化工原理基本知识点(整理版)_10472

.流体流动知识点一、 流体静力学基本方程式 或注意：1、应用条件：静止的连通着的同一种连续的流体。2、压强的表示方法：绝压大气压=表压 表压常由压强表来测量；大气压绝压=真空度 真空度常由真空表来测量。3、压强单位的换算： 1atm=760mmHg=10.33mH2O=101.33kPa=1.033kgf/cm2=1.033at4、应用：水平管路上两点间压强差与U型管压差计读数R的关系：处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须时静止、连续和同一种液体 二、定态流动系统的连续性方程式物料衡算式二、 定态流动的柏努利方程式能量衡算式以单位质量流体（1kg流体）为基准的伯努利方程： 讨论点：1、流体的流动满足连续性假设。2、理想流体，无外功输入时，机械能守恒式：3、可压缩流体,当p/p120%,仍可用上式，且=m。4、注意运用柏努利方程式解题时的一般步骤，截面与基准面选取的原则。5、流体密度的计算： 理想气体 =PM/RT 混合气体 混合液体 上式中：xvi体积分率；xwi质量分率。6、gz、u2/2、p/三项表示流体本身具有的能量，即位能、动能和静压能。hf为流经系统的能量损失。We为流体在两截面间所获得的有效功，是决定流体输送设备重要参数。输送设备有效功率Ne=Wews，轴功率N=Ne/（W）7、以单位重量流体为基准的伯努利方程, 各项的单位为m： m 以单位体积流体为基准的伯努利方程,各项的单位为Pa： 3、流型的比较：质点的运动方式；速度分布，层流：抛物线型，平均速度为最大速度的0.5倍；湍流：碰撞和混和使速度平均化。阻力-层流：粘度内摩擦力，湍流：粘度内摩擦力+湍流切应力。四、柏努利式中的hf （一）流动类型：1、雷诺准数Re及流型 Re=du/=du/，为动力粘度，单位为PaS；=/为运动粘度，单位m2/s。层流：Re2000，湍流：Re4000；2000ReQe，提供的压头30mHe；且溶液的性质与水相近，故能选用该水泵。 2、离心泵在一定输送流量范围和转速下，压头和流量间关系可表示为H252.0Q2（式中H单位为m，Q单位为m3/min）。若将该泵安装在特定管路内，该管路特性方程可表示为（式中He单位为m，Qe为m3/min）。试求：（1）输送常温下清水时，该泵的流量、压头和轴功率。 （2）输送密度为1200Kg/m3的水溶液时，该泵的流量、压头和轴功率。假设该泵的效率为60。 解：根据离心泵的工作点定义可得：Q=Qe H=He1、求输送常温下清水时，该泵的性能。由H=He 可得：解出Q1.138m3/min =68.3m3/h=0.019m3/s 2、求输送密度为1200Kg/m3的水溶液时，该泵的性能。当输送液体的密度改变时，泵的流量和压头不变。故 而轴功率发生变化 非均相分离知识点四、重力沉降设备降尘室的生产能力：含尘气体的最大处理量为降尘室底面积bl与沉降速度ut的乘积，与降尘室的高度无关。五、恒压过滤基本方程式 或 或 或 六、滤饼的洗涤1、洗涤速率洗涤速率指单位时间内消耗的洗水体积即横穿洗法：置换洗法：2、洗涤时间以的洗水洗涤滤饼，洗涤时间:七、间隙过滤机的生产能力操作周期：生产能力：习 题一、填空4、 在规定的沉降速度 条件下，降尘室的生产能力只取决于_而与其_无关。（降尘室底面积；高度） 5、 过滤常数是K由_及_决定的常数；而介质常数 与 是反映_的常数。 （物料特性 过滤压强差 或 过滤介质阻力大小） 6、 过滤操作有_和_两种典型方式。（恒压过滤 恒速过滤 ） 9、沉降操作是指在某种 中利用分散相和连续相之间的 差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。沉降过程有 沉降和 沉降两种方式。（力场；密度；重力；离心） 13、实现过滤操作的外力可以是 、 或 。（重力；压强差；惯性离心力）17、 用板框式过滤机进行恒压过滤操作，随着过滤时间的增加，滤液量 ，生产能力 。