化工原理知识点总结复习重点(完美版)

第一章、流体流动一、 流体静力学二、 流体动力学三、 流体流动现四、 流动阻力、复杂管路、流量计一、流体静力学：压强。表压强（力）＝绝对压强（力）-大气压强（力）真空度＝大气压强-绝对压大气压力、绝对压力、表压力（或真空度）之间的关系流体静力学方程式及应用：压力形式

p2p1g(z1z2)

备注：1)在静止的、连续的同一液体内，处于同一能量形式

p1zgp2zg

水平面上各点压力都相等。 1 2此方程式只适用于静止的连通着的同一种连续的流体。应用：U

p1p2(0)gR倾斜液柱压差计微差压差计二、流体动力学流量质量流量 mS kg/s mS=VSρS体积流量 V m3/s质量流速 G S(平均)流速 u m/s G=uρ连续性方程及重要引论：

mS=GA=π/4d2GVS=uA=π/4d2uu2(d1)2u1 d2一实际流体的柏努利方程及应用（例题作业题）zg1u2Wzg1u2p2W

J/kg1 21 e 2 22 fz1

1u212g 1

He

z2

1u222g g2

hf

J/N=m输送机械的有效功率：输送机械的轴功率：应用解题要点：

NemsWeNNe

（运算效率进行简单数学变换）1、作图与确定衡算范围:指明流体流动方向，定出上、下游界面；2、截面的选取：两截面均应与流动方向垂直；3、基准水平面的选取：任意选取，必须与地面平行，用于确定流体位能的大小；4、两截面上的压力：单位一致、表示方法一致；5、单位必须一致：有关物理量的单位必须一致相匹配。三、流体流动现象：流体流动类型及雷诺准数：（1）层流区 Re<2000（2）过渡区 2000<Re<4000（3）湍流区 Re>4000本质区别：（质点运动及能量损失区别）层流与端流的区分不仅在于各有不同的Re值，更重要的是两种流型的质点运动方式有本质区别。流体在管内作层流流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合流体在管内作湍流流动时，其质点作不规则的杂乱运动并相互碰撞，产生大大小小的旋涡。由于质点碰撞而产生的附加阻力较自黏性所产生的阻力大得多，所以碰撞将使流体前进阻力急剧加大。管截面速度大小分布：离开管壁以后速度渐增，到管中心处速度最大。层流：1、呈抛物线分布；2、管中心最大速度为平均速度的2倍。湍流：1、层流内层；2、过渡区或缓冲区；3、湍流主体Re值的增加而减小。层流时的速度分布湍流时的速度分布

u1u2u0.8umax四、流动阻力、复杂管路、流量计：（伯努利方程损失能）范宁公式的几种形式： 圆直管道

lud 2

lu2非圆直管道

pfWfd 2运算时，关键是找出值，一般题目会告诉，仅用于期末考试，考研需扩充非圆管当量直径：当量直径：de de=4rH（4倍水力半径）A水力半径：rH=Π（流体在通道里的流通截面积A与润湿周边长Π之比 ）（节流原理）孔板流量计孔板流量计的特点：恒截面、变压差，为差压式流量计。文丘里流量计的能量损失远小于孔板流量计。转子流量计的特点：恒压差、恒环隙流速而变流通面积，属截面式流量计。（了解）并联管路各支路的能量损失相等，主管的流量必等于各支管流量之和。第二章、流体输送机械一、离心泵的结构和工作原理二、特性参数与特性曲线三、气蚀现象与安装高度四、工作点及流量调节离心泵：电动机一、离心泵的结构和工作原理：离心泵的主要部件： 离心泵的的启动流程：叶轮 吸液（管泵，无自吸能力）泵壳 液体的汇集与能量的转换 转能泵轴 排放密封 填料密封 机械密封（高级）（主要为静压能。泵壳具有汇集液体和能量转化双重功能。装置有填料密封和机械密封两种。气缚现象能力。因此，离心泵在启动前必须灌泵。汽蚀现象：汽蚀现象是指当泵入口处压力等于或小于同温度下液体的饱和蒸汽压时，液体发生汽化，气泡在高压作用下，迅速凝聚或破裂产生压力极大、频率极高的冲击，泵体强烈振动并发出噪音，液体流量、压头（出口压力）及效率明显下降。这种现象称为离心泵的汽蚀。二、特性参数与特性曲线：流量Q：离心泵在单位时间内排送到管路系统的液体体积。压头（扬程）H：离心泵对单位重量（1N）的液体所提供的有效能量。效率：总效率=vmh轴功率N：NNe三、气蚀现象与安装高度:气蚀现象的危害：

