化工原理总结

、流体力学及其输送单元操作：物理化学变化的单个操作过程，如过滤、蒸馏、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。不可压缩流体W（实际流体的柏„△u2Z+〒)△u2可ns!缩T沿程阻力=pmu2P2VdP2.lhf=入d一局部阻力pm（适用于p过程积分2<20%)3.一雷诺数Redup层流（入64入=Re湍流（Re<2300)=0.5u7maxRe>4000)、0.3164入=Re,u=0.8umaxPM理想气体PM理想气体pv=R混合物气=fp,y.两种流动形态：层流和湍流。流动形态的判据雷诺数Re=dup/p；层流一2000—过渡—4000一湍流。连续性方程:A1u1=A2u2；伯努力方程:gz+p/p+1/2u2=C。6.MT^m224T0P,密度。=y，(kg/m3),01nX.=EwiPLi=1Pi(N/m2)压力其他表示：丑2°柱，日甘柱，大气压1atm（标准大气压）=1.013x105Pa=735.6mmHg=10.33H2。=1.013Aa，=1.033kgf/cm21at（工程大气压）=0.9807x105Pa=735.6mmHg=10mHO=0.9807bar=1kgf/m2TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument">7.M2粘度口=矣，（J）混合物粘度Uv=.1；而m2>yMM而七i2液体混合物粘度叮:lgUL=>%lgU.i=j流量与流速Vs=竺,m3/s;u=YS,m/sPA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。i=j离心泵主要参数：流量、压头、效率、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。三、传热传热方式：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）。傅立叶定律：dQ=-AdA，（Q：热传导速率；A：等温面积；入：比例系数；：温度梯度）；入与温度的关系：入小0（1+at），（a：温度系数）。不同情况下的热传导：单层平壁：。二代1-七2）/小/（0^）]=温差/热阻，（b:壁厚；Cm=（入1-入2）/2）；多层平壁：Q=（t1-tn+1）/[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：Q=2nL（t1-tn+1）/[1/入i[ln（ri+1/ri）]。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，（△t>0；h：传热系数）。吸收率A+反射率R+透射率D=1；黑体A=1，镜体R=1，透热体D=1，灰体A+R=1；总辐射能E=E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]，(里：角系数；A：辐射面积；C1-2=1/[(1/C1)+(1/C2)-(1/C0)])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)。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。四、蒸馏蒸馏分类：操作方式：连续蒸馏、间歇蒸馏；对分离的要求：简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏、特殊精馏；压力：常压蒸馏、加压蒸馏、减压蒸馏；组分：双组分蒸馏和多组分蒸馏(精馏)，常用精馏塔。双组分溶液气液相平衡：液态泡点方程：xA=[p-pB(t)]/[pA(t)-pB(t)]，(xA：液态组分A的摩尔分数；p(t)：压强关于温度的函数)；气态露点方程:yA=pA/p=[pA(t)/p]X[frpB(t)]/[pA(t)-pB(t)]；平衡常数KA=yA/xA，理想溶液：KA=p°A/p，即组分饱和蒸气压和总压之比；挥发度：UA=pA/xA，相对挥发度：aAB=uA/uB，最终可导出气液平衡方程：y=ax/[1+(a-1)x]；气液平衡相图：p-x图(等温)、t-x(y)图(等压)、x-y图。平衡蒸馏：qn(F)，xF加热至泡点以上tF，减压气化，温度达到平衡温度te，两相平衡qn(D)，yD和qn(W)，xW；物料衡算：yD=qxW/(q-1)-xF/(q-1)，(液化率：q=qn(W)/qn(F))；热量衡算：tF=te+(1-q)y/Cp,m，(Cp,m：原液的摩尔定压热容；Y:原液的摩尔气化潜热)；平衡关系：yD=axW/[1+(a-1)xW]。简单蒸馏：持续加热至釜液组成和馏出液组成达到规定时停止；关系式：ln[n(F)/n(W)]={ln(xF/xW)-aln[(1-xF)/(1-xW)]}/(a-1)；总物料衡算：n(F)=n(W)+n(D)；易挥发组分衡算：n(F)xF=n(W)xW+n(D)xD；推出：xD=[n(F)xF-n(W)xW]/[n(F)-n(W)]。