化工基础知识培训1.表压的概念：表压力相对压力：如果绝对压力和大气压的差值是一个正值,那么这个正值就是表压力,即表压力=绝对压力-大气压>0；大气压是地球表面上的空气柱因重力而产生的压力;它和所处的海拔高度、纬度及气象状况有关；绝对压力是介质液体、气体或蒸汽所处空间的所有压力;绝对压力是相对零压力绝对真空而言的压力2.例：某管道绝对压力为,大气压力为100Kpa表压=真空度概念：若所测设备内的压强低于大气压强,其压力测量需要真空表;从真空表所读得的数值称真空度;真空度数值是表示出系统压强实际数值低于大气压强的数值；真空度=大气压强-绝对压强3.绝压的概念：绝对压力是介质液体、气体或蒸汽所处空间的所有压力;绝对压力是相对零压力而言的压力；绝对压力=大气压力+表压力4.压强的法定单位：在国际单位制中,压强的单位是Pa,简称帕,即／平方米;压强的常用单位有千帕、标准大气压、托、千克力／厘米2、毫米水银柱等等;之所以叫帕斯卡是为了纪念法国科学家帕斯卡5.压强单位之间的换算：6.过滤的概念：借助粒状材料或多孔介质截除水中悬浮固体的过程;过滤是指分离悬浮在气体或液体中的固体物质颗粒的一种单元操作,用一种多孔的材料过滤介质使悬浮液滤浆中的气体或液体通过滤液,截留下来的固体颗粒滤渣存留在过滤介质上形成滤饼;过滤操作广泛用于各种化工生产中,尤其是用于分离液体中的固体颗粒,也有用于分离气体的粉尘,如袋滤器;7.热量传递的基本公式：热传递的基本公式为：Φ=KA △TΦ:为热流量;WK:总导热系数;W/m2.℃A:传热面积;m2△T热流体与冷流体之间温度差;8.冷凝的概念：高温气体物质由于温度降低而凝结成为非气体状态通常是液体的过程.9.冷却的概念：使热物体的降低而不发生相变化的过程10.分子筛的概念：分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物,主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构,在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴;此外还含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水;由于水分子在加热后连续地失去,但晶体骨架结构不变,形成了许多大小相同的空腔,空腔又有许多直径相同的微孔相连,这些微小的孔穴直径大小均匀,能把比孔道直径小的分子吸附到孔穴的内部中来,而把比孔道大得分子排斥在外,因而能把形状直径大小不同的分子,极性程度不同的分子,沸点不同的分子,饱和程度不同的分子分离开来,即具有“筛分”分子的作用,故称为分子筛;目前分子筛在化工,电子,石油化工,天然气等工业中广泛使用;11.质量分数的概念：溶液中溶质的质量分数是溶质质量与溶液质量之比例：20g%的浓盐酸中含有氯化氢的质量是多少克；配制成%的稀盐酸,需要加水多少克;20g%=7.3g氯化氢的质量%-20g=80g需要加水质量12.气体摩尔分数的概念：摩尔分数是某气体的物质的量也就是摩尔数除以混合气体的总的物质的量也就是总摩尔数例：4mol的氧气和6mol的氮气的混合气体,那么氧气的摩尔分数为：4/4+6100%=40%13.液体摩尔比的概念：液体摩尔比是某种液体的量也就是摩尔数除以混合液体的总的物质的量也就是总摩尔数例：4mol的乙醇和6mol的水的混合液体,那么乙醇的摩尔分数为：4/4+6100%=40%14.泡点的概念：混合液加热,当温度升高到某一温度时,溶液开始沸腾,此时产生的第一个气泡,相应的温度成为泡点温度15.露点的感念露点的定义是：指空气中饱和水汽开始凝结结露的温度,在100%的相对湿度时,周围环境的温度就是露点温度;露点温度越小于周围环境的温度,结露的可能性就越小,也就意味着空气越干燥,露点不受温度影响,但受压力影响;把气体混合物在压力不变的条件下降温冷却,当冷却到某一温度时,产生的第一个微小的液滴,此温度叫做该混合物在指定压力下的露点温度,简称露点;处于露点温度下的气体称为饱和气体;实际上露点就是一个微水含量的指标,不过是用温度单位表示而已,也就是说很多时候我们所指的微水含量,实际就是指露点温度露点实际就是在压力条件等同的情况下空气干燥程度的一个表达方式,露点越低,空气就越干燥;但是在压力条件有影响的情况下则必须要考虑压力因素,这应该按照公式来计算了;16.