1、化工原理知识点提要求化工原理知识点提要一、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。3.牛顿粘性定律:F=A=Adu/dy，(F:剪应力;A: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/;层流-2000-过渡-4000-湍流。5.连续性方程:A1u1=A2u2;伯努力方程:gz+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:pf=lu2/2d，沿程阻力:Hf=pf/g=lu2/2dg(:摩擦系数);层流时=64/Re
2、，湍流时=F(Re，/d)，(:管壁粗糙度);局部阻力hf=u2/2g，(: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。8.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。二、非均相机械分离1.颗粒的沉降:层流沉降速度Vt=(p-)gdp2/18，(p-:颗粒与流体密度差，: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
3、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=(p/L)3/5a2(1-)2，(:滤饼空隙率;a:颗粒比表面积;L:层厚)。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= -dA ，(Q:热传导速率;A:等温面积;:比例系数; :温度梯度);与温度的关系:=0(1+at)，(a:温度系数)。3.不同情况下的热传导:单层平壁:Q=(t1-t2)/b/(CmA)=温差/热阻，(b:壁厚;Cm=
4、(1-2)/2);多层平壁:Q=(t1-tn+1)/ bi /(iA);单层圆筒:Q=(t1-t2)/b/(Am)，(A:圆筒侧面积，C=(A2-A1)/ln(A2/A1); 多层圆筒:Q=2L(t1-t n+1)/ 1/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=hdAt，(t0;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R=1，透热体D=1，灰体A+R=1; 总辐射能E=Ed，(E:单色辐射能;:波长);四次方定
5、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=C1-2A(T1/100)4-(T2/100)4，(: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/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。四、蒸馏1.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
6、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。2.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)/pp-pB(t)/pA(t)-pB(t);平衡常数KA=yA/xA，理想溶液:KA=pA/p，即组分饱和蒸气压和总压之比;挥发度:A=pA/xA，相对挥发度:AB=A/B，最终可导出气液平衡方程:y=x/1+(a-1)x; 气液平衡相图:p-x图(等温)、t-x(y)图(等压)、x-y图。3
7、.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)/Cp,m，(Cp,m:原液的摩尔定压热容;:原液的摩尔气化潜热);平衡关系:yD=xW/1+(-1)xW。4.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:lnn(F)/n(W)=ln(xF/xW)-ln(1-xF)/(1-xW)/(-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+
8、n(D)xD; 推出:xD= n(F)xF-n(W)xW/n(F)-n(W)。5.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:D=qn(D)xD/qn(F)xF100%，釜中不易挥发组分回收率:W=qn(W)(1-xW)/qn(F)(1-xF)100%;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
9、的摩尔分数)，精馏段操作线方程:yn+1=Rxn/(R+1)+xD/(R+1)，(回流比R= 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)xm=qn(V)ym+1 +qn(W)xW;(W:釜液量)，提馏段操作线方程:ym+1= qn(L)xm/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
10、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=lgxD(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=n(V)/qn(V); 特殊精馏:恒沸精馏
11、(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=(mA除/mA进)100%(y1-y2)/y1100%，(y1，y2:进塔和出塔混合气中A的摩尔分数)。3.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=s/HMs
12、，(s，Ms:纯溶剂密度和相对分子质量)。4.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
13、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)(y
14、1-mx2)/(y2-mx2)+A/(1-A)，(吸收因数:A=1/S=qm(V)/mqm(V)。6.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1.绝对湿度=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+Iv，(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=m水/m总100%，=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
15、燥过程物料衡算:qm,c(X1-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-I0)+qm,c(I2-I1)+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;I2，I1:进出干燥器物料的焓)，qD=qm,L(I1-I0)=qm,L(1.01+1.880) (t1-t0)，qD=qm,L(I2-I1)+qm,c(I2-I1)+qL;干燥器热效
