过程装备简介.ppt
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1、1过程装备过程装备 21世纪高新技术的重要工具世纪高新技术的重要工具华东理工大学化工机械研究所2005年10月8日潘家祯2过程装备过程装备 21世纪高新技术的重要工具世纪高新技术的重要工具1.概述2.过程装备的学科范围、地位、与关系 3.过程装备发展的推动力 4.过程装备发展的方向5.过程装备的趋势和前沿6.结束语31.1.概述概述概述概述 1.1 1.1 过程装备的由来过程装备的由来过程装备的由来过程装备的由来古代的炼丹术士们通过炼金炼丹的研磨、蒸馏、升华、结晶、测定等技术操作,积累了金属的置换、物质的化合、分解、氧化、还原等化学反应方面的知识。41.1.概述概述概述概述 1.1 1.1 过
2、程装备的由来过程装备的由来过程装备的由来过程装备的由来但是化学,走出化学家的实验室,与工程结合,还是这一百多年以来的事。51.1.概述概述概述概述 1.1 1.1 过程装备的由来过程装备的由来过程装备的由来过程装备的由来英国人帕金,于1856年发现了苯胺染料,并实现了工业化的生产。法国化学家拜特洛对有机化合物的合成进行过系统研究,于1856年合成了甲烷,1858年合成了甲醇,1859年合成了乙炔,1866年从乙炔合成了苯,进入了合成化学的年代。61.1.概述概述概述概述 1.1 1.1 过程装备的由来过程装备的由来过程装备的由来过程装备的由来合成氨的发明者,德国化学家哈柏,从1906年开始研究
3、用高温高压法合成氨,1909年从实验室得到了一百克的合成氨后,德国化学家博希和伯杰亚斯共同发展了哈柏的方法,使它能用于工业生产,开创了化学工业。71.1.概述概述概述概述 1.1 1.1 过程装备的由来过程装备的由来过程装备的由来过程装备的由来在化学工业诞生和发展的同时,也诞生和发展了一个与之相伴,密不可分的专业和技术化工机械。81.1.概述概述概述概述 1.1 1.1 过程装备的由来过程装备的由来过程装备的由来过程装备的由来我校于我校于19521952年建校时设立的三个系为:有机工业系、无机年建校时设立的三个系为:有机工业系、无机工业系、化工机械系。工业系、化工机械系。我于1962年就读本校
4、时的五个系为:第一有机系、第二有机系、第一无机系、第二无机系、化工机械系。化工机械系设三个专业:化工机械专业、化学工程专业、化工机械系设三个专业:化工机械专业、化学工程专业、自动化专业。自动化专业。9l高等院校的专业设置,五十年代学习苏联,设置了一千多个专业。l教育部从1998年开始,合并为500个专业。2000年合并为250个专业。l戴帽的机械专业一律取消:如:轻工机械、纺织机械、食品机械等。金相热处理、焊接等专业均归入机械专业。1.概述概述 1.2 1.2 化工机械专业的变革化工机械专业的变革化工机械专业的变革化工机械专业的变革810l唯一例外:化工机械由于其重要性,更名为“过程装备与控制
5、工程”,归入机械学科。l机械学科下设置五个教学指导委员会:机械设计制造及其自动化专业教学指导分委员 材料成型及控制工程专业教学指导分委员会 工业设计专业教学指导分委员会 过程装备及控制工程教学指导分委员会 机械基础课程教学指导分委员会1.概述概述 1.2 1.2 化工机械专业的变革化工机械专业的变革化工机械专业的变革化工机械专业的变革911l研究生教育归入“动力工程与工程热物理”学科,下设“化工过程机械”。l“化工机械”拓宽为“过程装备”,体现了时代的要求,形势的要求,社会的要求。1.概述概述 1.2 1.2 化工机械专业的变革化工机械专业的变革化工机械专业的变革化工机械专业的变革10121.
