化工原理上冊復習0334071

1、化工原理上冊復習 0334071一、復習要求1、把握重力沉降的原理、沉降速度的定義和運算。明白得沉降器 的運算并了解沉降器的構(gòu)造。2、明白得過濾的差不多概念。 把握恒壓過濾差不多方程式及應用。 了解各種過濾設(shè)備的構(gòu)造和操作。3、握離心沉降速度的定義和運算。了解各類離心機的構(gòu)造和用途。4、明白得固體流態(tài)化的差不多概念。二、復習提要1、重力沉降速度是指微粒在介質(zhì)中所受的阻力和浮力之和等于微 粒的重力時，這種不變的速度。圓球形粒子的沉降速度U0 :U0=4d/(p 固p )g /3pZ ?(m/S)層流區(qū)域：R e<l,Z= 24/R e湍流區(qū)：R e> 1000 2興 10? , Z

2、= 0.44非球形顆粒的大小，能夠用當量直徑運算。沉降器的生產(chǎn)能力與沉降速度U 0和沉降面積A成正比，而與沉降器 的高度無關(guān)。V<U 0Am 3 /s2、恒壓過濾差不多方程式：(V + V 1)2 =kA 2 (t + t 1 )或 (q + q 1)2 =kA 2 (t + t 1) 洗滌操作相當于過濾介質(zhì)上濾渣厚度恒定時的過濾過程。3、離心沉降：分離因素a = u 2切/gR，表明離心設(shè)備的操作特性。為了提 升離心分離效率，通常是增加轉(zhuǎn)速，而將轉(zhuǎn)鼓直徑減少。粒子在沉降方向所受各種力互相平穩(wěn)時，粒子的沉降速度U0。U 0= 4d(p 固一p)/3pZ(u 2 切/R) ? (m /s)

3、當 R evl時，Z= 24/R e二、差不多運算運算沉降速度求服從斯托克斯定律的最大粒子直徑。沉降室要緊尺寸運算。濾液量運算及所需過濾時刻的運算。1. 差不多概念：顆粒特性（體積、表面積、比表面積、形狀系數(shù)）、顆粒群的性質(zhì)（篩 分分析、分布函數(shù)、密度函數(shù)、平均直徑、密度）、床層特性（間隙率、比 表面積、各向同性）、沉降操作（重力沉降、離心沉降；自由沉降、干擾沉 降；沉降速度及阻礙因素）；塵室的特點及生產(chǎn)能力；離心沉降的原理、離 心沉降的沉降速度的特點；離心分離因素；旋風分離器的臨界直徑及阻礙 因素降、分離效率、壓降；濾餅、料漿、濾液；餅層過濾與深層過濾；可 壓縮濾餅、不可壓縮濾餅、助濾劑；過

4、濾差不多方程、比阻、過濾速度與 過濾速率、恒壓過濾、恒速過濾、先恒速后恒壓過濾；濾餅洗滌、洗滌速 率；板框壓濾機、葉濾機、轉(zhuǎn)筒真空過濾機的特點；生產(chǎn)能力及阻礙因素。2儀器設(shè)備降塵室、旋風分離器的結(jié)構(gòu)、特點。3.差不多公式重力沉降速度 Stokes區(qū)（10 4 Ret 降塵室的生產(chǎn)能力 Vs BLut21 s過濾差不多方程 dV A P 恒壓過濾方程1) Utd：( p )g18（V dVe）2 KAV（ Ve）e）或過濾過程的物料衡算(q qe)2 K( e)或 q2 2qq° K第三章傳熱1.差不多概念和差不多理論傳熱是由于溫度差引起的能量轉(zhuǎn)移，又稱熱傳遞。由熱力學第二定律 可知，

5、凡是有溫度差存在時，就必定發(fā)生熱從高溫處傳遞到低溫處按照傳熱機理的不同，熱傳遞有三種差不多方式：熱傳導（導熱）、熱對流（對流）和熱輻射。熱傳導是物體各部分之間不發(fā)生相對位移，僅借 分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運動而引起的熱量傳遞；熱對流是 流體各部分之間發(fā)生相對位移所引起的熱傳遞過程（包括由流體中各處的 溫度不同引起的自然對流和由外力所致的質(zhì)點的強制運動引起的強制對 流），流體流過固體表面時發(fā)生的對流和熱傳導聯(lián)合作用的傳熱過程稱為對 流傳熱（給熱）；熱輻射是因熱的緣故而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞。任何 物體只要在絕對零度以上，都能發(fā)射輻射能，只是在高溫時，熱輻射才能 成為要緊的傳熱方式。傳

