化工原理

单元操作;在各种化工生产过程中，除化学反应外的其余物理操作称为单元操作。连续介质模型;把流体视为由无数个流体微团（或流体质点）所组成，这些流体微团紧密接触，彼此没有间隙。这就是连续介质模型。真空度;当被测流体的绝对压强小于外界压强时，用真空表进行测量。真空表的读数表示被测流体的绝对压强低于当地大气压强的数值，称为真空度，即：真空度=大气压强—绝对压强=—表压强。内摩擦力;运动着的流体内部相邻两流体层间的相互作用力称为流体的内摩擦力或剪应力。牛顿流体;凡遵循牛顿黏性定律的液体为牛顿型液体，所有气体和大多数液体为牛顿液体。层流（或滞流）;流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合。湍流（或紊流）;流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。理想流体;黏度为零的流体。实际自然中并不存在，引入理想流体的概念，对研究实际流体起重要作用。粘性;在运动状态下，流体还有一种抗拒向前运动的特性，称为粘性。哈根-泊谡叶公式;流体在圆管内作层流流动时的直管阻力计算式。泵的特性曲线;特性曲线是在一定转速下，用常温清水在常压下测得。表示离心泵的压头、效率和轴功率与流量之间的关系曲线。泵的安装高度;泵的吸入口轴线与贮液槽液面间的垂直距离（Zs，m）。泵的压头;也称泵的扬程。离心泵对单位重量的液体所能提供的有效能量，其单位为m。离心泵的流量;离心泵在单位时间内派送到管路系统的液体体积。边界层分离;当物体沿曲面流动或流动中遇到障碍物时，不论是层流还是湍流，会发生边界层脱离壁面的现象。完全湍流区;λ—Re曲线趋于水平线，即摩擦系数λ只与ε/d有关，而与Re准数无关的一个区域，又hf与u2成正比，所以又称为阻力平方区。风压;风压是单位体积的气体流过风机时所获得的能量，以HT表示，单位为J/m3（Pa）。由于HT的单位与压强单位相同，故称风压，风压单位习惯上用mmH2O表示。直管（沿程）阻力;是流体流经一定管径的直管时，由于流体摩擦而产生的阻力。其阻力大小与路径长度成正比。局部阻力;主要是由于流体流经管路中的管件、阀门及截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻力。当量直径;非圆形管的直径采用4倍的水力半径来代替，称当量直径，以de表示，即de=4rH=4x流通截面积/润湿周边长。汽蚀现象;由于泵的吸上高度过高，使泵内压力等于或低于输送液体的温度下的饱和蒸汽压时液体汽化，气泡形成、破裂等过程中引起的剥蚀现象。滤饼;在过滤操作中，被截留在过滤介质上方的由固体颗粒堆积而成的床层称为滤饼。助滤剂;为了减少可压缩滤饼的流动阻力，有时将某种质地坚硬而能形成疏松饼层的另一种固体颗粒混入悬浮液或预涂于过滤介质上，以形成疏松饼层，使滤液得以流畅。这种预混或预涂的粒状物质称助滤剂。床层空隙率;单位体积床层中的空隙体积，表示床层的疏密程度。旋风分离器的分割粒径;粒级效率恰为50%的颗粒直径，称为分割粒径。自由沉降;粒子浓度较低时，颗粒间无相互干扰且不受器壁影响的沉降。过滤速度;单位时间通过单位过滤面积的滤液体积（过滤速率：单位时间的滤液体积）。过滤常数;由物料特性及过滤压强差所决定的常数。沉降分离;在外力场作用下，利用分散相和连续相之间的密度差，使之发生相对运动而实现非均相混合物分离的操作。降尘室;藉重力沉降从气流中分离出尘粒的设备。过滤;过滤是以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固、液分离的操作。比阻;单位厚度滤饼的阻力，数值上等于粘度为1Pa·s的滤液以1m/s的平均流速通过厚度为1m的滤饼层时所产生的压强降。过滤介质;过滤介质是滤饼的支承物，它应具有足够的力学强度和尽可能小的流动阻力，同时，还应具有相应的耐腐蚀性和耐热性。分离因数;离心力与重力（UT2/Rg）之比，以Kc表示。对流传热系数;单位时间内，壁面与流体的温差为10C(K)时，单位面积的传热量。