(完整版)化工原理概念匯總

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化工原理知識緒論單元操作是化學(xué)反應(yīng)過程中創(chuàng)造適宜條件或?qū)⒎磻?yīng)物分離制成純凈品的過程。所有單元操作都是物理性操作，不改變化學(xué)性質(zhì)，且作用于不同化工過程時，基本原理相同，所用設(shè)備也是通用的。單元操作的理論基礎(chǔ)是質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律和動量守恒定律。研究方法包括實驗研究方法和數(shù)學(xué)模型法。第二章：流體輸送機械一、概念題離心泵的壓頭是泵向單位重量的液體提供的機械能，用H表示，單位為m。離心泵的理論壓頭指的是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，在這種狀態(tài)下產(chǎn)生的壓頭稱為理論壓頭。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，主要包括葉片間的環(huán)流、流體的阻力損失和沖擊損失。氣縛現(xiàn)象是指離心泵開動時如果泵殼內(nèi)和吸入管內(nèi)沒有充滿液體，它便沒有抽吸液體的能力，防止氣縛現(xiàn)象的方法是在吸入管底部裝上止逆閥，使啟動前泵內(nèi)充滿液體。軸功率指電機輸入離心泵的功率，有效功率指排送到管道的液體從葉輪獲得的功率，用Ne表示。效率是指有效功率與軸功率的比值。二、簡述題離心泵的工作點的確定及流量調(diào)節(jié)是通過泵的性能曲線確定的。泵的性能曲線是指在一定轉(zhuǎn)速下，泵的揚程與流量之間的關(guān)系曲線。泵的工作點是指泵在使用過程中的揚程和流量。流量的調(diào)節(jié)可以通過改變泵的轉(zhuǎn)速和出口閥門的開度來實現(xiàn)。過濾是一種通過多孔介質(zhì)截留固體顆粒的過程，使懸浮液中的固液分離。多孔性介質(zhì)是一種耐腐蝕、耐熱并具有足夠機械強度的過濾介質(zhì)。助濾劑是一種粒度細(xì)小、粒度分布范圍較窄、堅硬且懸浮性好的顆粒狀或纖維固體，例如硅藻土、纖維粉末、活性炭和石棉。深層過濾和濾餅過濾是兩種不同的過濾方法。深層過濾時，顆粒尺寸比介質(zhì)的孔道直徑小得多，但孔道彎曲細(xì)長。顆粒很容易被截留，并且流體流過時所引起的擠壓和沖撞作用使顆粒緊附在孔道的壁面上。濾餅過濾時，顆粒的尺寸大多數(shù)都比過濾介質(zhì)的孔道大，固體物積聚于介質(zhì)表面，形成濾餅。在濾餅形成之后，它成為對其后的顆粒主要截留作用的介質(zhì)，濾液因此變清。濾餅積聚到一定厚度后，要將其從介質(zhì)表面上移去。這種方法適用于處理固體物含量較大的懸浮液。過濾常數(shù)和比阻是過濾過程中的兩個重要參數(shù)。壓縮性指數(shù)s是一個介于0和1之間的數(shù)，它表示濾餅的可壓縮性。過濾常數(shù)K與濾餅性質(zhì)（s、ε、a）、濾漿性質(zhì)（c、μ）和推動力（Δp）有關(guān)。比阻ε是表征濾餅過濾阻力大小的數(shù)值?？蓧嚎s濾餅和不可壓縮濾餅是兩種不同類型的濾餅。不可壓縮濾餅的空隙結(jié)構(gòu)因顆粒堅硬不會因受壓而變形?？蓧嚎s濾餅在受壓后會變形，導(dǎo)致濾餅的空隙率減小，使過濾阻力增大。重力收塵和旋風(fēng)收塵是兩種不同的除塵方法。重力收塵是通過氣體進(jìn)入降塵室后，因流通截面擴大而速度減慢，使塵粒在重力作用下以沉降速度垂直向下運動，從而分離出塵粒。旋風(fēng)收塵是通過氣流中分離顆粒。含塵氣體從圓筒上側(cè)的進(jìn)氣管以切線方向進(jìn)入，按螺旋形路線相器底旋轉(zhuǎn)，接近底部后轉(zhuǎn)而向上，氣流中所夾帶的塵粒在隨氣流旋轉(zhuǎn)的過程中逐漸趨向器壁，碰到而落下。沉降終速是指顆粒在重力作用下達(dá)到的最終速度。其計算公式與顆粒的密度、直徑、流體密度和粘度有關(guān)。首先，顆粒在初始時，沒有降落速度和阻力，因此會受到力的加速下降。隨著降落速度的增加，阻力也會增加，直到與沉降作用力相等，顆粒受力達(dá)到平衡，加速度減小到零。此后，顆粒以等速下降，達(dá)到的最終速度稱為沉降速度。對于直徑為d的球形顆粒，其重力和浮力之差等于阻力。通過推導(dǎo)，可以得到顆粒的沉降速度公式為u=4d(ρ顆粒-ρ)g/3ρζπ，其中ρ顆粒為顆粒密度，ρ為流體密度，g為重力加速度，ζ為粘度，π為圓周率。在過濾中，有橫穿洗滌和置換洗滌兩種方法。橫穿洗法是指洗滌液穿過濾餅的厚度是最終過濾時的兩倍；置換洗法是指洗滌液的路線和最終過濾時濾液的路線相同。