化工原理课程总结

1、第一章第一章 流体流动流体流动两类问题：流体静力学问题流体动力学问题第一节第一节 流体静力学流体静力学一、质量力与密度一、质量力与密度（一）密度（一）密度Vm kg/m3 混合气体混合气体1112nnmyyy 混合液体混合液体nn12121m （二）比体积（二）比体积1Vm m3/kg二、二、压力与静压强压力与静压强FpA N/m2或或Pa表表 压压 = 绝对压力绝对压力 大气压力大气压力真空度真空度 = 大气压力大气压力 绝对压力绝对压力绝对压力,表压和真空度的关系P / MPa0绝对压力表压大气压真空度绝对压力绝对零压线三、三、剪力、剪应力和粘度剪力、剪应力和粘度dduFAydduy剪力剪

2、力剪应力剪应力粘度粘度NPaPasFuududy四、流体静力学基本方程四、流体静力学基本方程1122+pgzpgz gzpgzp2211 压力形式（压力形式（N/m2）能量形式（能量形式（J/kg）1212ppzzgg 压头形式（压头形式（J/N）p0p2p1z1z2G五、流体静力学基本方程的应用五、流体静力学基本方程的应用1. U管单点测压管管单点测压管 2. U管压差计管压差计 3. 双液体双液体U管管微压差计微压差计 4. 倾斜式微倾斜式微压差计压差计 第二节第二节 管内流体流动的基本方程管内流体流动的基本方程一、一、概述概述（1）质量守恒定律）质量守恒定律连续性方程式连续性方程式（2）

3、能量守恒定律）能量守恒定律伯努利方程式伯努利方程式体积流量体积流量 m3/s或或m3/hVVq质量流量质量流量 kg/s或或kg/hmVqq质量流速质量流速 流速流速VquAkg/（m2s）流量与流速的关系：流量与流速的关系： m/smqA mVqquAwA二、二、连续性方程式连续性方程式常常数数 uAAuAuqm 222111常常数数 uAAuAuqV2211圆形管道圆形管道 ：2121221 ddAAuus1s2s3u1u2u3 控制体三、伯三、伯努利方程式努利方程式 推导条件推导条件 流体不可压缩； 理想流体（无阻力）； 稳态流动； 恒温； 连续流体。 kgJ /2222222111up

4、gzupgzmNJ/gugpzgugpz2222222111位能静压能动能位压头 静压头动压头四、四、实际流体的机械能衡算式实际流体的机械能衡算式221211221122fppz guWz guh 221211221122fppzuHzuHgggg W 外功，外功，J/kg；hf阻力损失，阻力损失，J/kgH =W/g 外加压头，外加压头，m；Hf =hf/g压头损失，压头损失，m 第三节第三节 管内流体流动现象管内流体流动现象一、流体流动类型与雷诺数一、流体流动类型与雷诺数 雷诺准数雷诺准数 udRe 无因次数群无因次数群Re2000时，流动为层流，此区称为层流区；时，流动为层流，此区称为层

5、流区；Re4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区；时，一般出现湍流，此区称为湍流区；2000 Re hr , pk pv时，时， 不汽蚀不汽蚀 ha hr , pk pv时，开始发生汽蚀时，开始发生汽蚀 ha hr , pk pv时，时， 严重汽蚀严重汽蚀允许汽蚀余量允许汽蚀余量0.3rhh （三）（三） 离心泵的安装高度离心泵的安装高度 在在0-00-0和和1-11-1间列柏努利方程：间列柏努利方程：00 1VgfppHhHg 允允1100离心泵的安装高度Hg最大安装高度最大安装高度00 1VgrfppHhHg m m a ax x最大允许安装高度最大允许安装高度离心泵的实际安装高度应小于