6、熱可依靠其中的一種方式或幾種方式同時進行。傳熱速率Q是指單位時刻通過傳熱面的熱量 （W）；熱通量q是指每單 位面積的傳熱速率（W/m2）。熱傳導導熱差不多方程傅立葉定律dQ dS n入導熱系數(shù)，表征物質(zhì)導熱能力的大小，是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一，單位為 W/ （mC）。純金屬的導熱系數(shù)一樣隨溫度升高而降低，氣 體的導熱系數(shù)隨溫度升高而增大。式中負號表示熱流方向總是和溫度剃度的方向相反。2. 平壁的穩(wěn)固熱傳導單層平壁：tlt 2b多層（n層）平壁:Q n bi _公式表明導熱速率與導熱推動力（溫度差）成正比，與導熱熱阻（ R） 成反比。由多層等厚平壁構(gòu)成的導熱壁面中所用材料的導熱系數(shù)愈大，則該壁 面的

7、熱阻愈小，其兩側(cè)的溫差愈小，但導熱速率相同。圓筒壁的穩(wěn)固熱傳導單層圓筒壁：t112Q -b當 S2/SS72 時,S2 3_!或 Q 2 1 (tl t2)R. r2用對數(shù)平均值，即：1n£Sms用算術(shù)平均值，即:2時,當 s2)sSm= (S1+S2) /2多層(n層)圓筒壁：Q b 人1n b或 i 1 i SmiQ 2l(ti tni)1 . ri i一包有石棉泥保溫層的蒸汽管道，當石棉泥受潮后，其保溫成效應降 低，要緊緣故是因水的導熱系數(shù)大于保溫材料的導熱系數(shù)，受潮后，使保 溫層材料導熱系數(shù)增大，保溫成效降低。對流傳熱在包有兩層相同厚度保溫材料的圓形管道上，應該將導熱系數(shù)小的

8、材 料包在內(nèi)層，其緣故是為了減少熱缺失，降低壁面溫度。對流傳熱差不多方程牛頓冷卻定律Q S ta對流傳熱系數(shù)，單位為： W/ (m2 C),在換熱器中與傳熱面積和溫度差相對應。與對流傳熱有關(guān)的無因次數(shù)群(或準數(shù))表1準數(shù)的符號和意義準數(shù)名稱a LNu=入Lu p Re= _Cp 口Pr=含有特定的傳熱膜系數(shù)a，表示對流傳熱的強度反映流體的流淌狀態(tài)反映流體物性對傳熱的阻礙格拉斯霍夫準數(shù)反映因密度差而引起自然對流狀態(tài)Gr=a流體在圓形直管中作強制湍流流淌時的傳熱膜系數(shù)對氣體或低粘度的液體Nu=0.023Re0.8Pr n或入 Lu pCp aa =0.0230.8nLa入流體被加熱時，n=0.4;

9、液體被冷卻時，n=0.3。定型幾何尺寸為管子內(nèi)徑di。定性溫度取流體進、出口溫度的算術(shù)平均值。應用范疇為 Re 10000, Pr=0.7160, (l/d)60。對流過程是流體和壁面之間的傳熱過程，定性溫度是指確定準數(shù)中各 物性參數(shù)的溫度。沸騰傳熱可分為三個區(qū)域，它們是自然對流區(qū)、泡狀沸騰區(qū)和膜狀沸 騰區(qū)，生產(chǎn)中的沸騰傳熱過程應堅持在泡狀沸騰區(qū)操作。無相變的對流傳熱過程中，熱阻要緊集中在傳熱邊界層或滯流層內(nèi)， 減少熱阻的最有效的措施是提升流體湍動程度。引起自然對流傳熱的緣故是系統(tǒng)內(nèi)部的溫度差，使各部分流體密度不 同而引起上升、下降的流淌。用無因次準數(shù)方程形式表示下列各種傳熱情形下諸有關(guān)參數(shù)的

10、關(guān)系：無相變對流傳熱 Nu=f (Re, Pr, Gr)自然對流傳熱Nu=f (Gr, Pr)強制對流傳熱Nu=f (Re, Pr)在兩流體的間壁換熱過程中，運算式Q=KS A t,式中A t表示為兩流體 溫度差的平均值；S表示為泛指傳熱面，與K相對應。在兩流體的間壁換熱過程中，運算式Q= SA t,式中 t=tw-tm或T m-Tw; S表示為一側(cè)的傳熱壁面。滴狀冷凝的膜系數(shù)大于膜狀冷凝膜系數(shù)。水在管內(nèi)作湍流流淌時，若使流速提升至原先的 2倍，則其對流傳熱 系數(shù)約為原先的20.8倍。若管徑改為原先的1/2而流量相同，則其對流傳 熱系數(shù)約為原先的40.8X 20.2倍。(設(shè)條件改變后，仍在湍流