-Q曲线对应的最高效率点为设计点，对QHN（ISP117）且使离心泵停止工作。②产生噪声和振动，影响离心泵的正常运行和工作环境。③泵壳和叶轮的材料遭受损坏，降低了泵的使用寿命。通常，根据泵的抗气蚀性能，合理地确定泵的安装高度，是防止发生气蚀现象的有效措施。离心泵的汽蚀余量：1 g （p/p）（u2/2g）p1 g NPSH

p1

2u1u2gg

NPSH

H

H

必须汽蚀余量：(NPSH)r离心泵的允许吸上真空度：离心泵的允许安装高度Hg（低于此高度0.5-1m）：关离心泵先关阀门，后关电机，开离心泵先关出口阀，再启动电机。四、工作点及流量调节：管路特性与离心泵的工作点：由两截面的伯努利方程所得全程化简。联解既得工作点。离心泵的流量调节：1、改变阀门的开度（改变管路特性曲线）；2、改变泵的转速（改变泵的特性曲线）；减小叶轮直径也可以改变泵的特性曲线，但一般不用。3、泵串联（压头大）或并联（流速大）往复泵的流量调节：1、旁路调节；2、改变活塞冲程和往复次数。第三章、非均相物系的分离（密度不同）一、重力沉降二、离心沉降三、过滤一、重力沉降：沉降过程：先加速（短），后匀速（长）沉降过程。流型及沉降速度计算：（参考作业及例题）tt层流区（滞流区）或斯托克斯定律区：（10-4<Re<1） 过渡区或艾伦定律区：（1<Re<103） (2.62<K<69.1)ttt湍流区或牛顿定律区：（103<Re<2105） (K>69.1)t相应沉降速度计算式：（公式不用记，掌握运算方法）计算方法：1、试差法：（譬如层流区则可直接选用与该流型相应的沉降速度公式计算，然后按ut检验Ret值是否在原设的流型范围内。如果与原设一致，则求得的ut有效。否则，按算出的Ret值另选流型，并改用相应的公式求ut。2、摩擦数群法：书p1493、K值法： 书p150沉降设备：为满足除尘要求，气体在降尘室内的停留时间至少等于颗粒的沉降时间，所以：（与高度H无关，注意判断选择填空题）多层降尘室：Vs（n1)blut（n+1为隔板数，n层水平隔板，能力为单层的（n+1）倍）二、离心沉降：2离心加速度：（惯性离心力场强度）uT；重力加速度：g2R)uT23 R

；重力沉降速度uT：)g3uKC ru

UT

（离心沉降速度与重力沉降速度的比值，表征离心沉降是重力沉降的多少倍）2uT gR2离心沉降设备：旋风分离器：利用惯性离心力的作用从气流中分离出尘粒的设备 性能指标：1、临界粒径dc：理论上在旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒直径；2、分离效率：总效率η0；分效率ηp（粒级效率）；3、分割粒径d50：d50是粒级效率恰为50%的颗粒直径；4、压力降△p：流动时的局部阻力以及气体旋转运动所产生的动能损失等，造成气体的压力降。（标准旋风）标准旋风Ne=5，=8.0。三、过滤：过滤方式：1、饼层过滤： 深床过滤：助滤剂的使用及注意：为助滤剂。对助滤剂的基本要求如下：力；②应具有化学稳定性，不与悬浮液发生化学反应，也不溶于液相中。应予注意，－般以获得清净滤液为目的时，采用助滤剂才是适宜的。恒压过滤方程式：（理解，书P175）r令k

