1、化工原理知识点总结整理 2一、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。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/+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
2、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。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?v：考虑流量泄漏所造成的能量损失；水力效率?H：考虑流动阻力所造成的能量损失；机械效率?m：考虑轴承、密封填料和轮盘的摩擦损失。）、轴功率；
3、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1.29 kg/m31atm =101325Pa=101.3kPa=0.1013MPa=10.33mH2O=760mmHg（1）被测流体的压力 大气压 表压 = 绝压大气压（2）被测流体的压力 70MPa）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
4、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-)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
5、/L)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。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，
6、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。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
7、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u1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
8、）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= -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
9、)=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
10、：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+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。8、（1）强化传热 为了使物料满足所要求的操作温
11、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 。11.12.传热的基本方式:（1）热传导（2）对流传热热对流 （3）辐射传热 13.影响冷凝传热的因素和冷凝传热的强化 流体物性：冷凝液? 、?、? ? ；潜热r? ? 温差：液膜层流流动时，?t=tstW?，?,? 不凝气体：不
12、凝气体的存在会导致?（1%不凝气可使?60%），所以应该定期排放 蒸汽流速与流向(u10m/s)：蒸汽与液膜同向时u?,?；反向时u?,?；u?时?(无论方向)。因此蒸汽进口一般设在换热器上部，以避免蒸汽与液膜逆向流动使?。 蒸汽过热：包括冷却和冷凝两个过程。 冷凝面的形状和位置：以减少冷凝液膜的厚度并?作为目的。垂直板或管：可开纵向沟槽；水平管束：可采用错列。14. 导热系数?的物理意义：表示温度梯度为1K/m或1/m时，单位时间通过单位面积的热量。即：单位温度梯度下的热通量。 ?0为固体在0时的导热系数，k为温度系数，1/, 对大多数金属材料为负值，对大多数非金属固体材料为正值。15.在物
13、体边界上，传热边界条件可分为以下三类：(1)已知物体边界壁面的温度，称为第一类边界条件；(2)已知物体边界壁面的热通量值，称为第二类边界条件；已知物体壁面处的对流传热条件，称为第三类边界条件。 16.准数的定义与物理意义：努塞尔准数（Nusselt）， Nu : 对流传热与厚度为L的流体层内的热传导之比。努塞尔数越大，对流传热的传热强度也越大。它反映了固体壁面处的无因次温度梯度的大小。 雷诺准数（Reynold）， Re : 惯性力与粘性力之比。雷诺数小，表示流体的粘性力起控制作用，抑制流层的扰动，随着雷诺数的增大，流体中流体微团的扰动加剧，壁面处的温度梯度增大，对流传热系数增大。 普朗特准数
14、（Prandtl）， Pr : 动量扩散与热量扩散之比。它表征了流体的动量传递能力与热量传递能力的 格拉晓夫准数（Grashof）， Gr :浮升力与粘性力之比 。 它反映了由于流体中温度差引起密度差所导致的浮升力对对流传热的影响。它在自然对流中的作用与强制对流中雷诺数的作用相当。 17.蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时有膜状冷凝和珠状冷凝两种18. 影响沸腾传热的因素及强化途径： 液体的性质： 温差： 操作压强： 加热面：19.辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程。热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形式向外发射能量的过程。20.热辐射=反射+吸收+穿透 （黑体，白体，透热体，灰体）21.物体的
15、黑度?：指同温度下物体与黑体辐射能力之比。 仅与自身特性有关。22. 斯蒂芬波尔茨曼定律 ?0黑体辐射常数，=5.67 10-8W/(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。 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
16、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
17、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。2.（1）气（汽）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。 蒸馏：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
18、过程。（3）气（汽）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。 蒸馏：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（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，
19、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
20、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
21、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：化工产品分离气体混合物从气体中回收有用组分气体净化(原料气的净化和尾气、废气的净化)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
22、蚀性、无毒不易燃。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)。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=s/HMs，(s，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=
23、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,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) qn(L)/qn(V)min；低浓度时填料塔高度h=qn(V) dy/(y-y*)/KyaS=qn(L
24、) 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)。7.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。填料塔是一种应用广泛的气液两相接触并进行传热、传质的
25、塔设备，可用于吸收（解吸）、精馏和萃取等分离过程。填料塔不仅结构简单，而且具有阻力小和便于用耐腐蚀材料制造等优点，尤其适用于塔直径较小地情形及处理有腐蚀性的物料或要求压强较小的真空蒸馏系统，此外，对于某些液气比较大的蒸馏或吸收操作，也宜采用填料塔。（气液逆流流动，增加传质推动力）表征填料特性的主要参数有：1 比表面积；2 空隙度；3 单位堆体积内的填料数目n；4 堆积密度；5 干填料因子及填料因子；6 机械强度及化学稳定性8.六、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（精馏还包括水蒸气精馏、间歇精馏、恒沸精馏、萃取精馏、反应精馏
26、）；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。精馏，加压提高蒸汽冷凝温度，降压降低沸点温度。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
27、(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)
28、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：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
29、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料液潜
