主頁 > 新聞動態 > 化工單元操作的特（tè）點分類及（jí）工作原（yuán）理與發（fā）展前景的探究（jiū）2021-12-03

化工單元（yuán）操（cāo）作的特點分類及工作原（yuán）理與發展前景的探（tàn）究

化（huà）工單元操作作在化工生產領域起著十分重要的（de）作用。一個化工產品的生產是通過若幹（gàn）個物理（lǐ）操作與若（ruò）幹個（gè）化學反應實現的。盡管（guǎn）化工產品千差萬別，生產（chǎn）工藝（yì）多種多樣，但這些產（chǎn）品的生（shēng）產過程所包含的物理過程（chéng）並不是很多，而且是相似的。比如，流體輸送不論用來（lái）輸送何種物料，其目的都是將流體從一個設備（bèi）輸送至另一個設備；加熱與冷卻（què）的目的都是得到需要的操（cāo）作溫度；分離提純的目（mù）的都是得到指定濃度的混合（hé）物等。因（yīn）此把（bǎ）這些包含（hán）在不同化工產品生產（chǎn）過程（chéng）中，發（fā）生同樣物理變化，遵循共同的物理學（xué）規律，使用相似設備，具有相同功能的基本物理操作，稱為單元操作。
一、化工單元操作的定義及分類
化工單元操作是指由各種化（huà）學生（shēng）產（chǎn）過程中（zhōng）以物理為主的（de）處（chù）理（lǐ）方（fāng）法概括為具有共同（tóng）物理變化特點的基本操作（zuò），例如燒堿稀溶液和蔗（zhè）糖稀溶液（yè）的濃縮，都（dōu）需（xū）將溶液煮沸（fèi）而除去水分，可概括成為一（yī）個稱做（zuò）蒸發的單元操作。
化工單元操（cāo）作可歸納為5類（lèi）：
1.有關流（liú）體（tǐ）流（liú）動過程的操作，如流體輸送和過濾等；
2.有關傳熱過程的操作，如熱（rè）交換，蒸發和冷凝等；
3.有（yǒu）關傳質過程的操作，如蒸（zhēng）餾和吸附等；
4.有關熱力過程的操作，如冷凍等；
5.有關機械過程的操作，如固體輸送和粉碎等。研（yán）究化工單元操#，能有效地指導化工（gōng）、石油、冶（yě）金、原子（zǐ）能等（děng）工業的生產。
二、化工（gōng）單元操作的特點（diǎn）：
1.化（huà）工單元（yuán）操作是指由各種化學（xué）生產（chǎn）過程中以物理為主的處理方法（fǎ）概（gài）括為具有共同物理變化特點的基本操作。例（lì）如：燒堿稀溶液和蔗糖稀（xī）溶液的濃縮，都需將溶（róng）液煮沸而除去水分，可概括成為一個稱做蒸發的單元操作（zuò）。
2.一（yī）個化工產品的生產是通（tōng）過若幹個物（wù）理操作與若幹（gàn）個化學反應實現的。長期（qī）的實踐與研究發現，盡管化工產（chǎn）品千差萬別，生產工藝多種多樣，但這些產品的生產（chǎn）過（guò）程所包含的物理過程並不（bú）是很多，而且是相似的。
例如：流體輸送不論用來輸送何種物料，其目的都是將流體從一個設備輸送至另一個設（shè）備；加熱與冷卻的目的都是得到（dào）需要的操作（zuò）溫度。

三、化工單元操作的工作原理
1.噴霧幹燥技（jì）術
噴霧幹燥技術是集幹燥、粉碎為一體的物料（liào）幹燥方法，該技術能直接使溶液、乳濁液幹燥成粉狀或顆（kē）粒狀製品。噴霧幹（gàn）燥根據（jù）物料的物化方（fāng）法又分為壓力噴霧幹燥技術、離心（xīn）噴霧幹燥技術、氣流（liú）式噴霧幹燥技術等。被幹燥物料和產品性質（zhì）決定物料采取哪種（zhǒng）物化方法。
1）噴霧幹燥（zào）技術的工作原（yuán）理
