化工原理知识点

1、单元操作的特点 所有的单元操作都是物理性操作，只改变物料的状态或物理性质，并不改变化学性质。单元操作是过程工程中共有的操作，只是不同的过程中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序不同。单元操作作用于不同的过程工程时，基本原理相同，所用的设备也是通用的流体具有三个特点 （1）流动性，即抗剪抗张能力都很小 （2）无固定形状，随容器的形状而变化。（3）在外力作用下流体内部发生相对运动流体压强重要特性：流体压力处处与它的作用面垂直，并且总是指向流体的作用面； 流体中任一点压力的大小与所选定的作用面在空间的方位无关。雷诺准数的物理意义惯性力与粘性力之比，惯性力可加剧湍动，粘性力抑制湍动离心泵的操作原理操作

2、原理 ：由若干个弯曲的叶片组成的叶轮置于具有蜗壳通道的泵壳之内。叶轮紧固于泵轴上泵轴与电机相连， 可由电机带动旋转。 吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装一止逆阀。 泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。气缚现象 离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样，离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”单元操作的概念过程工程中共有的物理操作过程工程：原料的预处理 、化学反应过程、反应产物的分离与提取数学模型法（半经验半理论方法）：在对实际过程的机理进行深入分析的基础上，

3、抓住过程的本质，作出某些合理的“等效”与“简化”，建立物理模型，进行数学描述，得出数学模型，通过实验确定模型参数。质量守恒定律 ：输入系统的物料质量等于从系统输出的物料质量和系统中积累的物料质量。能量守恒定律：即任何时间内输入系统的总热量等于系统输出的总热量与损失的热量之和。稳定流动：流体在管路中流动时，在任一点上的流速、压力等有关物理参数都不随时间而改变的流动系统。 不稳定流动：流体流动有关物理量随位置和时间均发生变化的流动系统。层流：其质点作有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合湍流：其质点作不规则的杂乱运动，并相互碰撞，产生大大小小的旋涡。 Re2000 滞流Re4000 湍流（生产

4、条件下Re3000） Re=2000 4000 过渡流 边界层：流速降为未受边壁影响流速uo的99%以内的区域为边界层，即边界层为受边界影响的区域。在边界层内，存在速度梯度，因而必须考虑粘度的影响，而在边界层之外速度梯度小到可以忽略，则无需考虑粘性的影响，这样，在研究实际流体沿固体界面流动问题时，只要考察边界层内的流动即可，这就是引入边界层概念的原因。边界层分离的必要条件是：逆压、流体具有粘性这两个因素缺一不可。边界层分离使系统阻力增大，在流体输送中应设法避免或减轻，措施：调解流速，选择适宜的流速，改变固体的形体。管路特性曲线 ：流体通过某特定管路时所需的压头与液体流量的关系曲线。 深层过滤：

5、 这种过滤是在过滤介质内部进行的，介质表面无滤饼形成。过滤用的介质为粒状床层或素烧（不上釉的）陶瓷筒或板。此法适用于从液体中除去很小量的固体微粒，例如饮用水的净化。 滤饼过滤：当悬浮液中所含颗粒较多时，常用滤布、滤网做过滤介质进行过滤，在滤饼形成以后，滤饼层成为主要的过滤介质，过滤阻力随着滤饼层的加厚而渐增，滤液滤出的速率亦渐减 滤饼过滤与深层过滤的主要区别：1 .过滤介质：粒状床层孔道 、滤饼层2. 推动力：静电、分子间力、毛细管力、重力、压力、离心力 数学模型法与因次分析方法比较：对象的认识程度不同：前机理比较清楚，后机理不清、输出与输入；处理方法不同：前等效简化，后因次一致性原理；实验目

6、的不同：前确定参数，后确定数学关系；参数意义不同：前物理意义/k，后确定关系/a，方程：前物理方程，后准数方程。散式流化床：两相密度差小的系统趋于散式流态化-液固体系，床内颗粒的分散状态和扰动程度平缓地加大，床层的上界面较为清晰。聚式流化床：气固体系，乳化相（连续相、密相）空隙小固体浓度大的气固均匀混合物；气泡相（稀相）夹带着少量固体颗粒以气泡的形式通过床层的不连续相。两种不正常现象：腾涌现象、沟流现象。腾涌：高径比太大或气速过高，形成大气泡推动颗粒层沟流：更易发生在大直径床中，气体短路。腾通与沟流都会使气固两相接触不充分、不均匀、流化质量不高，使传热、传质和化学反应效率下降。在设计和操作流化

