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化学工程

本系列介绍了化学工程中的基本概念, 采用了实验方法, 并给出了各种设备如托盘干燥器和粘度计的必要操作步骤。

  • Chemical Engineering

    08:33
    测试芬管热交换器的传热效率

    资料来源:迈克尔·本顿和克里·杜利,路易斯安那州立大学化学工程系,巴吞鲁日,洛杉矶

    换热器将热量从一种流体传输到另一种流体。存在多类热交换器,以满足不同的需求。一些最常见的类型是壳和管交换器和板交换器1。外壳和管式换热器使用流体流1的管系统。一组管包含要冷却或加热的液体,而第二组包含的液体要么吸收热量,要么传输热量1。板式换热器使用类似的概念,其中板紧密地连接在一起,每个之间的小间隙,液体流动1。在板块之间流动的流体在热和冷之间交替,这样热量就会进入或流出必要的溪流1。这些交换器具有较大的表面面积,因此通常效率更高

    本实验的目的是测试翅管热交换器的传热效率(图1),并将

  • Chemical Engineering

    07:40
    利用托盘干燥器研究对流和导电传热

    资料来源: 迈克尔 g. 本顿和克里先生, 路易斯安那州立大学化学工程系, 巴吞鲁日, 洛杉矶

    烘干机在许多工业过程中被使用。烘干机的作用是使用热传递过程到干燥固体。各种各样的干燥机类型存在。绝热干燥器使用对流和直接接触气体到干固体, 而非绝热烘干机使用的方法不是加热气体接触到干1, 包括传导、辐射和射频干燥1。烘干机可用于批处理或连续使用1

    在本实验中, 温度和风速对砂干燥速率的影响将通过托盘干燥器来确定。三不同的功率设置 (1000 w, 1500 w 和 2500 w) 的两种不同的气流速率将被测试, 提供了共六数据集。从这些数据中,

  • Chemical Engineering

    08:03
    丙二醇溶液的粘度

    资料来源: 迈克尔 g. 本顿和克里先生, 路易斯安那州立大学化学工程系, 巴吞鲁日, 洛杉矶

    粘度是流体对流动阻力的量度, 是在各种行业中有效的产品加工和质量控制设计中的一个有用的参数。各种粘度计被用来获得最精确的实验材料读数。测量粘度的标准方法是通过玻璃管粘度计, 它通过玻璃1所制成的毛细管来测量流体流经的时间量来估计粘度。

    旋转粘度计使用剪切力进行操作, 并测量流的1所需的时间。这些粘度计利用流体的流动力, 它们可以使用弹簧系统或数字编码器系统1。不同的测量系统也存在, 以标准是锥体和板材系统, 流体流动在锥体形状和在板材之下, 为了减少剪应力1。平行板系统使用两个平行板, 是理想的测量跨温度梯度, 允许平稳过渡

  • Chemical Engineering

    09:10
    硅铝粉的法

    资料来源: 凯瑞先生和迈克尔 g. 本顿, 路易斯安那州立大学化学工程系, 巴吞鲁日, LA

    表面面积和孔径分布是吸附剂和催化剂制造商和用户使用的属性, 以确保质量控制和确定产品何时结束其有用的生命。多孔固体的表面积直接与其吸附能力或催化活性有关。吸附剂或催化剂的孔径分布是受控的, 这样毛孔大到足以容易地承认分子的兴趣, 但小到足以提供一个高的表面积每质量。

    通过等温氮气吸附/解吸技术, 可以测量表面面积和孔径分布。在本试验中, 将采用氮 porosimeter

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    10:21
    用挤出法论证幂律模型

    资料来源: 凯瑞先生和迈克尔 g. 本顿, 路易斯安那州立大学化学工程系, 巴吞鲁日, LA

    聚合物熔体通常形成简单的形状或 "产品", 如圆柱状颗粒、扁平的薄片或管子, 使用挤出机。1聚烯烃是最常见的可聚合物之一。挤出涉及输送和熔融固体饲料, 有时与非高分子材料混合, 以及熔体或混合物的压力建立和运输。它适用于热塑性聚合物, 在加热时会变形, 并在冷却时恢复其早期的 "no 流动" 特性。

    使用简单的实验室挤出机, 可以检查操作条件对聚合物输出和压降的影响, 并利用 "幂定律" 模型对聚合物熔体的流动和溶液进行关联。该模型用于将过程扩展到更复杂的挤出机。可以确定操作条件与理论位移行为 ("滑移") 和挤出形状 ("模膨胀") 的偏差之间的关系。

    在本试验中, 将采用一种典型的热塑性聚合物, 如高密度聚乙烯 (HDPE) 共聚物 (乙烯 +

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    07:51
    气体吸收器

    资料来源: 迈克尔 g. 本顿和克里先生, 路易斯安那州立大学化学工程系, 巴吞鲁日, 洛杉矶

    气体吸收器用于清除气体流中的污染物。多个设计用于实现此目标1。填料床柱使用气体和液体流在一个列中的松散包装材料, 如陶瓷, 金属和塑料, 或结构化包装1。填充床使用由包装创建的表面积, 在两个阶段1之间创建最大的有效接触量。系统维护低, 可以处理具有高传质率的腐蚀性材料1。喷雾柱是另一种类型的吸收器, 它使用两个阶段之间的恒定直接接触, 气体向上和液体被喷洒到气体流量1。该系统只具有一个阶段和较差的传质速率, 但对于高液溶解度的溶质是非常有效的1