流態(tài)化是指固體顆粒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)化是將固體顆粒放在容器內(nèi)的多孔板上形成床層，通過流體自下而上通過床層，流速加大時，顆粒開始活動，床層膨脹，流速進(jìn)一步加大后，顆粒彼此離開在流體中浮動，稱為固體流態(tài)化。聚式流態(tài)化發(fā)生在氣固系統(tǒng)中，顆粒聚結(jié)成團(tuán)的運動被氣泡推起或擠開。散式流態(tài)化發(fā)生在液固系統(tǒng)中，顆粒持續(xù)地增大其分散狀態(tài)。起始流化速度是指固體顆粒剛剛能流化起來，床層開始流態(tài)化時的流體表觀速度，是固定床與流化床的轉(zhuǎn)折點。帶出速度是指當(dāng)某指定顆粒開始被帶出時的流體表觀速度，流化床的操作流速應(yīng)大于起始流化速度，又要小于帶出速度。離心分離和旋風(fēng)分離的差別在于，離心分離是利用離心力將混合物中的不同成分分離出來，而旋風(fēng)分離是利用旋風(fēng)的力量將混合物中的顆粒分離出來。重力收塵和旋風(fēng)收塵的工作條件也有所不同。重力收塵只要氣體通過降塵室經(jīng)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。而旋風(fēng)收塵則是顆粒到達(dá)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、重力沉降速度和離心沉降速度的區(qū)別和聯(lián)系是什么？假設(shè)顆粒和流體介質(zhì)相對運動是層流。初始時，顆粒的降落速度和阻力都為零。隨著降落速度的增加，阻力也相應(yīng)增加，直到與沉降作用力相等，顆粒達(dá)到平衡狀態(tài)。此后，顆粒以等速下降，這個速度稱為沉降速度。重力沉降速度和離心沉降速度的區(qū)別在于，重力沉降速度是由重力作用引起的，而離心沉降速度是由離心力作用引起的。4、聚式流態(tài)化的特點是，在流化床內(nèi)，顆粒聚集成團(tuán)，形成流態(tài)化床層。這種流態(tài)化床層具有高的氣固流動性能和良好的傳熱傳質(zhì)性能。聚式流態(tài)化還可以提高反應(yīng)器的效率和降低能源消耗。5、流化床的壓力損失與氣速之間存在什么關(guān)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。在固定床階段，由于流體流速較低，顆粒處于層流狀態(tài)，壓力損失與表觀速度成正比。從流化床恢復(fù)到固定床時，顆粒從逐漸減慢的上升氣流中落下，形成的床層比隨機裝填的要疏松，導(dǎo)致壓力損失也小一些。當(dāng)流體流過器壁和分布板時，阻力損失隨著氣速的增加而增加，因此壓力損失略微向上傾斜。當(dāng)某些顆粒開始為上升氣流所帶走時，床內(nèi)顆粒量減少，平衡顆粒重力所需的壓力不斷下降，直至顆粒全部被帶走。6、數(shù)學(xué)模型法簡化的原理是什么？在過濾過程中，由于通道形狀不規(guī)則且相互交聯(lián)，難以對流體流動規(guī)律進(jìn)行理論分析。因此，可以將真實流動簡化成一組長度均為Le的平行細(xì)管中的流動。同時，規(guī)定細(xì)管的內(nèi)表面積之和等于濾餅內(nèi)顆粒的全部表面積，細(xì)管的全部流動空間等于濾餅內(nèi)的全部空隙體積。7、如何用因次分析法導(dǎo)出沉降速度中的阻力系數(shù)是雷諾數(shù)的函數(shù)？對于長度、質(zhì)量、時間、速度、粘度和密度等物理量，分別進(jìn)行因次分析，得出阻力系數(shù)和雷諾數(shù)的因次為Nθ2M-1L-1和LMN-1θ-2。因此，可以證明阻力系數(shù)是雷諾數(shù)的函數(shù)，即阻力系數(shù)等于雷諾數(shù)的函數(shù)。8、流態(tài)化的形成過程可以分為三個階段：固定床階段、流化床階段和顆粒輸送階段。在固定床階段，流體的速度比顆粒的沉降速度?。辉诹骰搽A段，流體的速度與顆粒的沉降速度相等，顆粒懸浮于流體中，形成一個明顯的上界面；在顆粒輸送階段，流體的速度比顆粒的沉降速度快。9、將STOCK'S區(qū)的沉降終速公式用雷諾數(shù)和阿基米德數(shù)表征，可以得到公式為u=d^2(ρs-ρ)g/18μ，其中u為沉降終速，d為顆粒直徑，ρs為顆粒密度，ρ為液體密度，g為重力加速度，μ為液體粘度。10、懸浮液的沉聚過程可以通過間歇沉降實驗來考查。在實驗中，如果懸浮液中顆粒大小比較均勻，顆粒開始沉降后，沉降槽內(nèi)會出現(xiàn)四個區(qū)域：清液區(qū)、等濃度區(qū)、變濃度區(qū)和沉聚區(qū)。