化工原理知识点--12.9.3

绪论1．单元操作的分类：流体动力学过程、传热过程、传质过程、热质传递过程。2．化工原理：是研究化工单元操作的基本原理、典型设备的结构和工艺尺寸计算的一门技术基础课，化工原理的学习必须以高等数学，物理学，和物理化学等课程为基础。第一章流体流动1．粘度：流体具有粘性，表征流体粘性的物理性质称为粘滞系数，简称粘度，符号μ表示。2．压力的单位换算1标准大气压（atm）=1.013×105Pa=1.033kgf/cm2=10.33mH2O=760mmHg3．U形压差计(计算)P1－P2=R(ρ0－ρ)g4．P16公式1-33、1-34、1-355．流体的流动类型：层流、湍流。6．雷诺数Re≤2000时，流动类型为层流；2000＜Re＜4000时，流动类型不稳定，为过渡区；Re≥4000，流动类型为湍流。7．湍流摩擦系数：λ=f(Re，ε/d)即与雷诺数、相对粗糙度有关。8．P33例1-10（计算）9．流速测量的工具：测速管(皮托管)、孔板流量计、文氏流量计、转子流量计。第二章流体输送机械1．气体与液体不同，气体具有可压缩性。用于输送液体的机械称为泵，用于输送气体的机械称为风机及压缩机。2．气缚：如果离心泵在启动前未充满被输送液体，则泵壳内存在空气。由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。这样，虽然启动了离心泵，但不能输送液体。此现象称为“气缚”。汽蚀：离心泵安装高度提高时，将导致泵内压力降低，泵内压力最低点通常位于叶轮叶片进口稍后的一点附近。当此处压力降至被输送液体的饱和蒸汽压时，将发生沸腾，所生成的蒸汽泡在随液体从入口向外周流动中，又因压力迅速增大而急剧冷凝。会使液体以很大的速度从周围冲向气泡中心，产生频率很高、瞬时压力很大的冲击，这种现象称为汽蚀现象。本质原因：入口压力小于流体输送温度下的饱和蒸汽压。3．离心泵的主要性能参数工作原理基本部件：叶轮（6~12片后弯叶片）；泵壳（蜗壳）（集液和能量转换装置）；轴封装置（填料函、机械端面密封）。原理：借助高速旋转的叶轮不断吸入、排出液体。注意：离心泵无自吸能力，因此在启动前必须先灌泵，且吸入管路必须有底阀，否则将发生“气缚”现象。某离心泵运行一年后如发现有气缚现象，则应检查进口管路是否有泄漏现象。离心泵的安装高度超过允许安装高度时会发生气蚀现象。（1）流量qv泵的流量是指单位时间内泵所输送的液体体积，以qv表示，其单位m3/s.（2）压头H离心泵的压头（又称扬程）是指离心泵对单位重量液体所提供的能量，以H表示，其单位为m。H=h0+(p2-p1)/ρgh0—压力表与真空表之间的垂直距离，mp1、p2—泵出、入口截面处的压力，其差值等于入口处的真空表读数与出口处的压力表读数之和，Pa（3）轴功率P离心泵的轴功率是指泵轴所需的功率。P=Pe/η（4）功率η效率等于有效功率与轴功率之比，其表达式为η=Pe/P另外Pe=qvHρg4．离心泵的特性曲线及其影响因素（1）H~qv曲线H随qv的增大而减小（2）P~qv曲线P随qv的增大而增大。当qv=0是，P最小。（3）η~qv曲线开始η随qv的增大而增大，达到最大值后，又随qv的增大而减小。5．离心泵的类型：清水泵、油泵、耐腐蚀泵、杂质泵、高温泵、高温高压泵、低温泵、液下泵。6．气体输送机械通风机：终压（表压）不大于15kPa，压缩比不大于1.15；鼓风机：终压（表压）为15~300kPa，压缩比小于4；压缩机：终压（表压）在300kPa以上，压缩比大于4；真空泵：将低于大气压的气体从容器或设备内抽到大气中，出口压力为大气压或略高于大气压，压缩比根据所造成的真空度决定。第三章非均相混合物的分离1．沉降：是指在外力的作用下，利用连续相与分散相的密度差异，使之发生相对运动而分离的操作。根据外力不同，分为重力沉降和离心沉降。2．重力沉降：是指在重力的作用下发生的沉降过程。3．重力沉降设备降尘室的生产能力qv仅与其底面积Lb及颗粒的沉降速度ut有关，而与降尘室的高度H无关。qv≦Lbut4．旋风分离器的操作原理：上部带有切向入口的圆筒，下部为圆锥形。含尘气体以15~20m/s的速度由圆筒上部的进气管切向进入，受到器壁的约束力由上向下作螺旋运动，在惯性离心力的作用力，颗粒被甩到器壁，沿壁面落至锥底的排灰口排出而与气体分离。