噴霧（wù）幹燥技術主要是通過幹燥介（jiè）質將霧化的物（wù）料迅（xùn）速幹造成粉末狀幹燥產品，霧化幹燥過（guò）程主要包括如（rú）下（xià）幾個階段：第一階段：霧化；第二階段：混合階（jiē）段（主要指霧化物料與幹燥（zào）介質的混合）；第三階段（duàn）：幹燥階段（主（zhǔ）要指水或者其他溶劑（jì）進入熱介質）；第（dì）四階段：產品與熱介質分離。霧化幹燥技術主要適用於溶液、懸浮液及乳濁液，最終得到的產品可以是粉末（mò）狀也可以是顆粒（lì）狀。
2）噴霧幹燥技術的特點
a.幹燥（zào）過程非常迅速；
b.可直接幹燥成粉末；
c.操作彈性大，可以通過控製操作條得到不同（tóng）粒度及不同濕度的多規格產品；
d.設備較（jiào）複雜，占地麵積大；
e.熱效率不高，熱消耗大。
噴霧幹燥技術的主要（yào）缺點是能耗過大，如何降耗是噴霧幹燥技（jì）術的（de）研究重點。噴（pēn）霧幹（gàn）燥技（jì）術的（de）適用性強，可以與其他幹燥技術（例如：流態化幹燥、深冷幹（gàn）燥及微波幹燥）相結合，使其有更廣泛的適用範圍。
2.閃蒸幹燥技術
閃蒸幹燥技術是一種集幹燥、粉碎、篩分於一體的新型連續式幹燥技術（shù）。噴霧幹燥技術主（zhǔ）要適用（yòng）於膏（gāo）狀、漿狀及濾餅等固含量（liàng）高（gāo）的（de）物料。
1)閃蒸幹燥的工作原理（lǐ）
清潔空（kōng）氣經（jīng）加熱器加熱後被（bèi）鼓風機送入幹燥器的底部進（jìn）風（fēng）口，熱空氣經過幹燥室底部的空氣（qì）分配器均勻的螺旋上升，並形成強烈的風場。物料在幹燥室底部被熱空氣預熱，在這個階段（duàn）物（wù）料被幹燥室內的攪拌器（qì）和熱氣流（liú）撞擊成顆粒狀。幹燥室內的攪拌器（qì）一方麵可以強化傳（chuán）熱，另一方（fāng）麵可以帶動熱空氣形（xíng）成高速旋轉氣流。在幹燥器的上部，物料在熱空氣的（de）包裹下進行著充（chōng）分熱質交換，在此部分物料基本完成幹燥。完成幹燥的物料被熱氣（qì）流夾帶著繼續上升，為達到產（chǎn）品質量要求的大塊的物料（liào）在離（lí）心力和重力的雙重作用下沉降返回繼續進行衝（chōng）擊破碎幹燥；達到產品質量（liàng）要求的較細小的物料則被熱氣流裹挾著從幹燥室頂部流出進入（rù）產品收集器。
2)閃蒸幹燥的特點
a.幹燥強度高：高速粒化的（de）物料在幹燥室內進行強烈的熱質交換（huàn），速度快，效率高。
b.工藝流程簡（jiǎn）單：設備緊湊，占地麵積小，一體化的（de）設備構造簡化了工人的操作從而整體上減少了（le）設備（bèi）的（de）購（gòu）置費用。
c.產品收率高，質量（liàng）好。通過對進料量及熱風（fēng）溫度的控製來保證（zhèng）產品的濕含量及細度均勻一致。
d.單位產品能耗低，閃蒸幹燥能耗是（shì）相（xiàng）同容（róng）積噴霧幹（gàn）燥能耗的1/3。
3.流（liú）化床幹燥技術
流化床幹燥技術是基於流化床反應器原理（lǐ）開發的一種幹燥技術。流（liú）化床（chuáng）內部物料在氣流（liú）中成懸浮狀態，如液體沸騰一樣發生著強烈的熱質交（jiāo）換。該技術也（yě）主要適用於含固量比較高的顆粒物（wù）料的幹燥，被廣泛用於藥物、聚合物等行業。
1)流化床幹燥技術工作原理
