化工原理谭天恩简答重点资料

均相物系：物系内部各处均匀且无相界面，包括溶液、气体混合物等。

非均相物系：物系内部有不同相界面且界面两侧的物料性质有差异。

包括：气固系统（空气中的尘埃）；液固系统（液体中的固体颗粒）；气液系统（气体中的液滴）；液液系统（乳浊液中的微滴）。

非均相物系分离的依据: 连续相与分散相具有不同的物理性质（如密度）。

非均相物系分离方法：机械分离方法——按两相运动方式的不同分为沉降和过滤。

非均相物系的分离目的：1、回收有用物质，如颗粒状催化剂的回收；2、净化气体，如除尘、废液、废气中有害物质的清除等。

沉降：在重力或离心力作用下，使悬浮在流体中的固体颗粒沿受力方向与流体发生相对运动，与流体分离的过程。

重力沉降：利用悬浮固体颗粒本身的重力完成分离的操作。

——分离较大的颗粒离心沉降：利用悬浮的固体颗粒的离心力作用而获得分离的操作。

——分离较小的颗粒沉降速度公式的应用条件：①球形颗粒；②自由沉降：颗粒沉降时彼此相距较远，颗粒间互不干扰；③忽略容器对颗粒的阻滞作用，前提： D/d＞100；④颗粒不能太小，颗粒不因受流体分子运动的影响而使沉降速度变小。

离心沉降原理重力沉降速度一般很小，故设备体积庞大。

离心沉降速度大，可分离较小的微粒，且设备的体积可缩小。

离心沉降分离设备：旋流(旋风或旋液)分离器和沉降离心机。

前者的特征:设备静止、流体旋转;后者:机器带动流体一起旋转。

旋风分离器结构和工作原理：含尘气体高速切向进入分离器，在外筒与排气管间呈螺旋形旋转向下，到锥底后以相同的旋向折转向上至上部排气管流出。

夹带的颗粒在螺旋流中均受离心力作用向器壁方向抛出，在重力作用下沿壁面下落到排灰口。

评价旋风分离器性能的主要指标：分离性能和气体的压力降旋风分离器的特点：流量大、压头低。

(1) 气体的膨胀或压缩引起的不可逆机械能损失；(2) 气流旋转引起的动能损失；(3) 摩擦阻力损失以及各个部位的局部阻力损失等。

阻力系数主要由旋风分离器的结构决定。

选择旋风分离器的型式的主要依据：生产能力、允许的压降、粉尘性质、要求的分离效率。

选型时，应在高效率与低压降之间作权衡：不同型号的旋风分离器压降还与其形状有关：短粗形的旋风分离器压降较小，处理量大，但分离效率低；长径比大且出入口截面小的细长形设备压降大，处理量小，但分离效率高。

过滤：在重力或压力作用下，利用多孔过滤介质，使液体通过而将固体颗粒截留，实现悬浮液的固-液分离。

原悬浮液——滤浆，通过过滤介质的液体——滤液,截留在过滤介质上的固体颗粒堆积层——滤渣或滤饼.：.过滤介质作用：滤液通过、截留颗粒，支撑滤饼。

特性：多孔、理化性质稳定、机械强度高、可反复使用。

可压缩滤饼：由非刚性颗粒形成的滤饼，在压力差作用下会变形，过滤压力提高时使过滤阻力明显增大。

不可压缩滤饼：由刚性颗粒形成的滤饼，在过滤过程中颗粒形状和颗粒间的空隙率保持不变。

过滤的操作方式过滤操作中的主要阶段，在过程中滤饼不断增厚、阻力不断上升，流体的通过能力则不断减小；洗涤：无论是以滤饼还是滤液为产品，都有必要在卸料之前用清液置换滤饼中存留的滤液并且洗涤滤饼；脱湿：以滤饼为产品时洗涤后还可用压缩空气进行脱湿；卸料：将滤饼从过滤介质上移去；清洗过滤介质：使被堵塞的网孔“再生”，以便重复使用。

