化工原理重要概念和公式.doc

化工原理重要概念第一章 流體流動 質點 含有大量分子的流體微團，其尺寸遠小于設備尺寸，但比起分子自由程卻要大得多。 連續(xù)性假定 假定流體是由大量質點組成的、彼此間沒有間隙、完全充滿所占空間的連續(xù)介質。 拉格朗日法 選定一個流體質點 , 對其跟蹤觀察，描述其運動參數(shù) ( 如位移、速度等 ) 與時間的關系。 歐拉法 在固定空間位置上觀察流體質點的運動情況，如空間各點的速度、壓強、密度等，即直接描述各有關運動參數(shù)在空間各點的分布情況和隨時間的變化。 軌線與流線 軌線是同一流體質點在不同時間的位置連線，是拉格朗日法考察的結果。流線是同一瞬間不同質點在速度方向上的連線，是歐拉法考察的結果。 系統(tǒng)與控制體 系統(tǒng)是采用拉格朗日法考察流體的?？刂企w是采用歐拉法考察流體的。 理想流體與實際流體的區(qū)別 理想流體粘度為零，而實際流體粘度不為零。 粘性的物理本質 分子間的引力和分子的熱運動。通常液體的粘度隨溫度增加而減小，因為液體分子間距離較小，以分子間的引力為主。氣體的粘度隨溫度上升而增大，因為氣體分子間距離較大，以分子的熱運動為主。 總勢能 流體的壓強能與位能之和。 可壓縮流體與不可壓縮流體的區(qū)別 流體的密度是否與壓強有關。有關的稱為可壓縮流體，無關的稱為不可壓縮流體。 伯努利方程的物理意義 流體流動中的位能、壓強能、動能之和保持不變。 平均流速 流體的平均流速是以體積流量相同為原則的。 動能校正因子 實際動能之平均值與平均速度之動能的比值。 均勻分布 同一橫截面上流體速度相同。 均勻流段 各流線都是平行的直線并與截面垂直 , 在定態(tài)流動條件下該截面上的流體沒有加速度 , 故沿該截面勢能分布應服從靜力學原理。 層流與湍流的本質區(qū)別 是否存在流體速度 u 、壓強 p 的脈動性，即是否存在流體質點的脈動性。 第二章 流體輸送機械管路特性方程 管路對能量的需求，管路所需壓頭隨流量的增加而增加。 輸送機械的壓頭或揚程 流體輸送機械向單位重量流體所提供的能量 (J/N) 。 離心泵主要構件 葉輪和蝸殼。 離心泵理論壓頭的影響因素 離心泵的壓頭與流量，轉速，葉片形狀及直徑大小有關。 葉片后彎原因 使泵的效率高。 氣縛現(xiàn)象 因泵內流體密度小而產(chǎn)生的壓差小，無法吸上液體的現(xiàn)象。 離心泵特性曲線 離心泵的特性曲線指 H q V ， q V ， P q V 。 離心泵工作點 管路特性方程和泵的特性方程的交點。 離心泵的調節(jié)手段 調節(jié)出口閥，改變泵的轉速。 汽蝕現(xiàn)象 液體在泵的最低壓強處 ( 葉輪入口 ) 汽化形成氣泡，又在葉輪中因壓強升高而潰滅，造成液體對泵設備的沖擊，引起振動和侵蝕的現(xiàn)象。 必需汽蝕余量 (NPSH)r 泵入口處液體具有的動能和壓強能之和必須超過飽和蒸汽壓強能多少離心泵的選型 ( 類型、型號 ) 根據(jù)泵的工作條件，確定泵的類型；根據(jù)管路所需的流量、壓頭，確定泵的型號。 正位移特性 流量由泵決定，與管路特性無關。 往復泵的調節(jié)手段 旁路閥、改變泵的轉速、沖程。 離心泵與往復泵的比較 ( 流量、壓頭 ) 前者流量均勻，隨管路特性而變，后者流量不均勻，不隨管路特性而變。前者不易達到高壓頭，后者可達高壓頭。前者流量調節(jié)用泵出口閥，無自吸作用，啟動時關出口閥；后者流量調節(jié)用旁路閥，有自吸作用，啟動時開足管路閥門。 通風機的全壓、動風壓 通風機給每立方米氣體加入的能量為全壓 (Pa=J/m 3 ) ，其中動能部分為動風壓。 真空泵的主要性能參數(shù) 極限真空 ； 抽氣速率。 