清潔空氣經加熱器加熱後從流化床幹燥器的底部進口送入，氣體通過幹燥（zào）器的物料床層從幹燥（zào）器上部離開。幹燥器內的物料床層隨熱空氣（qì）流速的變化呈現不同的狀態（tài）。熱空氣（qì）流（liú）速較（jiào）小時，物料床層從外觀（guān）上看沒有任何變化，基本處於（yú）靜止狀態；當流速繼續增大，部分顆粒會隨著空氣流上下浮動起來；隨著空氣流速的進一（yī）步增大，所有的物料（liào）都懸浮起來（lái）。這時物流顆粒受（shòu）到氣流的作（zuò）用力等於物料顆粒（lì）的重力，空氣（qì）流的速度稱為最小流化速度。當氣流速度更一步加大，加大到有物（wù）料顆粒被氣流夾（jiá）帶出幹燥器前，此（cǐ）時的氣流速度稱為（wéi）最大流化速（sù）度。介於最小和最大流化速（sù）度之（zhī）間（jiān）的速度為流（liú）化床幹燥器（qì）適宜的氣（qì）流操作速度。在該速度範圍內，物料顆粒在幹燥器內劇烈的（de）擾動，發生強烈的熱質（zhì）交（jiāo）換。低於（yú）最小流化（huà）速（sù）度，物料不能全部懸浮，對熱質交（jiāo）換不利；高於最大（dà）流（liú）化速度，物料會被夾帶出幹燥器，不利於獲得產（chǎn）品。
2)流化床幹（gàn）燥技術的特點
a.熱（rè）效率高：在流（liú）化床幹燥器內物料顆粒與（yǔ）熱空氣流之間存在劇烈的擾動，非常有利於傳熱傳質的（de）進行。熱質交換的（de）速度快（kuài）決定了流化床幹燥器具有較高的幹燥效率。
b.流化床幹燥（zào）技術可以（yǐ）采用循環流化（huà）床（chuáng），這樣可以（yǐ）增加能量的利用率。
c.流化床（chuáng）幹燥器的設備簡單，占地麵積小，一次投資設備和後期操作維護費用相對較低。
4.低溫吸附幹燥（zào）技術
低溫吸附幹燥技術是一種集冷凍除濕和吸附幹（gàn）燥為一體的的（de）新型非熱（rè）力幹燥技術。該技術具有低能耗、環境友好的優（yōu）勢，是目前發展勢頭較好（hǎo）的一種（zhǒng）幹燥技術。低溫（wēn）吸附幹（gàn）燥（zào）技術能有效地避（bì）免高溫對熱敏（mǐn）性物質的影響，且幹燥效率高。低溫吸附幹燥技術（shù）在生物化工及製藥工程領域應用較廣泛。
1)低（dī）溫吸（xī）附（fù）幹燥技（jì）術原理
新（xīn）鮮空氣先（xiān）通過冷卻器進（jìn）行降溫降濕，這時的空氣是含有一定水分的冷空氣。把含濕（shī）冷空氣引入除濕吸附裝置得（dé）到含濕量（liàng）極低的空氣。用幹燥冷空氣不斷的通入濕物料內部，利用幹燥冷空氣與物料之（zhī）間的蒸汽壓差推動幹燥進行，最（zuì）終得到幹燥的產品。低溫（wēn）吸附幹（gàn）燥（zào）技術的核心問題是如何獲（huò）得幹燥空氣。
2)低溫吸附幹燥技術的特（tè）點
低溫吸附幹燥技術以蒸（zhēng）氣壓差為推動力，采用低溫的幹燥空氣，特別適用於熱敏性物質的脫水。同時低溫吸附幹燥技術也具有能耗低、操作簡單的優點。低溫吸附幹燥研究的核心問題是如何通過（guò）高效率、低能（néng）耗獲（huò）得幹燥空氣。
5.微波（bō）幹燥技術
1)微波幹燥技術原理
微（wēi）波（bō）幹燥技術在化工領域已有（yǒu）了一些研究和應用，微（wēi）波幹燥起源於20世紀40年代，到20世紀60年代末，微波能已（yǐ）應用（yòng）於（yú）加熱（rè）、幹燥、殺蟲、滅菌、醫療、化工等工業項目上。南（nán）非的Bradshaw研究（jiū）了微波在礦物質中的應用；法國的ledion指出微波加（jiā）熱可在瞬時改變碳酸（suān）鈣的平衡；法國的ledion對微波加熱大量水溶（róng）液（yè）時表現出的係（xì）列性能（néng）進行了研究，太原工（gōng）業大學的趙慶（qìng）玲研究發現微波對煤的幹燥比（bǐ）對流幹燥高（gāo）1~2個數量級。
2)微波幹燥技術特點