隨著沉降的進(jìn)行，清液區(qū)和沉聚區(qū)逐漸擴大，等濃度區(qū)逐漸縮小直至消失。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(dá)到臨界沉降點，沉降結(jié)果是沉渣被壓緊。第四章攪拌中，攪拌操作可以分為液-液、氣-液、固-液、氣-液-固等情況。攪拌可以促進(jìn)混合、傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)等，是一種獨立的流體力學(xué)范疇的單元操作，也是完成其他單元操作的必要手段。攪拌器功率和攪拌槽的設(shè)計是影響攪拌效果的重要因素，而葉輪的主要形式包括槳葉、離心葉和推進(jìn)葉。第七章蒸發(fā)中，加熱蒸汽和二次蒸汽是蒸發(fā)過程中所用的熱源。單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)是根據(jù)二次蒸汽的利用情況來區(qū)分的。溶液的沸點升高與杜林規(guī)則有關(guān)，杜林規(guī)則是指某液體（或溶液）在兩種不同壓力下兩沸點之差與另一標(biāo)準(zhǔn)體在相應(yīng)壓力下兩沸點之差的比值為一常數(shù)。濃縮熱和自蒸發(fā)（閃蒸）是蒸發(fā)過程中的重要概念。1、蒸發(fā)過程的特點是在間壁兩側(cè)分別有蒸汽冷凝和液體沸騰的傳熱過程。其中，沸點升高是蒸發(fā)的一個特點。2、蒸發(fā)器中的傳熱溫差損失是指溶液的沸點與同壓力下水的沸點之差。除此之外，液柱靜壓頭的影響及流體流過加熱管時的阻力損失，也會導(dǎo)致溶液沸點的進(jìn)一步升高。3、氣膜控制和液膜控制是傳質(zhì)中的兩種情況，分別指傳質(zhì)阻力集中在氣相和液相。4、吸收因數(shù)是操作線斜率L/G與平衡線斜率m之比，而脫吸因數(shù)是吸收因數(shù)的倒數(shù)。氣液相平衡指溶質(zhì)與溶劑接觸、進(jìn)行溶解的過程中，傳質(zhì)速率將逐漸減慢，最后降到零，溶液濃度達(dá)到最大限度，稱為平衡溶解度，簡稱溶解度。5、物理吸收和化學(xué)吸收是吸收過程中溶質(zhì)與溶劑發(fā)生顯著化學(xué)反應(yīng)與不發(fā)生顯著化學(xué)反應(yīng)的兩種情況。吸收是利用不同的氣體組分在液體溶劑中溶解度的差異，對其進(jìn)行選擇性溶解，從而將氣體混合物各組分分離的傳質(zhì)過程的單元操作。解吸是指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(zhuǎn)移到氣相。6、單組分吸收和多組分吸收是指混合氣體中只有一個組分被吸收和混合氣體中有兩個或多個組分進(jìn)入液相的情況。等溫吸收和非等溫吸收則是指吸收過程中溫度是否保持不變。擴散距離z和圖等分子反向擴散是吸收過程中的基本理論。其中，擴散距離z指的是溶質(zhì)在液相中的擴散距離，與傳質(zhì)速率成反比。圖等分子反向擴散是指液相中的溶質(zhì)分子與氣相中的溶質(zhì)分子在相界面上的反向擴散。三傳的類比可以幫助我們更好地理解吸收過程中的傳質(zhì)速率。相平衡關(guān)系可以判斷傳質(zhì)過程的方向和極限，而且，兩相的濃度距離平衡愈遠(yuǎn)，則傳質(zhì)的推動力愈大，傳質(zhì)速率也愈大。在吸收過程中，降低操作溫度可以使溶質(zhì)在液相中的溶解度增加，有利于吸收；壓力不太高時，使溶質(zhì)在液相中的溶解度增加，也有利于吸收。溶質(zhì)從氣相向液相傳遞的傳質(zhì)過程包括溶質(zhì)由氣相主體向相界面?zhèn)鬟f、溶質(zhì)在氣液相界面上的溶解和溶質(zhì)自氣液相界面向液相主體傳遞三個步驟。不論溶質(zhì)在氣相或液相，它在單一相里的傳遞有兩種基本形式，一是分子擴散，二是對流傳質(zhì)。氣液相平衡與溶解度是吸收過程中的重要理論基礎(chǔ)。需要通過實驗測定。氣液傳質(zhì)是許多化學(xué)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而雙膜模型是傳統(tǒng)的氣液傳質(zhì)理論之一。該模型認(rèn)為氣液傳質(zhì)分為三個步驟：溶質(zhì)從氣相主體擴散到氣液兩相界面，穿過相界面，然后擴散到液相主體。該模型假設(shè)穿過相界面的傳質(zhì)推動力為零，或者氣液已經(jīng)達(dá)到平衡。然而，該模型存在局限性，例如僅在氣、液之間的相對速率較小時才成立，相對速率增大時會產(chǎn)生漩渦-湍動，傳質(zhì)速率