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1、化工原理知识 绪论 1、 单元操作：（Unit Operations）： 用来为化学反应过程创造适宜的条件或将反应物分离制成纯净品，在化工生产中共有的 过程称为单元操作（12）。 单元操作特点： 所有的单元操作都是物理性操作，不改变化学性质。单元操作是化工生产过程中共 有的操作。单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用设备也是通用的。 单元操作理论基础：（11、12） 质量守恒定律：输入=输出+积存 能量守恒定律：对于稳定的过，程输入=输出 动量守恒定律：动量的输入=动量的输出+动量的积存 2、研究方法： 实验研究方法（经验法）：用量纲分析和相似论为指导，依靠实验来确定过程变量之间的
2、 关系，通常用无量纲数群(或称准数)构成的关系来表达。 数学模型法（半经验半理论方法）：通过分析，在抓住过程本质的前提下，对过程做出合 理的简化，得出能基本反映过程机理的物理模型。（04） 3、因次分析法与数学模型法的区别：（08B）,数学模型法（半经验半理论） 因次论指导下的实验研究法,实验：寻找函数形式，决定参数,1,2,第二章：流体输送机械 一、概念题 1、离心泵的压头（或扬程）： 离心泵的压头（或扬程）：泵向单位重量的液体提供的机械能。以 H 表示，单位为m。 2、离心泵的理论压头： 理论压头：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
3、的理想流体，泵在这种理想状态下产生的压头称为理论压头。 实际压头：离心泵的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，它主要包括：1）叶片间的环流，2）流体的阻力损失，3）冲击损失。 3、气缚现象及其防止： 气缚现象：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，这是因为气体的密度比液体的密度小的多，随叶轮旋转产生的离心力不足以造成吸 上液体所需要的真空度。像这种泵壳内因为存在气体而导致吸不上液的现象称为气缚。 防止：在吸入管底部装上止逆阀，使启动前泵内充满液体。 4、轴功率、有效功率、效率 有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率
4、，用 Ne 表示。 Ne QHg 效率： N Ne / 轴功率：电机输入离心泵的功率,用 N 表示，单位为 J/S,W 或 kW。 N QHg / 二、简述题 1、离心泵的工作点的确定及流量调节 工作点：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。 流量调节： 改变出口阀开度改变管路特性曲线； 改变泵的转速改变泵的特性曲线。 2、离心泵的工作原理、过程： 开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。 开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在此作用下，从叶轮中心被抛向,3,叶轮外周，压力增高，并以很高
5、的速度（15-25 m/s）流入泵壳。在蜗形泵壳中由于流道 的不断扩大，液体的流速减慢，使大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强 从排出口流入排出管道。 泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压强（大气压）与泵内压力（负 压）的压差作用下，液体便经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。 3、离心泵的汽蚀现象、以及安装高度的确定方法、及其防止办法： 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，又因压力迅速加大而积聚冷凝。使液体以很大速度从周围
6、 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”； 安装高度的确定方法：泵的允许安装高度受最小汽蚀余量或允许吸上真空度的限制， 以免发生汽蚀现象（例如：管路压头减去汽蚀余量等于允许安装高度）。 防止方法（预防措施）：离心泵的安装高度只要低于允许安装高度，就不会发生汽蚀。 离心泵入口处压力不能过低，而应有一最低允许值允许汽蚀余量。 第三章：机械分离与固体流态化 一、概念题 1、均相混合物与非均相混合物 均相混合物：物系内部各处物料性质均匀而且不存在相界面的混合物。例如：互溶溶液 及混合气体。 非均相混合物：物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧的物料性质截然不同混合物。 2
7、、表征颗粒的基本概念 球形度： 目的涵义： 3、自由沉降和干扰沉降 自由沉降：单个颗粒在无限大流体中的降落过程，颗粒彼此相距很远，不产生干扰的沉 降称为自由沉降； 干扰沉降：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它 颗粒的影响，这种沉降称为干扰沉降 4、过滤、过滤介质、助滤剂：,旋风收尘：（旋风除尘器）从气流中分离颗粒。含尘气体从圆筒上侧的进气管以切线方向 4,过滤：利用多孔介质使液体通过而截留固体颗粒，使悬浮液中固液分离的过程。 过滤介质：多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。 过滤介质特点： 助滤剂：是颗粒细小、粒度分布范围较窄、坚硬而悬浮性好的颗粒状或纤
8、维固体，如硅 藻土、纤维粉末、活性炭、石棉。、 5、深层过滤与滤饼过滤 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。 滤饼过滤：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
