标121
引言121
工程项目聚氯乙烯颗粒干燥方案的拟订122
项目任务分析122
任务一除湿方法的认识122
一、观察与思考122
二、工业常用的去湿方法123
任务解决1126
实践与练习1126
任务二对流干燥流程与干燥设备的确定127
一、固体物料对流干燥流程的认识127
二、常见的对流干燥设备的认识129
三、干燥器的选择134
任务解决2135
实践与练习2136
任务三对流干燥过程操作条件的确定136
一、干燥介质的选择136
任务解决3137
二、干燥介质——空气用量的确定137
任务解决4155
实践与练习3155
任务四干燥操作技能训练157
一、影响干燥操作的因素157
二、干燥过程强化的途径159
三、干燥操作技能训练方案161
实践与练习4165
本情境主要符号意义166

学习情境八反应过程及设备的选择与操作168
教学目标168
引言168
工程项目乙酸正丁酯合成反应器的选择与操作169
项目任务分析169
任务一反应器类型的选择169
一、反应器类型的认识169
二、反应器类型的选择原则173
任务解决1174
三、均相反应器特点及反应器容积的确定175
任务解决2186
实践与练习1188
任务二釜式反应器的结构确定190
一、釜式反应器的工业应用190
二、釜式反应器的基本结构认识191
三、釜式反应器温度检测与控制方法认识197
任务解决3199
实践与练习2199
任务三间歇釜式反应器的操作200
一、釜式反应器操作效果的影响因素分析200
二、间歇釜式反应器操作规程200
三、釜式反应器日常检查与维护保养201
四、间歇釜式反应器操作技能训练202
实践与练习3203
任务四固定床反应器的认识及其操作203
一、固定床反应器认识203
二、固定床反应器生产能力分析、催化剂用量的确定207
三、固定床反应器型式选择原则212
四、固定床反应器操作、故障处理及维护212
实践与练习4215
任务五流化床反应器的认识及其操作216
一、流态化现象认识216
二、流化床反应器认识217
实践与练习5225
本情境主要符号意义226

附录228
附录一某双组分混合物在101.3kPa压力下的气液平衡数据228
附录二25℃下某些气体溶于水时的亨利系数230
附录三填料特性数据230
附录四干空气的物理性质233
附录五液体的饱和蒸气压234

参考文献236