2.2常见化工工艺简介 2.2.1 精馏
利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断程为精馏。精馏操作按不同方法进行分类。根据操作连续精馏和间歇精馏；根据混合物的组分数，可分为多元精馏；根据是否在混合物中加入影响汽液平衡的为普通精馏和特殊精馏（包括萃取精馏、恒沸精馏和若精馏过程伴有化学反应，则称为反应精馏。 2.2.1.1 精馏过程原理 1）多次部分汽化和冷凝
液体混合物经多次部分汽化和冷凝后，便可得到几乎这就是精馏过程的基本原理。 2）精馏塔模型
上述的多次部分汽化和冷凝过程是在精馏塔内进行的，图片1-11和1-12所示为塔板上的情况和精馏塔的模型图。在精馏塔内通常装有一些塔板或一定高度的填料，前者称为板式塔，后者则称为填料塔。应予指出，在每层塔板上所进行的热量交换和质量交换是密切相关的，汽液两相温度差越大，则所交换的质量越多。汽液两相在塔板上接触后，汽相温度降低，液相温度升高，液相部分汽化所需要的潜热恰好等于汽相部分冷凝所放出的潜热，故每层塔板上不需设置加热器和冷凝器。还应指出，塔板是汽液两相进行传热与传质的场所，每层塔板上必须有汽相和液相的流过。为实现上述操作，必须从塔顶引入下降液流（即回流液）和从塔底产生上升蒸汽流，以建立汽液两相体系。因此，塔顶液体回流和塔底上升蒸汽流是精馏过程连续进行的必要条件。回流是精馏与普通蒸馏的本质区别。
2.2.1.2 精馏操作流程
根据精馏原理可知，单有精馏塔尚不能完成精馏操作，还必须有提供回流液的塔顶冷凝器、提供上升蒸汽流的塔底再沸器及其它附属设备。将这些设备进行安装组合，即构成了精馏操作流
完全的分离，和气相的回衡关系的约中转移，而难分离，称该过方式，可分为二元精馏和添加剂，可分加盐精馏）。
程。精馏过程根据操作方式的不同，分为连续精馏和间歇精馏两种流程。 连续精馏操作流程
图片1-12所示为典型的连续精馏操作流程。操作时，原料液连续地加入精馏塔内。连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（称为釜残液）；部分液体被汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器被全部冷凝，将部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔顶作为回流液体，其余部分作为塔顶产品（称为馏出液）采出。
通常，将原料液加入的那层塔板称为进料板。在进料板以上的塔段，上升汽相中难挥发组分向液相中传递，易挥发组分的含量逐渐增高，最终达到了上升汽相的精制，因而称为精馏段。进料板以下的塔段（包括进料板），完成了下降液体中易挥发组分的提出，从而提高塔顶易挥发组分的收率，同时获得高含量的难挥发组分塔底产品，因而将之称为提馏段。
第三章 化工设备基础
第一节 塔
塔设备主要应用在气相和液相间两液相间的传质过程，如精馏，吸收，萃取等。这些过程是在一定的温度，压力，流量等工艺条件下在塔中经行的。根据传质过程的种类不同及工艺条件的差异，要求塔设备的结构类型也是千差万别，塔设备除应满足工艺的特殊要求外，一般还要满足下列条件：
（1）分离效率高。 （2）生产能力大。 （3）操作弹性大。 （4）气体阻力小。
（5）结构简单，设备取材面广，便于加工制造与维修，价格低廉。 2.3.1.1填料塔
填料塔由塔体，喷淋装置以及填料，再分布器，栅板等组成。气体由塔底进入塔内，经填料上升，液体则由喷淋装置u喷出后，沿填料表面下流，汽液两相便得到充分的接触。
（1）喷淋装置 有喷洒型，益流型，冲击型喷淋器等类型。
（2）填料的种类 有拉西环，鲍尔环，阶梯环，鞍型填料，波纹填料，波纹网填料等。 （3）再分布器 有分配锥，带通气孔的分配锥以及槽型再分配锥等。
2.3.1.2板式塔
板式塔的类型很多，分类方法也各不相同，如按气液在塔板上的流向可分为： （1） 气—液呈错流的塔板。 （2）气—液呈逆流的塔板。 （3）气—液呈并流的塔板。
按塔板的结构又可分为：泡罩塔，浮阀塔，筛板塔等。