净化后的气体在中心轴附近由下向上作螺旋运动，最后由顶部排气管排出。5．旋风分离器一般用于除去气流中直径5~50μm的颗粒。对于直径在200μm以上的大颗粒，最好先用重力沉降法除去。6．过滤：是以某种多孔性物质为介质，在外力作用下，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，从而实现悬浮液中固液分离的操作。7．过滤方式：饼层过滤（也称表面过滤）和深床过滤。8．过滤操作的特点：随着过滤操作的进行，滤饼厚度逐渐增大，过滤阻力也随之增大，如果在恒定压差条件下，过滤速度必然逐渐减小。如果要保持一定的过滤速度，就要逐渐增大压力差，来克服逐渐增大的过滤阻力。9．过滤设备：按操作方式分为连续式和间歇式；按照生产压差的方式不同，可分为压滤机、吸滤机、离心过滤机10．常用的过滤设备：板框压滤机、加压叶滤机、转筒真空过滤机、离心过滤机11．板框压滤机洗涤与过滤的区别：洗涤与过滤时所走路径不同，过滤时的面积是洗涤的2倍，而过滤时滤液经过的滤饼厚度仅为洗涤时的1/2。第四章传热传热是由于温度差引起的能量转移，又称热传递。由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在时，就必然发生热从高温处传递到低温处。根据传热机理的不同，热传递有三种基本方式：热传导（导热）、热对流（对流）和热辐射。热传导是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；热对流是流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程（包括由流体中各处的温度不同引起的自然对流和由外力所致的质点的强制运动引起的强制对流），流体流过固体表面时发生的对流和热传导联合作用的传热过程称为对流传热（给热）；热辐射是因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。任何物体只要在绝对零度以上，都能发射辐射能，只是在高温时，热辐射才能成为主要的传热方式。传热可依靠其中的一种方式或几种方式同时进行。传热速率Q是指单位时间通过传热面的热量（W）；热通量q是指每单位面积的传热速率（W/m2）。1．传热：由于温度差而引起的热量传递过程，又称热传递。.传热的基本方式：热传导、热对流和热辐射。2．热对流：由于流体质点的位移和混合，将热能由一处传至另一处的传递热量的方式称为热对流。3．导热速率方程：Q=λ/bA(t1-t2)单层平壁的稳态热传导中传热速率Q与导热系数λ、平壁厚度b、传热面积A、温度差t有关。【例题4—1】4．P118公式（4-42）（4-43）Nu、α【例题4—4】【例题4—5】5．有相变时的对流传热可分为蒸气冷凝和液体沸腾两种情况。蒸汽冷凝有两种方式，即膜状冷凝和滴状冷凝。膜状冷凝：冷凝液能够润泽壁面，在壁面上形成一层完整的液膜，壁面被冷凝液所覆盖，蒸汽冷凝只能在液膜表面进行，即蒸汽冷凝放出的潜热只有通过液膜后才能传给壁面。滴状冷凝：冷凝液不能够润湿壁面，在壁面上形成许多的小液滴，液滴长大到一定程度后，在重力作用下落下。6．大容器饱和沸腾曲线分为：自然对流区、核状沸腾区、膜状沸腾区7．无相变的传热过程：P127公式（4-16）【例题4—8】【例题4—11】8．黑体：能够吸收全部辐射能的物体称为绝对黑体，简称黑体。白体：能够反射全部辐射能的物体称为绝对白体，简称白体。透热体：能够透过全部辐射能的物体称为透热体。灰体：以相同方式吸收和反射辐射能的物体，例如硅。9．换热器的分类：①管式换热器：通过管子壁面进行传热，按传热管的结构形式可分为列管式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器和翅片式换热器等几种。②板式换热器：板式换热器通过板面进行传热，按传热板的结构不同，可分为平板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器和热板式换热器几种。③列管式换热器（管壳式换热器）：一般由壳体、管板、管束、封头、折流板构成。