1

，k——表征过滤物料特性的常数， ；恒压过滤时，压力差△p不变，k、A、s都是数再令过滤常数的测定：书P179,包括压缩因子板框压力机：即停止过滤。若滤饼需要洗涤，可将洗水压人洗水通道，经洗涤板角端的暗孔进入板面与滤布之间。第四章 传 热一、热传导、对流传热二、总传热三、换热器及强化传热途径一、热传导、对流传热：传热基本方式：1（宏观无位移（又称导热整个物体的各部分温度相等为止。2（宏观有位移（简称对流）二是因泵（风机）或搅拌等外力所致的质点强制运动，这种对流称为强制对流。3（不需要介质（在真空中传播。4、对流传热：流体流过固体壁面（流体温度与壁面温度不同）时的传热过程称为对流传热。流体无相变的对流传热 流体在传热过程中不发生相变化，依据流体流动原因不同，分为两种情况。①强制对流传热，流体因外力作用而引起的流动；②自然对流传热，仅因温度差而产生流体内部密度差引起的流体对..流动。流体有相变的对流传热 流体在传热过程中发生相变化，它分为两种情况。①蒸气冷凝，气体在传热过程中全部或部分冷凝为液体；②液体沸腾，液体在传热过程中沸腾汽化，部分液体转变为气体对流传热的温度分布情况对流传热是集热对流和热传导于一体的综合现象。对流传热的热阻主要集中在层流内层，因此，减薄层流内层的厚度是强化对流传热的主要途径。传热过程中热、冷流体（接触）（书p211）1、直接接触式换热和混合式换热器；2、蓄热式换热和蓄热器；列管换热器，区分壳程、管程、单多壳程、单多管程）特定的管壳式换热器传热面积：S=L——管长，m。传热速率和热通量：

S——传热面积；n——管数；d——管径，m；传热速率Q（又称热流量）指单位时间内通过传热面积的热量；） t传热速率= ；Q=阻 R

R——整个传热面的热阻，

C/W热通量q（又称传热速度）指单位面机的传热速率。q=dQ；q=t；m2C/WdS R'热传导基本规律：面积成正比，即：通过平壁的稳态热传导：1、单层平壁的热传导：Q

t)

t

qQ

t

tb b 1 2 b RS

S b R'b——平壁厚度，m；△t——温度差，导热推动力，C；R bS

——导热热阻，C/W；R

bm2

/。2、多层平壁的热传导：在稳态导热时，通过各层的导热速率必相等，即Q=Q1=Q2=Q3;热通量也相等：q=q1=q2=q3（三层）（n层）通过圆筒壁的热传导：1、单层圆筒壁的热传导：QmSb

L

ln/r

2L（t1r

t2)2

2 1 ln2QQ1=Q2=Q3=Qn （注意判断选择填空）q1>q2>q3>qn保温层的临界直径：

（n层）通常，热损失随保温层厚度的增加而减少。但是在小直径圆管外包扎性能不良的保温材料，随保泪层厚度增加，可能反而使热损失增大。（散热区、保温区，d0大于B点保温才有意义）（参考习题及例题）热量衡算：