(增加；不变)分析：由恒压过滤方程 可知滤液量随过滤时间的增大而增加。而间歇过滤机的生产能力。 可知生产能力只与操作周期有关。二、选择题3、某粒径的颗粒在降尘室中沉降，若降尘室的高度增加一倍，则该降尘室的生产能力将（ C ）。 （A）增加一倍 （B）为原来的1/2 （C）不变 （D）不确定5、以下表达式中正确的是（ A ）。 A、过滤速率与过滤面积的平方成正比 B、过滤速率与过滤面积成正比C、过滤速率与所得滤液体积成正比 D、过滤速率与虚拟滤液体积成正比判断题2、 过滤操作属于定态操作。（ ） 8、连续过滤机中进行的过滤都是恒压过滤，间歇过滤机中也多为恒压过滤。（ ） 传热 基本知识一、传热速率t为传热温差，R为整个传热面的热阻平壁导热的热阻：圆筒壁导热热阻： 为圆筒壁的厚度；为圆筒壁的对数平均面积；为圆筒壁的对数平均半径。对流传热热阻：二、热量衡算 若忽略热损失时，热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量流体无相变： c三、总传热速率方程传热面积：（我国以外表面积为准）总传热系数： 总热阻由热阻大的那一侧的对流传热所控制，当两个流体的对流传热系数相差较大时，要提高k，关键在于提高对流传热系数较小一侧的。平均温差：逆流有利于增大传热温差、减小传热面积、节省加热剂或冷却剂用量、减小传热面积；并流有利于控制流体的出口温度。蒸 馏-基本概念和基本原理u 利用各组分挥发度不同将液体混合物部分汽化而使混合物得到分离的单元操作称为蒸馏。这种分离操作是通过液相和气相之间的质量传递过程来实现的。u 两组分溶液的气液平衡u 拉乌尔定律u 理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律： pA=pA0xA pB=pB0xB=pB0（1-xA）u 根据道尔顿分压定律：pA=PyA 而P=pA+pB 则两组分理想物系的气液相平衡关系： xA=（P-pB0）/（pA0pB0）泡点方程 yA=pA0xA/P露点方程u 对于任一理想溶液，利用一定温度下纯组分饱和蒸汽压数据可求得平衡的气液相组成；反之，已知一相组成，可求得与之平衡的另一相组成和温度（试差法）。u 用相对挥发度表示气液平衡关系u 溶液中各组分的挥发度v可用它在蒸汽中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分率来表示，即 vA=pA/xA vB=pB/xB u 溶液中易挥发组分的挥发度对难挥发组分的挥发度之比为相对挥发度。其表达式有：u =vA/vB=（pA/xA）/（pB/xB）=yAxB/yBxA u 对于理想溶液： =pA0/pB0 u 气液平衡方程：y=x/1+（1）xu 值的大小可用来判断蒸馏分离的难易程度。愈大，挥发度差异愈大，分离愈易；=1时不能用普通精馏方法分离。u 气液平衡相图u 温度组成（t-x-y）图 该图由饱和蒸汽线（露点线）、饱和液体线（泡点线）组成，饱和液体线以下区域为液相区，饱和蒸汽线上方区域为过热蒸汽区，两曲线之间区域为气液共存区。u 气液两相呈平衡状态时，气液两相温度相同，但气相组成大于液相组成；若气液两相组成相同，则气相露点温度大于液相泡点温度。u X-y图u 精馏原理u 精馏过程是利用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理进行的，精馏操作的依据是混合物中各组分挥发度的差异，实现精馏操作的必要条件包括塔顶液相回流和塔底产生上升蒸汽。精馏塔中各级易挥发组分浓度由上至下逐级降低；精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，原因之一是：塔顶易挥发组分浓度高于塔底，相应沸点较低；原因之二是：存在压降使塔底压力高于塔顶，塔底沸点较高。u 当塔板中离开的气相与液相之间达到相平衡时，该塔板称为理论板。