沸点的概念沸点: 发生沸腾时的；即物质由液态转变为气态的温度;当液体沸腾时,在其内部所形成的气泡中的饱和蒸汽压必须与外界施予的压强相等,气泡才有可能长大并上升,所以,沸点也就是液体的饱和蒸汽压等于外界压强的温度;液体的沸点跟外部压强有关;当液体所受的压强增大时,它的沸点升高；压强减小时；沸点降低;例如,里的蒸汽压强,约有几十个大气压,锅炉里的水的沸点可在200℃以上;又如,在高山上煮饭,水易沸腾,但饭不易熟;这是由于大气压随地势的升高而降低,水的沸点也随高度的升高而逐浙下降;在海拔1900米处,大气压约为79800帕600毫米汞柱,水的沸点是93.5℃;在相同的大气压下,液体不同沸点亦不相同;这是因为饱和汽压和液体种类有关;在一定的温度下,各种液体的饱和汽压亦一定;例如,乙醚在20℃时饱和气压为帕44厘米汞柱低于大气压,温度稍有升高,使乙醚的饱和汽压与大气压强相等,将乙醚加热到35℃即可沸腾;液体中若含有杂质,则对液体的沸点亦有影响;液体中含有溶质后它的沸点要比纯净的液体高,这是由于存在溶质后,液体分子之间的引力增加了,液体不易汽化,饱和汽压也较小;要使饱和汽压与大气压相同,必须提高沸点;不同液体在同一外界压强下,沸点不同;17. 精馏概念见下文18. 精馏段概念见下文19. 提馏段概念见下文利用混合物中各组分挥发度的不同挥发能力的差异,通过液相和气相的回流,使气、液两相逆向多级接触,在热能驱动和相平衡关系的约束下,使得易挥发组分轻组分不断从液相往气相中转移,而难挥发组分却由气相向液相中迁移,使混合物得到不断分离,称该过程为精馏;该过程中,传热、,属传质过程控制;其精馏塔如图6.3.1所示;原料从塔中部适当位置进塔,将塔分为两段,上段为精馏段,不含进料,下段含进料板为提留段,冷凝器从塔顶提供液相回流,再沸器从塔底提供气相回流;是精馏重要特点;1．精馏分离的依据：与蒸馏分离依据一样,利用混合物中各组分挥发能力的差异;2．精馏原理：主要是通过多次部分汽化、部分冷凝的方法来分离液体混合物;3．精馏与蒸馏区别：主要在于回流,通过回流使混合物在塔内多次部分汽化和部分冷凝,实现高纯度分离;图6.3.1 连续精馏塔在,气相在上升的过程中,气相轻组分不断得到精制,在气相中不断地增浓,在塔顶获轻组分产品;在,其液相在下降的过程中,其轻组分不断地提馏出来,使重组分在液相中不断地被浓缩,在塔底获得重组分的产品,如图6.3.2所示;精馏过程与其他蒸馏过程最大的区别,是在塔两端同时提供纯度较高的液相和气相回流,为精馏过程提供了传质的必要条件;提供高纯度的回流,使在相同理论板的条件下,为精馏实现高纯度的分离时,始终能保证一定的传质推动力;所以,只要理论板足够多,回流足够大时,在塔顶可能得到高纯度的轻组分产品,而在塔底获得高纯度的重组分产品;20. 回流比的概念回流比：在精馏过程中,混合液加热后所产生的蒸汽由塔顶蒸出,进入塔顶冷凝器;蒸汽在此冷凝或部分冷凝成液体,将其一部分冷凝液返回塔顶沿塔板下流,这部分液体叫做回流液L；将另一部分冷凝液或未凝蒸汽D从塔顶采出,作为产品;回流比R就是回流液量与采出量的重量比,通常以通常以R来表示,即 R= L/D式中R-回流比L-单位时间内塔顶回流液体量,kg /小时;D-单位时间内塔顶采储量,kg /小时;最小回流比：在规定的分离精度要求下,即塔顶、塔釜采出的组成一定时,逐渐减少回流比,此时所谓的理论板数逐渐增加;当回流比减少到某一数值时,所需的理论板数增加至无数多,这个回流比的数值,成为完成该项预定分离任务的最小回流比;通常操作时的实际回流比取为最小回流比的1..1～倍最适宜回流比的确定：对固定分离要求的过程来说,当减少回流比时,运转费用主要表现在塔釜加热量和塔顶冷量将减少,所需塔板数将增加,塔的投资费用增大；反之,当增加回流比时,可减少塔板数,却增加了运转费用;因此,在设计时应选择一个最适宜的回流比,以使投资费用和经常运转的操作费用之和在特定的经济条件下最小,此时的回流比称之为最适宜回流比;最适宜回流比取为最小回流比的～2倍;21. 