t2

t1Q=KStm

tm

lnt2

（△t2需大于△t1）1总传热系数K、总热阻K总热阻=热阻之和三、换热器及强化传热途径：间壁式换热器的类型：（掌握原理书p277）管式换热器：1、蛇管式换热器（沉浸式蛇管换热器、喷淋式蛇管换热器）2、套管式换热器3、管壳式换热器（固定管板式换热器、U形管换热器）板式换热器：1、夹套式换热器2、板式换热器3、螺旋板式换热器（I、II、III形）、翅片式换热器：12热管换热器间壁式换热器强化传热途径：1、增大平均温度差△tm2、增大传热面积S1)翅化面；2）异形表面；3）多孔物质结构；4）采用小直径传热管3K1)提高流体的流速；2）增强流体的扰动；3）在流体中加固体颗粒；4）采用短管换热器；5）防止垢层形成和及时清除垢层。第五章、蒸发（不挥发溶质）一、概述及蒸发器二、溶液沸点升高与温度差损失三、多效蒸发及流程一、概述及蒸发器：单效蒸发与多效蒸发：单效蒸发与多效蒸发在操作中一般用冷凝方法将二次燕汽不断地移凝热，这种串联蒸发操作称为多效燕发。常见蒸发器类型及原理（书P302）循环形（非膜式）蒸发器：1、中央循环管式（或标准式）蒸发器234、强制循环蒸发器（单程型）膜式蒸发器：123、升-降膜蒸发器4、刮板搅拌薄膜蒸发器直接加热蒸发器二、溶液沸点升高与温度差损失：溶液的沸点：的要高，两者之差称为因溶液蒸气压下降而引起的沸点升高。例如，常压下20%（质量百分数）NaOH水溶液的沸点为108.5℃，而水的沸点为100℃，此时溶液沸点升高8.5度。由于有沸点升高现象，使同条件下蒸发溶液时的有效温度差下降8.5℃，正好与溶液沸点升高值相等，故沸点升高又称为温度差损失。温度差损失：（书P310）造成温度差损失。1、因溶液蒸气压下降而引起的温度差损失△’2、因加热管内液柱静压力而引起的温度差损失△’’3、由于管路流动阻力而引起的温度差损失△’’’三、多效蒸发及流程:（书P322，搞清楚前后黏度、压强、温度）P1>P2>P3 T1>T2>T3 溶液的沸点必纯溶剂的高，冷凝液的沸点高于二次蒸汽。第六章 蒸馏（液体混合物挥发度不同）一、平衡关系二、精馏原理及流程三、精馏过程计算一：平衡关系：用饱和蒸气压和相平衡常数表示的气液平衡关系：由拉乌尔定律得出，p-溶液上方组分平衡分压，Pa。p’-在溶液温度下纯组分的饱和蒸气压，Pa。x-溶液中组分的摩尔数。下标A表示易挥发组分，B表示难挥发组分。Xb=(1-Xa)pp0泡点方程式xABp0p0A Bp p0x p0 pp0露点方程式yAAAAA B

道尔顿分压定律得出。p p pp0p0A挥发度A

v pAA

A B对于理想溶液 v

p0xAxA

p0。VB同理表示xA相对挥发度：易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比xA相图：（t-x-y图）（x-y图）

vB

pA/xApB/xB3、相平衡方程式：

yx 11)x4、简单蒸馏流程特点：简单蒸馏是将原料液一次加入蒸馏釜中，在恒压下加热使之部分汽组成达到规定值时，即停止蒸馏操作，釜液一次排出。二、精馏原理及流程：原理：液体混合物经多次部分汽化和冷凝后，便可得到几乎完全的分离。（釜残掖凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品（馏出液）。通常，将原料液进入的那层板称为加料板，加料板以上的塔段称为精馏段加料板以下的塔段（包括加料板）称为提馏段。三、精馏过程计算：总物料衡算 F=D+W易挥发组分衡算 FxF=Dy+Wx塔顶易挥发组分的回收率

