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1、化工原理重要概念第一章 流体流动质点 含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却 要大得多。连续性假定假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空 间的连续介质。拉格朗日法选定一个流体质点 , 对其跟踪观察，描述其运动参数 ( 如位移、 速度等 ) 与时间的关系。欧拉法 在固定空间位置上观察流体质点的运动情况，如空间各点的速度、 压强、 密度等，即直接描述各有关运动参数在空间各点的分布情况和随时间的变化。轨线与流线轨线是同一流体质点在不同时间的位置连线，是拉格朗日法考察的 结果。流线是同一瞬间不同质点在速度方向上的连线，是欧拉法考察的结果。系统与控制体系统是
2、采用拉格朗日法考察流体的。控制体是采用欧拉法考察流 体的。理想流体与实际流体的区别理想流体粘度为零，而实际流体粘度不为零。粘性的物理本质分子间的引力和分子的热运动。通常液体的粘度随温度增加而 减小，因为液体分子间距离较小， 以分子间的引力为主。 气体的粘度随温度上升 而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主。总势能 流体的压强能与位能之和。可压缩流体与不可压缩流体的区别流体的密度是否与压强有关。有关的称为可 压缩流体，无关的称为不可压缩流体。伯努利方程的物理意义流体流动中的位能、压强能、动能之和保持不变。平均流速流体的平均流速是以体积流量相同为原则的。动能校正因子实际动能之平均值与平
3、均速度之动能的比值。均匀分布同一横截面上流体速度相同。均匀流段各流线都是平行的直线并与截面垂直 , 在定态流动条件下该截面上 的流体没有加速度 , 故沿该截面势能分布应服从静力学原理。层流与湍流的本质区别是否存在流体速度 u 、压强 p 的脉动性，即是否存在 流体质点的脉动性。第二章 流体输送机械管路特性方程管路对能量的需求，管路所需压头随流量的增加而增加。输送机械的压头或扬程流体输送机械向单位重量流体所提供的能量 (J/N) 。离心泵主要构件叶轮和蜗壳。离心泵理论压头的影响因素离心泵的压头与流量，转速，叶片形状及直径大小 有关。叶片后弯原因使泵的效率高。气缚现象因泵内流体密度小而产生的压差小
4、，无法吸上液体的现象。离心泵特性曲线离心泵的特性曲线指 H q V ， q V ， P q V 。离心泵工作点管路特性方程和泵的特性方程的交点。离心泵的调节手段调节出口阀，改变泵的转速。汽蚀现象液体在泵的最低压强处 ( 叶轮入口 ) 汽化形成气泡，又在叶轮中因 压强升高而溃灭，造成液体对泵设备的冲击，引起振动和侵蚀的现象。必需汽蚀余量 (NPSH)r 泵入口处液体具有的动能和压强能之和必须超过饱和蒸 汽压强能多少离心泵的选型 ( 类型、型号 ) 根据泵的工作条件，确定泵的类型；根据管 路所需的流量、压头，确定泵的型号。正位移特性流量由泵决定，与管路特性无关。往复泵的调节手段旁路阀、改变泵的转速
5、、冲程。离心泵与往复泵的比较 ( 流量、压头 ) 前者流量均匀， 随管路特性而变， 后者 流量不均匀，不随管路特性而变。前者不易达到高压头，后者可达高压头。前者 流量调节用泵出口阀，无自吸作用，启动时关出口阀；后者流量调节用旁路阀， 有自吸作用，启动时开足管路阀门。通风机的全压、动风压通风机给每立方米气体加入的能量为全压 (Pa=J/m 3 ) ， 其中动能部分为动风压。真空泵的主要性能参数 极限真空； 抽气速率。第三章 液体的搅拌 搅拌目的均相液体的混合，多相物体 ( 液液，气液，液固 ) 的分散和接触， 强化传热。搅拌器按工作原理分类搅拌器按工作原理可分为旋桨式，涡轮式两大类。旋桨 式大流