    本实验的目的是确定气体流量、

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    11:32
    汽液平衡

    资料来源: 迈克尔 g. 本顿和克里先生, 路易斯安那州立大学化学工程系, 巴吞鲁日, 洛杉矶

    蒸汽-液体平衡是最重要的工程应用, 如蒸馏, 环境建模, 和一般工艺设计。了解混合物中组分的相互作用对于设计、操作和分析这种分离器是非常重要的。活性系数是一种将分子相互作用与混合物组成联系起来的极好工具。找到分子相互作用参数允许未来预测的活动系数的混合物使用模型。

    汽液平衡是化学工业中常见过程的关键因素, 如蒸馏。蒸馏是通过沸点来分离液体的过程。将液体混合物送入蒸馏单元或柱中, 然后煮沸。汽液平衡数据是有用的, 以确定如何液体混合物将分离。因为液体有不同的沸点, 一液体将煮沸入蒸气和上升在专栏, 而其他将停留作为液体和排泄通过单位。这一过程在各种行业中非常重要。

    本实验采用汽液平衡仪和气相色谱法, 得到了甲醇、异丙醇、去离子水中各种组分的混合物的活性系数。此外,

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    11:19
    回流比对塔板蒸馏效率的影响

    资料来源: 凯瑞先生和迈克尔 g. 本顿, 路易斯安那州立大学化学工程系, 巴吞鲁日, LA

    托盘和填料列通常用于蒸馏、吸收和剥离分离操作。1,2本实验的目的是将醇 (甲醇、异丙醇) 和水的混合物蒸馏到筛塔托盘柱中, 并考察基于平衡假设的简单蒸馏理论是如何被遵循的。筛板在液体和蒸气之间提供最大的界面面积。一个 P & ID 示意图的筛子托盘 (每个托盘包含孔在一个支持板) 蒸馏系统可以找到附录 a。

    在这个演示中, 托盘蒸馏装置 (TDU) 开始在全回流模式。当达到稳定的回流鼓水平后, 通过调整底部、馏分和回流流量控制器, 以保持回流鼓和再沸器的稳定水平, 并保持目标回流比, 以此来实现对有限回流模式的切换。d = L/d。一旦达到稳定状态 (至少需要90分钟), 液体样品将从回流鼓、再沸器和每个托盘上抽取,

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    09:20
    液-液萃取效率

    资料来源: 凯瑞先生和迈克尔 g. 本顿, 路易斯安那州立大学化学工程系, 巴吞鲁日, LA

    液-液萃取 (LLE) 是一种分离技术, 用于代替蒸馏: (a) 所分离的化合物的相对挥发性非常相似;(b) 一个或多个混合组分的温度敏感度甚至接近环境条件;(c) 蒸馏需要非常低的压力或极高的馏分/饲料比。1传质的推动力是一种物质 (溶质) 在其他两种混溶或部分混溶流中溶解度的差异 (馈源和溶剂)。饲料和溶剂流混合, 然后分离, 使溶质从饲料转移到溶剂。通常情况下, 这一过程是重复使用逆流流的连续阶段。溶质丰富的溶剂被称为提取物, 当它离开时, 溶质耗尽的饲料是余。当饲料和溶剂流之间存在合理的密度差时, 可以使用垂直柱来完成萃取, 但在其他情况下可使用一系列混合和沉淀罐。

    在这个实验中, 操作目标是提取异丙醇 (国际音标, 〜 10-15 重量%, 溶质) 从混合物的

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    10:59
    液相反应器: 蔗糖反转

    资料来源: 凯瑞先生和迈克尔 g. 本顿, 路易斯安那州立大学化学工程系, 巴吞鲁日, LA

    间歇和连续流反应器都用于催化反应。使用固体催化剂和连续流的填料床是最常见的配置。在没有广泛的循环流的情况下, 这种填充床反应器通常被建模为 "堵塞流"。另一个最常见的连续反应器是搅拌槽, 被认为是完全混合的。1填充床反应器的流行的一个原因是, 与大多数搅拌槽的设计不同, 一个大的壁面积到反应堆容积比促进更快速的传热。对于几乎所有的反应堆, 都必须添加或撤回热量, 以控制所需反应发生的温度。

    催化反应的动力学通常比简单的 1st顺序、2的nd顺序等在教科书中发现的动力学更为复杂。反应速率也会受到传质速率的影响--反应的速度不能比向表面提供反应物的速率或产品被移除的速率快, 以及传热。由于这些原因, 在设计大型设备之前, 几乎总是需要进行实验来确定反应动力学。在这个实验中,