6、概述概述 1.2 1.2 化工机械专业的变革化工机械专业的变革化工机械专业的变革化工机械专业的变革化工过程机械什么叫过程装备?它包含哪些内容?对人才的要求是什么?扩展为“过程装备”1113121.1.概述概述概述概述 1.3 1.3 基本工业过程基本工业过程基本工业过程基本工业过程1.1.流体动力过程流体动力过程:(Fluid dynamical process)遵循流体力学规律的过程。它涉及泵、压缩机、风机、管道和阀门等。14121.1.概述概述概述概述 1.3 1.3 基本工业过程基本工业过程基本工业过程基本工业过程2.2.热量传递过程热量传递过程:(Heat transfer proce
7、ss)遵循传热学规律的过程。它涉及热量交换过程及设备,即:换热器,热交换器等。15121.1.概述概述概述概述 1.3 1.3 基本工业过程基本工业过程基本工业过程基本工业过程3.3.质量传递过程质量传递过程:(Mass transfer process)遵循传质诸规律的过程。它涉及有关干燥,蒸馏,浓缩,萃取等传质过程及装备。16121.1.概述概述概述概述 1.3 1.3 基本工业过程基本工业过程基本工业过程基本工业过程遵循动量传递及固体力学诸规律的过程。它涉及固体物料的输送、粉碎、造粒等过程及设备。4.4.动量传递过程动量传递过程:(Momentum transfer process)17
8、121.1.概述概述概述概述 1.3 1.3 基本工业过程基本工业过程基本工业过程基本工业过程遵循热力学诸规律的过程。它涉及燃烧、冷冻,深度冷冻,空气分离等过程及设备。5.5.热力学过程热力学过程:(Thermodynamic process)18121.1.概述概述概述概述 1.3 1.3 基本工业过程基本工业过程基本工业过程基本工业过程遵循化学反应诸规律的过程。它涉及化学反应,如:合成、分解等过程及设备。6.6.化学过程化学过程:(Chemical process)192.过程装备的学科范围、地位、与关系过程装备的学科范围、地位、与关系 .1.1 过程装备的概念物质产品化学与物理变化众多化
9、学工艺过程工业覆盖面宽资源、能源耗量大,污染严重产值比例高发展前景好18202.过程装备的学科范围、地位、与关系过程装备的学科范围、地位、与关系.1.1 过程装备的概念过程工业石油 煤化工 冶金 建材 制药 化肥 轻工 燃烧 制氢 合成 环境 生态 化工 食品 产汽 能源 材料 保护 循环 新材料生产的基础能源开发转化的核心现代农业生产的后盾生物技术产业化的依托信息技术发展的支撑环境治理的手段现代重要作用19212.过程装备的学科范围、地位、与关系过程装备的学科范围、地位、与关系.1.2 1.2 过程与装备的关系过程与装备的关系系统集成与优化调控经济与管理工艺(Technology)过程(Pr
10、ocess)装置(Unit)装备(Equipment)化学三传一反材料与机械制造与控制研究与开发放大与设计施工与生产工艺包施工图(CAE)20222.过程装备的学科范围、地位、与关系过程装备的学科范围、地位、与关系.1.3 1.3 过程装备的内涵与特色过程装备的内涵与特色化学工程(三传一反)过程原理化工过程装备化学工艺依托机械工程装备基础过程放大设计材料与机械制造与控制工程技术系统集成与优化(三力一机)具有多学科交叉的特点面宽、方向多,更偏重工程应用热量传递、质量传递、动量传递、反应工程固体力学、流体力学、热力学、机械原理21233.过程装备发展的推动力过程装备发展的推动力 3.1 最根本的推
11、动力国民经济和社会发展的需要流程(过程)工业装备与装置终端产品轻纺制造业机电制造业12类占30.24%7类占35.48%9类占33.01%(以石油、化工、金属冶炼为主)资源加工业我国制造业22243.过程装备发展的推动力过程装备发展的推动力 3.1 最根本的推动力国民经济和社会发展的需要.工业增加值美国1/4,日本1/2,与德国接近,世界第四。占外贸出口91.2%占工业从业人员90.7%占工业税金90%占全部工业79.69%占GDP35.75%制造业比重23253.过程装备发展的推动力过程装备发展的推动力 3.2 当前国家的急需 .资源消费占世界比重钢35%,煤30%,水泥55%能耗单位GDP