6、量，低压头；涡轮式小流量，高压头。混合效果搅拌器的混合效果可以用调匀度、分隔尺度来度量。宏观混合总体流动是大尺度的宏观混合；强烈的湍动或强剪切力场是小尺度的 宏观混合。微观混合只有分子扩散才能达到微观混合。总体流动和强剪切力场虽然本身不 是微观混合，但是可以促进微观混合，缩短分子扩散的时间。搅拌器的两个功能产生总体流动；同时形成湍动或强剪切力场。改善搅拌效果的工程措施改善搅拌效果可采取增加搅拌转速、加挡板、偏心安 装搅拌器、装导流筒等措施。第四章 流体通过颗粒层的流动 非球形颗粒的当量直径球形颗粒与实际非球形颗粒在某一方面相等，该球形的 直径为非球形颗粒的当量直径，如体积当量直径、 面积当量直
7、径、 比表面积当量 直径等。形状系数等体积 球形的表面积与非球形颗粒的表面积之比。分布函数小于某一直径的颗粒占总量的分率。频率函数某一粒径范围内的颗粒占总量的分率与粒径范围之比。颗粒群平均直径的基准颗粒群的平均直径以比表面积相等为基准 。 因为颗粒 层内流体为爬流流动，流动阻力主要与颗粒表面积的大小有关。床层比表面单位床层体积内的颗粒表面积。床层空隙率单位床层体积内的空隙体积。数学模型法的主要步骤数学模型法的主要步骤有简化物理模型建立数学 模型模型检验，实验确定模型参数。架桥现象尽管颗粒比网孔小，因相互拥挤而通不过网孔的现象。过滤常数及影响因素过滤常数是指 K 、 qe 。 K 与压差、悬浮液
8、浓度、滤饼 比阻、滤液粘度有关； qe 与过滤介质阻力有关。它们在恒压下才为常数。过滤机的生产能力滤液量与总时间 ( 过滤时间和辅助时间 ) 之比。最优过滤时间使生产能力达到最大的过滤时间。加快过滤速率的途径改变滤饼结构；改变颗粒聚集状态；动态过滤。 第五章 颗粒的沉降和流态化 曳力 ( 表面曳力、形体曳力 ) 曳力是流体对固体的作用力， 而阻力是固体壁对 流体的力，两者为作用力与反作用力的关系。表面曳力由作用在颗粒表面上的剪 切力引起，形体曳力由作用在颗粒表面上的压强力扣除浮力的部分引起。( 自由 ) 沉降速度颗粒自由沉降过程中 , 曳力、重力、浮力三者达到平衡时 的相对运动速度。离心分离因
9、数离心力与重力之比。旋风分离器主要评价指标分离效率、压降。总效率 进入分离器后，除去的颗粒所占比例。粒级效率某一直径的颗粒的去除效率。分割直径粒级效率为 50% 的颗粒直径。流化床的特点混合均匀、传热传质快；压降恒定、与气速无关。两种流化现象散式流化和聚式流化。聚式流化的两种极端情况腾涌和沟流。起始流化速度随着操作气速逐渐增大，颗粒床层从固定床向流化床转变的空床 速度。带出速度随着操作气速逐渐增大，流化床内颗粒全被带出的空床速度。气力输送利用气体在管内的流动来输送粉粒状固体的方法。第六章 传热传热过程的三种基本方式直接接触式、间壁式、蓄热式。载热体 为将冷工艺物料加热或热工艺物料冷却，必须用另
10、一种流体供给或取走 热量，此流体称为载热体。用于加热的称为加热剂；用于冷却的称为冷却剂。三种传热机理的物理本质传导的物理本质是分子热运动、分子碰撞及自由电子 迁移；对流的物理本质是流动流体载热；热辐射的物理本质是电磁波。间壁换热传热过程的三个步骤热量从热流体对流至壁面，经壁内热传导至另一 侧，由壁面对流至冷流体。导热系数物质的导热系数与物质的种类、物态、温度、压力有关。热阻 将传热速率表达成温差推动力除以阻力的形式，该阻力即为热阻。推动力 高温物体向低温传热，两者的温度差就是推动力。流动对传热的贡献流动流体载热。强制对流传热在人为造成强制流动条件下的对流传热。自然对流传热因温差引起密度差，造成
11、宏观流动条件下的对流传热。自然对流 传热时，加热、冷却面的位置应该是加热面在下，制冷面在上，这样有利于形成 充分的对流流动。努塞尔数、普朗特数的物理意义努塞尔数的物理意义是对流传热速率与导热传 热速率之比。普朗特数的物理意义是动量扩散系数与热量扩散系数之比，在 关联式中表示了物性对传热的贡献。 关联式的定性尺寸、定性温度用于确定关联式中的雷诺数等准数的长度变 量、物性数据的温度。比如，圆管内的强制对流传热，定性尺寸为管径 d 、定 性温度为进出口平均温度。大容积自然对流的自动模化区自然对流 与高度 l 无关的区域。液体沸腾的两个必要条件过热度 tw-ts 、汽化核心。核状沸腾汽泡依次产生和脱离
