图书在版编目（CIP）数据
化工生产实训 / 赵宜江, 褚效中主编. — 南京 :
南京大学出版社, 2018.8
ISBN 9787305206566
Ⅰ. ①化…Ⅱ. ①赵… ②褚…Ⅲ. ①化工生产
Ⅳ. ①TQ06
中国版本图书馆CIP数据核字(2018)第171296号
出版发行南京大学出版社
社址南京市汉口路22号邮编210093
出版人金鑫荣
书名化工生产实训
主编赵宜江褚效中
责任编辑甄海龙蔡文彬编辑热线02583592146
照排南京理工大学资产经营有限公司
印刷南京大众新科技印刷有限公司
开本787×10921/16印张 13字数 305千
版次2018年8月第1版2018年8月第1次印刷
ISBN9787305206566
定价32.50元
网址：http://www.njupco.com
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化工生产实训
前言
前言
国际高等教育界倡导基于能力的教育，大学教育重点已开始由知识与技能传授，逐渐转向学生核心能力培养与测评，以确保毕业生能够满足企业与未来社会对高素质专业人才的需求。然而，化学化工类企业出于安全考虑，能够提供给学生顶岗实践的机会远远不能满足实际需要。因此，有必要建立现代化的化工实训基地，使用体现现代工厂情景的设备，模拟生产现场，对学生进行实训。但是在《化工生产实训》教学实践过程中，发现其化工生产实训教材缺乏，而且由于各高校实训装置差异性较大，使得现有化工生产实训教材普适性较差，部分与实践教学脱节，严重影响教学效果。基于新工科中“技术发展改内容、学生志趣变方法”理念和普通本科高等学校向应用技术型转型发展需要，教材要适应地方产业发展和科技进步的要求，遵循教育教学规律，为化工类及相关专业教学改革、强化化工工程实践能力而编写，这将促进地方高等院校转型发展、办出专业特色，更好地为地方经济和社会发展服务，从而培养出面向生产服务一线、基础扎实、实践能力强、综合素质好的应用技术型人才。
教材在编写过程中运用“虚拟+现实”相结合的教育模式，围绕应用型人才培养目标，立足于学生工程实践能力培养，结合化工企业技术人员培训的实际需要，对实训内容进行了重新整合，将“工程、综合、实践、责任”等工程教育理念贯穿于能力培养始终，提高工程实践的针对性和有效性。教材尤其注重学生工程实践能力的培养，突出教材的实用性和适用性，从事教材编写的教师都长期在化工专业一线从事教学工作，其中3名为“双师型”教师，2名为企业工程师。
教材内容包括大型单元装置的操作实训、膜法盐硝分离工段级生产实训以及与之相配套的大型单元装置3D虚拟现场实训。大型单元操作实训部分主要介绍管道拆装实训、流体力学综合实训、换热综合实训、吸收解吸综合生产实训、酒精精馏生产综合实训和汽车玻璃水综合生产实训等装置的基本操作技术与故障处理。结合淮安盐化工经济发展需求，与企业联合研发了升膜法盐硝分离工段级生产实训装置，在结合地方产业发展需求的同时，采用了工厂化的DCS、SIS控制系统真实反映了工厂实际的生产运行情况。3D虚拟现场实训部分主要介绍5个大型单元装置操作的仿真培训使用方法，在各培训单元中都安排有：工艺流程简介，主要设备，调节器、显示仪表及现场阀说明，操作说明（包括正常运行、冷态开车、正常停车和事故处理），并配有带控制点的工艺流程图、仿DCS图和仿现场图；在教材编写过程中努力按照“实训体系模块化，实训内容任务化，技能操作岗位化，安全操作规范化，考核方案标准化”的目标编写，适合普通高等本科院校化工类及相关专业实训使用，也可作为高职高专化工类及相关专业岗前职业技能训练使用，还可作为化工生产企业人员的培训教材。