全回流操作在精馏操作中,把停止塔进料、塔釜出料和塔顶出料,将塔顶冷凝液全部作为回流液的操作,成为全回流;全回流操作,多半用在精馏塔的开车初期,或用在生产不正常时精馏塔的自生循环操作中;22. 灵敏板概念一个正常操作的精馏塔当受到某一外界因素的干扰如回流比、进料组成发生波动等,全塔各板的组成发生变动,全塔的温度分布也将发生相应的变化;因此,有可能用测量温度的方法预示塔内组成尤其是塔顶馏出液的变化;在一定总压下,塔顶温度是馏出液组成的直接反映;但在高纯度分离时,在塔顶或塔底相当高的一个塔段中温度变化极小,典型的温度分布曲线如图所示;这样,当塔顶温度有了可觉察的变化,馏出液组成的波动早已超出允许的范围;以乙苯-苯乙烯在8KPa下减压精馏为例,当塔顶馏出液中含乙苯由%降至90%时,泡点变化仅为0.7℃;可见高纯度分离时一般不能用测量塔顶温度的方法来控制馏出液的质量;仔细分析操作条件变动前后温度分别的变化,即可发现在精馏段或提馏段的某些塔板上,温度变化量最为显著;或者说,这些塔板的温度对外界干扰因素的反映最灵敏,故将这些塔板称之为灵敏板;将感温元件安置在灵敏板上可以较早觉察精馏操作所受到的干扰；而且灵敏板比较靠近进料口,可在塔顶馏出液组成尚未产生变化之前先感受到进料参数的变动并即使采取调节手段,以稳定馏出液的组成;23. 工业上常用的板式塔的类型板式精馏塔如下图所示;塔为一圆形筒体,塔内设多层塔板,塔板上设有气、液两相通道;塔板具有多种不同型式,分别称之为不同的板式塔,在生产中得到广泛的应用;工业上常用的板式塔的类型有：泡罩塔、浮阀塔、筛板塔等;板式塔塔板流体流向分布类型可分为U形流,单溢流,双溢流等泡罩塔:优点：操作稳定,升气管使泡罩塔板低气速下也不致产生严重的漏液现象,故弹性大;缺点：结构复杂,造价高,塔板压降大,生产强度低;浮阀塔:优点:结构简单、造价低,生产能力大,操作弹性大,塔板效率较高;缺点:处理易结焦、高粘度的物料时,阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象,使塔板效率和操作弹性下降;筛板塔:初期,对筛板塔性能缺乏了解,操作经验不足,则认为筛板塔盘易漏液、操作弹性小、易堵塞,使应用受到限制;后经研究和操作使用发现, 只有设计合理操作适当, 筛板塔仍可满足生产所需要弹性,而且效率较高; 若将筛孔增大,堵塞问题也可解决;目前,以发展为广泛应用的一种塔型;混合物的气、液两相在塔内逆向流动,气相从下至上流动,液相依靠重力自上向下流动,在塔板上接触进行传质;两相在塔内各板逐级接触中,使两相的组成发生阶跃式的变化,故称板式塔为逐级接触设备;板式塔24. 导热基本概念热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分或者传递到与之接触的温度较低的另一个物体的过程称为热传导,简称导热;在纯的导热过程中,物体各部分之间不发生相对位移;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有不同;气体的导热是气体分子作不规则热运动时相互碰撞的结果;气体分子的动能与其温度有关,即高温区的分子运动速度比低温区的大;能量水平较高的分子与能量较低的分子相互碰撞的结果,热量由高温处传到低温处;导电固体和非导电固体的导热机理也有所不同;良好的导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区传导到低温区;而在非导电固体,导热是通过晶格结构的振动即原子、分子在其平衡位置附近的振动来实现的;物体中温度较高部分的分子因振动而将其能量的一部分传给相邻的分子,一般通过晶格振动的能量要比依靠自由电子迁移传递的能量要少,这就是要好的导体一般也是良