11、范疇)三、間壁兩側(cè)流體的熱交換間壁兩側(cè)流體熱交換的傳熱速率方程式Q=KS A tm式中K為總傳熱系數(shù)，單位為：W/ (m2C)； A tm為兩流體的平均 溫度差，對兩流體作并流或逆流時的換熱器而言，當A t1/A t2< 2時，A tm可取算術(shù)平均值，即：A tm= (A t1 + A t2) /2基于管外表面積So的總傳熱系數(shù)Ko11bSoS0 S0K0 S |Soow miii四、換熱器間壁式換熱器有夾套式、蛇管式、套管式、列管式、板式、螺旋板式、 板翅式等。提升間壁式換熱器傳熱系數(shù)的要緊途徑是提升流體流速、增強 人工擾動；防止結(jié)垢，及時清除污垢。排除列管換熱器溫差應力常用的方 法有

12、三種，即在殼體上加膨脹節(jié)，采納浮頭式結(jié)構(gòu)或采納U型管式結(jié)構(gòu)。翅片式換熱器安裝翅片的目的是增加傳熱面積；增強流體的湍動程度以提 升a。為提升冷凝器的冷凝成效，操作時要及時排除不凝氣和冷凝水。間壁換熱器管壁溫度tw接近a大的一側(cè)的流體溫度；總傳熱系數(shù) K 的數(shù)值接近熱阻大的一側(cè)的 a值。如在傳熱實驗中用飽和水蒸氣加熱空氣， 總傳熱系數(shù)接近于空氣側(cè)的對流傳熱膜系數(shù)，而壁溫接近于水蒸氣側(cè)的溫 度。關(guān)于間壁換熱器m1Cp1(T1-T2)=m2Cp2(t1-t2)=KS tm等式成立的條件 是穩(wěn)固傳熱、無熱缺失、無相變化。列管換熱器，在殼程設(shè)置折流擋板的目的是增大殼程流體的湍動程度， 強化對流傳熱，提升a

13、值，支撐管子。在確定列管換熱器冷熱流體的流徑時，一樣來講，蒸汽走管外；易結(jié)Ja Dab a垢的流體走管內(nèi)；高壓流體走管內(nèi)；有腐蝕性的流體走管內(nèi)；粘度大或流 量小的流體走管外。吸收1、氣體吸附是分離氣體混合物系的氣液傳質(zhì)操作。其分離的依據(jù)是組分在溶劑中的溶解度差異。通常將吸取視為只有溶質(zhì)組分A由氣相進入液相的單向傳遞，而氣體中惰性組分 B和液相中容積組分S則處于“停滯狀 態(tài)”。氣體吸取分為：物理吸附、化學吸附、單組份吸取、多組分吸取、等 溫吸取、非等溫吸取、低組成吸取、高組分吸取。2、相組成有哪些表示方法，它們之間的相互關(guān)系。3、對單組分物理吸取過程，在總壓及溫度一定的條件下，氣液相平穩(wěn) 時氣相

14、組成是液相組成的單值函數(shù)。3、在恒定的壓強和溫度下，一定量的溶劑和混合氣體接觸，溶質(zhì)便由 氣相向液相轉(zhuǎn)移，直到溶液中溶質(zhì)達到飽和，濃度不再增加為止，即溶質(zhì) 在氣液兩項中組成達到動態(tài)平穩(wěn)，簡稱相平穩(wěn)。平穩(wěn)狀態(tài)下氣相中溶質(zhì)分 壓稱為平穩(wěn)分壓或飽和分壓，液相中溶質(zhì)組成成為平穩(wěn)濃度或飽和濃度。 氣體在液體中的溶解度，確實是指氣體在液相中的飽和濃度。4、對單組分的物理吸取，在總壓不太高(低于 0.5MPa)時，可認為氣 體在液體中的溶解度僅取決于該氣體的分壓及溫度，而與總壓無關(guān)。5、當流體內(nèi)部存在某組分的濃度差時，由于流體分子無規(guī)則運動，導 致該組分從高濃度處向低濃度處傳遞，這種傳質(zhì)方式稱為分子擴散。在

