化工原理概念匯總

1、化工原理知識緒論1、單元操作：（Unit Operations ）:用來為化學反應過程創(chuàng)造適宜的條件或將反應物分離制成純凈品，在化工生產中共有的 過程稱為單元操作（12）。單元操作特點：所有的單元操作都是物理性操作，不改變化學性質。單元操作是化工生產過程中共 有的操作。單元操作作用于不同的化工過程時，基本原理相同，所用設備也是通用的。 單元操作理論基礎：（11、12）質量守恒定律：輸入=輸出+積存能量守恒定律：對于穩(wěn)定的過，程輸入 二輸出動量守恒定律：動量的輸入=動量的輸出+動量的積存2、研究方法：實驗研究方法（經驗法）：用量綱分析和相似論為指導，依靠實驗來確定過程變量之間的 關系，通常用無量

2、綱數群（或稱準數）構成的關系來表達。數學模型法（半經驗半理論方法）：通過分析，在抓住過程本質的前提下，對過程做出合 理的簡化，得出能基本反映過程機理的物理模型。（04）3、 因次分析法與數學模型法的區(qū)別：（08B）因次論指導下的實驗研究法數學模型法（半經驗半理論）HW實際過程簡化的物理模型勒性因素",P齢因素L, d疋TK筋阻力 蟻作因素u鶯響因素實驗：檢驗模型，確定參數K可測量的結果&p I /R頁丿T減少如數10 J 1減少變最囚次分析實驗：尋找函數形式，決定參數第二章：流體輸送機械、概念題1、離心泵的壓頭（或揚程）：離心泵的壓頭（或揚程）：泵向單位重量的液體提供的機械能

3、。以 H表示，單位為m2、離心泵的理論壓頭：理論壓頭：離心泵的葉輪葉片無限多，液體完全沿著葉片彎曲的表面流動而無任何其他 的流動，液體為粘性等于零的理想流體， 泵在這種理想狀態(tài)下產生的壓頭稱為理論壓頭。 實際壓頭：離心泵的實際壓頭與理論壓頭有較大的差異，原因在于流體在通過泵的過程 中存在著壓頭損失，它主要包括：1）葉片間的環(huán)流，2）流體的阻力損失，3）沖擊損失。3、氣縛現(xiàn)象及其防止：氣縛現(xiàn)象：離心泵開動時如果泵殼內和吸入管內沒有充滿液體，它便沒有抽吸液體的能 力，這是因為氣體的密度比液體的密度小的多，隨葉輪旋轉產生的離心力不足以造成吸 上液體所需要的真空度。像這種泵殼內因為存在氣體而導致吸不上

4、液的現(xiàn)象稱為氣縛。 防止：在吸入管底部裝上止逆閥，使啟動前泵內充滿液體。4、軸功率、有效功率、效率有效功率：排送到管道的液體從葉輪獲得的功率，用Ne表示。Ne二QH 'g效率：N二Ne/軸功率：電機輸入離心泵的功率,用N表示，單位為J/S,W或kW N = QH g/二、簡述題1、離心泵的工作點的確定及流量調節(jié)工作點：管路特性曲線與離心泵的特性曲線的交點，就是將液體送過管路所需的壓頭與泵對液體所提供的壓頭正好相對等時的流量，該交點稱為泵在管路上的工作點。流量調節(jié)：1）改變出口閥開度一一改變管路特性曲線；2）改變泵的轉速改變泵的特性曲線。2、離心泵的工作原理、過程：開泵前，先在泵內灌滿要

5、輸送的液體。開泵后，泵軸帶動葉輪一起高速旋轉產生離心力。液體在此作用下，從葉輪中心被拋向 葉輪外周，壓力增高，并以很高的速度（15-25 m/s）流入泵殼。在蝸形泵殼中由于流道 的不斷擴大，液體的流速減慢，使大部分動能轉化為壓力能。最后液體以較高的靜壓強 從排出口流入排出管道。泵內的液體被拋出后，葉輪的中心形成了真空，在液面壓強（大氣壓）與泵內壓力（負 壓）的壓差作用下，液體便經吸入管路進入泵內，填補了被排除液體的位置。3、離心泵的汽蝕現(xiàn)象、以及安裝高度的確定方法、及其防止辦法：汽蝕現(xiàn)象：提高泵的安裝高度，將導致泵內壓力降低，其最低值為葉片間通道入口 附近，當這個最低值降至被輸送液體的飽和蒸汽

