化工原理知识点总结整理

1、化工原理知识点总结整理一、流体力学及其输送1、单元操作：物理化学变化的单个操作过程，如过滤、蒸 馆、萃取。2、四个基本概念：物料衡算、能量衡算、平衡关系、过程速 率。3、牛顿粘性定律：F= A=Adudy, （F：剪应力；:面 积； :粘度；du/dy：速度梯度）。4、两种流动形态：层流和湍流。流动形态的判据雷诺数 Re=du P / ;层流过渡湍流。当流体层流时，其平均速度是最大 流速的l2o5、连续性方程：AIUI=A2u2；伯努力方程:gz+pP ÷l2u2=Co6、流体阻力二沿程阻力+局部阻力；范宁公式：沿程压降： pf=lp22d,沿程阻力：IIf 二 Apf/pg 二入

2、1 u22dg（ ：摩 擦系数）；层流时=64Re,湍流时=F（Re, d） , （ :管壁 粗糙度）；局部阻力hf= u22g, （:局部阻力系数，情况不同 计算方法不同）7、流量计：变压头流量计（测速管、孔板流量计、文丘里流 量计）；变截面流量计。孔板流量计的特点；结构简单，制造容 易，安装方便，得到广泛的使用。其不足之处在于局部阻力较 大，孔口边缘容易被流体腐蚀或磨损，因此要定期进行校正，同 时流量较小时难以测定。转子流量计的特点恒压差、变截面。8、离心泵主要参数：流量、压头、效率（容积效率hx考虑 流量泄漏所造成的能量损失；水力效率hH：考虑流动阻力所造成 的能量损失；机械效率h考虑轴

3、承、密封填料和轮盘的摩擦损 失。）、轴功率；工作点（提供与所需水头一致）；安装高度（气蚀 现象，气蚀余量）；泵的型号（泵口直径和扬程）；气体输送机械： 通风机、鼓风机、压缩机、真空泵。9、常温下水的密度IOOOkgm3,标准状态下空气密度1、29 kgm31atm =Pa=IOk 3kPa=0. 1013MPa=10、33mH20=760mmHg （1）被测流体的压力 > 大气压 表压= 绝压一大气压（2）被测流体的压力 < 大气压真空度二大气压 绝压二一表压10、管路总阻力损失的计算11、离心泵的构件：叶轮、泵壳（蜗壳形）和轴封装置离心 泵的叶轮闭式效率最高，适用于输送洁净的液体

4、。半闭式和开式 效率较低，常用于输送浆料或悬浮液。气缚现象：贮槽内的液体 没有吸入泵内。汽蚀现象：泵的安装位置太高，叶轮中各处压强 高于被输送液体的饱和蒸汽压。原因（安装高度太高被输送 流体的温度太高，液体蒸汽压过高；吸入管路阻力或压头损失 太高）各种泵：耐腐蚀泵：输送酸、碱及浓氨水等腐蚀性液体12、往复泵的流量调节V (1)正位移泵V流量只与泵的几 何尺寸和转速有关，与管路特性无关，压头与流量无关，受管路 的承压能力所限制，这种特性称为正位移性，这种泵称为正位移 泵。V往复泵是正位移泵之一。正位移泵不能采用出口阀门来调 节流量，否则流量急剧上升，导致示损坏。V (2)往复泵的流量 调节V第一

5、，旁路调节，如图2-28所示，采用旁路阀调节主管流 量，但泵的流量是不变的。第二，改变曲柄转速和活塞行程。使 用变速电机或变速装置改变曲柄转速，达到调节流量，使用蒸汽 机则更为方便。改变活塞行程则不方便。13、流体输送机械分类14、离心泵特性曲线：OqVqVHHI管路heqv图2-10离心 泵的工作点泵IIqv泵qvA15、流体输送机械特点：速度式流体输送机器的特点(1)由于速度式流体输送机械的转动惯量小，摩擦损失小，适合高 速旋转，所以速度式流体输送机械转速高、流量大、功率大。 (2)运转平稳可靠，排气稳定、均匀，一般可连续运转13 年而不需要停机检修。 (3)速度式流体输送机械的零部件少，

6、结构紧凑。(4)由于单级压力比不高，故不适合在太小的流量或较高的压力070MPa)下工作。2、容积式流体输送机械的特点（1）运动机构的尺寸确定后，工作腔的容积变化规律也就确定了，因此机械转速改变对工 作腔容积变化规律不发生直接的影响，故机械工作的稳定性较 好。 （2）流体的吸入和排出是靠工作腔容积变化，与流体性质 关系不大，故容易达到较高的压力。 （3）容积式机械结构复杂，易于损坏的零件多。而且往复 质量的惯性力限制了机械转速的提高。此外，流体吸入和排出是 间歇的，容易引起液柱及管道的振动。16、流体体积随压力变化而改变的性质称为压缩性。二、非均相机械分离1、颗粒的沉降：层流沉降速度Vt=（P