根据热补偿的方式不同可分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式、釜式。第五章气体吸收利用各组分溶解度不同而分离气体混合物的单元操作称为吸收。混合气体中能够溶解的组分称为吸收质或溶质（A）；不被吸收的组分称为惰性组分或载体（B）；吸收操作所用的溶剂称为吸收剂（S）；吸收所得溶液为吸收液（S+A）；吸收塔排出的气体为吸收尾气。当气相中溶质的的实际分压高于与液相成平衡的溶质分压时，溶质从气相向液相转移，发生吸收过程；反之当气相中溶质的的实际分压低于与液相成平衡的溶质分压时，溶质从液相向气相转移，发生脱吸（解吸）过程。平衡状态下气相中溶质分压称为平衡分压或饱和分压，液相中的溶质浓度称为平衡浓度或饱和浓度––––––溶解度。对于同一种溶质，溶解度随温度的升高而减小，加压和降温对吸收操作有利，升温和减压有利于脱吸操作。1．物质传递过程：物质在相间的转移过程称为物质传递过程（简称传质过程）。常见的传质过程有蒸馏、吸收、干燥、萃取和吸附等单元操作。2．吸收：利用气体混合物中各组分在液体中溶解度的差异使气体中不同组分分离的操作称为吸收。3．填料塔结构：圆筒形塔体和塔内件塔内件：塔填料、填料支撑板、填料压板、气体分布器、液体分布器和液体再分布器塔填料是填料塔内造成气液相接触进行传质的气液接触元件，是填料塔的核心部件填料按其形状可以分为环形、鞍形、波纹形。环形填料主要有拉西环、鲍尔环、阶梯环。鞍形环主要有矩鞍形、弧鞍形。4．在一定的液体喷淋密度下，气体通过填料层时压力降与气速的关系曲线可以分为三个区域，分别对应三种状态恒持液区：A点以下区域，气相负荷较小，气液两相之间的作用不明显，填料层的持液量受气速的影响不大。载点：图中A~B段，气速增至一定值后，气液间阻力不容忽视，压力降随气速增大而较快的增大，压力降曲线在A点出现转折，该转折点为载点载液区：A~B段，流体湍动加剧，传质效果好。液泛点：B点随着两相之间的作用进一步加强，使得填料表面液膜难以顺利流下，出现拦液现象，再增大气速，此时填料层中的持液量迅速增大，往往可以看到填料层的某个高度上出现“积液层”。若此时不增加气速，积液层仍在扩大，则会达到“液泛”。液泛区：B点以上。5．解吸操作：解吸操作就是对吸收剂进行回收处理，时溶解在吸收剂中的溶质组分释放出来，得到较纯的组分，同时使吸收剂得以再生而循环使用。6．常用的解吸方法：油气提解吸法、减压解吸法以及升温解吸法。第六章蒸馏1.蒸馏：利用各组分挥发度不同将液体混合物部分汽化而使混合物得到分离的单元操作称为蒸馏。这种分离操作是通过液相和气相之间的质量传递过程来实现的。对于均相物系，必须造成一个两相物系才能将均相混合物分离。蒸馏操作采用改变状态参数的办法（如加热和冷却）使混合物系内部产生出第二个物相（气相）；吸收操作中则采用从外界引入另一相物质（吸收剂）的办法形成两相系统。2.蒸馏可分为：简单蒸馏、平衡蒸馏（闪蒸）、精馏、特殊精馏。3.三个区域：液相区、蒸气区、气液共存区。两条线：液相线、气相线。4.精馏原理精馏过程是利用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理进行的，精馏操作的依据是混合物中各组分挥发度的差异，实现精馏操作的必要条件包括塔顶液相回流和塔底产生上升蒸汽。精馏塔中各级易挥发组分浓度由上至下逐级降低；精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，原因之一是：塔顶易挥发组分浓度高于塔底，相应沸点较低；原因之二是：存在压降使塔底压力高于塔顶，塔底沸点较高。当塔板中离开的气相与液相之间达到相平衡时，该塔板称为理论板。精馏过程中，再沸器的作用是提供一定量的上升蒸汽流，冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证由适宜的液相回流。影响精馏装置稳态、高效操作的主要因素包括操作压力、进料组成和热状况、塔顶回流、全塔的物料平衡和稳定、冷凝器和再沸器的传热性能，设备散热情况等。（物料平衡的影响和制约、回流比的影响、进料组成和进料热状态的影响）精馏操作的依据是：混合液中各组分的挥发度差异；实现精馏连