6、壓時，將發(fā)生沸騰，所產生的蒸汽泡在 隨液體從入口向外周流動中，又因壓力迅速加大而積聚冷凝。使液體以很大速度從周圍 沖向汽泡中心，產生頻率很高，瞬時壓力很大的沖擊，這種現(xiàn)象稱為“汽蝕” ；安裝高度的確定方法：泵的允許安裝高度受最小汽蝕余量或允許吸上真空度的限制， 以免發(fā)生汽蝕現(xiàn)象（例如：管路壓頭減去汽蝕余量等于允許安裝高度）。防止方法（預防措施）：離心泵的安裝高度只要低于允許安裝高度，就不會發(fā)生汽蝕。 離心泵入口處壓力不能過低，而應有一最低允許值允許汽蝕余量。第三章：機械分離與固體流態(tài)化一、概念題1、均相混合物與非均相混合物均相混合物：物系內部各處物料性質均勻而且不存在相界面的混合物。例如：互溶

7、溶液 及混合氣體。非均相混合物：物系內部有隔開兩相的界面存在且界面兩側的物料性質截然不同混合物。2、表征顆粒的基本概念球形度：目的涵義：3、自由沉降和干擾沉降自由沉降：單個顆粒在無限大流體中的降落過程，顆粒彼此相距很遠，不產生干擾的沉 降稱為自由沉降；干擾沉降：若顆粒之間的距離很小，即使沒有互相接觸，一個顆粒沉降時也會受到其它 顆粒的影響，這種沉降稱為干擾沉降4、過濾、過濾介質、助濾劑：過濾：利用多孔介質使液體通過而截留固體顆粒，使懸浮液中固液分離的過程。過濾介質：多孔性介質、耐腐蝕、耐熱并具有足夠的機械強度。過濾介質特點：助濾劑：是顆粒細小、粒度分布范圍較窄、堅硬而懸浮性好的顆粒狀或纖維固體

8、，如硅 藻土、纖維粉末、活性炭、石棉。、5、深層過濾與濾餅過濾深層過濾：顆粒尺寸比介質的孔道的直徑小得多，但孔道彎曲細長，顆粒進入之后，很 容易被截留，更由于流體流過時所引起的擠壓與沖撞作用，顆粒緊附在孔道的壁面上。 這種過濾時在介質內部進行的，介質表面無濾餅形成。濾餅過濾：顆粒的尺寸大多數都比過濾介質的孔道大，固體物積聚于介質表面，形成濾 餅。過濾開始時，很小的顆粒也會進入介質的孔道內，部分特別小的顆粒還會通過介質 的孔道而不被截留，使濾液仍是混濁的。在濾餅形成之后，他便成為對其后的顆粒其主 要截留作用的介質，濾液因此變清。過濾阻力將隨濾餅的加厚而漸增，濾液濾出的速率 也漸減，故濾餅積聚到一

9、定厚度后，要將其從介質表面上移去。這種方法適用于處理固 體物含量比較大的懸浮液。5、過濾常數、比阻：壓縮性指數s :壓縮指數Ovsvl （可壓縮濾餅）s=0 （不可壓縮濾餅） 人乂厶p1 過濾常數K:與濾餅性質（s、名、a）、濾漿性質（c、卩）、推動力（p）有關； 比阻；：表征濾餅過濾阻力大小的數值，6可壓縮濾餅與不可壓縮濾餅不可壓縮濾餅：某些懸浮液所形成的濾餅，其空隙結構因顆粒堅硬不會因受壓而變形， 這種濾餅成為不可壓縮的?？蓧嚎s濾餅：若濾餅受壓后變形，致使濾餅的空隙率減小，使過濾阻力增大，這種濾餅 稱為可壓縮的。7、重力收塵與旋風收塵重力收塵：氣體進入降塵室后，因流通截面擴大而速度減慢。塵