12、 水耗 固体废弃物瓶颈资源与环境不堪重负创造GDP只占世界4日本的11.5倍,美4.3倍先进国家的4倍高10倍24263.过程装备发展的推动力过程装备发展的推动力 3.2 当前国家的急需 .全面协调科学发展观方针以科技发展和创新为主导产业结构的战略调整改变经济增长方式走新兴工业化道路资源节约、环境友好(循环经济,绿色GDP)以高新技术为主导,制造业为支柱优先ITIT技术,发展高技术产业用高新技术改造传统产业加快现代服务业(知识型)资源投资粗放科技支撑集约25273.过程装备发展的推动力过程装备发展的推动力 3.3 在国家发展方针指引下的具体推动力26推动力之五现代高新技术的促进推动力之四长周期
13、安全运行的需要推动力之三节能降耗的需要推动力之二生态环保的需要推动力之一过程工艺发展的需要283.过程装备发展的推动力过程装备发展的推动力 3.4 过程工艺发展不断要求新装备l 钢铁冶炼过程的进步导致了装备大更新平炉转炉l 石油加工过程的发展突出了新装备的不断涌现 最简单的原油蒸馏塔,炉,换热器,泵,罐。催化反应过程占据主导地位气固流化床反应器(催化裂化工艺)高温、抗磨液气固三相反应器(加氢工艺)高压、氢腐蚀冷壁(内保温)热壁(内堆焊)纯氧顶吹转炉连铸连轧27293.过程装备发展的推动力过程装备发展的推动力 3.4 过程工艺发展不断要求新装备聚烯烃品种越来越多,相应需要许多技术难度大的新设备乙
14、烯裂解炉,板翅式冷箱,350MPa超高压反应器,聚丙烯环管反应器,带搅拌浆的各类聚合反应器,重型螺旋卸料离心机等。l 流程工业装置大型化带来了装备技术的新要求 千万吨级大炼油厂 大型加氢反应器锻焊技术难度大,材质高强韧化28303.过程装备发展的推动力过程装备发展的推动力 l 流程工业装置大型化带来了装备技术的新要求 千万吨级大炼油厂 大型加氢反应器锻焊技术难度大,材质高强韧化1438120048030065世界最大我国最大总重(t)壁厚(mm)内径(m)塔器大型化国外最大常压塔9m,减压塔16m。塔板上气液分配均匀技术大型板式换热器国外最大15000m2,国内只有4000m2,大波形板成型技
15、术与板间密封技术。29313.过程装备发展的推动力过程装备发展的推动力 3.4 过程工艺发展不断要求新装备百万吨级大乙烯大型离心压气机单机45,000KW,要求高可靠性,高寿命。大型低温球罐(-30,1.72MPa)国外最大3700m3双层结构,低温钢。30323.过程装备发展的推动力过程装备发展的推动力 3.5 生态环境保护呼唤先进装备 .我国大气的污染程度l排放SO22100万t/a,世界第一,其中87%由煤排放。酸雨危害全国40%以上面积,农业损失高达37亿元/年。l排放NOX290万t/a,占世界10%,其中煤排占67%。l排放CO2600万t/a,占世界9.6%,其中煤排71%。l排
16、放粉尘1400万t/a,其中煤排占70%。31333.过程装备发展的推动力过程装备发展的推动力 3.5 生态环境保护呼唤先进装备 .放空气体的净化烟气除尘脱硫,酸性气除酸等l干法除尘旋风分离(78m,80100mg/m3),静电除尘(1m,30mg/m3),过滤(布袋、滤管、移动床)l干法脱硫移动床(反应吸附介质不再生,需资源化)循环流化床(反应吸附介质可再生)32343.过程装备发展的推动力过程装备发展的推动力 3.5 生态环境保护呼唤先进装备 .l 湿法除尘脱硫一体化 文氏管洗涤器(压降高,耗水少)喷雾吸收塔(压降小,耗水多)泡沫吸收器(压降与耗水适中)环流反应吸收器(效率高,压降高,耗水
17、少)l 低NOX燃烧器33353.过程装备发展的推动力过程装备发展的推动力 3.5 生态环境保护呼唤先进装备 .放空尾气的资源化l炼厂干气的水蒸汽重整制氢高温转化炉,变压吸附器,中空纤维膜分离器l水合物生成法分离气体逐级分离出H2,CH4,C2H4等。高效高负荷化的水合物生成反应器l从烟气中分出CO2 吸收塔,吸附器,膜分离器等。注CO2采油,聚碳酸酯等。34363.过程装备发展的推动力过程装备发展的推动力 3.5 生态环境保护呼唤先进装备 .温室气体CO2的减排无熖化学燃烧非常容易单独分出CO2加以利用CO2,H2O透平作功冷凝器CO2气水放空含少量氧的氮气天然气可燃气空气流化燃烧流化氧化透
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