6、允许安装高离心泵的实际安装高度应小于允许安装高度，一般比允许值度，一般比允许值小小0.51m。 第二节第二节 其他类型化工用泵其他类型化工用泵一、一、 往复泵往复泵二、二、 齿轮泵齿轮泵三、旋涡泵三、旋涡泵第三节第三节 气体输送机械气体输送机械通风机通风机 鼓风机鼓风机 压缩机压缩机 真空泵真空泵第三章第三章 沉降与过滤沉降与过滤第一节第一节 概述概述非均相物系分离：非均相物系分离：沉降沉降（重力沉降、离心沉降）（重力沉降、离心沉降）过滤过滤分散物质（分散相）：处于分散状态的物质分散物质（分散相）：处于分散状态的物质分散介质（连续相）：处于连续状态的物质分散介质（连续相）：处于连续状态的物质第

7、二节第二节 重力沉降重力沉降一、一、重力沉降速度重力沉降速度（一）（一）球形球形颗粒的自由沉降颗粒的自由沉降重力沉降速度重力沉降速度: 颗粒受力平衡时，匀速阶段颗粒相对于流体的颗粒受力平衡时，匀速阶段颗粒相对于流体的运动速度。运动速度。4()3pptdgu （二）流体中颗粒运动的阻力（二）流体中颗粒运动的阻力( (曳力曳力) )222242dppuuFAd阻力系数（曳力系数）阻力系数（曳力系数）(Re)f 层流区层流区 104 Re 非金属固体非金属固体 液体液体 气体气体 二、平壁的稳态热传导二、平壁的稳态热传导 （一）单层平壁热传导一）单层平壁热传导热热阻阻推推动动力力 RtAbttQ 2

8、1 （二）多层平壁热传导二）多层平壁热传导12314312123itttttQbbbRAAA总推动力总热阻x/mt2t1t/t2t3t4Q三、圆筒壁的稳态热传导三、圆筒壁的稳态热传导12122mmttttQbbL rA 2121lnmrrrr r2121lnmAAAAA12331211223311 =mmmnitttQbbbAAAttR 总总推推动动力力总总热热阻阻单层单层多层多层l 湍流主体湍流主体温度梯度小，热阻小，热对流为主温度梯度小，热阻小，热对流为主l 层流底层层流底层温度梯度大，热阻大，热传导为主温度梯度大，热阻大，热传导为主l 过渡区域过渡区域热传导、热对流均起作用热传导、热对流

9、均起作用对流传热过程的热阻主要集中在层流底层。对流传热过程的热阻主要集中在层流底层。11wTTQA 由由傅傅立立叶叶定定律律：,Qu 层层流流底底层层厚厚度度，（则则）第三节第三节 对流传热对流传热)(11WTTAQ )(22ttAQW 冷流体：冷流体：热流体：热流体：牛顿冷却定律牛顿冷却定律式中式中 Q 对流传热速率，对流传热速率，W； 1 、 2 热、冷流体的对流传热系数，热、冷流体的对流传热系数，W/(m2K)；T 、TW、t、tW 热、冷流体的热、冷流体的平均平均温度及温度及平均平均壁温，壁温，。 第四节第四节 传热过程计算传热过程计算总传热速率方程总传热速率方程式中式中 Q传热速率，

10、传热速率，W； tm两流体的平均温度差，两流体的平均温度差，或或K； A传热面积，传热面积，m2； K总传热系数，总传热系数，W/(m2K) 。m mQKAt =/1/mmtQAtbAbtQA tA 推动力热传导：热阻推动力热对流：热阻一、传热平均温度差一、传热平均温度差（一）恒温传热（一）恒温传热tTt m（二）逆流与并流（二）逆流与并流mtKAttttKAQ 1212ln1212lntttttm 逆流、并流均适用逆流、并流均适用对数平均温度差对数平均温度差121()2mttt 进、出口条件相同时，进、出口条件相同时， 并逆,mmtt当当 t2/ t1 xA, yB x ，平衡线在，平衡线在