10、粒一方面隨氣流沿水平方向運動，其速度與氣流速度 u相同。另一方面在重力作用下以沉降速度 uo垂直向下運 動。只要氣體通過降塵室經歷的時間大于或等于其中的塵粒沉降到室底所需的時間，塵 粒便可分離出來。旋風收塵：（旋風除塵器）從氣流中分離顆粒。含塵氣體從圓筒上側的進氣管以切線方向 進入，按螺旋形路線相器底旋轉，接近底部后轉而向上，氣流中所夾帶的塵粒在隨氣流 旋轉的過程中逐漸趨向器壁，碰到而落下。顆粒到達器壁所需要的沉降時間只要不大于 停留時間，它便可以從氣流中分離出來。8、沉降終速及其計算公式初始時，顆粒的降落速度和所受阻力都為零，顆粒因受力加速下降。隨降落速度的增加, 阻力也相應增大，直到與沉降

11、作用力相等，顆粒受力達到平衡，加速度也減小到零。此 后，顆粒以等速下降，這一最終達到的速度稱為沉降速度。直徑為d的球形顆粒，（重力-浮力）=阻力2_2rrn .n .nd 皿|4d（P 顆粒P）g（6）d 顆粒g-（6）d '顆粒g4推導得：u ：；3、9、橫穿洗滌與置換洗滌：橫穿洗法：洗滌液所穿過的濾餅厚度 2倍于最終過濾時濾餅通過的厚度；置換洗法：洗滌液所走的路線與最終過濾是濾液的路線一樣。10、流態(tài)化、固體流態(tài)化、聚式流態(tài)化、散式流態(tài)化流態(tài)化：一種使固體顆粒層通過與運動的流體接觸而具有流體某些表觀特性的過程。 固體流態(tài)化：將固體顆粒對在容器內的多孔板上，形成一個床層。若令流體自下

12、而上通 過床層，流速低時，顆粒不動；流速加大到一定程度后顆粒便活動，而床層膨脹；流速 進一步加大則顆粒彼此離開而在流體中浮動，流速愈大，浮動愈劇，床層愈高，稱這種 情況為固體流態(tài)化；聚式流態(tài)化：發(fā)生在氣固系統(tǒng)。床層內的顆粒很少分散開來各自運動，而多是聚結成團 的運動，成團地被氣泡推起或擠開。這種形式的流態(tài)化稱為聚式；散式流態(tài)化：發(fā)生在液固系統(tǒng)。若固體顆粒層用液體來進行流態(tài)化，流速增大時，床層 從開始膨脹直到水力輸送的過程中，床層顆粒的擾動程度是平緩地加大的。顆粒持續(xù)地 增大其分散狀態(tài)，這種形式的流態(tài)化稱為散式。11、起始（最小、臨界）流態(tài)化速度、顆粒帶出速度起始流化速度：固體顆粒剛剛能流化起來

13、，床層開始流態(tài)化時的流體表觀速度稱為起始 流化速度，是固定床與流化床的轉折點；帶出速度（夾帶速度）：當某指定顆粒開始被帶出時的流體表觀速度稱為帶出速度； 流化床的操作流速應大于起始流化速度，又要小于帶出速度。二、簡述題1、簡述離心分離與旋風分離的差別2、重力收塵與旋風收塵的工作條件重力收塵：只要氣體通過降塵室經歷的時間大于或等于其中的塵粒沉降到室底所需的時間，塵粒便可分離出來。旋風收塵：顆粒到達器壁所需要的沉降時間只要不大于停留時間，它便可以從氣流中分離出來。3、簡述重力沉降速度與離心沉降速度區(qū)別和聯(lián)系（設顆粒與流體介質相對運動屬于層流） 初始時，顆粒的降落速度和所受阻力都為零，顆粒因受力加速

14、下降。隨降落速度的增加，阻力也相應增大，直到與沉降作用力相等，顆粒受力達到平衡，加速度也減小到零。此 后，顆粒以等速下降，這一最終達到的速度稱為沉降速度。重力沉降速度：離心力沉降速度：點、騰涌、溝流4、聚式流態(tài)化的特5、畫圖并說明流化床的壓力損失與氣速的關系固定床亠-流化床帶出開始起始流化速度帶出速度logu流化床壓力損失與氣速關系在流態(tài)化階段，流體通過床層的壓力損失等于流化床中全部顆粒的凈重力。AB段為固定床階段，由于流體在此階段流速較低，顆粒較細時常處于層流狀態(tài)，壓力損 失逾表觀速度的一次放成正比，因此該段為斜率為1的直線。A' B'段表示從流化床恢復到固定床時的壓力損失變