第三章 液體的攪拌攪拌目的 均相液體的混合，多相物體 ( 液液，氣液，液固 ) 的分散和接觸，強化傳熱。 攪拌器按工作原理分類 攪拌器按工作原理可分為旋槳式，渦輪式兩大類。旋槳式大流量，低壓頭；渦輪式小流量，高壓頭。 混合效果 攪拌器的混合效果可以用調勻度、分隔尺度來度量。 宏觀混合 總體流動是大尺度的宏觀混合；強烈的湍動或強剪切力場是小尺度的宏觀混合。 微觀混合 只有分子擴散才能達到微觀混合?？傮w流動和強剪切力場雖然本身不是微觀混合，但是可以促進微觀混合，縮短分子擴散的時間。 攪拌器的兩個功能 產(chǎn)生總體流動；同時形成湍動或強剪切力場。 改善攪拌效果的工程措施 改善攪拌效果可采取增加攪拌轉速、加擋板、偏心安裝攪拌器、裝導流筒等措施。 第四章 流體通過顆粒層的流動非球形顆粒的當量直徑 球形顆粒與實際非球形顆粒在某一方面相等，該球形的直徑為非球形顆粒的當量直徑，如體積當量直徑、面積當量直徑、比表面積當量直徑等。 形狀系數(shù) 等體積 球形的表面積與非球形顆粒的表面積之比。 分布函數(shù) 小于某一直徑的顆粒占總量的分率。 頻率函數(shù) 某一粒徑范圍內的顆粒占總量的分率與粒徑范圍之比。 顆粒群平均直徑的基準 顆粒群的平均直徑以 比表面積相等 為基準 。因為顆粒層內流體為爬流流動，流動阻力主要與顆粒表面積的大小有關。 床層比表面 單位床層體積內的顆粒表面積。 床層空隙率 單位床層體積內的空隙體積。 數(shù)學模型法的主要步驟 數(shù)學模型法的主要步驟有 簡化物理模型建立數(shù)學模型模型檢驗，實驗確定模型參數(shù)。 架橋現(xiàn)象 盡管顆粒比網(wǎng)孔小，因相互擁擠而通不過網(wǎng)孔的現(xiàn)象。 過濾常數(shù)及影響因素 過濾常數(shù)是指 K 、 qe 。 K 與壓差、懸浮液濃度、濾餅比阻、濾液粘度有關； qe 與過濾介質阻力有關。它們在恒壓下 才為常數(shù) 。 過濾機的生產(chǎn)能力 濾液量與總時間 ( 過濾時間和輔助時間 ) 之比。 最優(yōu)過濾時間 使生產(chǎn)能力達到最大的過濾時間。 加快過濾速率的途徑 改變?yōu)V餅結構；改變顆粒聚集狀態(tài)；動態(tài)過濾。 第五章 顆粒的沉降和流態(tài)化曳力 ( 表面曳力、形體曳力 ) 曳力是流體對固體的作用力，而阻力是固體壁對流體的力，兩者為作用力與反作用力的關系。表面曳力由作用在顆粒表面上的剪切力引起，形體曳力由作用在顆粒表面上的壓強力扣除浮力的部分引起。 ( 自由 ) 沉降速度 顆粒自由沉降過程中 , 曳力、重力、浮力三者達到平衡時的相對運動速度。 離心分離因數(shù) 離心力與重力之比。 旋風分離器主要評價指標 分離效率、壓降。 總效率 進入分離器后，除去的顆粒所占比例。 粒級效率 某一直徑的顆粒的去除效率。 分割直徑 粒級效率為 50% 的顆粒直徑。 流化床的特點 混合均勻、傳熱傳質快；壓降恒定、與氣速無關。 兩種流化現(xiàn)象 散式流化和聚式流化。 聚式流化的兩種極端情況 騰涌和溝流。 起始流化速度 隨著操作氣速逐漸增大，顆粒床層從固定床向流化床轉變的空床速度。 帶出速度 隨著操作氣速逐漸增大，流化床內顆粒全被帶出的空床速度。 氣力輸送 利用氣體在管內的流動來輸送粉粒狀固體的方法。 第六章 傳熱 傳熱過程的三種基本方式 直接接觸式、間壁式、蓄熱式。 載熱體 為將冷工藝物料加熱或熱工藝物料冷卻，必須用另一種流體供給或取走熱量，此流體稱為載熱體。用于加熱的稱為加熱劑；用于冷卻的稱為冷卻劑。 三種傳熱機理的物理本質 傳導的物理本質是分子熱運動、分子碰撞及自由電子遷移；對流的物理本質是流動流體載熱；熱輻射的物理本質是電磁波。 