u 精馏过程中，再沸器的作用是提供一定量的上升蒸汽流，冷凝器的作用是提供是提供塔顶液相产品及保证由适宜的液相回流。u 两组分连续精馏的计算u 全塔物料衡算u 总物料衡算： F=D+Wu 易挥发组分： FxF=DxD+WxW u 塔顶易挥发组分回收率： D=（DxD/FxF） 100%u 塔底难挥发组分回收率：u W=W（1-xW）/F（1-xF） 100%u 精馏段物料衡算和操作线方程u 总物料衡算： V=L+Du 易挥发组分： Vyn+1=Lxn+DxD u 操作线方程： yn+1=(L/V)xn+(D/V)xD=R/(R+1)xn+1/(R+1)xD u 其中：R=L/D回流比u 上式表示在一定操作条件下，精馏段内自任意第n层板下降的液相组成xn与其相邻的下一层板（第n+1层板）上升蒸汽相组成yn+1之间的关系。在xy坐标上为直线，斜率为R/R+1，截距为xD/R+1。u 提馏段物料衡算和操作线方程u 总物料衡算： L=V+Wu 易挥发组分： Lxm=Vym+1+WxW u 操作线方程： ym+1=（L/V）xm（W/V）xW u 上式表示在一定操作条件下，提馏段内自任意第m层板下降的液相组成xm与其相邻的下一层板（第m+1层板）上升蒸汽相组成ym+1之间的关系。L除与L有关外，还受进料量和进料热状况的影响。u 进料热状况参数u 实际操作中，加入精馏塔的原料液可能有五种热状况：（1）温度低于泡点的冷液体；（2）泡点下的饱和液体；（3）温度介于泡点和露点的气液混合物；（4）露点下的饱和蒸汽；（5）温度高于露点的过热蒸汽。不同进料热状况下的q值进料热状况冷液体饱和液体气液混合物饱和蒸汽过热蒸汽q值110100对于饱和液体、气液混合物和饱和蒸汽进料而言，q值等于进料中的液相分率。L=L+qF V=V-（q-1）Fq线方程（进料方程）为： y=q/（q-1）x-xF/（q-1）上式表示两操作线交点的轨迹方程。塔底再沸器相当于一层理论板（气液两相平衡），塔顶采用分凝器时，分凝器相当于一层理论板。由于冷液进料时提馏段内循环量增大，分离程度提高，冷液进料较气液混合物进料所需理论板数为少。u 回流比及其选择 全回流 R=L/D=，操作线与对角线重合，操作线方程yn+1=xn，达到给定分离程度所需理论板层数最少为Nmin。u 最小回流比 当回流比逐渐减小时，精馏段操作线截距随之逐渐增大，两操作线位置将向平衡线靠近，为达到相同分离程度所需理论板层数亦逐渐增多。达到恒浓区（夹紧区）回流比最小，所需理论板无穷多。u 正常平衡线 Rmin=（xDyq）/（yqxq）u 饱和液体进料时：xq=xF 饱和蒸汽进料时：yq=yFu 不正常平衡线u 由a（xD，yD）或c（xW，yW）点向平衡线作切线，由切线斜率或截距求Rmin。u 适宜回流比 R=（1.12）Rmin u 精馏设计中，当回流比增大时所需理论板数减少，同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量增加，塔顶冷凝器中冷却介质消耗量增加，操作费用相应增加，所需塔径增大。u 精馏操作时，若F、D、xF、q、R、加料板位置都不变，将塔顶泡点回流改为冷回流，则塔顶产品组成xD变大。u 精馏设计中，回流比愈大，操作能耗愈大，随着回流比逐渐增大，操作费和设备费的总和将呈现先减小后增大的过程。板效率和实际塔板数u 单板效率（默弗里效率） EmV=（yn-yn+1）/（yn*-yn+1） EmL=（xn-1-xn）/（xn-1xn*）u 全塔效率 E=（NT/NP）x100%精馏塔中第n-1,n,n+1块理论板，yn+1yn，tn-1xn-1。精馏塔中第n-1,n,n+1块实际板，xn*yn。 蒸 馏一、全塔物料衡算总物料衡算： F=D+W易挥发组分质量衡算： FxF=DxD+WxW塔顶易挥发组分回收率： DxD/FxF塔底难挥发组分回收率： W(1-xW)/F(1-xF)二、理想体系的汽液平衡方程 相对挥发度愈大，表示A较B愈易挥发，愈有利于分离，=1时y=x，混合液不能用一般的蒸馏方法进行分离。