7、 P-P ）gdp218 , （PP-P ：颗粒与流体密度差，P:流体粘度）；重力沉降（沉降 室，Hv=Lu,多层；增稠器，以得到稠浆为目的的沉淀）；离心 沉降（旋风分离器）。2、过滤：深层过滤和滤饼过滤（常用，助滤剂增加滤饼刚性 和空隙率）；分类：压滤、离心过滤，间歇、连续；滤速的康采尼 方程：U二（Ap/Lu） £3/52（1 - £）2, （ :濾饼空隙率；a：颗粒 比表面积；L：层厚）。3、过滤介质：过濾过程所用的多孔性介质称为过滤介质，过 滤介质应具有下列特性：多孔性、孔径大小适宜、耐腐蚀、耐热 并具有足够的机械强度。4、助滤剂：若滤浆中所含固体颗粒很小，或者所形

8、成的滤饼 孔道很小，又若滤饼可压缩，随着过滤进行，滤饼受压变形，都 使过滤阻力很大而导致过滤困难。可采用助滤剂以改善滤饼的结 构，增强其刚性。常用的助滤剂有：硅藻土、纤维粉末、活性 炭、石棉等5、过滤速率基本方程恒速过滤，恒压过滤6、过滤设备：板框压滤机（间歇操作，构造简单，过滤面积 大而占地省，过滤压力高（可达1、5MPq左右），便于用耐腐蚀性材料制造，便于洗涤。它的 缺点是装卸、清洗劳动强度较大。）、叶滤机（叶滤机也是间歇 操作设备，具有过滤推动力大、单位地面所容纳的过滤面积大、 滤饼洗涤较充分等优点。其生产能力比板框压滤机大，而且机械 化程度高，劳动力较省，密闭过滤，操作环境较好。其缺点

9、是构 造较复杂、造价较高。）、厢式压滤机、转筒真空过滤机（操作 连续、自动）7、自由沉降：单个颗粒在流体中的沉降过程称。干扰沉降： 若颗粒数量较多，相互间距离较近，则颗粒沉降时相互间会干 扰，称为干扰沉降。8、影响因素：当颗粒浓度增加，沉降速度减少。容器的壁和 底面，沉降速度减少。非球形的沉降速度小于球形颗粒的沉降速 度。9、流态化是一种使固体颗粒通过与流体接触而转变成类似 于流体状态的操作。分三个阶段：（1）固定床阶段：流体通过颗粒 床层的表观速度U较低，使颗粒空隙中流体的真实速度UI小于颗 粒的沉降速度ut,则颗粒基本上保持静止不动，颗粒层为固定 床。流化床阶段:在一定的表观速度下，颗粒床

10、层膨胀到一定程 度后将不再膨胀，此时颗粒悬浮于流体中，床层有一个明显的上 界面，与沸腾水的表面相似，这种床层称为流化床。（散式流态 化，聚式流态化）。（3）颗粒输送阶段：如果继续提高流体的表观 速度u,使真实速度Ul大于颗粒的沉降速度ut,则颗粒将被气流 所带走，此时床层上界面消失，这种状态称为气力输送。10、气力输送的优点（1）系统封闭，避免物料飞扬，减少 物料损失，改善劳动条件。（2）输送管路不限制，即使在无法铺 设道路或安装输送机械的地方，使用气力输送更加方便。（3）设 备紧凑，易于实现连续化、自动化操作，便于同连续化工生产相 衔接。（4）在气力输送过程中可同时进行粉料的干燥、粉碎、冷

11、却、加料等操作。三、传热1、传热方式：热传导（傅立叶定律）、对流传热（牛顿冷却定 律）、辐射传热（四次方定律）；热交换方式：间壁式传热、混合式 传热、蓄热体传热（对蓄热体的周期性加热、冷却）。2、傅立叶定律：dQ=t2）b（Cli1A）=温差/热阻，（b：壁厚； CIn=（ I- 2）/2）；多层平壁：Q-（tl-tn+l）/bi /( iA)；单层圆筒：Q二(tl-t2)b(入 Am), (A：圆 筒侧面积,C= (2-l)ln(A2Al);多层圆筒：Q=2L(tl-1 n÷l)/liln(ri+lri)。4、对流传热类型：强制对流传热(外加机械能)、自然对流传 热、(温差导致)、