过滤操作分为：间歇式：对以上各步骤分阶段操作；连续式：连续操作完成全部或其中部分阶段。

板框压滤机：通过直接给悬浮液加压，迫使其穿过过滤介质来实现过滤。

结构：由交替排列的滤板、滤框与板框间的滤布叠合组装压紧而成。

板框数由工艺要求在机座长度范围内灵活调节。

组装后，板框的四角位置形成连通的通道，由阀门控制悬浮液、滤液及洗液的进出。

过滤：悬浮液从通道进入滤框，滤液在压力下穿过滤框两边的滤布、沿滤布与滤板凹凸表面之间形成的沟道流下，既可单独由每块滤板上设置的出液旋塞排出，称为明流式；也可汇总后排出，称为暗流式。

洗涤：洗涤液由洗涤板上的通道进入其两侧与滤布形成的凹凸空间，穿过滤布、滤饼和滤框另一侧的滤布后排出。

洗涤液的行程（包括滤饼和滤布）约为过滤终了时滤液行程的2倍，而流通面积却为其1/2，故洗涤速率约为过滤终了速率的1/4。

每个操作循环由组装、过滤、洗涤、卸料、重整五个阶段。

优点：结构简单紧凑，过滤面积大，可承受的压力高。

缺点：间歇式操作，所费的装、折、清洗时间较长，劳动强度大，生产效率较低。

转筒真空过滤机结构与原理：转筒表面开孔，外面覆盖滤布，内部分隔成互不相通的若干扇形区，各区都有管道通至轴心，轴心处装分配头，分配头由转动盘与固定盘构成，转动盘小孔与转筒表面的一段相通，固定盘上开三个凹槽，分别与真空抽滤系统、洗水抽吸回收系统和压缩空气反吹系统相通。

转动过程借助分配头作用使各区与各系统连接和断开，每转一周，过滤表面任一部分都顺序完成过滤、洗涤、吸干、吹松、刮渣等阶段的连续操作。

过滤操作：转筒旋转一周，每一个扇形区依次完成真空过滤、洗涤、吸干滤饼和压缩空气吹松、刮刀卸料等全部操作。

转筒转速多在0.1～3 r/min，浸入悬浮液中的吸滤面积约占总表面的30～40%。

滤饼厚度范围大约3～40mm。

优点：连续进料，操作自动化，便于在转鼓表面预涂助滤剂后用于黏、细物料的过滤。

缺点：过滤推动力有限，滤饼含液量较大，常达30%。

传热的三种基本方式一、热传导：依靠物体中微观粒子的热运动，热量从物体内部高温部分传递到低温部分或者相互接触的物体之间由高温物体传递到低温物体的过程，如固体中的传热； 特点：单纯的热传导过程中，物体各部分之间不发生相对位移，即没有物质的宏观位移。

从微观角度来看，气体、液体、导电固体和非导电固体的导热机理各不相同： 气体：气体分子做不规则热运动时相互碰撞的结果导电固体：自由电子在晶格间的运动；良好的导电体中有相当多的自由电子在晶格之间运动，正如这些自由电子能传导电能一样，它们也能将热能从高温处传到低温处。

非导电固体：非导电体导热是通过晶格结构的振动来实现的液体：存在两种不同的观点，类似于气体和非导电固体。

二、对流：流体各部分质点发生相对位移而引起的热量传递过程，对流只能发生在流体中。

通常把传热固体表面与接触流体的传热也称为对流给热，简称给热。

自然对流：静止流体内部由于温度不同、密度不同，造成流体内部发生对流而传热。

强制对流：流体在外力的强制作用下运动而发生的对流。

三、辐射传热：以电磁波传递能量的现象。

物体会因各种原因发射出辐射能热辐射：物体因热的原因发出辐射能的过程，高温物体把热能转变成辐射能，以电磁波的形式进行传热现象。

任何物体能以电磁波的形式把热能辐射出来，也能把其他物体辐射的电磁波吸收并转变成热能。

特点：热辐射既是能量的转移，又伴有能量形式的转化。

此外，辐射能可以在真空中传播，不需要任何物质作媒介。

高温下，辐射传热是主要传热方式。

热传导一、温度场和等温面温度场：某一时刻，物体（或空间）各点的温度分布()θ,,,z y x f t =不稳定温度场：各点的温度随时间而改变的温度场。

稳定温度场：任一点的温度均不随时间而改变的温度场等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点组成的面。