三、操作线方程1、精馏段的操作线方程 （称为回流比）表示在一定操作条件下，由第n板下降的液相组成 xn与相邻的n+1板的上升蒸汽组成yn+1间的关系。2、提馏段操作线方程： 表示在一定操作条件下，提馏段内第m板下降的液相组成与第m+1板上升的蒸汽组成间的关系。 四、进料方程1、进料热状态参数q表示进料热状态参数即1kmol原料液变为饱和蒸气所需的热量/原料液的kmol汽化潜热。2、q与V、V及L、L的关系 3、进料方程（q线方程）为两操作线交点的轨迹 五、回流比1、全回流 精馏塔塔顶上升的蒸汽经全凝器冷凝后，冷凝液全部回流至塔内，在全回流下，D、W、F均为0 2、最小回流比 正常平衡曲线时最小回流比 为q线与平衡线交点的坐标六、塔高和塔径塔高： （NP为实际塔板数，E全塔效率，Ht板间距）塔径： D：塔内径，u:空塔气速，Vs:塔内上升蒸汽的体积流量。一、填空题1、蒸馏是分离均相液体混合物 的一种方法，其分离依据是混合物中各组分的挥发性差异 ，分离的条件是造成气液两相系统 。2、双组分溶液的相对挥发度是溶液中易挥发组分的挥发度对难挥发组分的挥发度之比，若=1表示不能用普通蒸馏方法分离 。物系的值愈大，在x-y图中的平衡曲线愈远离 对角线。3、工业生产中在精馏塔内将 多次部分气化过程和多次部分冷凝过程有机结合起来而实现操作的。而回流是精馏与普通蒸馏的本质区别。4、 精馏塔的作用是提供气液接触进行传热和传质的场所。5、在连续精馏塔内，加料板以上的塔段称为精馏段，其作用是提浓上升蒸汽中易挥发组分 ；加料板以下的塔段（包括加料板）称为提馏段 ，其作用是提浓下降液体中难挥发组分6、离开理论板时，气液两相达到平衡状态，即两相温度相等，组成互成平衡。7、精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因有（1）塔顶易挥发组分含量高 和（2）塔底压力高于塔顶。8、精馏过程回流比R的定义式为 R= L/D ；对于一定的分离任务来说，当R= 时，所需理论板数为最少，此种操作称为全回流；而R= Rmin 时，所需理论板数为。9、精馏塔有五种进料热状况，其中以冷液进料q值最大，进料温度小于泡点温度。10、某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距等于零，则回流比等于 ，馏出液流量等于零，操作线方程为yn+1=xn选择 题1、精馏操作时，增大回流比R，其他操作条件不变，则精馏段液气比L/V（ A ），馏出液组成xD (A),釜残液组成xW (D ). A 增加 B 不变 C 不确定 D减小2、精馏塔的设计中，若进料热状况由原来的饱和蒸汽进料改为饱和液体进料，其他条件维持不变，则所需的理论塔板数NT（A）,提馏段下降液体流量L(C)。A、减少 B、不变 C、增加 D、不确定3、 对于饱和蒸汽进料，则有L（ A ）L ，V（ B ）V。A等于 B 小于 C 大于 D 不确定4、 精馏塔中由塔顶向下的第n-1，n，n+1层塔板，其气相组成关系为（ C ） A yn+1ynyn-1 B yn+1=yn=yn-1 C yn+1ynY*，Y-Y*就是吸收操作中的推动力；若操作线位于平衡线的下方，则进行脱吸操作。五、吸收剂用量的确定正常情况下最小液气比： (L/V)min称为最小液气比，X1*表示与Y1成平衡的吸收液浓度，若平衡关系满足亨利定律X1*=Y1/m六、填料层高度 传质单元高度：传质单元数： ( ,) 称为脱吸因数，为平衡线的斜率m与操作线的斜率L/V的比值。S小于1有利于提高溶质的吸收率，出塔气体与进塔液体趋近平衡，需采用较大的液体量使操作线斜率大于平衡线斜率（即S小于1）；若要获得最浓的吸收液，必使出塔液体与进塔气体趋近平衡，要求采用小的液体量使操作线斜率小于平衡线斜率（即S大于1）。干 燥一、湿空气的性质1、湿度H（湿含量） 绝干空气，H=0去湿能力