导热系数;数值等于单位温度梯度单位面积上所传导的热量，是表示物质导热能力的物性参数，单位为W/（m.0c）。热传导;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，又称导热。传热速率Q;热流量，单位时间内通过换热器的整个传热面传递的热量，单位J/s或W。热流密度q;热通量，单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位J/(s.m2)或W/m2。热边界层;流体和壁面间进行换热时，会引起壁面法向方向上温度分布的变化，形成一定的温度梯度，近壁处，流体温度发生显著变化的区域，称为热边界层或温度边界层。热辐射;物体因热的原因而产生的电磁波在空间的传递称为热辐射。黑体;能完全吸收辐射能，即吸收率A=1的物体，称为黑体或绝对黑体。白体;能全部反射辐射能，即反射率R=1的物体，称为镜体或绝对白体。透热体;能透过全部辐射能，即透过率D=1的物体。一般单原子气体和对称的双原子气体是为透热体。灰体;凡能以相同的吸收率且部分地吸收由0到无穷所有波长范围的辐射能的物体。灰体的吸收率不随辐射线的波长而变，是不透热体。灰体是理想物体，大多数的工程材料都可视为灰体。总传热系数;单位为W/（m2、0C）物理意义为间壁两侧流体温度差为10C(K)时，单位时间内通过单位间壁面积所传递的热量。热阻;总热阻等于两侧流体的对流传热热阻、污垢热阻及管壁热传导热阻之和。黑度;灰体的辐射能力与同温度下黑体辐射能力之比（E/Eb），用ε表示。牛顿冷却定律;即对流传热速率方程。斯蒂芬-波尔茨曼定律;表明黑体的辐射能力仅与热力学温度的四次方成正比。膜状冷凝;若冷凝液能够湿润壁面，则在壁面上形成一层完整的液膜，称膜状冷凝。滴状冷凝;若冷凝液不能很好地润湿壁面，仅在其上凝结成小液滴，此后长大或合并成较大的液滴而脱落。克希霍夫定律;表明任何物体的辐射能力和吸收率的比值恒等于同温度下黑体的辐射能力，即仅和物体的绝热温度有关。普朗克定律;表示黑体的单色辐射能力随波长和温度变化的函数关系。蒸馏;是利用混合液中各组分挥发性的差异，而将混合液中各组分进行分离的单元操作。全回流;塔顶上升蒸汽经冷凝后全部回流至塔内，这种方式称为全回流。流体的流动形态流体的流动形态有两种：层流和湍流；用雷诺准数来判断，当Re2000，为层流，当Re4000为湍流。层流内层影响因素在湍流主体内靠近管壁处始终存在着一层作层流流动的流体薄层，此薄层称为层流内层。影响因素：管径、流速、粘度和密度。流体输送机械的作用：提高流体的位能、静压能、流速，克服管路阻力。离心泵的工作原理离心泵依靠旋转叶轮对液体的作用把原动机的机械能传递给液体。由于作用液体从叶轮进口流向出口的过程中，其速度能和压力能都得到增加，被叶轮排出的液体经过压出室，大部分速度能转换成压力能，然后沿排出管路输送出去，这时，叶轮进口处因液体的排出而形成真空或低压，吸入口液体池中的液体在液面压力（大气压）的作用下，被压入叶轮的进口，于是，旋转着的叶轮就连续不断地吸入和排出液体。离心泵的特性曲线离心泵的H、P、η与qv之间的关系曲线称为特性曲线，共三条①离心泵的压头H一般随流量加大而下降②离心泵的轴功率P在流量为零时为最小，随流量的增大而上升③η随qv的增大，先增大后减小。额定流量下泵的效率最高。该最高效率点称为泵的设计点，对应的值称为最佳工况参数。离心泵启动时关闭出口阀门的原因：关闭出口阀，使电动机的启动电流减至最小，以保护电动机。离心泵启动后没有液体流出的可能原因①可能是泵内充满气体（发生气缚），解决的办法是离心泵启动前要灌泵②可能是没有打开出口阀门，解决办法是打开出口阀门。气缚现象离心泵只能空转而不能输送液体的现象。离心泵启动前应灌满液体。离心泵的气蚀现象：叶轮入口处最低压力小于输送温度下液体的饱和蒸汽压时，液体汽化或析出气体，产生汽泡，含气泡的液体进入叶轮高压区后，受压缩破灭，产生局部真空，周围液体以高速涌向原气泡所占据的空间，造成冲击和振动。叶轮受冲击而出现剥落，气泡内夹带的少量氧气等活泼气体对金属表面产生电化学腐蚀，使叶轮表面受到破坏，泵体振动并发出噪音的现象。