12、蒸汽冷凝传热(冷壁)、液体沸腾传热(热壁)， 前两者无相变，后两者有相变；牛顿冷却定律：dQ=hdt, (t >0； h：传热系数)。5、吸收率A+反射率R+透射率D二1；黑体A二1,镜体R=I,透 热体D二1,灰体A+R=l;总辐射能E=E入d, (E ：单色辐射能； :波长)；四次方定律：E=C(T/100)4= C0(T100)4, (C：灰体 辐射常数；C0：黑体辐射常数； =CCO:发射率或黑度)；两物 体辐射传热:Ql-2=Cl-2 A (Tl100) 4- (T2/100) 4, (:角系 数；A：辐射面积;Cl-2=1 (1/CI) + (1/C2)-(1/C0) J)6

13、、总传热速率方程：ClQ=KmdA, (dQ：微元传热速率；Knu总 传热系数；A：传热面积);lK=lhl+bl m+Alh22, (hl, h2：热、冷流体表面传热系数)。7、换热器：夹套换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、列 管式换热器。8、（1）强化传热为了使物料满足所要求的操作温度进行的 加热或冷却，希望热量以所期望的速率进行传递；（2）削弱传 热:为了使物料或设备减少热量散失，而对管道或设备进行保温 或保冷。9、热传导物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、 原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为热传 导，又称导热。10、对流传热：对流仅发生于流体中，它是指由于流体

14、的宏 观运动使流体各部分之间发生相对位移而导致的热量传递过程。11、12、传热的基本方式：（1）热传导（2）对流传热波尔茨曼定 律SO黑体辐射常数，二5、6710-8W（m2、K4）； 克希霍夫定律：CO黑体辐射系数，=5、67W/（m2 、 K4）角系数23、气体的热辐射具有以下两个主要特点：（1）气体的辐射 和吸收对波长具有强烈的选择性（2）气体的辐射和吸收是在整个 容积内进行24、传热三步：（1）热流体以对流传热方式将热量传给固体 壁面；（2）热量以热传导方式由间壁的热侧面传到冷侧面；（3）冷流体以对流传热方式将间壁传来的热量带走。25、热量衡算方程反映了冷、热流体在传热过程中温度变化

15、的相互关系。根据能量守恒原理，在传热过程中，若忽略热损 失，单位时间内热流体放出的热量等于冷流体所吸收的热量。热量衡算方程26、传热过程的平均温差计算：恒温差传热，变温差传热27、按照冷、热流体之间的相对流动方向，流体之间作垂直 交叉的流动，称为错流；如一流体只沿一个方向流动，而另一流 体反复地折流，使两侧流体间并流和逆流交替出现，这种情况称 为简单折流。28、不同流动排布型式的比较：进出口温度条件相同时，逆 流的平均温差最大，并流的平均温差最小，对于其他的流动排布 型式，其平均温差介于两者之间。在实际的换热器中应尽量采用 逆流流动，而避免并流流动。但是在一些特殊场合下仍采用并流 流动，以满足

16、特定的生产工艺需要。采用折流和其他复杂流动的 目的是为了提髙传热系数，然而其代价是减小了平均传热温差。29、换热器传热效率e的定义为实际传热速率Q与理论上可 能的最大传热速率QmaX之比四、质量传递基础1、质量传递（简称传质）是指物质从一处向另一处转移，包 括相内传质和相际传质两类，前者发生在同一个相内，后者则涉 及不同的两相。2、（1）气（汽）一液系统：吸收：混合气体中可溶组分由 气相传递到液相溶剂中的过程。解吸：为吸收的逆过程。蒸馆：不同物质在气液两相间的相互转移。气体增（减）湿： 湿分由液相（气相）向气相（液相）转移。（2）液-液系统：萃 取：溶质由一液相转入另一液相。这是在液体混合物中

17、加入另一 不相溶的液相物质，使原混合物组分在两液相中重新分配的过 程。（3）气（汽）一液系统：吸收：混合气体中可溶组分由气相 传递到液相溶剂中的过程。解吸：为吸收的逆过程。蒸馆：不同物质在气液两相间的相互转移。气体增（减）湿： 湿分由液相（气相）向气相（液相）转移。（4）气一固系统：干 燥：加入热量使液体气化，从固体的表面或内部转入气相。吸 附：物质由气相趋附于固体表面（主要是多孔性固体的内表 面），吸附平衡是过程进行的极限。3、费可定律：实验表明，在二元混合物（+B）中，组分的 扩散通量与其浓度梯度成正比，这个关系称为费克（FiCk）定 律。4、化学反应可分为两类：一类是在整个相内均匀发生的