a.速度快（kuài），時間短（duǎn）：微波加熱方式特殊，是利用電磁波作為熱源（yuán），加熱物料（liào）本身（shēn）是發（fā）熱體的一種幹（gàn）燥（zào）技術。這種方式下物料的升溫時間非常短，幹燥速度會大大加大。
b.得到的產品品質好：微（wēi）波幹燥（zào）技術（shù）加熱均勻，得到的產品水分分（fèn）布均勻。
c.能量利用效率高，微（wēi）波幹燥重點熱量基本全部用來幹燥物料，不存在能量的浪費。
四（sì）、化（huà）工單元操作的發展前景
隨著化學工業的發展，單元操作一直處在不斷（duàn）的發展之中，其（qí）中最活（huó）躍的領域是混（hún）合物的分離。近年來單元（yuán）操作的研究（jiū）開發所取得的主（zhǔ）要成果有以下幾方麵:
1.新的分（fèn）離技術不斷得到開發和應用,如膜分離、區域熔煉、電磁分離、泡沫（mò）分離、超臨界流體萃取和超離心分離等。
2.在原有分（fèn）離技術方麵，處理能力加（jiā）大、效率提高的新型設備不斷（duàn）出現；設備的放大效應逐步得到（dào）解決；研究成功許多合理利用能量的操作流程；一些高效的吸收劑、萃取劑等不斷出現並在生產中應用。
3.計算機模擬和輔助設計不斷取（qǔ）得成果，縮短了新過程的開發周期；使設備的設計和操作更趨合理，從而提高了產（chǎn）品質量，降低了能量消耗。生產的（de）發展對於單元操作不斷提（tí）出新的課題。這些新課題的解決既促進了化工生產的發展，又推動了單元操作學科的發展。
五、化工（gōng）單元操作的教學設備推薦與介紹

MYHG-50 幹燥操作實訓裝置

分（fèn）項	說（shuō）明
裝置功能	1.主要工藝設（shè）備采用臥式多室流化（huà）床幹燥器，旋風分離器及布袋過濾器等。 2.可以測定床層溫度、差壓曲線；恒定狀態（tài）下介質濕度曲線和幹燥速率曲線的（de）測（cè）定。 3.可以進行幹燥（zào）物流的預熱溫控；全新鮮空（kōng）氣及（jí）部分回流狀態的風量調節。 4.可以進行流化床臨界濕含量及幹（gàn）燥終點判定操作；流化狀態（tài）及流化曲線的操控。 5.進行（háng）風機和循環風機的啟停操作；加熱係統與物流的聯調操作；物（wù）料配送及取樣檢（jiǎn）測操作等。 6.認識並學會使用抽風機、送風機、孔板（bǎn）流量計（jì）、轉子流量計、電動調（diào）節閥、變頻器、差壓變送器、可控矽、熱電阻（zǔ）、可編程多回路控製器、聲光報警（jǐng）器、調壓模塊等電氣設備（bèi）及儀表；掌握單回路、串級控製等控製方案的實施。 7.就地及遠程控製（zhì）崗位技能：現（xiàn）場操作報表的製作、記錄，現場（chǎng）控製台儀表與（yǔ）微（wēi）機通訊，實（shí）時數（shù）據采集及過程監控；總控室控製台與現場控製台通訊，各操作工段切換、遠程監控、流程組態的（de）上傳下載。
設計參數	整體（tǐ）采用工程化布局，兩層布置（zhì），一（yī）層為主操（cāo）作（zuò）區，二層主要為觀（guān）察區。物料：小米比重為1.0-1.2或粒（lì）徑1-2mm的其它易吸水的固體（tǐ）物料（liào）。物料濕含量：20-30%。流化（huà）床床層壓降：≤0.3KPa，流化床床層溫度：50～60℃。氣體流量：80～120m³/h，循環風機出口（kǒu）壓力：4-5KPa。
整機（jī）參數	設備尺寸：3700×2000×3500mm(長x寬x高)，(可根據實（shí）訓場地實際高度和場地（dì）麵積進行調整)，整機采用鋼（gāng）製噴塑框架（jià），帶兩層操作平台，一層平麵方便安（ān）裝、檢修，二層（céng）有安（ān）全（quán）斜梯通上並有護欄、防滑板。