为了避免气蚀的发生，泵的安装高度不能太高，可用泵规格表中给出的气蚀余量对泵的安装高度加以限制。离心泵的流量调节①改变阀门开度调节流量，从而改变管路特性曲线②改变泵的转速，以改变泵的特性曲线③离心泵的并联操作④离心泵的串联操作。球形颗粒自由沉降受力：重力，浮力，阻力。沉降速度影响因素：粒径、颗粒密度、流体密度、阻力系数、颗粒形状、壁效应、干扰沉降。离心沉降与重力沉降的不同：在一定的条件下，重力沉降速度是一定的，而离心沉降速度随着颗粒在半径方向上的位置不同而变化。工业上的换热方法：间壁式、混合式、蓄热式。对流传热系数α，其物理意义为：当流体与壁面温度差为1K时，通过单位面积单位时间内所传递热量的多少。提高管内α值的有效方法：增加流程，提高管外α值的有效方法：加拆流挡板。蒸汽冷凝方式：即滴状冷凝和膜状冷凝。由于滴状冷凝成小液滴沿壁面直接落下，传热效果好。在滴状冷凝过程中，壁面的大部分面积直接暴露在蒸汽中，在这些部位没有液膜阻碍着热流，故滴状冷凝的传热系数可比膜状冷凝高十倍左右。影响膜状冷凝的因素①冷凝液膜两侧的温度差②液膜的密度、粘度，蒸汽的冷凝潜热等物理参数③蒸汽的流速和流向④蒸汽中不凝气体含量⑤传热面的形状与布置（强化措施：减少冷凝液膜的厚度—水平管束，垂直板或管）影响沸腾冷凝的因素①液体物性②温度差③操作压力④加热面状况（强化措施：表面粗糙化，加表面活性剂）换热器的设计中采用逆流操作的原因推动力大，所需的传热面积小，减少载热体的用量。并流操作在某些生产工艺要求下，若对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不得超过某一温度，或热流体被冷却时不得低于某一温度，宜采用并流操作。列管式换热器进行热补偿的原因列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有区别。若两流体的温度差较大（50℃以上）时，由于热应力会引起设备的变形，甚至弯曲和破裂。因此我们要考虑热补偿热负荷与传热速率的概念及两者之间的关系传热速率：单位时间内通过传热面的传热量。热负荷：当生产上需要加热（或冷却）某物料时，便要求换热器在单位时间内向该物料输入或输出一定的热量，这是生产对换热器换热能力的要求，称为该换热器的热负荷。一个满足生产的换热器应该是：传热速率等于（略大于）热负荷加热剂和冷却剂加热剂：给出热量对物料起加热作用的载热体称为加热剂。例蒸汽。冷却剂：取走热量对物料起冷却作用的载热体称为冷却剂。例水总传热系数影响因素流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型强化传热的途径由传热基本方程式为Q=KAΔtm可知，强化传热的途径有：①增加传热面积A（直接接触传热，可增大A和湍动程度）②增加温度差Δtm（两侧变温时，尽量采用逆流；提高加热剂温度或降低冷却剂温度）③增加总传热系数K（减小壁、污垢及两侧流体热阻中的主要热阻；提高较小的α—增大流速，加扰流元件，改变传热面形状和增加粗糙度）换热器设计流程①根据工艺任务，计算热负荷②计算平均温度差，先按单壳程多管程计算，如果ψ0.8，应增加壳程数③依据经验选取总传热系数，估算传热面积④确定冷热流体流经管程或壳程，选定管程流体流速，由流速和流量估算单管程的管子根数，由管子根数和估算的传热面积估算管子长度，再由系列标准选适当型号的换热器⑤分别计算管程和壳程的对流传热系数，确定垢阻，求出总传热系数，并与估算的总传热系数进行比较。如果相差较多，应重新估算⑥根据计算的总传热系数和平均温度差，计算传热面积，并与选定的换热器传热面积相比，应有10%~25%的裕量。黑度影响因素在同一温度下，实际物体的辐射能力与黑体的辐射能力之比，定义为灰体的黑度。影响固体表面黑度的主要因素有：物体的性质、温度及表面情况（如表面粗糙度及氧化程度）。吸收剂选择：溶解度大，选择性高，挥发性小，粘度低，再生容易，化学性质稳定，无毒性，无腐蚀性，价廉易得。气体吸收在工业上的应用①回收