18、反 应，称为均相反应；另一类则是局限在某个特定区域内的反应， 它可以是在相的内部，也可以在边界上，称为非均相反应。5、对流传质通常指运动流体与固体壁面（或两股直接接触 的流体之间）间的质量传递，是相际传质的基础。一般情况下， 传质设备中流体的流动形态多为湍流。6、传质过程应用的设备有多种类型，其主要功能是给传质 的两相（或多相）提供良好的接触机会，包括增大相界面面积和 增强湍动强度，主要有填料塔和板式塔。7、板式塔：有害因素：空间上的反向流动：泡沫夹带（增大 板间距）、气泡夹带（增大降液管长度）；空间上的不均匀流 动：气体，液体。如何提高效率：1合理选择塔板孔径和开口 率造成适宜气液接触状态2

19、设置倾斜的进气装置塔板压降：塔 板上下对应位置的压力差（新型：泡罩塔板、浮阀塔板、筛孔塔 板、舌型塔板、网型塔板、垂直塔板）8、填料塔：主要特性数据：比表面积、孔隙率、添填料的几 何形状（拉西环、鲍尔环、矩鞍型填料、阶梯环添料）9、填料塔操作范围小，对液体负荷变化敏感；不易处理易聚 合或含有固体悬浮物的物料；反应过程中需要冷却时，填料塔复 杂，有侧线出料时，填料塔不如板式塔方便；板式塔设计简便安 全；填料塔小时结构简单，造价低；易起泡物系、腐蚀性物系、 热敏性物系，填料塔更合适；填料塔压降比板式塔小，真空操作 方便。五、气体吸收1、吸收是将气体混合物与适当的液体接触，利用个组。分在 液体中溶解

20、度的差异而使气体中不同组分分离的操作。混合气体 中，能够溶解于液体中的组分称为吸收质或溶质；不能溶解的组 分称为惰性气体；吸收操作所用的溶剂称为吸收剂；溶有溶质的 溶液称为吸收液或简称溶液；派出的气体称为吸收尾气。（分物 理吸收煤气脱苯，化学吸收二氧化碳碳酸钾）2、吸收操作是气体混合物的主要分离方法，化工生产。中它 有以下几种具体的应用：1、化工产品2、分离气体混合物3、 从气体中回收有用组分4、气体净化（原料气的净化和尾气、废气 的净化）5、生化工程。一个完整地吸收分离过程一般包括吸收和 解吸两部分。3、溶剂的选择：（1）溶剂应对气体中被分离组分有较大溶 解度；（2）溶剂对其他组分的溶解度要

21、小（3）溶质在溶剂中的 溶解度对温度变化敏感（4）容积蒸汽压低，减少回收时的损失（5）溶剂有较好的化学稳定性（6）溶剂有较低的粘度（7）溶剂 价廉,无腐蚀性、无毒不易燃。吸收率=（m除m 进）100% （yl-y2）yl100%, （yl, y2：进塔和出塔混合气中 A 的摩尔分数）。4、稀溶液中亨利定律：c*=IIp, （c*:溶解度；H：溶解 度系数；p:气相分压）；p*=Ex, （xA：液相中溶质摩尔分数； E：亨利系数）;y*=mxf （平衡常数 m=Ep） ； E=P s/HMs, （ P s, Ms：纯溶剂密度和相对分子质量）。5、费克定律：jA=-DBdcdz, （jA：扩散速率

22、；DAB：组分 A在组分B中的扩散系数；dcA/dz：组分A在扩散方向Z上的浓度 梯度）；等分子扩散速率：NA= jA=D（p,l-pA,2）RTz;单向扩 散：NA=D（pA, l-p,2）p/RTz pB,m, （ppB,m:漂流因子，pB,m=(pB,2-pB,l)/In(PB,2pB,l),即对数平均值)；同理，NA=D(c,1-cA,2)czcB,mo6、吸收塔操作线方程：qn(L)qn(V) = (yly2)/(xl-2), (qn(V):二元混合气摩尔流量；qn(L):液相摩尔流量；x, y：任 意一截面液气相摩尔流量)；最小液气比qn (L) qn (V) min= (yl-

23、y2)(x*l-2),qn(L)qn(V)=(1、12、0)Rmin；全塔效率ET为理论塔板数与实际塔板数之比；间歇精 锚：分批精饱，一次进料待釜液达到指定组成后，放出残液，再 次加料，用于分离量少而纯度要求高的物料，每批精馆气化物质 的量n(V )= (R+l)n(D),所需时间 =n(V)qn(V)；特殊精锚： 恒沸精饱(加第三组分，形成新的低恒沸物，增大相对挥发度)、 萃取精饱(加第三组分，增大相对挥发度)、加盐萃取精馆、分子 蒸饱(针对高分子量、高沸点、高粘度、热稳定性极差的有机 物)。6、根据溶液的蒸汽压偏离拉乌尔定律的方向，一般可将非理 想溶液分成两大类：1、正偏差溶液，2、负偏差