教材由赵宜江和褚效中两位教授主编，褚效中负责各个生产实训工艺、流体输送、精馏实训等章节编写，朱安峰、吴飞跃和薛爱莲负责传热、精馏、反应釜等生产实训章节，李梅生、徐生盼负责吸收解析生产实训章节，王飞负责盐硝分离实训等章节，北京欧倍尔软件开发公司陈波、贺香文以及淮阴师范学院褚效中负责化工仿真部分编写。全书由褚效中统稿，赵宜江主审。
本书的编写得到了天津大学化工基础实验中心和北京欧倍尔软件开发公司的大力支持，对本书也提供了帮助。在此，向他们表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中不妥之处，敬请读者批评指正。
化工生产实训实验室学生安全守则
化工生产实训实验室学生安全守则
化工生产安全是企业管理的核心任务之一，直接关系到操作人员的人身安全。2006年，国家安全生产监督管理总局制定了《生产经营单位安全培训规定》，要求生产经营单位从业人员接受安全培训，熟悉有关安全生产规章制度和安全操作规程，具备必备的安全生产知识，掌握本岗位的安全操作技能，增强预防事故、控制职业危害和应急处理的能力。未经三级安全教育或考试不合格者，不准上岗参加操作。因此，安全技能在化工生产中是从业人员的必备本领。借鉴真实化工生产场景，我们在实训区域布置了相关的安全标识，通过日常实训过程，不断灌输安全生产理念和责任关怀准则，力求让学生在实训过程中养成良好的安全生产习惯。化工生产实训实验主要安全要求如下：
1. 学生必须严格遵守实验室各项制度和规定。
2. 实验室内严禁烟火，对易燃易爆物品严禁明火操作，也不能在实验室内点火取暖。
3. 实验前必须进行安全培训，每个实训项目充分预习，了解实验目的、原理、方法和操作步骤，尤其是实训项目的安全注意事项，中途不准随便离开岗位，防止发生事故。
4. 充分熟悉安全用具，如灭火器、急救箱的存放位置和使用方法，并妥加爱护，安全用具及急救药品不准移作它用；不得私自将药品和安全器材带出实验室。
5. 进入实验室必须穿工作服、戴头盔和防护眼镜。不得穿高跟鞋或拖鞋，留长发者应束扎头发。
6. 实验室内严禁吸烟、进食，不得随地吐痰、乱扔杂物，不准玩手机，不准听录音，不得大声喧闹或做其它与实验无关的事。
7. 实验时要集中思想，按规程进行操作，实验过程中要仔细观察，反复思考，如实记录，并应保持桌面整洁，做到有条不紊。
8. 要爱护仪器设备，注意节约水电，节约药品。实验室内各种仪器设备未经指导老师同意，不得随意拨弄，实验中如有仪器损坏时，应及时报告，按规定赔偿。
9. 气体钢瓶用毕或临时中断，都应立即关闭阀门。若发现漏气或气阀失灵，应停止实验，立即检查并修复，待实验室通风一段时间后，再恢复实验。
10. 废液倒入指定的废液桶，使用过的一次性手套、一次性取样瓶、化学吸附棉等用自封袋密封后丢入指定的实验室固体废弃物桶，不准任意倒入水槽或丢入生活类垃圾桶，实验结束后各种固体垃圾应送至走廊集中的垃圾箱内。空试剂瓶瓶盖拧紧，送至走廊集中的试剂瓶收集桶。破碎的玻璃器皿送至走廊集中的破碎玻璃收集桶。
11. 每次实验结束后，要把用过的玻璃仪器洗净，把实验室打扫干净，要检查水、电、钢瓶、门窗，确认安全才能离开岗位。
12. 实验室任何物质，不得擅自带出，违者按情节轻重进行教育，直至追究一定责任。
13. 了解下列常见安全标语：
◆ 生产现场宣传标语（K类）
K1严谨思考，严密操作；严格检查，严肃验证。
K2安全用电，节约用水；消防设施，定期维护。
K3事故原因分析不清不放过；没有指定防范措施不放过。
◆ 安全宣传标语系列
Q1安全来自长期警惕，事故源于瞬间麻痹。