7、床时应避免其发生。搅拌：使两种或多种物料进行混合的操作。又往往是完成其他单元操作的必要手段，以促进传热、传质、化学反应为主要目的。搅拌的作用：使气体在液相中很好地分散；使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀地悬浮；使不相溶的另一液相均匀悬浮；强化相间的传质（如吸收等）；强化传热传热的三种基本方式：热传导 若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导；热对流 流体各部分质点发生相对位移而引起的热量传递过程，称为热对流（包括自然对流：当流体内存在温度不均匀分布而形成密度的差异，也会发生对流而传热；强制对流：用机械能使流体发生对流而传热，例如搅拌

8、）；热辐射 因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射对流传热是指流体中质点发生相对位移而引起的热交换。对流传热仅发生在流体中，与流体的流动状况密切相关。实质上对流传热是流体的对流与热传导共同作用的结果。逆流：参与换热的两种流体沿传热面平行而反向的流体。并流：参与换热的两种流体沿传热面平行而同向的流动。就传热平均温差来说，逆流比并流优越。并流较易控制，但一般应尽可能采用逆流操作。对流传热分类1. 引起流动的原因自然对流 强制对流2. 流体的物性3. 流动型态层流湍流： 灰体能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体 物体的黑度e表示为实际物体的辐射能力与黑体的辐射能力之比；由于实际物体的

9、辐射能力小于同温度下黑体的辐射能力，黑度表示实际物体接近黑体的程度，e 1。 蒸发工业上常用的浓缩方法是将这些稀溶液加热至沸腾，使其中一部分溶剂汽化，从而获得浓缩过程，称为蒸发。蒸发操作的目的 获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。 脱除溶剂，将溶液增溶至饱和状态，随后加以冷却，析出固体产物，即采用蒸发，结晶的联合操作以获得固体溶质。 除杂质，获得纯净的溶剂。蒸发操作的特点 沸点升高 节约能源 物料的工艺特性采用多效蒸发的优点 降低能耗 便于分离晶体 可强化传热过程提高蒸发效率。多效蒸发和单效蒸发的比较 （1）溶液的温度差损失若单效和多效蒸发操作条件(即加热蒸汽压强和冷凝器的操作压强)相同时

10、，其理论传热温差相同而和效数无关，多效蒸发只是将此传热温差分配到各效而已。由于多效蒸发的每一效中都存在传热温差损失，因而总的有效传热温差必小于单效时，使得传热推动力下降。效数愈多，总有效温差愈小，当效数增加到一定程度时，可使总有效温度差为零，此时蒸发将无法进行，即为效数的最大极限。（2）吸收操作的用途 制取产品 分离混合气体 气体净化 物理吸收和化学吸收 物理：在吸收过程中溶质与溶剂不发生显著化学反应，称为物理吸收。化学吸收：如果在吸收过程中，溶质与溶剂发生显著化学反应，则此吸收操作称为化学吸收。单组分吸收与多组分吸收 单组分吸收：在吸收过程中，若混合气体中只有一个组分被吸收，其余组分可认为不

11、溶于吸收剂，则称之为单组分吸收；多组分吸收：如果混合气体中有两个或多个组分进入液相，则称为多组分吸收。等温吸收与非等温吸收等温吸收：气体溶于液体中时常伴随热效应，若热效应很小，或被吸收的组分在气相中的浓度很低，而吸收剂用量很大，液相的温度变化不显著，则可认为是等温吸收；非等温吸收：若吸收过程中发生化学反应，其反应热很大，液相的温度明显变化，则该吸收过程为非等温吸收过程。低浓度吸收与高浓度吸收高浓度吸收：通常根据生产经验，规定当混合气中溶质组分A的摩尔分数大于0.1，且被吸收的数量多时，称为高浓度吸收；低浓度吸收：如果溶质在气液两相中摩尔分数均小于0.1时，吸收称为低浓度吸收。低浓度吸收的特点：

12、1）气液两相流经吸收塔的流率为常数2低浓度的吸收可视为等温吸收。分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存在浓度差，则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，这种现象称为分子扩散。 传质速率：在任一固定的空间位置上，单位时间内通过垂直于传递方向的单位面积传递的物质量，记作N。 对流传质：流动着的流体与壁面之间或两个有限互溶的流动流体之间发生的传质，通常称为对流传质。双膜模型的基本假设： （1）相互接触的气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧分别存在着稳定的气膜和液膜。膜内流体流动状态为层流，溶质A以分子扩散方式通过气膜和液膜，由气相主体传递到液相主体。（2）相界面处，气液两

