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第二章 化工基础第一节 化工生产基本概念2-1 物质的形态：物质有三种聚集状态：固态、液态和气态固态具有一定的形状和一定的体积，液体虽有一定的体积，但可以取任意的形状，气体可具有任意的形状和体积2-2 物质的性质：物质有固态、液态、气态三种聚集状态，一般物质都是受热时膨胀，冷却时收缩在同样条件下，气体膨胀量最大，液体次之，固体最小2-3 流体：液态和气态物质，无一定形状能自由流动，这类物质统称为流体2-4 粘度：衡量流体粘性大小的物质量2-5 压强的单位：N/m2或Pa,压力的实际数值称为绝对压力；从压力表上读得的压力值称为表压力（表压）；真空表上的读数是所测的压力的实际值比大气压低多少，也称为真空度压力表上所测得的压力并不是真实压力2-6 管路阻力包括：直管阻力、局部阻力2-7 流量： 单位时间内流过任一流通面积的流体单位 kg/h，m3/h，t/h 2-8 流速： 单位时间内流体在流动方向上流过的距离单位 m/s2-9 沸点：1个大气压下，液体沸腾时的温度2-10 露点：湿气体在湿含量不变的条件下，冷却到出现第一滴液滴时的温度2-11 空速：单位时间内通过单位催化剂体积的气体数称为空间速度，简称空速，单位 h-1或 s-1。

2-12 蒸馏：分离液体混合物典型单元操作此操作是将液体混合物部分气化，利用其中各组分挥发度不同的物性以实现分离的目的2-13 结晶：固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融物质中析出的过程2-14 蒸发：利用加热的方法使溶液中一部分溶剂气化并除去，以提高溶液中溶质的浓度或析出固体溶质的操作2-15 气化：物质由液相变成气相的过程称为气化过程2-16 冷凝：物质由气相变成液相的过程称为冷凝2-17 转化率：是指某一反应物转化的百分率或分率 某一反应物的转化量x ═ ——————————该反应物的起始量转化率是针对反应物而言的2-18 干燥：什么叫干燥？利用热量使物料中的水分或其它液体除去的操作称为干燥2-19 什么叫萃取？利用混合液中的各组分在溶剂中的溶解度不同，从而达到分离混合物的目的的一种操作，称为萃取2-20 保温：为减少设备、管道及其附件向周围环境散热，在其表面采取增设保温层的措施2-21 保温层的经济厚度：保温后的年散热损失费用和设备的年分摊费用之和为最小值时保温层的计算厚度2-22 任意状态下气体的密度公式：ρ T0 P——— ═ ——— ρ0 P0 Tρ、T、P：任意状态下的密度、温度、压强ρ0：标准状况下的密度（273 K、101.325 KPa，即标况下）T0 ：273 KPo ：101.325 kPa2-23 气体混合物密度公式ρ═ ρ1x1+ρ2x2+…＋ρnxnρ1 、ρ2 、ρ3 …ρn 混合气体中各组分的密度x1 、x2 、x3… xn混合气体中各组分的体积分数2-24 柏努利方程在液体输送过程中，进入系统的总机械能加外功等于离开系统的机械能加损失能量，即P1 U12 P2 U22Z1 + —— + —— + He ═ Z2 + —— + —— + ΣHn ρg 2 g ρg 2 g Z1 、Z2 两系统截面高度 mP1 、P2 两系统压强 PaU1 、U2 两系统流速 m/sρ 介质密度g 重力加速度He 系统吸入能量压力ΣHn 总能量损失2-25 柏努利方程的适用条件是什么？① 不可压缩流体 ② 恒温、连续、稳定流动2-26 化工生产的基本任务是什么？① 研究产品生产的基本过程和反应的原理；② 化工生产的工艺流程和最佳工艺条件；③ 生产运用的主要设备的构造、工作原理及强化生产的方法。

2-27 什么是化工单元操作？化工生产门类多，来源广泛，产品种类繁多，加工生产过程各不相同，人们在长期的生产实践中发现，在复杂多样的加工过程中，除化学反应外，其步骤可归纳为一些基本加工过程，如流体的输送与压缩、沉降、过滤、传热、蒸发、结晶、干燥、蒸馏、吸收、萃取、冷冻、粉碎等，这些基本的加工过程称为化工单元操作若干单元操作串联起来就构成了一个化工产品的生产过程，不同生产过程中的同一化工单元操作，它们所遵循的原理相同，所使用的设备相似但是，不同的产品生产过程具有其各自的独特条件和要求2-28 化工单元操作是如何分类的？按照各单元操作所遵循的基本规律的不同，可将十几种单元操作归纳为以下几个基本过程：流体动力学过程，热量传递过程，质量传递过程，热力学过程和机械过程2-29 什么是物料衡算？根据物质守恒定律，在一个稳定的生产过程中向系统或设备所投入的物料量必等于所得产品量及过程损失量之和即：W原 ══ W产＋W损W原：投入物料量W产：所得的产品量W损：损失物料量按照这一规律对总物料或其中某一组分进行的计算，称为物料衡算2-30 什么是热量衡算？根据能量守恒定律，对于一个稳定的生产过程，向系统和设备内输入的热量应等于输出的热量加上损失的热量，即：Q入 ══ Q出＋Q损Q入：输入的热量Q出：输出的热量Q损：损失的热量按这一规律对系统或设备热量进行的计算称为热量衡算。