Q2多看一眼，安全保险；多防一步，少出事故。
Q3事故不难防，重在守规章。
Q4不伤害自己，不伤害他人，不被他人伤害，保护他人不受伤害。
安全警示标志图
化工生产实训实验室学生实训守则
化工生产实训实验室学生实训守则
1. 实训前应认真预习实训内容，明确实训目的要求、实训步骤和操作方法。充分了解仪器、试剂和化工设备的性能及使用方法。
2. 进入实训室前必须身着实训服装并佩戴好安全防护用具。
3. 进入实训室必须遵守纪律，听从指导老师安排。先检查实训用品是否齐全，如对设备的使用方法或试剂性质不明确，不得实训，以免发生危险和损坏设备。不得喧哗，不得随意搬动桌上的仪器、药品，不得随意操作实训装置中的化工设备。
4. 实训时认真操作，听从实训老师指导。严格遵守操作规程，防止事故发生，如有问题先报告老师，搞清楚后再做实训操作，如发生意外事故，务必保持镇静，并及时请指导教师进行妥善处理。仔细观察发生的现象，实事求是地做好实训记录，不私自进行其它实训。
5. 实训完毕，应将仪器、药品整理好，再将实训设备处理干净。最后，由组长向老师交点清楚，经指导老师签收并在实训报告上签字后，方能离开实训室。
6. 爱护仪器、设备等公共财物，节约水电和药品。小心使用仪器和实训设备，损坏或遗失仪器，要及时向管理人员报告，并登记。对违反规定造成事故或损坏，拿走器材、药品者，按情节轻重分别给予经济赔偿和纪律处分。
7. 保持实训室整洁、干净，要有环保和责任意识。
8. 实训室内一切物品未经教师许可，不得带出实训室。
9. 根据实训原始记录，认真做好实训报告，按时交给教师批阅。
化工生产实训
第一章流体输送综合仿真实训
第一部分化工生产实训仿真操作
第一章流体输送综合仿真实训
11仿真实训目的
1. 了解流体输送综合仿真实训装置的基本原理和主要设备的结构及特点。
2. 了解离心泵结构、工作原理及性能参数，掌握离心泵特性曲线测定及离心泵最佳工作点确定方法；掌握正确使用、维护保养离心泵通用技能；能够判断离心泵气缚、气蚀等异常现象并掌握排除技能，并根据工艺条件正确选择离心泵的类型及型号。
3. 了解旋涡泵的结构、工作原理及其流量调节方法。了解压缩机的工作原理、主要性能参数及输送流体的方法。掌握根据工艺要求正确操作流体输送设备并完成流体输送任务。
4. 了解喷嘴流量计、文丘里流量计、转子流量计、涡轮流量计、热电阻温度计、各种常用液位计、压差计等工艺参数测量仪表的结构和测量原理；掌握其使用方法。
5. 理解并掌握流体静力学基本方程、物料平衡方程、伯努利方程及流体在圆形管路内流动阻力的基本理论及应用。训练学生运用流体力学、流体输送机械基本理论分析解决流体输送过程中所出现的一般问题。
6. 根据工艺要求进行流体流动操作，并能够在操作过程中熟练调控仪表参数，保证流体输送正常进行。熟悉手动和自动无干扰切换操作方法以及熟练操控DCS控制系统。
7. 掌握根据异常现象分析判断故障种类、产生原因并排除处理。
8. 培养学生安全、规范、环保、节能的生产意识以及敬业爱岗、严格遵守操作规程的职业道德和团队合作精神。
12仿真实训原理
121离心泵测定基本原理
在化工过程中，广泛应用着各种流体输送机械，离心泵则是最常用的流体输送设备，其具有结构简单、体积小、操作平稳、维修方便等优点。实际生产中，有时单台离心泵无法满足生产要求，需要几台组合运行。组合方式可以有并联和串联两种方式。
（1） 泵并联
规格相同的离心泵并联时可以提高流量，当输送任务变化幅度较大时，可以发挥泵的经济效果，使其能在高效点范围内工作，其流程如图1所示。
图1泵的并联工作
（2） 泵串联
规格相同的离心泵串联时则可以提高泵的扬程。
