(完整版)化工原理概念汇总

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化工原理知识绪论单元操作是化学反应过程中创造适宜条件或将反应物分离制成纯净品的过程。所有单元操作都是物理性操作，不改变化学性质，且作用于不同化工过程时，基本原理相同，所用设备也是通用的。单元操作的理论基础是质量守恒定律、能量守恒定律和动量守恒定律。研究方法包括实验研究方法和数学模型法。第二章：流体输送机械一、概念题离心泵的压头是泵向单位重量的液体提供的机械能，用H表示，单位为m。离心泵的理论压头指的是离心泵的叶轮叶片无限多，液体完全沿着叶片弯曲的表面流动而无任何其他的流动，液体为粘性等于零的理想流体，在这种状态下产生的压头称为理论压头。实际压头与理论压头有较大的差异，原因在于流体在通过泵的过程中存在着压头损失，主要包括叶片间的环流、流体的阻力损失和冲击损失。气缚现象是指离心泵开动时如果泵壳内和吸入管内没有充满液体，它便没有抽吸液体的能力，防止气缚现象的方法是在吸入管底部装上止逆阀，使启动前泵内充满液体。轴功率指电机输入离心泵的功率，有效功率指排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne表示。效率是指有效功率与轴功率的比值。二、简述题离心泵的工作点的确定及流量调节是通过泵的性能曲线确定的。泵的性能曲线是指在一定转速下，泵的扬程与流量之间的关系曲线。泵的工作点是指泵在使用过程中的扬程和流量。流量的调节可以通过改变泵的转速和出口阀门的开度来实现。过滤是一种通过多孔介质截留固体颗粒的过程，使悬浮液中的固液分离。多孔性介质是一种耐腐蚀、耐热并具有足够机械强度的过滤介质。助滤剂是一种粒度细小、粒度分布范围较窄、坚硬且悬浮性好的颗粒状或纤维固体，例如硅藻土、纤维粉末、活性炭和石棉。深层过滤和滤饼过滤是两种不同的过滤方法。深层过滤时，颗粒尺寸比介质的孔道直径小得多，但孔道弯曲细长。颗粒很容易被截留，并且流体流过时所引起的挤压和冲撞作用使颗粒紧附在孔道的壁面上。滤饼过滤时，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。在滤饼形成之后，它成为对其后的颗粒主要截留作用的介质，滤液因此变清。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较大的悬浮液。过滤常数和比阻是过滤过程中的两个重要参数。压缩性指数s是一个介于0和1之间的数，它表示滤饼的可压缩性。过滤常数K与滤饼性质（s、ε、a）、滤浆性质（c、μ）和推动力（Δp）有关。比阻ε是表征滤饼过滤阻力大小的数值。可压缩滤饼和不可压缩滤饼是两种不同类型的滤饼。不可压缩滤饼的空隙结构因颗粒坚硬不会因受压而变形。可压缩滤饼在受压后会变形，导致滤饼的空隙率减小，使过滤阻力增大。重力收尘和旋风收尘是两种不同的除尘方法。重力收尘是通过气体进入降尘室后，因流通截面扩大而速度减慢，使尘粒在重力作用下以沉降速度垂直向下运动，从而分离出尘粒。旋风收尘是通过气流中分离颗粒。含尘气体从圆筒上侧的进气管以切线方向进入，按螺旋形路线相器底旋转，接近底部后转而向上，气流中所夹带的尘粒在随气流旋转的过程中逐渐趋向器壁，碰到而落下。沉降终速是指颗粒在重力作用下达到的最终速度。其计算公式与颗粒的密度、直径、流体密度和粘度有关。首先，颗粒在初始时，没有降落速度和阻力，因此会受到力的加速下降。随着降落速度的增加，阻力也会增加，直到与沉降作用力相等，颗粒受力达到平衡，加速度减小到零。此后，颗粒以等速下降，达到的最终速度称为沉降速度。对于直径为d的球形颗粒，其重力和浮力之差等于阻力。