間壁換熱傳熱過程的三個步驟 熱量從熱流體對流至壁面，經(jīng)壁內熱傳導至另一側，由壁面對流至冷流體。 導熱系數(shù) 物質的導熱系數(shù)與物質的種類、物態(tài)、溫度、壓力有關。 熱阻 將傳熱速率表達成溫差推動力除以阻力的形式，該阻力即為熱阻。 推動力 高溫物體向低溫傳熱，兩者的溫度差就是推動力。 流動對傳熱的貢獻 流動流體載熱。 強制對流傳熱 在人為造成強制流動條件下的對流傳熱。 自然對流傳熱 因溫差引起密度差，造成宏觀流動條件下的對流傳熱。自然對流傳熱時，加熱、冷卻面的位置應該是加熱面在下，制冷面在上，這樣有利于形成充分的對流流動。 努塞爾數(shù)、普朗特數(shù)的物理意義 努塞爾數(shù)的物理意義是對流傳熱速率與導熱傳熱速率之比。普朗特數(shù)的物理意義是動量擴散系數(shù)與熱量擴散系數(shù)之比，在 關聯(lián)式中表示了物性對傳熱的貢獻。 關聯(lián)式的定性尺寸、定性溫度 用于確定關聯(lián)式中的雷諾數(shù)等準數(shù)的長度變量、物性數(shù)據(jù)的溫度。比如，圓管內的強制對流傳熱，定性尺寸為管徑 d 、定性溫度為進出口平均溫度。 大容積自然對流的自動?；瘏^(qū) 自然對流與高度 l 無關的區(qū)域。 液體沸騰的兩個必要條件 過熱度 tw-ts 、汽化核心。 核狀沸騰 汽泡依次產(chǎn)生和脫離加熱面，對液體劇烈攪動，使隨 t 急劇上升。第七章 蒸發(fā) 蒸發(fā)操作及其目的 蒸發(fā)過程的特點 二次蒸汽 溶液沸點升高 疏水器 氣液兩相流的環(huán)狀流動區(qū)域 加熱蒸汽的經(jīng)濟性 蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度 提高生產(chǎn)強度的途徑 提高液體循環(huán)速度的意義 節(jié)能措施 杜林法則 多效蒸發(fā)的效數(shù)在技術經(jīng)濟上的限制 第八章 氣體吸收 吸收的目的和基本依據(jù) 吸收的目的是分離氣體混合物，吸收的基本依據(jù)是混合物中各組份在溶劑中的溶解度不同。 主要操作費 溶劑再生費用，溶劑損失費用。 解吸方法 升溫、減壓、吹氣。 選擇吸收溶劑的主要依據(jù) 溶解度大，選擇性高，再生方便，蒸汽壓低損失小。 相平衡常數(shù)及影響因素 m 、 E 、 H 均隨溫度上升而增大， E 、 H 與總壓無關， m 反比于總壓。 漂流因子 P/P Bm 表示了主體流動對傳質的貢獻。 ( 氣、液 ) 擴散系數(shù)的影響因素 氣體擴散系數(shù)與溫度、壓力有關；液體擴散系數(shù)與溫度、粘度有關。 傳質機理 分子擴散、對流傳質。 氣液相際物質傳遞步驟 氣相對流，相界面溶解，液相對流。 有效膜理論與溶質滲透理論的結果差別 有效膜理論獲得的結果為 k D ，溶質滲透理論考慮到微元傳質的非定態(tài)性，獲得的結果為 k D 0.5 。 傳質速率方程式 傳質速率為濃度差推動力與傳質系數(shù)的乘積。因工程上濃度有多種表達，推動力也就有多種形式，傳質系數(shù)也有多種形式，使用時注意一一對應。 傳質阻力控制 傳質總阻力可分為兩部分，氣相阻力和液相阻力。當 mkykx 時，為液相阻力控制。 低濃度氣體吸收特點 G 、 L 為常量， 等溫過程， 傳質系數(shù)沿塔高不變。 建立操作線方程的依據(jù) 塔段的物料衡算。 返混 少量流體自身由下游返回至上游的現(xiàn)象。 最小液氣比 完成指定分離任務所需塔高為無窮大時的液氣比。 NOG 的計算方法 對數(shù)平均推動力法，吸收因數(shù)法，數(shù)值積分法。