13、相达到相平衡，界面处无扩散阻力。（3）在气膜和液膜以外的气液主体中，由于流体的充分湍动，溶质A的浓度均匀，溶质主要以涡流扩散的形式传质。解吸过程：工业生产中，常将离开吸收塔的吸收液送到解吸塔中，使吸收液中的溶质浓度由X1降至X2，这种从吸收液中分离出被吸收溶质的操作，称为解吸过程。解吸的目的：（a）获得所需较纯的气体溶质；（b）使溶剂再生返回到吸收塔循环使用，使分离过程经济合理。解吸方法1）气提解吸2）减压解吸 3）加热解吸汽蚀现象：提高泵的安装高度，将导致泵内压力降低，其最低值为叶片间通道入口附近，当这个最低值降至被输送液体的饱和蒸汽压时，将发生沸腾，所产生的蒸汽泡在随液体从入口向外周流动中

14、，又因压力迅速加大而积聚冷凝。使液体以很大速度从周围冲向汽泡中心，产生频率很高，瞬时压力很大的冲击，这种现象称为“汽蚀”； 加热蒸汽和二次蒸汽：蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常是水蒸汽，而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸汽也是水蒸汽。为了易于区别，前者称为加热蒸汽，后者称为二次蒸汽。 最小液气比：操作线上任一点与平衡线相遇，则该点的传质推动力为零，传质速率亦为零。这一液气比称为最小液气比。 多效蒸发：按二次蒸汽利用的情况可分为单效和多效蒸发。将二次蒸汽通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸汽，则可以提高原来加热蒸汽的利用率。这种将多个蒸发器串联，使加热蒸汽在蒸发过程中得到多次利用

15、的蒸发过程称为多效蒸发；自由沉降和干扰沉降：颗粒彼此相距很远，不产生干扰的沉降称为自由沉降。若颗粒之间的距离很小，即使没有互相接触，一个颗粒沉降时也会受到其他颗粒的影响，这种沉降称为干扰沉降；溶解度：在溶质A与溶剂接触、进行溶解的过程中能够，随着溶液浓度的逐渐增高，传质速率将逐渐减慢，最后降到零，溶液浓度达到最大限度。这时称气液达到了相平衡，称为平衡溶解度，简称溶解度。固体流态化：将固体颗粒对在容器内的多孔板上，形成一个床层。若令流体自下而上通过床层，流速低时，颗粒不动；流速加大到一定程度后颗粒便活动，而床层膨胀；流速进一步加大则颗粒彼此离开尔在刘题中浮动，流速愈大，浮动愈剧，床层愈高，称这种

16、情况为固体流态化。气液传质双膜理论：吸收过程分为三个步骤：溶质由气相主体扩散到气液两相界面；穿过相界面；有液相的界面扩散到主体。认为穿过相界面的传质，所需的传质推动力为零，或气液达到了平衡。将气液两相间传质的阻力集中在界面附近的气膜和液膜之内，且界面没有阻力的这一设想，称为双膜模型。沉降速度及其计算公式：初始时，颗粒的降落速度和所受阻力都为零，颗粒因受力加速下降。随降落速度的增加，阻力也相应增大，直到与沉降作用力相等，颗粒受力达到平衡，加速度也减小到零。此后，颗粒以等速下降，这一最终达到的速度称为沉降速度。直径为d的球形颗粒，（重力-浮力）=阻力溶液的沸点升高和杜林规则：溶液中含有溶质，故其沸

17、点必须高于纯溶剂在同一压力下的沸点，亦即高于蒸发室压力下的饱和蒸汽温度。此高出的温度称为溶液的沸点升高，溶液的沸点升高与溶液的种类、溶液中溶质的浓度以及蒸发压力有关。杜林规则：某液体（或溶液）在两种不同压力下两沸点之差，与另一标准体在相应压力下两沸点之差，其比值为一常数。用因次分析法导出沉降速度中的阻力系数是流动与颗粒相对运动的雷诺数的函数相关各物理量的因次:;分别对阻力系数和雷诺数进行因次分析：; 由此证明了对于稳态逆流吸收塔，已知吸收塔顶截面A的气相组成摩尔比和液相组成摩尔比，塔底截面B的气相组成摩尔比，画摩尔比坐标系中的操作线和平衡线，标出并阐明以气相摩尔比之差表示的总传质推动力和液相摩

18、尔比之差表示的总传质推动力）牛顿流体与非牛顿流体：剪应力与速度梯度的关系符合牛顿粘性定律的流体，称为牛顿型流体，包括全部气体与大部分液体在内。不符合牛顿粘性定律的流体称为非牛顿型流体，这些都是稠厚液体或悬浮液。传质单元与传质单元高度：梯级法求气相总传质单元的原理，是把整个填料层分割为若干段，气流经过每这样的填料段后其组成变化将等于其中的平均总传质推动力。这样的一个填料段称为对气相总推动力而言的传质单元，每一个梯级就是一个这样的传质单元，一个气相传质单元的填料层高度成为气相总传质单元高度，而且各个传质单元的这一高度都相等。物体表面的黑度与吸收率：黑度表示灰体发射能力占黑体辐射能力的分数，吸收率为