通过推导，可以得到颗粒的沉降速度公式为u=4d(ρ颗粒-ρ)g/3ρζπ，其中ρ颗粒为颗粒密度，ρ为流体密度，g为重力加速度，ζ为粘度，π为圆周率。在过滤中，有横穿洗涤和置换洗涤两种方法。横穿洗法是指洗涤液穿过滤饼的厚度是最终过滤时的两倍；置换洗法是指洗涤液的路线和最终过滤时滤液的路线相同。流态化是指固体颗粒通过与运动的流体接触而具有流体某些表观特性的过程。固体流态化是将固体颗粒放在容器内的多孔板上形成床层，通过流体自下而上通过床层，流速加大时，颗粒开始活动，床层膨胀，流速进一步加大后，颗粒彼此离开在流体中浮动，称为固体流态化。聚式流态化发生在气固系统中，颗粒聚结成团的运动被气泡推起或挤开。散式流态化发生在液固系统中，颗粒持续地增大其分散状态。起始流化速度是指固体颗粒刚刚能流化起来，床层开始流态化时的流体表观速度，是固定床与流化床的转折点。带出速度是指当某指定颗粒开始被带出时的流体表观速度，流化床的操作流速应大于起始流化速度，又要小于带出速度。离心分离和旋风分离的差别在于，离心分离是利用离心力将混合物中的不同成分分离出来，而旋风分离是利用旋风的力量将混合物中的颗粒分离出来。重力收尘和旋风收尘的工作条件也有所不同。重力收尘只要气体通过降尘室经历的时间大于或等于其中的尘粒沉降到室底所需的时间，尘粒便可分离出来。而旋风收尘则是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。3、重力沉降速度和离心沉降速度的区别和联系是什么？假设颗粒和流体介质相对运动是层流。初始时，颗粒的降落速度和阻力都为零。随着降落速度的增加，阻力也相应增加，直到与沉降作用力相等，颗粒达到平衡状态。此后，颗粒以等速下降，这个速度称为沉降速度。重力沉降速度和离心沉降速度的区别在于，重力沉降速度是由重力作用引起的，而离心沉降速度是由离心力作用引起的。4、聚式流态化的特点是，在流化床内，颗粒聚集成团，形成流态化床层。这种流态化床层具有高的气固流动性能和良好的传热传质性能。聚式流态化还可以提高反应器的效率和降低能源消耗。5、流化床的压力损失与气速之间存在什么关系？在流态化阶段，流体通过床层的压力损失等于流化床中全部颗粒的净重力。在固定床阶段，由于流体流速较低，颗粒处于层流状态，压力损失与表观速度成正比。从流化床恢复到固定床时，颗粒从逐渐减慢的上升气流中落下，形成的床层比随机装填的要疏松，导致压力损失也小一些。当流体流过器壁和分布板时，阻力损失随着气速的增加而增加，因此压力损失略微向上倾斜。当某些颗粒开始为上升气流所带走时，床内颗粒量减少，平衡颗粒重力所需的压力不断下降，直至颗粒全部被带走。6、数学模型法简化的原理是什么？在过滤过程中，由于通道形状不规则且相互交联，难以对流体流动规律进行理论分析。因此，可以将真实流动简化成一组长度均为Le的平行细管中的流动。同时，规定细管的内表面积之和等于滤饼内颗粒的全部表面积，细管的全部流动空间等于滤饼内的全部空隙体积。7、如何用因次分析法导出沉降速度中的阻力系数是雷诺数的函数？对于长度、质量、时间、速度、粘度和密度等物理量，分别进行因次分析，得出阻力系数和雷诺数的因次为Nθ2M-1L-1和LMN-1θ-2。因此，可以证明阻力系数是雷诺数的函数，即阻力系数等于雷诺数的函数。8、流态化的形成过程可以分为三个阶段：固定床阶段、流化床阶段和颗粒输送阶段。在固定床阶段，流体的速度比颗粒的沉降速度小；在流化床阶段，流体的速度与颗粒的沉降速度相等，颗粒悬浮于流体中，形成一个明显的上界面；在颗粒输送阶段，流体的速度比颗粒的沉降速度快。9、将STOCK'S区的沉降终速公式用雷诺数和阿基米德数表征，可以得到公式为u=d^2(ρs-ρ)g/18μ，其中u为沉降终速，d为颗粒直径，ρs为颗粒密度，ρ为液体密度，g为重力加速度，μ为液体粘度。