第九章 液體精餾 蒸餾的目的及基本依據(jù) 蒸餾的目的是分離液體混合物，它的基本依據(jù) ( 原理 ) 是液體中各組分揮發(fā)度的不同。 主要操作費用 塔釜的加熱和塔頂?shù)睦鋮s。 雙組份汽液平衡自由度 自由度為 2(P 一定， t x 或 y ； t 一定， P x 或 y) ； P 一定后，自由度為 1 。 泡點 泡點指液相混合物加熱至出現(xiàn)第一個汽泡時的溫度。 露點 露點指氣相混合物冷卻至出現(xiàn)第一個液滴時的溫度。 非理想物系 汽液相平衡關系偏離拉烏爾定律的成為非理想物系。 總壓對相對揮發(fā)度的影響 壓力降低，相對揮發(fā)度增加。 平衡蒸餾 連續(xù)過程且一級平衡。 簡單蒸餾 間歇 過程且瞬時一級平衡。 連續(xù)精餾 連續(xù)過程且多級平衡。 間歇精餾 時變過程且多級平衡。 特殊精餾 恒沸精餾、萃取精餾等加第三組分改變。 實現(xiàn)精餾的必要條件 回流液的逐板下降和蒸汽逐板上升，實現(xiàn)汽液傳質、高度分離。 理論板 離開該板的汽液兩相達到相平衡的理想化塔板。 板效率 經(jīng)過一塊塔板之后的實際增濃與理想增濃之比。 恒摩爾流假設及主要條件 在沒有加料、出料的情況下，塔段內的汽相或液相摩爾流率各自不變。組分摩爾汽化熱相近，熱損失不計，顯熱差不計。 加料熱狀態(tài)參數(shù) q 值的含義及取值范圍 一摩爾加料加熱至飽和汽體所需熱量與摩爾汽化潛熱之比，表明加料熱狀態(tài)。取值范圍： q0 過熱蒸汽， q=0 飽和蒸汽， 0q1 冷液。 建立操作線的依據(jù) 塔段物料衡算。第十章 氣液傳質設備 板式塔的設計意圖 氣液兩相在塔板上充分接觸，總體上氣液逆流，提供最大推動力。 對傳質過程最有利的理想流動條件 總體兩相逆流，每塊板上均勻錯流。 三種氣液接觸狀態(tài) 鼓泡狀態(tài)：氣量低，氣泡數(shù)量少，液層清晰。泡沫狀態(tài)：氣量較大，液體大部分以液膜形式存在于氣泡之間，但仍為連續(xù)相。噴射狀態(tài)：氣量很大，液體以液滴形式存在，氣相為連續(xù)相。 轉相點 由泡沫狀態(tài)轉為噴射狀態(tài)的臨界點。 板式塔內主要的非理想流動 液沫夾帶、氣泡夾帶、氣體的不均勻流動、液體的不均勻流動。 板式塔的不正常操作現(xiàn)象 夾帶液泛、溢流液泛、漏液。 篩板塔負荷性能圖 將篩板塔的可操作范圍在汽、液流量圖上表示出來。 濕板效率 考慮了液沫夾帶影響的塔板效率。 全塔效率 全塔的理論板數(shù)與實際板數(shù)之比。 操作彈性 上、下操作極限的氣體流量之比。 常用塔板類型 篩孔塔板、泡罩塔板、浮閥塔板、舌形塔板、網(wǎng)孔塔板等。 填料的主要特性參數(shù) 比表面積，空隙率，填料的幾何形狀。 常用填料類型 拉西環(huán)，鮑爾環(huán)，弧鞍形填料，矩鞍形填料，階梯形填料，網(wǎng)體填料等。 載點 填料塔內隨著氣速逐漸由小到大，氣液兩相流動的交互影響開始變得比較顯著時的操作狀態(tài)為載點。 泛點 氣速增大至出現(xiàn)每米填料壓降陡增的轉折點即為泛點。 最小噴淋密度 保證填料表面潤濕、保持一定的傳質效果所需的液體速度。 等板高度 HETP 分離效果相當于一塊理論板的填料層高度。 填料塔與板式塔的比較 填料塔操作范圍小，宜處理不易聚合的清潔物料，不易中間換熱，處理量較小，造價便宜，較宜處理易起泡、腐蝕性、熱敏性物料，能適應真空操作。板式塔適合于要求操作范圍大，易聚合或含固體懸浮物，處理量較大，設計要求比較準確的場合。 第十一章 液液萃取 萃取的目的及原理 目的是分離液液混合物。原理是混合物各組分溶解度的不同。 