24、溶液7、精馆回流中，下降也体重的轻组分向气相传递，上升正其 中的重组分向液相传递，塔下半部分完成了重组分的提浓，叫做 提馆段。完整的精馆塔包括精饱段和提馆段。增加回流量，提高 了上升蒸汽的量，但增加了能耗，突出最小回流比，回流比是塔 顶回流量比塔顶产品量的比值。板式塔加料位置在第五块板效率 最高。只有提馆段没有精饱段的叫回收塔。8、加入第三组分和原溶液中的某一组份形成最低恒沸物，以 新恒沸物的形式从塔顶蒸出叫做恒沸蒸镭（糠醛-水），若加入的 第三组分仅改变各组分的相对挥发度叫做萃取精馆（乙醇-水）。 恒沸精饱的挟带剂要符合能与混合组分钟至少一个形成最低恒沸 物，新形成的恒沸物要便于分离，恒沸物

25、中挟带剂的含量要少。 萃取精饱添加剂要选择性高、挥发性小，与原溶液可以很好的互 溶。相比较，萃取精饱添加剂的选择范围广，不用形成汽化物从 塔顶蒸出能耗少，但其需要连续不断的加入，不能用于间歇精 馆。9、多组分精馆，获得n个产物需要n+1个塔。五、吸收1、吸收剂的要求：对溶质的溶解度大，对其他成分溶解度 小、易于再生、不易挥发、粘度低、无腐蚀性、无毒不易燃、价 低，吸收率 n=（mA 除/mA 进）100% （yl-y2）yl 100%, （yl, y2：进塔和出塔混合气中A的摩尔分数）。2、稀溶液中亨利定律:c*A=HpA, （c*:溶解度；Fk溶解度 系数；pA：气相分压）；p*A=ExA,

26、 （xA：液相中溶质摩尔分数；E：亨利系数）；y*=mx,（平衡常数 m=Ep） ； E=P s/HMs, （ P s, Ms：纯溶剂密度和相对分子质量）。六、干燥1、绝对湿度=0. 622pV(P-PV), (pV：水蒸汽分压)；相对 湿度= pVpS, (pS：水蒸汽饱和分压)；湿焙I=Ig+ Iv,(Ig:绝干空气的焙；Iv:水蒸汽的焙)。2、物料的干基湿含量X二m水/m绝干，是基湿含量3二m水/m 总100%, =X(l+X);物料分类：非吸湿毛细孔物料、吸湿多孔 物料和胶体无孔物料；物料与水分：总水分、平衡水分、自由水 分、非结合水分、结合水分。3、干燥过程物料衡算：qm, C (X

27、l-X2) =qm, L ( 2- 1) =qm, W, (qm,c:绝对干料的质量流量；qm,L:绝干空气质量流量；qm,W: 干料蒸发出水分的质量流量)，即湿物料减少水分等于干空气中增 加的水分;热量衡算：q=qD+qP=qm,L(I2-IO) +qm,C(1, 2-1' l)+qL, (qD:单位时间干燥器热量；qP:单位时间预热气热 量；qL：单位时间热损失；12：出干燥器的空气的焙；10：进预 热器的空气的焙； 2, 1：进出干燥器物料的焙)， qD=qm, L (H-IO)=qm,L(1、01+1、880)(tl-t), qD二qm,L(l2-Il)+qm,c(l'

28、 2-1' l)+qL;干燥器热 效率： =qdqP100%, (qd=qm,L(1、01+1、880)(tl-t2)o4、干燥速率U=h(t-tW)rtw, (h：对流表面传热系数；t：恒 定干燥条件下空气平均温度；tW：初始状态空气湿球温度；r：饱 和蒸汽冷凝潜热)；恒速干燥阶段时间：T l=qm,c (Xl-Xc)/UcS, (Xe:临界湿含量；S：干燥面积)，降速干燥阶段时间：T 2=qm,C(XC-X*)1n(XC-X*)/( X2-X*)UcSo5、干燥器分类：厢式干燥器、隧道干燥器、转筒干燥器、带 式干燥器、转鼓干燥器、喷雾干燥、流化床干燥器、气流干燥 器、微波高频干燥。七、新型分离技术1、超临界萃取：以超临界流体作萃取剂(密度接近于液体， 而粘度接近于气体，扩散系数位于两