9、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。 5、过滤常数、比阻：,压缩性指数 s：压缩指数 0s1（可压缩滤饼）s=0（不可压缩滤饼）,过滤常数K：与滤饼性质（s、a）、滤浆性质（c、）、推动力（p）有关； 比阻 ：表征滤饼过滤阻力大小的数值， 6、可压缩滤饼与不可压缩滤饼 不可压缩滤饼：某些悬浮液所形成的滤饼，其空隙结构因颗粒坚硬不会因受压而变形， 这种滤饼成为不可压缩的。 可压缩滤饼：若滤饼受压后变形，致使滤饼的空隙率减小，使过滤阻力增大，这种滤饼 称为可压缩的。 7、重力收尘与旋风收尘 重力收尘：气体进入降尘室后，因流通截面扩大而速度减慢
10、。尘粒一方面随气流沿水平 方向运动，其速度与气流速度 u 相同。另一方面在重力作用下以沉降速度 u0 垂直向下运 动。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。,K p1 s,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。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。 8、沉降终速及其计算公式 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
11、 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,推导得：,9、横穿洗涤与置换洗涤： 横穿洗法：洗涤液所穿过的滤饼厚度 2 倍于最终过滤时滤饼通过的厚度； 置换洗法：洗涤液所走的路线与最终过滤是滤液的路线一样。 10、流态化、固体流态化、聚式流态化、散式流态化 流态化：一种使固体颗粒层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：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而在流体中浮动，流速愈大，浮动愈
12、剧，床层愈高，称这种 情况为固体流态化； 聚式流态化：发生在气固系统。床层内的颗粒很少分散开来各自运动，而多是聚结成团 的运动，成团地被气泡推起或挤开。这种形式的流态化称为聚式； 散式流态化：发生在液固系统。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过程中，床层颗粒的扰动程度是平缓地加大的。颗粒持续地 增大其分散状态，这种形式的流态化称为散式。 11、起始（最小、临界）流态化速度、颗粒带出速度 起始流化速度：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称为起始 流化速度，是固定床与流化床的转折点； 带出速度（夹带速度）：当某指定颗粒开始被带出时的流体表
13、观速度称为带出速度； 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。,42,6,6,u2,d2,g ,颗粒,颗粒,()d 3 g - ()d 3 ,3,二、简述题,5,4d (, )g,u ,颗粒,6,1、简述离心分离与旋风分离的差别 2、重力收尘与旋风收尘的工作条件 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。 旋风收尘：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、简述重力沉降速度与离心沉降速度区别和联系(设颗粒与流体介质相对运动属于层流) 初始时，颗粒的降落速度和所受阻力都为零，颗粒因受力
14、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。,重力沉降速度：,离心力沉降速度：,4、聚式流态化的特点、腾涌、沟流 5、画图并说明流化床的压力损失与气速的关系,r,18,d 2 ( ) u 2,u 颗粒t,18,d 2 ( )g,u ,颗粒,固定床,流化床,带出开始,C,A,D,A,起始流化速度,带出速度,logu,流化床压力损失与气速关系,logpf,B,P,1,2,3,4 u 流化床压降与流速的关系图,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。 AB 段
15、为固定床阶段，由于流体在此阶段流速较低，颗粒较细时常处于层流状态，压力损 失逾表观速度的一次放成正比，因此该段为斜率为 1 的直线。 AB段表示从流化床恢复到固定床时的压力损失变化关系；由于颗粒从逐渐减慢的上 升气流中落下所形成的床层比随机装填的要疏松一些，导致压力损失也小一些， BC 段略向上倾斜是由于流体流过器壁及分布板时的阻力损失随气速增大而造成的。 CD 段向下倾斜，表示此时由于某些颗粒开始为上升气流所带走，床内颗粒量减少，平衡 颗粒重力所需的压力自然不断下降，直至颗粒全部被带走。 、固定床；-流化床；-夹带开始 - 沟 5,流现象；-节涌（腾涌）现象,6、举例说明数学模型法简化与等效
16、的原理 过滤时，滤液在滤饼与过滤介质的微小通道中流动，由于通道形状很不规则且相互交联， 难以对流体流动规律进行理论分析，故常将真实流动简化成长度均为 Le 的一组平行细管 中的流动，并规定： 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、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相关各物理量的因次 d L ； g NM 1 ； u L 1 ； NL2 ； ML3 分别对阻力系数和雷诺数进行因次分析：,1 2,e,e, f (R ),；。由此证明了用滤饼过滤过程说明数学, N 2 M 1 L1R LMN 模型法的原理。,8、流态化的形成