不同温度的等温面不相交。

温度梯度：两等温面的温度差t 与其间的垂直距离n 之比，在n 趋于零时的极限（表示温度场内某一点沿等温面法线方向上的温度变化率）n t n t n ∂∂=∆∆→∆0lim温度梯度是向量，其方向垂直于等温面，温度增加方向为正傅立叶定律热传导速率（单位时间内传导的热量）与温度梯度及垂直于法向的导热面积成正比。

物理意义：温度梯度为1时，单位时间内通过单位传热面积的热通量；数值上等于单位温度梯度下的热通量，↑λ ，导热性能越好。

两流体通过间壁的传热直接混合式传热：冷热两种流体直接接触，在混合过程中进行热交换,如凉水塔。

间壁式换热：参与传热的两种流体在固体间壁的两侧，冷热流体在不直接接触的条件下通过固体间壁进行热量交换换热器换热过程：固体间壁的导热； 流体与壁面间的传热——对流给热。

流体在间壁两侧作湍流流动，近壁处分为: 层流底层、过渡层、湍流主体。

过渡区域：温度分布不像湍流主体那么均匀，也不像层流底层变化明显，传热以热传导和对流两种方式共同进行。

实质上对流传热是流体的对流与热传导共同作用的结果。

逆流和并流传热的平均温差的特点当传热量一定时，逆流操作所需的传热面积小于并流操作当加热任务一定时，采用逆流传热可最大限度地利用热能，加热剂的用量少 并流的优点：当工艺要求被加热流体不得高于某一温度，或被冷却的流体不得低于某一温度，采用并流较易控制。

错流和折流错流：两种流体的流向垂直交叉。

折流：一流体只沿一个方向流动，另一流体作双程流动流动；或者两流体都反复折回。

复杂流：几种流动型式的组合。

大容积自然对流：传热面放置在大空间内，四周没有阻碍自然对流的物体存在，如换热设备或管道的热表面向周围大气的散热、无搅拌时釜内液体的加热。

大容积自然对流的给热系数仅与 Gr 数和 Pr 数有关提高对流传热系数的途径δλα=增加湍动程度，提高传热系数1、提高壳程2、加强壳程的湍动程度，如加折流挡板或添加物有相变的传热过程蒸汽冷凝传热：膜状冷凝，滴状冷凝膜状冷凝：冷凝液体能润湿壁面，在壁面上形成一层完整的液膜。

特点：液膜成为壁面与蒸汽间传热的主要热阻。

冷凝液受重力沿壁流下，液膜越往下越厚，给热系数越小，如果壁面足够高，下部液膜中冷凝液会出现湍流流动，又使给热系数增加滴状冷凝：冷凝液不能完全润湿壁面，在壁面上形成小液滴，沿壁面落下时，使壁面重新暴露在蒸汽中。

特点：滴状冷凝时没有完整液膜，热阻很小，给热系数约为膜状冷凝的 5~10 倍甚至更高液体沸腾传热大容积沸腾：加热面浸在有自由表面的液体中所发生的沸腾，液体运动由自然对流和汽泡扰动引起。

管内沸腾：液体在管内流动过程中受热沸腾。

产生的汽泡不能自由上浮，而是被迫与液体一起流动，形成汽-液两相流动，沿途吸热，直至全部汽化大容积沸腾传热过程的机理沸腾机理：汽泡生成、长大、脱离并上升至液体表面。

汽泡生成的条件：液体过热；加热壁面上存在汽化核心。

汽化核心：加热面上若干粗糙不平处，由于表面张力较小或微量气体或蒸汽附着等原因，使新相容易生成，为气泡形成提供条件沸腾曲线：过热度t = tw- ts 增加，出现沸腾传热给热系数α与t 的变化关系辐射传热热辐射：物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射辐射传热：辐射传热是不同物体间相互辐射和吸收的综合结果热射线:可见光线和红外光线统称为热射线黑体(绝对黑体)：能全部吸收辐射能的物体，即A=1。

例如没有光泽的黑墨表面，吸收率A=0.96~0.98。

镜体(绝对白体)：能全部反射辐射能的物体，即R=1。

例如表面抛光的铜，反射率R=0.97。

透热体：能全部透过辐射能的物体，即D=1。