19、外界投射来的辐射能可被物体吸收的分数，只有在温度相同以及黑度或吸收率随温度的变化皆可忽略时黑度在数值上才与吸收率相等。滤饼过滤与深层过滤：颗粒的尺寸大多数都比过滤介质的孔道大，固体物积聚于介质表面，形成滤饼。过滤开始时，很小的颗粒也会进入介质的孔道内，部分特别小的颗粒还会通过介质的孔道而不被截留，使滤液仍是混浊的。在滤饼形成之后，他便成为对其后的颗粒其主要截留作用的介质，滤液因此变清。过滤阻力将随滤饼的加厚而渐增，滤液滤出的速率也渐减，故滤饼积聚到一定厚度后，要将其从介质表面上移去。这种方法适用于处理固体物含量比较大的悬浮液。深层过滤：颗粒尺寸比介质的孔道的直径小得多，但孔道弯曲细长，颗粒进入

20、之后，很容易被截留，更由于流体流过时所引起的挤压与冲撞作用，颗粒紧附在孔道的壁面上。这种过滤时在介质内部进行的，介质表面无滤饼形成。离心泵的轴功率与有效功率：根据泵的压头和流量算出的功率是泵所输出的有效功率，实际测得的轴功率大于有效功率。这是由于通过泵轴所输入的功率有一部分在泵内被损耗。离心泵的轴功率可直接利用效率计算：，式中：-泵的轴功率，W；- 泵的压头，m：- 泵的流量，m3/s；-液体密度，kg/m3；-效率。离心泵的工作点的确定及调节：管路特性曲线与离心泵的特性曲线的交点，就是将液体送过管路所需的压头与泵对液体所提供的压头正好相对等时的流量，该交点称为泵在管路上的工作点。为改变流量，

21、最简单的措施是利用阀门调节。改变离心泵的转速以改变泵的特性曲线也是调节流量的一种办法。重力收尘与旋风收尘的工作条件：重力除尘只要气体通过降尘室所历时间大于或等于其中的尘粒从室顶沉降到室底所需时间，尘粒就可以分离出来；旋风除尘器：颗粒到达器壁所需要的沉降时间只要不大于停留时间，它便可以从气流中分离出来。边界层在传热传质中的作用，举例说明：实际流体沿壁面流动时，可在流体中划分出两个区域，一为壁面附近速度变化较大的区域称为边界层，流动阻力主要集中在此一区域；另一为离面较远、速度基本上不变的区域，其中流动的阻力可以忽略 气液传质双膜理论及其缺陷：吸收过程分为三个步骤：溶质由气相主体扩散到气液两相界面；

22、穿过相界面；有液相的界面扩散到主体。认为穿过相界面的传质，所需的传质推动力为零，或气液达到了平衡。将气液两相间传质的阻力集中在界面附近的气膜和液膜之内，且界面没有阻力的这一设想，称为双膜模型。分析流体在管道中阻力分析的类型与原因：瞬时过滤速度方程，要用于过滤计算，还须进一步推导，只要截面积不变，通过滤渣层的速度和通过过滤介质的速度相等：过滤计算的主要问题是要建立过滤面积A，过滤时间与过滤体积之间的关系，为此需对瞬时过滤方程进行积分。自然对流传热与强制对流传热：若流体原来是静止的，因受热而有密度的局部变化，导致发生对流而传热的称为自然对流传热。若用机械能（例如搅拌流体或用泵将流体送经导管），使流

23、体发生对流而传热的称为强制对流传热。气膜控制与液膜控制：溶解度很大的气体，溶解度系数小，液相分阻力在总阻力中所占的比重将相对地小，传质阻力几乎全集中于气相，通常称为气膜控制；溶解度很小的气体，则溶解度很小，则传质阻力几乎全集中在液相，通称为液膜控制。雷诺数及代表意义：Re=lu/，代表湍动程度。表征惯性力或粘性力之比。若流体的速度达或黏度小，雷诺数便大，便是惯性力占主导地位；若流体的速度小或黏度大，雷诺数小，表示粘性力占主导地位。雷诺数越大，湍流程度愈激烈，可见惯性力加剧湍动，粘性力抑制湍动。等摩尔扩散与单向扩散：对二元气体A、B的相互扩散，A在B中的扩散系数和B在A中的扩散系数两者相等，称为等摩尔相互扩散，如吸收中遇到一组分通过另一停滞组分的一维稳定单方向扩散,简称单向扩散。散式流化床与聚式流化床：若固体颗粒层用液体来进行流态化，流速增大时，床层从开始膨胀直到水力输送的