15、靜 止流體或在垂直于流淌方向作層流流淌的流體中發(fā)生分子擴散。Dab如dz分子擴散現(xiàn)象可用菲克定律描述。Ja6、分子擴散系數(shù)簡稱擴散系數(shù)，在數(shù)值上等于單位濃度梯度的分子擴 散通量。物質(zhì)的擴散系數(shù)有試驗確定，可從有關(guān)手冊中查得。在缺乏數(shù)據(jù)時， 可用體會公式估算。關(guān)于氣體擴散系數(shù)，當溫度及壓強改變時，可用下式估算:1.5Do p0 TP亨利定律的數(shù)學表達式 亨利系數(shù)E, 溶解度系數(shù)H , TH與亨利系數(shù)1 EM SH s7、PaPaExCaPoToH溶解度系數(shù)T ，E 。，HE的關(guān)系為:y mx相平穩(wěn)常數(shù)m,當物系一定時，T或P，則m相平穩(wěn)常數(shù)m與亨利系數(shù)E的關(guān)系為:Y* mX8當通過連通管內(nèi)任一截

16、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。氣相主體中的組分A擴散到界面，然后通過界面進入液相，而組分 B 由界面向氣相主體反向擴散，但由于相界面不能提供組分B，造成在界面左側(cè)鄰近總壓降低，使氣相主體與界面產(chǎn)生一小壓差， 促使A、B混合氣體 由氣相主體向界面處流淌，此流淌稱為總體流淌。Na (Pa1 Pa2)漂流因子的大小反映了總體流淌對傳質(zhì)速率的阻RTzpBm礙程度，溶質(zhì)的濃度愈大，其阻礙愈大。其值為總體流淌使傳質(zhì)速率較單 純分子擴散增大的倍數(shù)。9、流體作湍流運動時，由于質(zhì)點的無規(guī)則運動，相互碰撞和混合，若 存在濃度梯度的情形下，組分會從高濃度向低濃度方向傳遞，這種現(xiàn)象稱

17、為渦流擴散。10、對流傳質(zhì)的傳質(zhì)阻力全部集中在一層虛擬的膜層內(nèi)，膜層內(nèi)的傳 質(zhì)形式僅為分子擴散。11、雙模理論要點歸納為流淌和傳質(zhì)模型兩部分： 流淌部分：相互接觸的氣液兩相存在一固定的相界面。界面兩側(cè)分不 存在氣膜和液膜，膜內(nèi)流體呈層流流淌，膜外流體呈湍流流淌。膜層厚度 取決于流淌狀態(tài)，湍流程度愈劇烈，膜層厚度愈薄。 傳質(zhì)部分：傳質(zhì)過程 偉定態(tài)過程，因此沿傳質(zhì)方向上的溶質(zhì)傳遞速率為常量。氣、液相界面上無船只阻力，即在界面上氣、液兩相組成呈平穩(wěn)關(guān)系。 在界面兩側(cè)的膜層內(nèi)，物質(zhì)傳遞以分子擴散方式進行；膜外湍流主體內(nèi)傳 質(zhì)阻力可忽略，氣、液兩相間的傳質(zhì)阻力取決于界面兩側(cè)的膜層傳質(zhì)阻力。12、吸取速率

18、方程與傳熱方程：相同之處：速率方程式通式相同，推 動力分不為濃度差和溫度差；阻力分不為吸取系數(shù)的倒數(shù)和傳熱系數(shù)的倒 數(shù)。對流傳質(zhì)和對流傳熱都發(fā)生在界面一側(cè)的流體中，傳遞機理相似。傳 熱方式是熱傳導和熱對流，傳質(zhì)方式是分子擴散和渦流擴散。吸取分系數(shù)與對流傳熱中的對流傳熱系數(shù)相當，分不表示一相內(nèi)的對 流傳質(zhì)和一側(cè)流體中的對流傳熱情形，都代表阻礙傳遞過程的因素，可用 體會關(guān)聯(lián)式運算。吸取總系數(shù)與對流傳熱中的總對流傳熱系數(shù)相當，分不 表示兩相間的對流傳質(zhì)和兩側(cè)流體中的對流傳熱情形。不同之處：傳熱過程中，推動力是溫度差，傳熱方程表達式少。吸取 過程，推動力為濃度差，由于氣液相組成由多種表示方法，用不同濃

19、度表 示的推動力，就有對應的吸取速率方程，故吸取速率方程表達式數(shù)目多。 在傳熱運算中，平均推動力是跟據(jù)兩流體的始終溫度直截了當運算得到的。 在吸取運算中，不僅相組成表示方法專門多，而且推動力中的 P* 、C* 、 Y* 、X* 等不是氣液相得實際組成，需通過平穩(wěn)關(guān)系求出的平穩(wěn)組成，可 見吸取速率的運算要復雜得多。13、最小液氣比：最小液氣比是針對一定的分離任務、操作條件和吸取物系，當塔內(nèi)某截面吸取推動力為零時，達到分離程度所需塔高為無窮 大時的液氣比，以 L 表示。-丫！ 丫2V minV min14、關(guān)于低濃度吸取，在全塔范疇內(nèi)氣液相的物性變化都較小，通常Ky、Kx可視為常數(shù)，z Y1 Vd