15、化關系；由于顆粒從逐漸減慢的上 升氣流中落下所形成的床層比隨機裝填的要疏松一些，導致壓力損失也小一些，BC段略向上傾斜是由于流體流過器壁及分布板時的阻力損失隨氣速增大而造成的。CD段向下傾斜，表示此時由于某些顆粒開始為上升氣流所帶走，床內顆粒量減少，平衡 顆粒重力所需的壓力自然不斷下降，直至顆粒全部被帶走。P、固定床；-流化床；-夾帶開始 -溝流現(xiàn)象；-節(jié)涌(騰涌)現(xiàn)象u 流化床壓降與流速的關系圖6舉例說明數學模型法簡化與等效的原理過濾時，濾液在濾餅與過濾介質的微小通道中流動，由于通道形狀很不規(guī)則且相互交聯(lián), 難以對流體流動規(guī)律進行理論分析，故常將真實流動簡化成長度均為 Le的一組平行細管 中

16、的流動，并規(guī)定:(1)細管的內表面積之和等于濾餅內顆粒的全部表面積;(2)細管的全部流動空間等于濾餅內的全部空隙體積。7、用因次分析法導出沉降速度中的阻力系數是雷諾數的函數相關各物理量的因次b=L. b】=NM： lu】=L 日亠.【P】=ML7777分別對阻力系數和雷諾數進行因次分析:丄Nr2M； |RJ= LMN &二由此證明了二f(Re)用濾餅過濾過程說明數學模型法的原理。8、流態(tài)化的形成過程固定床階段：此時流體的真正速度 u V顆粒的沉降速度U0流化床階段：此時U二U0顆粒懸浮于流體中，床層有一個明顯的上界面，與沸騰水的表面 相似。顆粒輸送階段（氣力輸送）：U > Uo9

17、、試將STOCK'S區(qū)的沉降終速公式，用雷諾數和阿基米德數表征Uo =d2（s - Jg/1810、懸浮液的沉聚過程沉降槽內懸浮液的沉聚過程可以通過間歇沉降實驗來考查，將新配備的懸浮液倒進玻璃 圓筒內，若其中顆粒大小比較均勻，顆粒開始沉降后桶內邊出現(xiàn)四個區(qū)域：A.清液區(qū)B.等濃度區(qū)C.變濃度區(qū)D沉聚區(qū)，沉聚過程繼續(xù)進行A區(qū)，D區(qū)逐漸擴大，B區(qū)則逐漸縮小 至消失。AC界面下降的速度變慢。然后，AC間界面也消失，全部顆粒集中于 D區(qū)，為了 達到臨界沉降點，自此后的沉降結果是沉渣被壓緊。第四章攪拌概念1、攪拌中的打漩現(xiàn)象2、攪拌單元操作、及其作用的目標以液體為主體的攪拌操作，常常將被攪拌物料

18、分為液 -液、氣-液、固-液、氣-液-固等情 況。攪拌既可以是一種獨立的流體力學范疇的單元操作，促進混合為主要目的：如進行液-液混合、固-液懸浮、氣-液分散、液-液分散和液-液乳化等；又往往是完成其他單元操作的必要手段；以促進傳熱、傳質、化學反應為主要目的：如 在攪拌設備內進行流體的加熱與冷卻、萃取、吸收、溶解、結晶、聚合等操作。攪拌的作用目標：3、攪拌器功率及其影響因素4、攪拌槽5、葉輪的主要形式第七章蒸發(fā)一、概念題1、加熱蒸汽和二次蒸汽：加熱蒸汽：蒸發(fā)需要不斷的供給熱能。工業(yè)上采用的熱源所用的水蒸汽二次蒸汽：蒸發(fā)的物料大多是水溶液，蒸發(fā)時產生的水蒸汽2、單效蒸發(fā)與多效蒸發(fā)二次蒸汽利用的情況