122直管阻力测定基本原理
流体在管路中流动时，由于黏性剪应力和涡流的存在，不可避免地会引起流体压力损失。流体在流动时所产生的阻力有直管摩擦阻力和局部阻力。
流体流过直管时的摩擦系数与阻力损失之间的关系可用式（11）表示：
hf=λldu22（11）
式中： hf——直管阻力损失，J/kg；
l——直管长度，m；
d——直管内径，m；
u——流体速度，m/s；
λ——摩擦系数。
在一定的流速和雷诺数下，测出阻力损失，按式（12）求出摩擦系数λ：
λ=hfdl2u2
（12）
阻力损失hf可通过对两截面间作机械能衡算而求出：
hf=（z1－z2）g+p1－p2ρ+u21－u222（13）
对于水平等径直管z1=z2，u1=u2，式（13）可简化为：
hf=p1－p2ρ
（14）
式中：hf——两截面的压强差，N/m2；
ρ——流体的密度，kg/m3。
只要测出两截面上静压强的差即可算出hf。两截面上静压强的差可用倒U型管压差计测出。流速由流量计测得，在已知d、u的情况下只需测出流体的温度t，查出该温度下流体的ρ、μ，则可求出雷诺数Re，从而得出流体流过直管的摩擦系数λ与雷诺数Re之间的关系。
123局部阻力测定基本原理
流体流过阀门、扩大、缩小等管件时，所引起的阻力损失可用式（15）计算：
h′f=ζu22（15）
式中：ζ——局部阻力系数，ζ值一般通过实验测定。
计算局部阻力系数时应注意扩大、缩小管件的阻力损失h′f的计算：
ζ=2ρ·ΔP′fu2（16）
式中：ζ——局部阻力系数，无因次；
ΔP′f——局部阻力引起的压强降，Pa；
h′f——局部阻力引起的能量损失，J/kg。
局部阻力引起的压强降ΔP′f可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口aa′和bb′，如图2所示，并使：
图2局部阻力测量取压口布置图
ab＝bc，a′b′＝b′c′
则ΔPf，a b＝ΔPf，bc，ΔPf，a′b′= ΔPf，b′c′
在a～a′之间列伯努利方程式：
pa－pa′ =2ΔPf，ab+2ΔPf，a′b′+ΔP′f（17）
在b～b′之间列伯努利方程式：
pb－pb′ = ΔPf，bc+ΔPf，b′c′+ΔP′f
=ΔPf，a b+ΔPf，a′b′+ΔP′f（18）
联立式（17）和（18），则：
ΔP′f＝2（pb－pb′）－（pa－pa′）（19）
为了实验方便，称（pb－pb′）为近点压差，称（pa－pa′）为远点压差。用压差传感器来测量。
124节流式流量计测定基本原理
流体流过节流式（孔板、文丘里、喷嘴）流量计时，由于喉部流速大压强小，文氏管前端与喉部产生压差，此差值可用倒U型压差计或单管压差计测出，而压强差与流量之间关系可用式（110）计算：
Vs＝Ｃ0Ａo2（p上-p下）ρ（110）
式中：C0——节流式流量计的流量系数；
Vs——流量；Ao——喉孔直径；
p上、p下——文丘里上下游压力；
ρ——流体的密度，kg/m3。
125离心泵特性曲线
离心泵是最常见的液体输送设备。在一定的型号和转速下，离心泵的扬程H、轴功率N及效率η均随流量Q而改变。通常通过实验测出H—Q、N—Q及η—Q关系，并用曲线表示，称为特性曲线。特性曲线是确定泵适宜操作条件和选用泵的重要依据。泵特性曲线的具体测定方法如下：
（1） H测定
在泵的吸入口和排出口之间列伯努利方程：
Z入+p入ρg+u2入2g+H=Z出+p出ρg+u2出2g+Hf入-出 （111）
H=（Z出-Z入）+p出-p入ρg+u2出-u2入2g+Hf入-出（112）