16、率:=qd/qP100%，(qd=qm,L(1.01+1.880) (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;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:1=qm,c(X1-Xc)/UcS，(Xc:临界湿含量;S:干燥面积)，降速干燥阶段时间:2=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
17、液体，而粘度接近于气体，扩散系数位于两者之间)，其具有很强的选择性和溶解能力，传质速率大;流程可分为:等温法、等压法和吸附吸收法。2.膜分离技术:微滤、超滤、纳滤、反渗透、透析、电渗析、气膜膜分离、渗透气化(溶质发生相变化，再透过侧以气相状态存在)。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。3.牛顿粘性定律：F=A=Adu/dy，(F：剪应力；A：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/；层流2000过渡4000湍流。5.连续性方程：A1
18、u1=A2u2；伯努力方程：gz+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：pf=lu2/2d，沿程阻力：Hf=pf/g=l u2/2dg(：摩擦系数)；层流时=64/Re，湍流时=F(Re，/d)，(：管壁粗糙度)；局部阻力hf=u2/2g，(：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。8.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。二、非均相机械分离1.颗
19、粒的沉降：层流沉降速度Vt=(p-)gdp2/18，(p-：颗粒与流体密度差，：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=(p/L)3/5a2(1-)2，(：滤饼空隙率；a：颗粒比表面积；L：层厚)。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= -dA ，(Q
20、：热传导速率；A：等温面积；：比例系数； ：温度梯度)；与温度的关系：=0(1+at)，(a：温度系数)。3.不同情况下的热传导：单层平壁：Q=(t1-t2)/b/(CmA)=温差/热阻，(b：壁厚；Cm=(1-2)/2)；多层平壁：Q=(t1-tn+1)/ bi /(iA)；单层圆筒：Q=(t1-t2)/b/(Am)，(A：圆筒侧面积，C= (A2-A1)/ln(A2/A1)；多层圆筒：Q=2L(t1-t n+1)/ 1/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
21、变；牛顿冷却定律：dQ=hdAt，(t0；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R=1，透热体D=1，灰体A+R=1；总辐射能E=Ed，(E：单色辐射能；：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=C1-2A(T1/100)4-(T2/100)4，(：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/Am
22、+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。四、蒸馏1.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。2.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)/pp-pB(t)/pA(t)-pB(t)；平衡常数KA=yA/xA，理想溶液：KA=pA
23、/p，即组分饱和蒸气压和总压之比；挥发度：A=pA/xA，相对挥发度：AB=A/B，最终可导出气液平衡方程：y=x/1+(a-1)x；气液平衡相图：p-x图(等温) 、t-x(y)图(等压)、x-y图。3.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)/Cp,m，(Cp,m：原液的摩尔定压热容；：原液的摩尔气化潜热)；平衡关系：yD=xW/1+(-1)xW。4.简单蒸馏：持续加热至釜液组成和馏出液
24、组成达到规定时停止；关系式：lnn(F)/n(W)= ln(xF/xW)-ln(1-xF)/(1-xW)/(-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)。5.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：D=qn(D)xD/qn(F)xF100%，釜中不易挥发组分回收率：W=qn(W)(1-xW)/qn(F)(1-xF)100%；精馏段总物料衡算：qn(V)=qn(D)+qn(L)；精馏段易挥发组分衡算：q
25、n(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R= 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)xm=qn(V)ym+1 +qn(W)xW ；(W：釜液量)，提馏段操作线方程：ym+1= qn(L)xm/qn(V)-qn(W)xW/qn(V)；总的物料衡算：qn(F)+qn(V)+qn
26、(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=lgxD(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=(1.12.0) Rmin；全塔效率ET为理论塔板数与实际塔板数之比；间歇
27、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=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=(mA除/mA进)100% (y1-y2)/y1100%，(y1，y2：进塔和出塔混合气中A的摩尔分
28、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=s/HMs，(s，Ms：纯溶剂密度和相对分子质量)。3.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/RTz pB,m，(p/pB,m：漂流因子，pB,m= (pB,2-pB,1)/ln(pB,2/pB
29、,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)= (1.12.0) 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=
30、 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1.绝对湿度=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+Iv，(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=m水/m总100%，=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(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-I0)+qm,c(I2-I1