19、可分為單效和多效蒸發(fā)。單效蒸發(fā)：將所產生的二次蒸汽不再利用，而直接送給冷凝器冷凝以除去的操作。多效蒸發(fā)：將多個蒸發(fā)器串聯(lián)，使加熱蒸汽在蒸發(fā)過程中得到多次利用的蒸發(fā)過程。3、溶液的沸點升高與杜林規(guī)則：溶液中含有溶質，故其沸點必須高于純溶劑在同一壓力下的沸點，亦即高于蒸發(fā)室壓力 下的飽和蒸汽溫度。此高出的溫度稱為溶液的沸點升高， 溶液的沸點升高與溶液的種類、 溶液中溶質的濃度以及蒸發(fā)壓力有關。杜林規(guī)則：某液體（或溶液）在兩種不同壓力下兩沸點之差，與另一標準體在相應壓力 下兩沸點之差，其比值為一常數。4、濃縮熱與自蒸發(fā)（閃蒸）二、簡述題1、蒸發(fā)過程的特點常見的蒸發(fā)，實質上是在間壁兩側分別有蒸汽冷凝和

20、液體沸騰的傳熱過程。蒸發(fā)的特點：1沸點升高232、溫度差損失的及其原因蒸發(fā)器中的傳熱溫差，當加熱蒸氣的飽和溫度一定，若蒸發(fā)室內壓力為101.3kPa,而蒸發(fā) 的又是水而不是溶液，這時的傳熱溫差最大。如果蒸發(fā)的是30%Na 0的沸點高于水的沸點，則蒸發(fā)器里的傳熱溫差減小，稱為傳熱溫差損失，溫差損失就等于溶液的沸點與同 壓力下水的沸點之差。除此之外，蒸發(fā)器中液柱靜壓頭的影響及流體流過加熱管時的阻 力損失，都導致溶液沸點的進一步升咼。第八、九章傳質一、概念題1、氣膜控制與液膜控制氣膜控制：溶解度很大的氣體，溶解度系數小，液相分阻力在總阻力中所占的比重將相 對地小，傳質阻力幾乎全集中于氣相，通常稱為氣

21、膜控制；液膜控制：溶解度很小的氣體，則溶解度很小，則傳質阻力幾乎全集中在液相，通稱為 液膜控制。2、吸收因數和脫吸因數吸收因數：幾何意義為操作線斜率 L/G與平衡線斜率m之比，A=L/ (mG脫吸因數：脫吸因數是吸收因數的倒數，S=mG/L3、氣液相平衡與溶解度：在溶質A與溶劑接觸、進行溶解的過程中能夠，隨著溶液濃度的逐漸增高，傳質速率將 逐漸減慢，最后降到零，溶液濃度達到最大限度。這時稱氣液達到了相平衡，稱為平衡 溶解度，簡稱溶解度。4、物理吸收與化學吸收物理吸收：在吸收過程中溶質與溶劑不發(fā)生顯著化學反應，稱為物理吸收?；瘜W吸收：如果在吸收過程中，溶質與溶劑發(fā)生顯著化學反應，則此吸收操作稱為

22、化學 吸收。5、吸收與解吸吸收：利用不同的氣體組分在液體溶劑中溶解度的差異，對其進行選擇性溶解，從而將 氣體混合物各組分分離的傳質過程的單元操作稱為吸收。如用水作溶劑來吸收混合在空 氣中的氨，它是利用氨和空氣在水中溶解度的差異，進行分離。解吸：如果溶液中的某一組分的平衡蒸汽壓大于混合氣體中該組分的分壓，這個組分便 要從溶液中釋放出來，即從液相轉移到氣相，這種情況稱為解吸（或脫吸）。6單組分吸收與多組分吸收單組分吸收：在吸收過程中，若混合氣體中只有一個組分被吸收，其余組分可認為不溶 于吸收劑，則稱之為單組分吸收；多組分吸收：如果混合氣體中有兩個或多個組分進入液相，則稱為多組分吸收。7、等溫吸收與