式（112）中Hf入出是泵的入口和出口之间管路内的流体流动阻力，与伯努利方程中其他项比较，Hf入出值很小，故可忽略。于是式（112）简化为：
H=（Z出-Z入）+p出-p入ρg+u2出-u2入2g（113）
将测得的（Z出-Z入）和p出-p入值以及计算所得的u出、u入代入式（113），即可求得H。
（2） N测定
功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于泵是经过电动机直接带动，传动效率可视为1，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。即：
泵的轴功率 N=电动机的输出功率，kW。
电动机输出功率=电动机输入功率×电动机效率，kW。
泵的轴功率=功率表读数×电动机效率，kW。
（3） η测定
η=NeN（114）
Ne=HQρg1 000=HQρ102
（115）
式中：η——泵的效率；N——泵的轴功率，kW；
Ne——泵的有效功率，kW；H——泵的扬程，m；
Q——泵的流量，m3/s；ρ——水的密度，kg/m3。
126管路特性曲线
当离心泵安装在特定的管路系统中工作时，实际工作压头和流量不仅与离心泵本身性能有关，还与管路特性有关，即在液体输送过程中，泵和管路二者相互制约。
管路特性曲线是指流体流经管路系统过程中流量与所需压头之间的关系。若将泵的特性曲线与管路特性曲线描绘在同一坐标图上，两曲线交点即为泵在该管路的工作点。因此，这就如同通过改变阀门开度来改变管路特性曲线，求出泵的特性曲线一样，可通过改变泵转速来改变泵的特性曲线，从而得出管路特性曲线。泵的压头H计算同上。
13流体输送综合仿真实训工艺流程、主要设备及仪表
131工艺流程图
图3为流体输送综合仿真实训工艺流程图。
132主要设备技术参数
表1流体输送综合实训装置主要设备技术参数表
序号
位号
名称
规格型号
1
P101
喷射泵
RPP2520
2
P102
离心泵Ⅱ
GZA5032160
3
P103
离心泵Ⅰ
GZA5032160
4
P104
旋涡泵
25W25
5
P105
压缩机
YL90SZ
6
P106
真空机组泵
GZA5032160
7
P107
污水泵
GZA5032160
8
P108
气蚀泵
GZA5032160
9
V101
高位槽
φ360×700
10
V102
合成器
φ300×530
11
V103
真空缓冲罐
φ210×350
12
V104
压力缓冲罐
φ100×310
13
V105
原料罐
φ600×1360
14
V106
真空机组水箱
500×400
15
V107
污水箱
400×600
16
VA145
电动调节阀
0—30 m3/h
17
F105
涡轮流量计
0—30 m3/h
18
FI104
转子流量计
0—30 m3/h
19
FI105
转子流量计
0—30 m3/h
20
PI101
真空缓冲罐真空表
-01—0 MPa
21
PI102
泵入口真空表
-01—01 MPa
22
PI103
压差传感器
0—400 kPa
23
PI104
压力缓冲罐压力表
0—06 MPa
24
PI105
泵出口压力表
0—06 MPa
133主要阀门名称及作用
表2流体输送综合实训装置主要阀门名称、作用及技术参数
序号
位号
阀门名称及作用
技术参数
1
VA101
DN15直管控制阀
DN15
2
VA102
DN25直管控制阀
DN25
3
VA103
DN40直管控制阀
DN40
续表
序号
位号
阀门名称及作用
技术参数
4
VA104
喷嘴流量计控制阀
DN50
5
VA105