11、对角线之上；对角线之上；平衡线离对角线越远，挥发性差异越大，平衡线离对角线越远，挥发性差异越大，物系越易分离。物系越易分离。 越大，越远离越大，越远离1，相平衡曲线偏离对角线相平衡曲线偏离对角线愈远，表示达到汽液相平衡时汽、液两相愈远，表示达到汽液相平衡时汽、液两相组成的差异愈大。组成的差异愈大。也就愈有利于蒸馏操作。也就愈有利于蒸馏操作。 若若=1=1，则普通蒸馏方式将无法分离此混合物。，则普通蒸馏方式将无法分离此混合物。若若1, 11。txy与与x-y 图图标绘：略去温度坐标，依x-y 的对应关系做图 ，得x-y图。第二节第二节 蒸馏与精馏原理蒸馏与精馏原理蒸馏方式蒸馏方式 精馏精馏平衡蒸

12、馏平衡蒸馏简单蒸馏简单蒸馏 板式塔釜液馏出液进料精馏段提馏段66yn-1*xn+1*n+1nn-1tn+1tntn-111nnttxn-1yn+1xnyn1*1nnyy1*1nnxx精馏原理精馏原理塔板的作用塔板的作用LV塔板提供了气液接触的场所塔板提供了气液接触的场所每一块塔板是一个气液分离器每一块塔板是一个气液分离器足够多的塔板可使各组分较完全分离足够多的塔板可使各组分较完全分离回流作用回流作用连续精馏的充分必要条件：连续精馏的充分必要条件：最上要有高纯度易挥发组分的液相：最上要有高纯度易挥发组分的液相：液相回流液相回流最下要有高纯度难挥发组分的气相：最下要有高纯度难挥发组分的气相：气相回

13、流气相回流(上升蒸气上升蒸气)第三节第三节 双组分连续精馏的计算与分析双组分连续精馏的计算与分析一、一、 全塔物料衡算全塔物料衡算总物料衡算：总物料衡算：F=D+W易挥发组分物料衡算：易挥发组分物料衡算：FxF=DxD+WxWF、D、W：kmol/sxF、xD、xW：易挥发组分（易挥发组分（A）的摩尔分数）的摩尔分数塔顶轻组分回收率：塔顶轻组分回收率：DF100%AD xF x 塔底重组分回收率：塔底重组分回收率：)WF(1100%(1BWxFx F, xFD, xDW, xW二、恒摩尔流量的假定二、恒摩尔流量的假定（1）恒摩尔气流恒摩尔气流：精馏段内每层塔板上升精馏段内每层塔板上升蒸汽的摩尔

14、流率蒸汽的摩尔流率kmolh-1相等，提馏段相等，提馏段也一样。也一样。V1=V2=V=常数常数V1=V2=V=常数常数（2）恒摩尔液流恒摩尔液流：精馏段内每层塔板溢流：精馏段内每层塔板溢流液体的摩尔流率液体的摩尔流率kmolh-1相等，提馏段相等，提馏段也一样。也一样。L1=L2= L=常数常数L1=L2= L=常数常数D, xDW, xWF, xFLVL V 70LLqF令， LVVLF LLq F 则VVqF则(1)(1)由物料衡算由物料衡算 V L L V F 进料热状态参数q将精馏段与提馏段关联起来(a)过过冷冷液液体体 (b)饱饱和和液液体体 (c)汽汽液液混混合合物物 (d)饱饱

15、和和蒸蒸汽汽 (e)过过热热蒸蒸汽汽VLLVFVLLVFVLLVFVLLVFVLLVFFLL FLLqFLL q1q=10q1FqVV)1 ( LL LL q=0q0三、三、 进料热状态参数进料热状态参数q四、四、 操作线方程与操作线方程与q q线方程线方程精馏段操作线方程精馏段操作线方程DnnxVDxVLy 11111nnDRyxxRR-回流比回流比 VWxxVLyWmm 1111mmWRyxxRR-塔釜气相回流比塔釜气相回流比 提馏段操作线方程提馏段操作线方程进料方程（进料方程（q线方程）线方程） 11F qxxqqy意义：精馏段与提馏段交点轨迹方程意义：精馏段与提馏段交点轨迹方程五、五、 理论板数计算理论板数计算 （1）作出精、提操作线、）作出精、提操作