12、加热面，对液体剧烈搅动，使 随 t 急剧上 升。第七章 蒸发蒸发操作及其目的蒸发过程的特点二次蒸汽溶液沸点升高疏水器气液两相流的环状流动区域加热蒸汽的经济性蒸发器的生产强度提高生产强度的途径提高液体循环速度的意义节能措施杜林法则多效蒸发的效数在技术经济上的限制第八章 气体吸收吸收的目的和基本依据吸收的目的是分离气体混合物，吸收的基本依据是混合 物中各组份在溶剂中的溶解度不同。主要操作费溶剂再生费用，溶剂损失费用。解吸方法升温、减压、吹气。选择吸收溶剂的主要依据溶解度大，选择性高，再生方便，蒸汽压低损失小。相平衡常数及影响因素m 、 E 、 H 均随温度上升而增大， E 、 H 与总压无 关，
13、m 反比于总压。漂流因子P/P Bm 表示了主体流动对传质的贡献。( 气、液 ) 扩散系数的影响因素气体扩散系数与温度、 压力有关； 液体扩散系 数与温度、粘度有关。传质机理分子扩散、对流传质。气液相际物质传递步骤气相对流，相界面溶解，液相对流。有效膜理论与溶质渗透理论的结果差别有效膜理论获得的结果为k D ，溶 质渗透理论考虑到微元传质的非定态性，获得的结果为k D 0.5 。传质速率方程式传质速率为浓度差推动力与传质系数的乘积。因工程上浓度有 多种表达， 推动力也就有多种形式， 传质系数也有多种形式， 使用时注意一一对 应。传质阻力控制传质总阻力可分为两部分， 气相阻力和液相阻力。 当 m
14、kykx 时，为液相阻力控制。低浓度气体吸收特点 G 、 L 为常量， 等温过程， 传质系数沿塔高 不变。建立操作线方程的依据塔段的物料衡算。返混 少量流体自身由下游返回至上游的现象。最小液气比完成指定分离任务所需塔高为无穷大时的液气比。NOG 的计算方法对数平均推动力法，吸收因数法，数值积分法。第九章 液体精馏蒸馏的目的及基本依据蒸馏的目的是分离液体混合物， 它的基本依据 ( 原理 ) 是液体中各组分挥发度的不同。主要操作费用塔釜的加热和塔顶的冷却。双组份汽液平衡自由度自由度为 2(P 一定， t x 或 y ； t 一定， P x 或 y) ； P 一定后，自由度为 1 。泡点 泡点指液相
15、混合物加热至出现第一个汽泡时的温度。露点 露点指气相混合物冷却至出现第一个液滴时的温度。非理想物系汽液相平衡关系偏离拉乌尔定律的成为非理想物系。总压对相对挥发度的影响压力降低，相对挥发度增加。平衡蒸馏连续过程且一级平衡。简单蒸馏间歇 过程且瞬时一级平衡。连续精馏连续过程且多级平衡。间歇精馏时变过程且多级平衡。特殊精馏恒沸精馏、萃取精馏等加第三组分改变。实现精馏的必要条件回流液的逐板下降和蒸汽逐板上升，实现汽液传质、高度 分离。理论板 离开该板的汽液两相达到相平衡的理想化塔板。板效率 经过一块塔板之后的实际增浓与理想增浓之比。恒摩尔流假设及主要条件在没有加料、出料的情况下，塔段内的汽相或液相摩
16、尔流率各自不变。组分摩尔汽化热相近，热损失不计，显热差不计。加料热状态参数 q 值的含义及取值范围一摩尔加料加热至饱和汽体所需热量 与摩尔汽化潜热之比，表明加料热状态。取值范围： q1 冷液。建立操作线的依据塔段物料衡算。第十章 气液传质设备板式塔的设计意图气液两相在塔板上充分接触，总体上气液逆流，提供最 大推动力。对传质过程最有利的理想流动条件总体两相逆流，每块板上均匀错流。三种气液接触状态鼓泡状态：气量低，气泡数量少，液层清晰。泡沫状态：气 量较大，液体大部分以液膜形式存在于气泡之间，但仍为连续相。喷射状态：气 量很大，液体以液滴形式存在，气相为连续相。转相点 由泡沫状态转为喷射状态的临界点。板式塔内主要的非理想流动液沫夹带、气泡夹带、气体的不均匀流动、液体的 不均匀流动。板式塔的不正常操作现象夹带液泛、溢流液泛、漏液。筛板塔负荷性能图将筛板塔的可操作范围在汽、液流量图上表示出来。湿板效率考虑了液沫夹带影响的塔板效率。全塔效率全塔的理论