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    11:40
    水杨酸的化学改性结晶

    资料来源: 凯瑞先生和迈克尔 g. 本顿, 路易斯安那州立大学化学工程系, 巴吞鲁日, LA

    加工生化涉及的单位操作, 如结晶, 离心, 膜过滤, 和制备色谱, 所有这些都有共同的需要分离大的小分子, 或固体从液体。其中, 从吨位的角度来看, 结晶是最重要的。由于这个原因, 它通常被用于制药、化学和食品加工行业。重要的生物化学例子包括手性分离,1纯化抗生素,2从前体分离氨基酸,3和许多其他药剂,4-5食品添加剂,6-7和农用化学品净化.8晶体形态和尺寸分布的控制是过程经济学的关键, 因为这些因素影响下游加工操作的成本, 如干燥、过滤和固体输送。有关结晶的更多信息,ref">+萨尔+ 0.5 H24 SAL (ppt) + Na+ + 0.5 所以42- 副产物硫酸钠仍然是可溶解的。该装置由两个进给罐, 三变速 (蠕动) 泵, 结晶器 (搅拌槽, 以接近均匀的温度和浓度, 〜5升), 一个循环浴缸的温度控制, 功率控制器, 产品罐, 和用氢氧化钠溶液进行饲料再生的化妆箱 (如果需要)。用紫外-可见光谱仪对水杨酸的残留可溶性离子进行分析, 并对水杨酸结晶产物进行干燥和称量。pH 探针可用于确定反应条件改变时的稳态。

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    10:39
    填料床反应器中的单相和两相流

    资料来源: 凯瑞先生和迈克尔 g. 本顿, 路易斯安那州立大学化学工程系, 巴吞鲁日, LA

    本实验的目的是确定典型填料床反应器在单相和两相 (气-液) 流中不的大小, 并评价该不对压降的影响。通过使用示踪剂, 引入了停留时间分布和散布的概念, 这些概念与物理不有关。

    单相流中的通入可以沿壁或通过床横断面的较大部分的优先流发生。两相流动中的窜流可能是由更复杂的原因造成的, 而简单的两相流理论很少能预测填料床内的压降。设计目标总是通过找到最佳的床和颗粒直径为设计流速和通过包装一张床在某种程度上减到最小解决的通灵的范围。它总是重要的是要量化多少不可能发生, 并通过设计的单位来解释其发生。

    渗透仪器测量压降, p, 和浓度的示踪剂 (染料) 离开水平填充床的装甲玻璃无论是水, 空气, 或两相流 (图1和 2)。水通过一个控制阀进入, 可以通过手动阀到任何五病床 (48 "长, 3" 身份证) 与不同大小的玻璃珠倾倒 (随机)

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    10:01
    烷的加入聚合动力学

    资料来源: 凯瑞先生和迈克尔 g. 本顿, 路易斯安那州立大学化学工程系, 巴吞鲁日, LA

    聚合物是由许多重复的单体单位组成的分子, 它们被化学结合成长链。它们具有广泛的物理性能, 受其化学结构、分子量和聚合程度的影响。聚合物工业生产数以千计的原材料用于各种商业产品。1,2

    该视频的目的是执行一个加法聚合反应, 然后评估所产生的产品, 以了解如何粘度可以用来确定聚合物分子量。此外,

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    08:55
    催化反应器: 乙烯加氢

    资料来源: 凯瑞先生和迈克尔 g. 本顿, 路易斯安那州立大学化学工程系, 巴吞鲁日, LA

    乙烯的氢化 (c2h4) 对乙烷 (c2h6) 在表征新的金属催化剂时经常被研究为模型还原反应。1-2虽然支持镍不是最活跃的金属催化剂的反应, 它是积极的, 反应可以发生在 < 200 ° c。

    反应通常涉及吸附, 离解氢 (H2) 与吸附乙烯反应。换言之, 氢原子和乙烯分子都与金属部位形成键 (此处表示 "S")。乙烯与 S 的强结合会使双键充分降低, 使得氢原子加入乙烯, 形成乙烷, 而这是不被吸附的。

    本实验的目的是, 首先, 转换原始成分测量, 以限制反应物分数转换。3这些转换然后可用于塞流式反应器 (PFR),

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    08:43
    旋转和寒意

    资料来源: 迈克尔 g. 本顿和克里先生, 路易斯安那州立大学化学工程系, 巴吞鲁日, 洛杉矶

    旋转和冷却使用热传导和流体流动的基本原理, 在仅2分钟内将饮料冷却到38华氏度。它需要一个冰箱大约240分钟和一个冰箱40分钟达到相同的温度。旋转和冷却还声称这是通过 "轻轻地" 旋转 500 rpm, 这造成很少或根本没有起泡。

    在这项实验中, 将评估旋转容器以记录速度冷却软饮的能力。旋转和冷却的目的是为了使冰箱的使用无效, 从而有利于快速和单独地冷却饮料。不同的操作参数, 如不同的转速的设备, 将评估, 以确定其对传热的影响。此外,

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