a. 泡罩塔 由泡罩，升气管，降液管（或称溢流管）和溢流堰组成。回流液体由上层塔板经降液管流入下层塔板，沿塔板方向流过鼓泡区，与上升气体充分接触。 优点： 1.气液两相接触比较充分，传质面积较大，塔板效率较高。
2.气液比变化范围较大，即操作弹性较大，便于操作。 3.具有较高的生产能力，适用于大型生产。
b. 浮阀塔 浮阀类型很多，有盘型浮阀和条型浮阀，其中盘型浮阀使用最广。
优点： 1.由于浮阀可以根据气速大小自由升降，关闭或开启，当气速变化时，开度可以自动调节，因此
操作弹性大，适于生产量波动和变化的情况。 2.生产能力较大，比泡罩塔高20%-40%。
3.气液两相接触充分，塔板效率较高，一般比泡罩塔高15%。 4.比泡罩塔的塔板压力降小。
5.因浮阀不断上下运动，阀孔不易被堵塞或粘连，塔板清洗容易。
6.与泡罩相比，结构较简单，制造容易，检修方便，制造费仅是泡罩塔的60%-80%。 c. 筛板塔 筛板塔的结构和浮阀类似，不同之处是塔板上不是开设装置浮阀的阀孔，而只是在塔板上开设直径3-5mm的筛孔，因此结构简单。 优点： 1.生产能力比泡罩塔大10%-15%。
2.塔板效率比泡罩塔高15%。 3.塔板压力降比泡罩塔低30%左右。
4.结构简单，制造，安装和检修都比较容易。
5.金属消耗量少，因此造价仅是泡罩塔的60%。
第二节 换热器
换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器 的类型也是多种多样。 换热器的分类：
按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。
根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间 壁式。 主要内容：
（1）各种换热器的性能和特点，以便根据工业要求选用适当的类型。 （2）换热器基本尺寸的确定、传热面积计算以及流体阻力的核算等，以便于 在以有系列化标准的换热器中，选定合适的规格。 2.3.2.1间壁式换热器的类型 夹套换热器
结构：夹套装在容器外部，在夹套和容器壁之间形成密闭空间，成为一种流体的通道。 优点：结构简单，加工方便。 缺点：传热面积A小，传热效率低。 用途：广泛用于反应器的加热和冷却。
为了提高传热效果，可在釜内加搅拌器或蛇管和外循环。
沉浸式蛇管换热器
结构：蛇管一般由金属管子弯绕而制成，适应容器所需要的形状，沉浸在容 器内，冷热流体在管内外进行换热。 优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。 缺点：传热面积不大，蛇管外对流传热系数小， 为了强化传热，容器内加搅拌。
喷淋式换热器
结构：冷却水从最上面的管子的喷淋装置中淋下来，沿管表面流下来，被冷却的流体从最上面的管子流入，从最下面的管子流出，与外面的冷却水进行换热。在下流过程中，冷却水可收集再进行重新分配。
优点：结构简单、造价便宜，能耐高压，便于检修、清洗，传热效果好。 缺点：冷却水喷淋不易均匀而影响传热效果，只能安装在室外。 用途：用于冷却或冷凝管内液体。 套管式换热器
结构：由不同直径组成的同心套管，可根据换热要求，将几段套管用U形管连接，目的增加传热面积；冷热流体可以逆流或并流。
优点：结构简单，加工方便，能耐高压，传热系数较大，能保持完全逆流使平均对数温差最大，可增减管段数量应用方便。
缺点：结构不紧凑，金属消耗量大，接头多而易漏，占地较大。
用途：广泛用于超高压生产过程，可用于流量不大，所需传热面积不多的场合。
列管式换热器（管壳式换热器）
列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用。主要由壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。
优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。
常用的折流挡板有圆缺形和圆盘形两种，前者更为常用。
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