2-31 什么叫过程的平衡关系？在化工生产过程中，固体的溶解、气体的吸收、溶液的蒸馏等操作过程都是在一定条件下由不平衡向平衡状态转化，以达到过程进行的最大限度过程的平衡是在一定的条件下建立的，当条件发生变化，则平衡就被破坏，在新的条件下建立新的平衡关系2-32 什么叫过程的速率？过程的速率是指单位时间里过程进行的变化量，它与过程的推动力成正比，与过程的阻力成反比第二节 传热2-33 什么叫热的传递？热的传递是由于系统内两部分之间的温度不同而引起的热量总是自动地从温度较高的物体传给温度较低的物体的过程2-34 传热有哪几种方式？传热的方式有：热传导、对流、辐射2-35 什么叫热传导？物体中温度较高的分子振动较剧烈，当与相邻的分子相碰撞时，将能量传给相邻的分子，反映在相邻部分温度升高，这样按顺序地将热量从高温向低温传递的方式，称为热传导，简称导热2-36 什么叫对流传热？对流传热：在流体中，由于流体质点的移动，将热能由一处传到另一处的传热叫对流传热，在对流传热中，亦伴随着流体质点间的热传导但其主要原因是由于流体质点位置的变化在化工生产中常遇到的对流传热，是将热能由流体传到固体壁面，或者是由固体壁面传入周围流体的过程。

2-37 什么叫辐射传热？辐射传热过程是物体以电磁波的形式向四周散发辐射能，辐射能遇到另一物体时，被部分或全部吸收，被吸收的辐射能重新变成热量，这一过程称为辐射传热，简称热辐射2-38 什么叫换热？冷热两流体间的传热称为换热换热中所用的设备统称为热交换器或换热器2-39 工业上的换热方式有哪几种？① 混合式：冷热两股流体直接接触，在混合过程中进行传热② 蓄热式：冷热两股流体交替着通过装有固体填充物的蓄热器，热流体通过时将蓄热器内的填充物加热，使其贮存热量；当冷流体通过时，填充物又把贮存的热量传给冷流体，从而实现热、冷两股流体的热量传热③ 间壁式：冷热两股流体被固体壁面隔开，互不混合，完成间壁换热的设备称为间壁式换热器2-40 传热基本方程是什么？Q ═ KA△tmQ 单位时间内的传热量，即传热速率单位WA 传热面积单位m2△tm 冷热流体温度差的平均值，当两端温度差△t1 /△t2＜2时，可取进出口温度差的算术平均值，即△t1 + △t2△tm ＝ —————2 当△t1 / △t2≥2时，则取进出口的对数平均值，即 △t1－△t2△tm ═ ———————△t1ln ———△t2K：比例系数，叫做传热系数，表示冷热流体之间温差为1 ℃时，在单位时间内通过单位传热面积所传递的热量。

单位是：W/m2K或W/（m2℃）由Q ＝ KAΔtm可以看出传热系数的意义：当冷热流体的平均温差为1 K，传热面积为1m2时，单位时间内热流体传给冷流体的热量显然，传热系数越大，单位时间内传递的热量越多，或在传热任务一定时，传热系数K越大，所需传热面积A越小，从而降低设备费用2-41 提高传热速率的途径有哪些？（1）增大传热面积A增大传热面积可以提高传热速率，但还意味着金属材料用量增加，设备投资费用增加，因此应从设备结构改造上着手，设法增加单位体积内的传热面积2）增大传热温度差冷热两种流体的进、出口温度一般由生产工艺所规定，不能随意变动，当两种流体的进、出口温度一定时，采用逆流操作可以得到较大的平均温度差，用水蒸汽作加热剂时，可增大蒸汽压力可以提高流体的温度，用水作冷却剂时，降低水温或增加水的流量，也可以增大传热温度差3）提高传热系数K强化传热最有效的途径是提高传热系数K值2-42 请写出传热系数K的表达式1K ═ ————————————— 1 δ 1 —— + —— + —— +ΣR垢α内 λ α外α内 壁内给热系数 W/m2.Kα外 壁外给热系数 W/m2.K λ 壁面导热系数 W/m.KR垢 热阻 m2. K/Wδ 导热面壁厚度 m 2-43 提高传热系数K的措施有哪些？① 减小热阻R垢，清除污垢，设法防止垢的形成，及时消除垢层和尽量使用不易成垢流体。

② 提高给热系数α内、α外③ 在相变的传热器中，尽快使冷凝液下流，使给热系数大大增加2-44 提高给热系数α内、α外的具体途径有哪些？① 增加流体的流速或改变流动方向，以增加流体的湍动程度，减少层流内层的厚度② 采用导热系数较大的流体做加热剂或冷却剂③ 尽量采用有物态变化的流体，可得到较高的对流传热系数应当指出，若α内、α外在数值上相差较大时，因为K值总是接近小a值，所以设法提高小的a值才会有效地提高K值2-45 常见的换热器有哪些？常见的换热器主要有：夹套式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、列管式换热器、板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器、翅片式换热器及空气冷却器2-46 换热器多采用逆流操作，有哪些优点？① 逆流传热平均推动力大② 所需要的传热面积小，节省材料③ 进出口温度差大，有利于换热2-47 请写出热负荷的三种计算方法①温差法：用于计算流体的显热变化，即换热流体仅有温度变化而无相变的情况，Q热 ═ G热 . C热（T1-T2）Q冷 ═ G冷 . C冷（t2-t1）Q热、Q冷：热、冷流体单位时间内放出和吸收的热量单位WT1、T2：热流体最初和最终的温度单位 K或℃t1、t2：冷流体最初和最终的温度。

单位 K或℃G热、G热：热冷流体的质量流量单位 kg/sG冷、C冷：热冷流体的比热单位 J/kg℃②潜热法：用于流体在换热过程仅有相变而无温变的情况Q热 ═ G热r热Q冷 ═ G冷r冷r冷、r热：冷、热流体的气化热，单位 J/kg。