精馏：多次部分气化部分冷凝(连续、间歇)，泡点不同采取不同的压力操作，塔板数从上至下记；塔顶易挥发组分回收率：nD=qn(D)xD/qn(F)xFX100%,釜中不易挥发组分回收率：nW=qn(W)(1-xW)/[qn(F)(1-xF)]X100%；精馏段总物料衡算：qn(V)=qn(D)+qn(L)；精馏段易挥发组分衡算：qn(V)yn+1=qn(D)xD+qn(L)xn；(V：各层上升蒸汽量；D：塔顶馏出液量；L：各板下降的液量；yn+1：第n+1块板上升的蒸汽中易挥发组分的摩尔分数；xn：第n块板下降的液体中易挥发组分的摩尔分数)，精馏段操作线方程：yn+1=Rxn/(R+1)+xD/(R+1),(回流比日=qn(L)/qn(D))；提馏段段总物料衡算：qn(L')=qn(V')+qn(W)；提馏段易挥发组分衡算：qn(L')x'm=qn(V')y'm+1+qn(W)xW；(W：釜液量),提馏段操作线方程:y'm+1=qn(L')x'm/qn(V')-qn(W)xW/qn(V')；总的物料衡算：qn(F)+qn(V')+qn(L)=qn(V)+qn(L'),乘上各焓值Hx即为热量衡算，qn(V)=qn(V')+(1-q)qn(F),(精馏进料热状态参数q=(HV-HF)/(HV-HL),即单位原料液变为饱和蒸汽所需要的热量与单位原料液潜热之比)；进料方程：y=qx/(q-1)-xF/(q-1)；理论塔板的计算逐板法和图解法，回流比R增大理论塔板数减小，解析法：全回流理论塔板数Nmin={lg[xD(1-xw)/[xw(1-xD)]]}/lgam-1,(am：全塔平均挥发度)；最小回流比Rmin=(xD-yq)/(yq-xq),(xq,yq:进料时)，R实=(1.1—2.0)Rmin；全塔效率ET为理论塔板数与实际塔板数之比；间歇精馏：分批精馏，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，每批精馏气化物质的量n(V)=(R+1)n(D),所需时间T=n(V)/qn(V)；特殊精馏：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)、加盐萃取精馏、分子蒸馏(针对高分子量、高沸点、高粘度、热稳定性极差的有机物)。五、吸收吸收剂的要求：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)X100%^[(y1-y2)/y1]X100%,(y1,y2:进塔和出塔混合气中A的摩尔分数)。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)。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=(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。5.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)=(1.1—2.0)[qn(L)/qn(V)]min；低浓度时填料塔高度h=qn(V)[dy/(y-y*)]/KyaS=qn(L)[dx/(x*-x)]/KxaS=NOGHOG=NOLHOL，(K：传质系数；S：塔截面积；a：单位体积填料有效接触面积；NOG=[dy/(y-y*)]:气相总传质单元数；HOG=qn(V)/KyaS：气相总传质单元高度)；相平衡线为直线时：NOG=ln[(1-S’)(y1-mx2)/(y2-mx2)+S’]/(1-S’)，NOL=ln[(1-A)(y1-mx2)/(y2-mx2)+A]/(1-A)，(吸收因数：A=1/S’=qm(V)/mqm(V))。5.填料塔：液体上进下出，气体下进上出，其中设有液体在分布器，可使其均匀分布于填料表面，塔顶可按转除末器。六、干燥绝对湿度6=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+6Iv，(Ig：绝干空气的焓；Iv：水蒸汽的焓)。物料的干基湿含量X=m水/m绝干，是基湿含量3=m水/m总X100%，w=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。干燥过程物料衡算：qm,c(X1-X2)=qm,L(62-61)=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；I2：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+1.88O0)(t1-t0),qD=qm,L(I2T1)+qm,c(I’2T1)+qL；干燥器热效率：n=qd/qPX100%,(qd=qm,L(1