23、非等溫吸收等溫吸收：氣體溶于液體中時常伴隨熱效應，若熱效應很小，或被吸收的組分在氣相中 的濃度很低，而吸收劑用量很大，液相的溫度變化不顯著，則可認為是等溫吸收； 非等溫吸收：若吸收過程中發(fā)生化學反應，其反應熱很大，液相的溫度明顯變化，則該 吸收過程為非等溫吸收過程。8、低濃度吸收與高濃度吸收 高濃度吸收：通常根據生產經驗，規(guī)定當混合氣中溶質組分 A的摩爾分數大于0.1，且被 吸收的數量多時，稱為高濃度吸收;低濃度吸收：如果溶質在氣液兩相中摩爾分數均小于0.1時，吸收稱為低濃度吸收 低濃度吸收的特點：（1）氣液兩相流經吸收塔的流率為常數；（2）低濃度的吸收可視為 等溫吸收。9、液氣比與最小液氣比

24、液氣比：當定態(tài)連續(xù)吸收時，若 LS GB 定，Yb、Xa恒定，則該吸收操作線在X丫 直角坐標圖上為一直線，通過塔頂 A （Xa， Ya）及塔底B （Xb，Yb），其斜率為，稱為吸收操作的液氣比。GB Gb最小液氣比：操作線上任一點與平衡線相遇，則該點的傳質推動力為零，傳質速率亦為 零。達到分離程度所需塔高為無窮大時的液氣比，以G;表示。lG 丿 min10、傳質單元與傳質單元數-, VdYV J dYZ _ .-.*-丫aKYaQ（Y-Y） KyaQ 3 7傳質單元：式中,KYaQ表示，即：Hog VVV單位為m故將廠芥稱為氣相總傳質單元高度，以hogKYaQKYaQYi dY丫2傳質單元數：

25、式中定積分 丫 廠亍 是一無因次的數值，工程上以 Ndg表示，稱為氣相總 y dY*傳質單元數。即：NN OG因此，填料層高度為:-N OG H OG丫2丫 一丫11、對流傳質 對流傳質：流動著的流體與壁面之間或兩個有限互溶的流動流體之間發(fā)生的傳質，通常 稱為對流傳質。12、分子擴散分子擴散：在靜止或滯流流體內部，若某一組分存在濃度差，則因分子無規(guī)則的熱運動 使該組分由濃度較高處傳遞至濃度較低處，這種現(xiàn)象稱為分子擴散。13、等摩爾擴散與單向擴散等分子反向擴散：如圖所示，當通過連通管內任一截面處兩個組分的擴散速率大小相等 時，此擴散稱為等分子反向擴散。a卩擴散距離z圖等分子反向擴散總壓P總祐臣動

26、申的h擴敢占的ttiiNpu' X總薦硫動中的人擴嚴A的倩握心八°0 ”14、三傳的類比15、相平衡的應用相平衡的應用：根據兩相的平衡關系可以判斷傳質過程的方向與極限，而且，兩相的濃 度距離平衡愈遠，則傳質的推動力愈大，傳質速率也愈大。降低操作溫度，E mP , E變化忽略不計；但m漂流因子二、簡述題1、亨利定律的各種表達式以及相互之間的關系亨利定律的內容：總壓不高（譬如不超過 5X105PS）時，在一定溫度下，稀溶液上方氣相中溶質的平衡分壓與溶質在液相中的摩爾分率成正比，其比例系數為亨利系數。*PaExpA 溶質在氣相中的平衡分壓，kPa；E亨利系數，kPa； T ，E x溶質在液相中的摩爾分率。1 EMs*Pa=CaHE m -Ca溶質在液相中的摩爾濃度? kmol/m3 ；*y= mxH 溶解度系數，kmol/ (m kPa);pA 溶質在氣相中的平衡分壓，kPa。x 液相中溶質的摩爾分率；y*與液相組成x相平衡的氣相中溶質的 摩爾分率；m相平衡常數，無因次。x 液相中溶質的摩爾比；Y* 二 mXY* 與液相組成X相平衡的氣相中溶質的摩爾比；2、吸收過程的基本理論吸收過程的基本理論：氣液相平衡理論：溶解度、亨利定律：對于稀溶液，氣液兩相的溶度成正比。吸收傳質速率：包括雙膜理論、相