溶劑的必要條件 與物料中的組份不完全互溶，對組份具有選擇性的溶解度。 臨界混溶點 相平衡的兩相無限趨近變成一相時的組成所對應的點。 和點 兩股流量的平均濃度在相圖所對應的點。 差點 和點的流量減去一股流量后剩余的濃度在相圖所對應的點。 分配曲線 相平衡的 y A x A 曲線。 最小溶劑比 當萃取相達到指定濃度所需理論級為無窮多時，相應的 S/F 為最小溶劑比。 選擇性系數(shù) =(y A /y B )/(x A /x B ) 。 操作溫度對萃取的影響 溫度低， B 、 S 互溶度小，相平衡有利些，但粘度大等對操作不利，所以要適當選擇。 第十二章 其他傳質分離方法 溶液結晶操作的基本原理 溶液的過飽和。 造成過飽和度方法 冷卻，蒸發(fā)濃縮。 晶習 各晶面速率生長不同， 形成不同晶體外形的習性。 溶解度曲線 結晶體與溶液達到相平衡時，溶液濃度隨溫度的變化曲線。 超溶解度曲線 溶液開始析出結晶的濃度大于溶解度，溶液濃度隨溫度的變化曲線為超溶解度曲線，超溶解度曲線在溶解度曲線之上。 溶液結晶的兩個階段 晶核生成，晶體成長。 晶核的生成方式 初級均相成核，初級非均相成核，二次成核。 再結晶現(xiàn)象 小晶體溶解與大晶體成長同時發(fā)生的現(xiàn)象。 過飽和度對結晶速率的影響 過飽和度 C 大，有利于成核；過飽和度 C 小，有利于晶體成長。 吸附現(xiàn)象 流體中的吸附質借助于范德華力而富集于吸附劑固體表面的現(xiàn)象。 物理吸附與化學吸附的區(qū)別 物理吸附靠吸附劑與吸附質之間的范德華力，吸附熱較?。换瘜W吸附靠吸附劑與吸附質之間的化學鍵合，吸附熱較大。 吸附分離的基本原理 吸附劑對流體中各組分選擇性的吸附。 常用的吸附解吸循環(huán) 變溫吸附，變壓吸附，變濃度吸附，置換吸附。 常用吸附劑 活性炭，硅膠，活性氧化鋁，活性土，沸石分子篩，吸附樹脂等。 吸附等溫線 在一定的溫度下，吸附相平衡濃度隨流體相濃度變化的曲線。 傳質內擴散的四種類型 分子擴散，努森擴散，表面擴散，固體 ( 晶體 ) 擴散。 負荷曲線 固定床吸附器中，固體相濃度隨距離的變化曲線稱為負荷曲線。 濃度波 固定床吸附器中，流體相濃度隨距離的變化曲線稱為濃度波。 透過曲線 吸附器出口流體相濃度隨時間的變化稱為透過曲線。第十四章 固體干燥 物料去濕的常用方法 機械去濕、吸附或抽真空去濕、供熱干燥等。 對流干燥過程的特點 熱質同時傳遞。 主要操作費用 空氣預熱、中間加熱。 t as 與 t W 在物理含義上的差別 t as 由熱量衡算導出，屬于靜力學問題； t W 是傳熱傳質速率均衡的結果，屬于動力學問題。 改變濕空氣溫度、濕度的工程措施 加熱、冷卻可以改變濕空氣溫度；噴水可以增加濕空氣的濕度，也可以降低濕空氣的濕度，比如噴的是冷水，使?jié)窨諝庵械乃治龀觥?平衡蒸汽壓曲線 物料平衡含水量與空氣相對濕度的關系曲線。 結合水與非結合水 平衡水蒸汽壓開始小于飽和蒸汽壓的含水量為結合水，超出部分為非結合水。 平衡含水量 指定空氣條件下，物料被干燥的極限為平衡含水量。 自由含水量 物料含水超出平衡含水量的那部分為自由含水量。 臨界含水量及其影響因素 在恒定的空氣條件下，干燥速率由恒速段向降速段轉折的對應含水量為臨界含水量 Xc 。它與物料本身性質、結構、分散程度、干燥介質（ u 、 t 、 H ）有關。 干燥速率對產(chǎn)品性質的影響 干燥速率太大會引起物料表面結殼，收縮變形，開裂等等。 連續(xù)干燥過程的特點 干燥過程可分為三個階段，預熱段、表面汽化段、升溫段。 熱效率 熱效率 等于汽化水分、物料升溫需熱 / 供熱。 理想干燥過程的條件 預熱段、升溫段、熱損失忽略不計；水分