20、YV Y1 dYY2 Kya Q(Y Y ) KYa Q Y2 Y Y低濃度定態(tài)吸取填料層高度運算差不多公式。a值與填料的類型、形狀、尺寸、填充情形有關(guān)，還隨流體物性、流淌 狀況而變化。其數(shù)值不易直截了當測定，通常將它與傳質(zhì)系數(shù)的乘積作為 一個物理量，稱為體積傳質(zhì)系數(shù)。傳質(zhì)單元高度的物理意義為完成一個傳質(zhì)單元分離成效所需的填料層 高度。傳質(zhì)單元高度的數(shù)值反映了吸取設(shè)備傳質(zhì)效能的高低，H°g愈小，吸取設(shè)備傳質(zhì)效能愈高，完成一定分離任務所需填料層高度愈小。H OG與物系 性質(zhì)、操作條件、及傳質(zhì)設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。為減少填料層高度，應減少 傳質(zhì)阻力，降低傳質(zhì)單元高度。15、吸取因數(shù)的意義：為

21、吸取操作線的斜率與平穩(wěn)線斜率的比。為解吸因數(shù)，其倒數(shù) 為吸取因數(shù)LmV16、在吸取過程中，若平穩(wěn)線和操作線均為直線是，按照吸取塔塔頂 及塔底兩個斷面上的吸取推動力來運算全塔的平均推動力傳質(zhì)單元數(shù)的運算N°gY1-v 丄丄2Ym 丄邑Y2Y YYm亠17、填料塔為連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，應用于吸取n蒸餾等分離 過程。塔體為圓筒形，兩端裝有封頭，并有氣液體進出口接管。塔下部裝 有支撐板，板上充填一定的填料。18、工業(yè)生產(chǎn)中，常將離開吸取塔的吸取液送到解吸塔中，使吸取液 中的溶質(zhì)濃度由X1降至X2，這種從吸取液中分離出被吸取溶質(zhì)的操作， 稱為解吸過程。19、解吸過程是吸取的逆過程，是氣體

22、溶質(zhì)從液相向氣相轉(zhuǎn)移的過程。 解吸過程的必要條件及推動力與吸取過程的相反，解吸的必要條件為氣相 溶質(zhì)分壓pA或濃度Y小于液相中溶質(zhì)的平穩(wěn)分壓pa*或平穩(wěn)濃度Y。解吸方法：氣提解吸、減壓解吸、加熱解吸20、降低吸取過程傳質(zhì)阻力的具體有效措施：若氣相傳質(zhì)阻力大，提 升氣相的湍動程度，如加大氣體的流速，可有效地降低吸取阻力；若液相 傳質(zhì)阻力大，提升液相的湍動程度，如加大液體的流速，可有效地降低吸 取阻力。因吸取總傳質(zhì)阻力可用 丄表示，因此通過采納新型填料，改善KYa填料性能，提升填料的相際傳質(zhì)面積一a,也可降低吸取的總阻力。21、由于吸取過程中氣相中溶質(zhì)分壓總是 大于 溶質(zhì)的平穩(wěn)分壓，因 此吸取操作

23、線總是在平穩(wěn)線上方。22、水吸取氨-空氣混合其中的氨，他是屬于 氣膜 操縱的吸取過程。在吸取過程中，若提升吸取劑用量，對氣膜操縱的物系，體積吸取總系數(shù)K Ya幾乎不變 ，對液膜操縱的物系，體積吸取總系數(shù) KYa將 變大。當 吸取劑用量為最小用量是，則所需填料層高度將為無限高。23、在填料塔操作時，阻礙液泛氣速的因素為 填料的特性、流體的物 性、液氣比。24在填料塔設(shè)置中，空塔氣速一樣取 液泛 氣速的50% 80%，若填 料層較高，為了有效地潤濕填料，塔內(nèi)應當設(shè)置液體再分器 裝置。吸附1、吸附作用要緊是基于固體表面的表面力。當吸附劑表面與被吸附分 子之間產(chǎn)生化學反應、通過化學鍵力而進行的吸附稱為化學吸附。同一物 質(zhì)在較低溫度下發(fā)生物理吸附，在較高溫度時發(fā)生化學吸附。2、同一溫度下，各組分的平穩(wěn)曲線不同，即固定相和移動相中組分濃