化工原理概念匯總

化工原理知識緒論單元操作：（UnitOperations）：用來為化學反應過程創(chuàng)造適宜的條件或?qū)⒎磻锓蛛x制成純凈品，在化工生產(chǎn)中共有的過程稱為單元操作（12）。單元操作特點：①所有的單元操作都是物理性操作，不改變化學性質(zhì)。②單元操作是化工生產(chǎn)過程中共有的操作。③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(zhì)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=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(jīng)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(guān)系，通常用無量綱數(shù)群(或稱準數(shù))構(gòu)成的關(guān)系來表達。數(shù)學模型法（半經(jīng)驗半理論方法）：通過分析，在抓住過程本質(zhì)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(shù)學模型法的區(qū)別：（08B）第二章：流體輸送機械一、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。以H表示，單位為m。2、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(chǎn)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(nèi)和吸入管內(nèi)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(zhuǎn)產(chǎn)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(nèi)因為存在氣體而導致吸不上液的現(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(nèi)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。效率：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。二、簡述題1、離心泵的工作點的確定及流量調(diào)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(diào)節(jié)：1）改變出口閥開度——改變管路特性曲線；2）改變泵的轉(zhuǎn)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(nèi)灌滿要輸送的液體。開泵后，泵軸帶動葉輪一起高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力。液體在此作用下，從葉輪中心被拋向旋轉(zhuǎn)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）=阻力推導得：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(nèi)的多孔板上，形成一個床層。若令流體自下而上通過床層，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(nèi)的顆粒很少分散開來各自運動，而多是聚結(jié)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，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(zhuǎn)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(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。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(zhì)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：4、聚式流態(tài)化的特點、騰涌、溝流5、畫圖并說明流化床的壓力損失與氣速的關(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。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化關(guān)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(nèi)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。①、固定床；②-流化床；③-夾帶開始④-溝流現(xiàn)象；⑤-節(jié)涌（騰涌）現(xiàn)象6、舉例說明數(shù)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(zhì)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的一組平行細管中的流動，并規(guī)定：（1）細管的內(nèi)表面積之和等于濾餅內(nèi)顆粒的全部表面積；（2）細管的全部流動空間等于濾餅內(nèi)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(shù)是雷諾數(shù)的函數(shù)相關(guān)各物理量的因次；；；；分別對阻力系數(shù)和雷諾數(shù)進行因次分析：；。由此證明了用濾餅過濾過程說明數(shù)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￠＜顆粒的沉降速度u0流化床階段：此時u￠=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￠＞u09、試將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10、懸浮液的沉聚過程沉降槽內(nèi)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(nèi)，若其中顆粒大小比較均勻，顆粒開始沉降后桶內(nèi)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(jié)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(zhì)、化學反應為主要目的：如在攪拌設備內(nèi)進行流體的加熱與冷卻、萃取、吸收、溶解、結(jié)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(chǎn)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可分為單效和多效蒸發(fā)。單效蒸發(fā)：將所產(chǎn)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(zhì)，故其沸點必須高于純?nèi)軇┰谕粔毫ο碌姆悬c，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(zhì)的濃度以及蒸發(fā)壓力有關(guān)。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(shù)。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(zhì)上是在間壁兩側(cè)分別有蒸汽冷凝和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(nèi)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%NaOH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高。第八、九章傳質(zhì)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(shù)小，液相分阻力在總阻力中所占的比重將相對地小，傳質(zhì)阻力幾乎全集中于氣相，通常稱為氣膜控制；液膜控制：溶解度很小的氣體，則溶解度很小，則傳質(zhì)阻力幾乎全集中在液相，通稱為液膜控制。2、吸收因數(shù)和脫吸因數(shù)吸收因數(shù)：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(shù)：脫吸因數(shù)是吸收因數(shù)的倒數(shù)，S=mG/L。3、氣液相平衡與溶解度：在溶質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)與溶劑發(fā)生顯著化學反應，則此吸收操作稱為化學吸收。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(zhì)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(zhuǎn)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(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，規(guī)定當混合氣中溶質(zhì)組分A的摩爾分數(shù)大于0.1，且被吸收的數(shù)量多時，稱為高濃度吸收；低濃度吸收：如果溶質(zhì)在氣液兩相中摩爾分數(shù)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(jīng)吸收塔的流率為常數(shù)；（2）低濃度的吸收可視為等溫吸收。9、液氣比與最小液氣比液氣比：當定態(tài)連續(xù)吸收時，若LS、GB一定，Yb、Xa恒定，則該吸收操作線在X～Y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。最小液氣比：操作線上任一點與平衡線相遇，則該點的傳質(zhì)推動力為零，傳質(zhì)速率亦為零。達到分離程度所需塔高為無窮大時的液氣比，以表示。10、傳質(zhì)單元與傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元：式中，單位為m，故將稱為氣相總傳質(zhì)單元高度，以HOG表示，即：傳質(zhì)單元數(shù)：式中定積分是一無因次的數(shù)值，工程上以NOG表示，稱為氣相總傳質(zhì)單元數(shù)。即：因此，填料層高度為：11、對流傳質(zhì)對流傳質(zhì)：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(zhì)，通常稱為對流傳質(zhì)。12、分子擴散分子擴散：在靜止或滯流流體內(nèi)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(nèi)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。14、三傳的類比15、相平衡的應用相平衡的應用：根據(jù)兩相的平衡關(guān)系可以判斷傳質(zhì)過程的方向與極限，而且，兩相的濃度距離平衡愈遠，則傳質(zhì)的推動力愈大，傳質(zhì)速率也愈大。降低操作溫度，E、m，溶質(zhì)在液相中的溶解度增加，有利于吸收；壓力不太高時，P,E變化忽略不計；但m使溶質(zhì)在液相中的溶解度增加，有利于吸收。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(guān)系亨利定律的內(nèi)容：總壓不高（譬如不超過5×105Pa）時，在一定溫度下，稀溶液上方氣相中溶質(zhì)的平衡分壓與溶質(zhì)在液相中的摩爾分率成正比，其比例系數(shù)為亨利系數(shù)?！苜|(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa；E——亨利系數(shù)，kPa；T-，E-。x——溶質(zhì)在液相中的摩爾分率。cA—溶質(zhì)在液相中的摩爾濃度，kmol/m3；H—溶解度系數(shù)，kmol/（m3·kPa）；—溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa。x—液相中溶質(zhì)的摩爾分率；—與液相組成x相平衡的氣相中溶質(zhì)的摩爾分率；m—相平衡常數(shù)，無因次。X—液相中溶質(zhì)的摩爾比；—與液相組成X相平衡的氣相中溶質(zhì)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(zhì)速率：包括雙膜理論、相際傳質(zhì)速率NA=Ky（y-y*）NA=Kx（x*-x）3、相平衡的影響因素及相平衡關(guān)系在吸收過程中的應用相平衡的影響因素：相平衡關(guān)系在吸收過程中的應用：1]..判斷過程進行的方向；2]．指明過程進行的極限，平衡關(guān)系只能回答混合氣體中溶質(zhì)氣體能否進入液相這個問題，至于進入液相速率大小，卻無法解決，后者屬于傳質(zhì)的機理問