好的导热体的原因;至于液体的导热机理,有一种观点认为它定性的和气体类似,只是液体分子间的距离比较近,分子间的作用力对碰撞过程的影响比气体大得多,因而变得更为复杂些;单更多的研究者认为液体的导热机理类似于非导电体的固体,即主要靠原子、分子在其平衡位置的振动,只是振动的平衡位置间歇的发生移动;另外,不管是气体还是液体和固体之间的导热,都与物体的导热系数,导热系数表示物质的导热能力,是物质的物理性质之一,其数值长和物质的组成、结构、密度、压力和温度有关;金属是良好的导体,纯金属的导热系数一般随温度升高而降低,另外,金属的纯度对导热系数的影响很;非金属的建筑材料或绝缘材料的导热系数与其组成,结构的致密程度以及温度有关;通常导热系数随密度的增大或温度的升高而增加;非金属液体的导热系数以水最大;除水和甘油外,绝大数液体的导热系数随温度的升高而略有减小;一般来说纯液体的导热系数比其溶液的导热系数要大;气体的导热系数很小,不利于导热,但却对保温有利;如软木、玻璃棉等就是因其细小的空隙中有气体存在,其导热系数很小;气体的导热系数,随温度升高而加大;25. 对流基本概念对流是指物体各部分之间发生相对位移而引起的热量传输现象 .对流换热是指流体流过与其温度不同的物体表面时 , 流体与固体表面之间发生的热量交换过程其中对流分为：强制对流和自然对流;强制对流是指由于外力作用或其它压差作用而引起的流动 ;自然对流是指由于流体各部分温度不同 , 致使各部分密度不同引起的流动 .对流传热是一个复杂的过程,影响因素很多,其中主要与对流传热系数、总对流传热系数,流体的温差等有关;26. 辐射基本概念物体通过电磁波来传递能量的过程,称为辐射;物体可有不同原因发出辐射能,其中因热的原因而发出辐射能的过程称为热辐射 ;自然界中所有物体,都会不停地向四周发出辐射能,同时,有不断地吸收来自外界物体发出的辐射能;辐射和吸收两过程的结果,造成不同物体之间的辐射传热;当物体与周围温度相同时,辐射传热虽等于零,但辐射和吸收过程仍不停进行;27. 压缩比气体被压缩前的体积与压缩后体积的比值;28. 压缩过程的分类1等温压缩：气体被压缩时温度始终保持恒定2绝热压缩：气体在压缩时与周围环境没有任何热交换作用3多变压缩：压缩机实际工作过程介于上述两种极端情况之间,即实际压缩时气体温度有变化,且与外界有热交换发生,称为多变过程;29. 雷诺数流体的流动类型分为滞流和湍流,实验发现流体流速v,管径d,流体粘度μ和密度ρ都能引起流动状态的改变,通过进一步分析研究,可把这些因素组合成为dvρ/μ,把dvρ/μ称为雷诺准数或雷诺数,以Re表示,这样就可以用Re的数值来分析流动状态;实验证明,流体在直管内流动时,当Re小于2000时,流体流动类型属于滞流,当Re大于4000时,流体流动类型属于湍流,当Re大于2000而小于4000时,流体流动类型可能是滞流,也可能是湍流;在化工生产条件下,常将Re大于3000的情况按湍流考虑;30. 蒸发的基本概念使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸气,从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发;采用的设备称为蒸发器;31. 真空泵的概念从设备或系统中抽出气体使其中的绝对压强低于大气压,此时所用的输送设备称为真空泵;32. 真空泵的特点化工生产中常用的真空泵有水环真空泵和喷射泵;此类泵结构简单,紧凑,易于制造和维修,使用时间长,但是效率不高;33. 物料平衡概念物料平衡是指在一个生产单元或由几个单元构成的生产过程中,进入系统的物料质量与离开系统的物料质量加上在系统内积累的物料质量是相等的;表达物料进入系统,在系统内积累及离开系统的物料质量之间的动态关系叫做动态物料平衡;34. 