10、悬浮液的沉聚过程可以通过间歇沉降实验来考查。在实验中，如果悬浮液中颗粒大小比较均匀，颗粒开始沉降后，沉降槽内会出现四个区域：清液区、等浓度区、变浓度区和沉聚区。随着沉降的进行，清液区和沉聚区逐渐扩大，等浓度区逐渐缩小直至消失。AC界面下降的速度变慢，然后AC间界面也消失，全部颗粒集中于D区。为了达到临界沉降点，沉降结果是沉渣被压紧。第四章搅拌中，搅拌操作可以分为液-液、气-液、固-液、气-液-固等情况。搅拌可以促进混合、传热、传质、化学反应等，是一种独立的流体力学范畴的单元操作，也是完成其他单元操作的必要手段。搅拌器功率和搅拌槽的设计是影响搅拌效果的重要因素，而叶轮的主要形式包括桨叶、离心叶和推进叶。第七章蒸发中，加热蒸汽和二次蒸汽是蒸发过程中所用的热源。单效蒸发和多效蒸发是根据二次蒸汽的利用情况来区分的。溶液的沸点升高与杜林规则有关，杜林规则是指某液体（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的比值为一常数。浓缩热和自蒸发（闪蒸）是蒸发过程中的重要概念。1、蒸发过程的特点是在间壁两侧分别有蒸汽冷凝和液体沸腾的传热过程。其中，沸点升高是蒸发的一个特点。2、蒸发器中的传热温差损失是指溶液的沸点与同压力下水的沸点之差。除此之外，液柱静压头的影响及流体流过加热管时的阻力损失，也会导致溶液沸点的进一步升高。3、气膜控制和液膜控制是传质中的两种情况，分别指传质阻力集中在气相和液相。4、吸收因数是操作线斜率L/G与平衡线斜率m之比，而脱吸因数是吸收因数的倒数。气液相平衡指溶质与溶剂接触、进行溶解的过程中，传质速率将逐渐减慢，最后降到零，溶液浓度达到最大限度，称为平衡溶解度，简称溶解度。5、物理吸收和化学吸收是吸收过程中溶质与溶剂发生显著化学反应与不发生显著化学反应的两种情况。吸收是利用不同的气体组分在液体溶剂中溶解度的差异，对其进行选择性溶解，从而将气体混合物各组分分离的传质过程的单元操作。解吸是指溶液中的某一组分的平衡蒸汽压大于混合气体中该组分的分压，这个组分便要从溶液中释放出来，即从液相转移到气相。6、单组分吸收和多组分吸收是指混合气体中只有一个组分被吸收和混合气体中有两个或多个组分进入液相的情况。等温吸收和非等温吸收则是指吸收过程中温度是否保持不变。扩散距离z和图等分子反向扩散是吸收过程中的基本理论。其中，扩散距离z指的是溶质在液相中的扩散距离，与传质速率成反比。图等分子反向扩散是指液相中的溶质分子与气相中的溶质分子在相界面上的反向扩散。三传的类比可以帮助我们更好地理解吸收过程中的传质速率。相平衡关系可以判断传质过程的方向和极限，而且，两相的浓度距离平衡愈远，则传质的推动力愈大，传质速率也愈大。在吸收过程中，降低操作温度可以使溶质在液相中的溶解度增加，有利于吸收；压力不太高时，使溶质在液相中的溶解度增加，也有利于吸收。溶质从气相向液相传递的传质过程包括溶质由气相主体向相界面传递、溶质在气液相界面上的溶解和溶质自气液相界面向液相主体传递三个步骤。不论溶质在气相或液相，它在单一相里的传递有两种基本形式，一是分子扩散，二是对流传质。气液相平衡与溶解度是吸收过程中的重要理论基础。需要通过实验测定。气液传质是许多化学过程中的关键环节，而双膜模型是传统的气液传质理论之一。该模型认为气液传质分为三个步骤：溶质从气相主体扩散到气液两相界面，穿过相界面，然后扩散到液相主体。该模型假设穿过相界面的传质推动力为零，或者气液已经达到平衡。然而，该模型存在局限性，例如仅在气、液之间的相对速率较小时才成立，相对速率增大时会产生漩涡-湍动，传质速率