電（diàn）氣（qì）係統（tǒng）	標準工業操作台，內安裝漏電保護空氣開關、電（diàn）流型漏電保護器充分考慮人（rén）身安全保護；同時每一組強電（diàn）輸出都有旋（xuán）鈕開關控製，保證設備安全（quán），操作控製便捷；裝有分（fèn）相（xiàng）指示燈，開關電源等。外型尺寸:1400x800x1300mm(長x寬x高)。
公用設施	電：電壓AC380V，三相四線製（三火線一（yī）零線）。需配置1~2個接地點（安全（quán）地及信號（hào）地）。
主要設備	進料器：304不鏽鋼，旋轉下料，50g/min，下料器轉速：200～400rpm 一（yī）台。臥式流化（huà）床幹燥器：304不鏽鋼， 650x250x1080mm，一台。旋風分離器：304不鏽鋼，φ180x540mm，一台。電加熱爐（lú）：φ219x1120,304不鏽鋼（gāng），內（nèi）加翅片式加熱（rè）管。布袋過濾器：304不鏽（xiù）鋼，φ219x440mm，一（yī）台。粉塵接收器：304不鏽鋼，φ159x120mm，二台。空氣加熱器：304不鏽鋼，φ219x1100mm，N=4.5KW，一台。鼓（gǔ）風機（jī）：功率：p=1.1KW，流量Qmax=180m³/h，U=380V，一台。循環風機：功率：P=1.1KW，流量Qmax=180m³/h，U=380V，一台。空氣轉子流量計：10-100m³/h 電動（dòng）調節閥：4-20mA，精度：0.5%FS 1台溫度檢測點：7點（diǎn）。壓力檢測點：2點。流量檢測點：2點。操作站型號：配置不低於E3400/1G/160G/DVD/集成顯卡/17"液晶（jīng）/光電鍵鼠/WINXPHOME中文版。
上位機監控軟件	RS485/232通訊轉換器,MCGS工（gōng）業組態（tài）軟件一套（附64點軟件狗），在線監控（kòng）軟件一套（tào）。
測控組成	變量	檢測機構（gòu）	顯示機構	執行（háng）機構
	鼓（gǔ）風機出口流量	孔板流量計	宇電顯示儀	變頻器
	循環風機出口流量	轉子流量計（jì）	轉子流量計	閥門
	流化床進口溫（wēn）度	PT100鉑電阻	宇電顯（xiǎn）示儀	自控
	流化床出口溫度	PT100鉑電阻	宇電顯示儀	自控
	流化床床層溫度	PT100鉑電阻	宇電顯示（shì）儀（yí）	自控
	流化床床層壓差	風壓傳感器	宇電顯示儀	自控
	循環風機出（chū）口壓力	壓力傳感器	宇電顯示儀	自控（kòng）
	下料器轉速	轉速（sù）傳感器	宇電顯（xiǎn）示儀	自控
	解吸塔壓降	壓差（chà）傳感器（qì）	宇電顯示儀	自控
	加熱器加熱溫（wēn）度	PT100鉑電阻	宇電溫控儀	固態調壓

六、結束語
化工單元操作是應用於各種化工生產（chǎn）中，在20世紀（jì）初，由美國麻省理工學院的科學家總結成一門（mén）獨立的學科，和（hé）化工單元過程一起，組成學習化學工業生產的（de）基礎知識，這些單元的原理和計算方法，可以應用到各種（zhǒng）化工門類的設計和生產過程（chéng）中。
隨著新技（jì）術（shù）的應用，像膜分離、吸附、超臨界萃取、反應與分離偶合（hé）等（děng）新（xīn）的單元操（cāo）作，也得到了越來越廣（guǎng）泛的應（yīng）用。

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MYHG-50 幹燥操作實訓裝置

我（wǒ）們的優勢：