化工原理知识点总结整理

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、蒸镭、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=TA=uAdu/dy,（F：剪应力；A：面积；口：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=dup/u；层流过渡湍流。当流体层流时，其平均速度是最大流速的1/2。5、连续性方程：A1u1=A2u2；伯努力方程：gz+p/p+1/2u2=C。6、流体阻力=沿程阻力+局部阻力；范宁公式：沿程压降：Apf=」lpu2/2d,沿程阻力：Hf=Apf/pg=qlu2/2dg（入：摩擦系数）；层流时入=64/Re,湍流时、=F（Re,£/d）,（£:管壁粗糙度）；局部阻力卜1=之口2/28，（自：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第1页共18页大，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hv：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hm：考虑轴承、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1000kg/m3,标准状态下空气密度29kg/m31atm=Pa=101、3kPa=0、1013MPa=10、33mH2O=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=大气压一绝压二一表压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。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（①安装高度太高②被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高；③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第2页共18页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，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：OqvqvHHl管路he〜qv图2-10离心泵的工作点泵H〜qv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1~3年而不需要停机检修。(3)速度式流体输送机械的零部件少，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(>70MPa)下工作。第3页共18页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=（pp-p）gdp2/18u,（pp-p：颗粒与流体密度差，口：流体粘度）；重力沉降（沉降室，H/v=L/u,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=（Ap/Lu）£3/5a2（1-£）2,（£：滤饼空隙率；a：颗粒比表面积；L：层厚）。3、过滤介质：过滤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。第4页共18页4、助滤剂：若滤浆中所含固体颗粒很小，或者所形成的滤饼孔道很小，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、5MPa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。第5页共18页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u1小于颗粒的沉降速度成，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3使真实速度口1大于颗粒的沉降速度口3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/（CmA）]=温差/热阻，（b：壁厚；Cm=（入1-入2）/2）；多层平壁：Q=（t1-tn+1）/第6页共18页[bi/(入iA)]；单层圆筒：Q=(t1-t2)/[b/(入Am)],(A：圆筒侧面积，C=(A2-A1)/ln(A2/A1))；多层圆筒：、=2兀1«1-1n+1)/[1/人i[ln(ri+1/ri)]。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)、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=hdAAt,(At>0；h：传热系数)。5、吸收率A+反射率R+透射率D=1；黑体A=1,镜体区=1,透热体D=1,灰体A+R=1；总辐射能£=£入d入，(E入：单色辐射能；入：波长)；四次方定律：E=C(T/100)4=£C0(T/100)4,(C：灰体辐射常数；C0：黑体辐射常数；£=C/C0：发射率或黑度)；两物体辐射传热：Q1-2=C1-2@A[(T1/100)4-(T2/100)4],(巾：角系数；A：辐射面积;C1-2=1/[(1/C1)+(1/C2)-(1/C0)])6、总传热速率方程：dQ=KmdA,(dQ：微元传热速率；Km：总传热系数；A：传热面积)；1/K=1/h1+bA1/入Am+A1/h2A2,(h1,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。第7页共18页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。1、12、传热的基本方式：（1）热传导（2）对流传热波尔茨曼定律s0——黑体辐射常数，=5、6710-8W/（m2、K4）；克希霍夫定律：C0——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。第8页共18页25、热量衡算方程反映了冷、热流体在传热过程中温度变化的相互关系。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高传热系数，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。第9页共18页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。蒸镭：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。蒸镭：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（A+B）中，组分的扩散通量与其浓度梯度成正比，这个关系称为费克日江口定律。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。第10页共18页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》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；溶有溶质的第11页共18页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n=（mA除/mA进）100%-[（y1-y2）/y1]100%,（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*A=HpA,（c*A：溶解度；H：溶解度系数；pA：气相分压）；p*A=ExA,（xA：液相中溶质摩尔分数；E：亨利系数）；y*=mx,（平衡常数m=E/p）；E=Ps/HMs,（ps,Ms：纯溶剂密度和相对分子质量）。5、费克定律：jA=-DABdcA/dz,（jA：扩散速率；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（pA,1-pA,2）/RTz；单向扩散：NA=D（pA,1-pA,2）p/RTzpB,m,（p/pB,m：漂流因子，pB,m=第12页共18页(pB,2-pB,1)/ln(pB,2/pB,1),即对数平均值)；同理，NA=D(cA,1-cA,2)c/zcB,m。6、吸收塔操作线方程：qn(L)/qn(V)=(y1-y2)/(x1-x2)，(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=(y1-y2)/(x*1-x2),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；间歇精镭：分批精镭，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，每批精镭气化物质的量n(V)=(R+1)n(D),所需时间T=n(V)/qn(V)；特殊精镭：恒沸精馏(加第三组分，形成新的低恒沸物，增大相对挥发度)、萃取精馏(加第三组分，增大相对挥发度)、加盐萃取精镭、分子蒸镭(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、负偏差溶液7、精镭回流中，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，叫做提镭段。完整的精镭塔包括精镭段和提镭段。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，回流比是塔第13页共18页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。只有提镭段没有精镭段的叫回收塔。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镭（乙醇-水）。恒沸精镭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，恒沸物中挟带剂的含量要少。萃取精镭添加剂要选择性高、挥发性小，与原溶液可以很好的互溶。相比较，萃取精镭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，不能用于间歇精镭。9、多组分精镭，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%心]（y1-y2）/y1]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*A：溶解度；H：溶解度系数；pA：气相分压）；p*A=ExA,（xA：液相中溶质摩尔分数；E：亨利系数）；y*=mx,（平衡常数m=E/p）；E=Ps/HMs,（ps,Ms：纯溶剂密度和相对分子质量）。六、干燥第14页共18页1、绝对湿度5=0、622pV/(p-pV),(pV：水蒸汽分压)；相对湿度@=pV/pS,(pS：水蒸汽饱和分压)；湿焓I=Ig+5lv,(Ig：绝干空气的焓；Iv：水蒸汽的焓)。2、物料的干基湿含量X=m水/m绝干，是基湿含量⑴^水加总100%,3=X/(1+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(X1-X2)=qm,L(52-51)=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-I0)+qm,c(I’2-I’1)+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：出干燥器的空气的焓；I0：进预热器的空气的焓；I'2,I’1:进出干燥器物料的焓)，qD=qm,L(I1-I0)=qm,L(1、01+1.8880)(t1-t0),qD=qm,L(I2T1)+qm,c(I'2T'1)+qL；干燥器热效率：n=qd/qP100%,(qd=qm,L(1、01+1、8880)第15页共18页（t1-t2））。4、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；1亚：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：T1=qm,c（X1-Xc）/UcS,（Xc：临界湿含量；S：干燥面积），降速干燥阶段时间：T2=qm,c（Xc-X*）ln［（Xc-X*）/（X2-X*）］/UcS。5、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，扩散系数位于两者之