能量平衡概念一切物质都具有能量,能量是物质固有的特性;通常,能量可分为两大类,一类是系统蓄积的能量,如动能、势能和热力学能,它们都是系统状态的函数;另一类是过程中系统和环境传递的能量,常见有功和热量,它们就不是状态函数,而与过程有关;热量是因为温度差别引起的能量传递,而做功是由势差引起的能量传递;因此,热和功是两种本质不同且与过程传递方式有关的能量形式;能量的形式不同,但是可以相互转化或传递,在转化或传递的过程中,能量的数量是守桓的,这就是热力学第一定律,即能量转化和守恒原理;体系在过程前后的能量变换ΔE应与体系在该过程中传递的热量Q与功W相等;ΔE=Q+W体系吸热为正值,放热为负值；体系得功为正值,对环境做功为负值;35. 粘度的概念度量流体粘性大小的物理量;又称粘性系数、动力粘度,记为μ;按国际单位制,粘度是流体的一种属性,不同流体的粘度数值不同;同种流体的粘度显著地与温度有关,而与压强几乎无关;气体的粘度随温度升高而增大,液体则减小;粘度的度量方法分为绝对粘度和相对粘度两大类;绝对粘度分为动力粘度和运动粘度两种；相对粘度有恩氏粘度、赛氏粘度和雷氏粘度等几种表示方法;36. 粘度的单位按国际单位制,粘度的单位为帕·秒;有时也用泊或厘泊1泊＝10-1帕·秒,1厘泊＝ 10-2泊;37. 稳定流动的概念在流动系统中,若各截面上流体的流速,压强,密度等有关物理量紧随位置而改变,不随时间而变,这种流动称为定态流动,即稳定流动;38. 非稳定流动的概念在流动系统中,若各截面上流体的流速,压强,密度等有关物理量既随位置而改变,又随时间而变,这种流动称为非定态流动,即非稳定流动;39. 体积流量及其表示方式体积流量是指单位时间内流过管道任一截面的体积,以V s 表示,其单位有m 3/h,m 3/s 等;40. 质量流量及其表示方式质量流量是指单位时间内流过管道任一截面的质量,以ωs 表示,其单位有kg/h,t/h,kg/s 等;41. 体积流量与质量流量的关系体积流量与质量流量的关系为ωs =V s ρ42. 什么叫流速及表示方式流速是指单位时间内流体在流动方向上所流过的距离,以u 表示,其单位为m/s;43. 质量流速及其表示方式质量流速是指单位时间内流体流过管道单位截面积的质量,也称质量通量,以G 表示,其表达式为ρωu A G s==G 的单位为kg/44. 流速与质量流速的关系 ρρωu A V A G s s=== 45. 密度的概念单位体积流体具有的质量称为流体密度,单位为kg/m3,g/cm3等,其表达式为Vm =ρ 46. 换热器的概念换热器是指两种不同温度的流体进行热量交换的设备;换热器的作用可以是以热量交换为目的;换热器按照换热介质不同可分为水-水换热器和汽-水换热器；按照工作原理不同可分为间壁式、直接接触式、蓄热式和热管式换热器；按照传热面形状和结构可分为管式、板式、翅片式等;47. 冷凝器的概念冷凝器是指使用冷却介质将热流体冷凝下来的换热设备;根据冷却介质种类的不同,可归纳为四大类：⑴冷却式：在这类冷凝器中,放出的热量被冷却水带走;冷却水可以是一次性使用,也可以循环使用;水冷却式冷凝器按其不同的结构型式又可分为立式壳管式、卧式壳管式和式等多种;⑵冷却式又叫风冷式：在这类冷凝器中,制冷剂放出的热量被空气带走;空气可以是自然对流,也可以利用风机作强制流动;这类冷凝器系用于氟利昂制冷装置在供水不便或困难的场所;⑶水—空气冷却式：在这类冷凝器中,制冷剂同时受到水和空气的冷却,但主要是依靠冷却水在传热管面上的蒸发,从制冷剂一侧吸取大量的热量作为水的汽化潜热,空气的作用主要是为加快水的蒸发而带走水蒸气;所以这类冷凝器的耗水量很少,对于空气干燥、水质、水温低而水量不充裕的地区乃是冷凝器的优选型式;这类冷凝器按其结构型式的不同又可分为蒸发式和淋激式两种;⑷蒸发—冷凝式：在这类冷凝器中系依靠另一个制冷系统中制冷剂的蒸发所产生的冷效应去冷却传热间壁另一侧的制冷剂蒸汽,促使后者凝结液化;48. 稳定传热的概念当传热系统中各点的温度仅随位置变化而不随时间变化,这种传热过程称为稳定传热,其特点是通过某传热表面的传热速率为常量;49. 稳定传热过程中逆流传热的概念在稳定传热过程中,若两流体以相反的方向流动,称为逆流传热;其传热的平均温度差为热流体G 1,c p1,T 1冷流体 G 2,c p2 t 1t 2。