DxD100%D 塔釜难挥发组分的回收率

FFW(1xW)100%F回流比:RLD

W Fx)xDyq最小回流比

Rmin

yqxq

R=(1.1~2.0)RminNTR,LVV,

进料热状况的影响及q线方程qIVIV

IFIL

CPtrr

并由此得到 L，=L+qF 及 V'=V+(q－1)F进料热状况对q值及q线的影响：q线方程 y

xxF 必过点e（x ,x ）操作线方程：精馏段操作线方程：

q1

q1 F F总物料衡算 V=L+D易挥发组分衡算 Vyn+1=Lxn+DxDR 1操作线方程

yn1R1xnR1xD

a（xDxD）提馏段操作线方程：总物料衡算 L‘=V’+Wm m+1 易挥发组分衡算 L，x，=V，m m+1 ' ' W操作线方程

ym1

'xm '必过点C（x ,x ）V V W W, ' W或 ym1WxmW

x1(1)x--------图形关系（记住）。q=1,斜率为，图像为特殊 泡点

xqxF进料 露点 q=0,斜率为0，图像为理论版层数计算：

1、逐板计算法2、图解法逐板计算法：y X1

X1

y2

X2X

XX)F qmn（n-1。提馏段：同理x,m

x （m-1。w全塔效率与单板效率NE＝NT100%N

E ynyn1 或

E xn1xnnnnPmV y*ynP

n1

mL

n1

x*塔板上气液两相的非理想流动返混现象液沫夹带 塔板上部分液体产生与液体主体流动方向相反的流动为液沫夹带（又称雾沫夹带即液滴被上升的气体夹带到上一层塔板上。气泡夹带 塔板上部分气体产生与气体主体方向相反的流动为气泡夹带即气泡被下降的液卷入下一层塔板上。气体和液体的不均匀分布气体沿塔板的不均匀分布 由于液面落差Δ的存在，气体通过塔板时阻力大小不等，导致塔上气量分布不均。液体沿塔板的不均匀分布 由于液体横向流过塔板时路径长短不一，使塔板的物质传递量减少不正确操作液泛 在操作过程中塔板上液体下降受阻并逐渐在塔板上积累这种现象称为液（也称塔。根据引起液泛的原因不同，可以分为：降液管液泛 液体流量过大降液管内液体不能及时排出或气体流量过大使降液管液面升高，均会引起降液管液泛。夹带液泛 气速过大导致液沫夹带量过大，板上液层增厚并各板液层相连造成液泛。严重漏液 当气体通过筛孔的速度较小或气体分布不均匀时从孔道流下的液体量占液体流的10％以上称为严重漏液。第七章 吸 收（溶解度差异）一、概述及平衡关系二、传质理论三、吸收塔计算一、概述及平衡关系：1、吸收依据：混合物各组分在某种溶剂中溶解度差异1）分离混合气体以回收所需的组分吸收 2）除去有害组分以净化气体；目的 3）制备某种气体的溶液4）工业废气的治理。2、吸收与解吸流程：这种过程称为脱收（或解吸）温度与压强的影响：温度有利于吸收，反之即为解吸压强有利于吸收，反之即为解吸3、平衡关系:摩尔比：Xi

液相中溶质的摩尔数液相中溶剂的摩尔数

xi1xiYi

yii1yiipipi

cipi Hp

1EMiH Si

H EMSyii* yii

mEYipYi

* 4、吸收剂的选择：溶解度高（对溶质组分）选择性高挥发度小黏性小其他（无毒、无腐蚀、经济、合理等）5、相平衡关系在吸收中的应用：**判断传质方向：***若气液相平衡关系为yi*

或xi

yi/myi大于与液*相溶质组成相平衡的气相溶质组成y *i

yi>yi（或液相的实际组成xi小于与气相组成yi相**平衡的液相组成xi 即xi<xi说明溶液还没有达到饱和状态此时气相中的溶质必然要继**（或脱吸）。确定传质推动力：传质过程的推动力通常用一相的实际组成与其平衡组成的偏离程度表示。如图，在吸收塔内某截面A-A处，溶质在气、液两相中的组成分别为yi、xi，若在*操作条件下气液平衡关系为yi mxi则在xi-yi坐标上可标绘出平衡线OE和A-A截面上的**操作点*

yi

yi*成差表示的推动力为x*i

xi

xi（只能以一相来表征）*同理若气液组成分别以pc表示并且相平衡方程为p*ci或c *

以气相*x*i i i H i i*x*分压差表示的推动力为yi

yi

yi，以液相组成表示的推动力为

i -xia吸收塔内两相量与组成的变化 b吸收过程推动力指明传质过程进行的极限：二、传质理论：扩 分子扩散：流体分子无规则的热运散 涡流扩散：流体质点的湍动菲克定律：当物质A在介质B中发生扩散时，任一点处物质A的扩散通量与该位置上A的浓度梯度成正比：JADAB

dcAdz

（与傅里叶定律及牛顿黏性定律有相似处）等分子单向扩散（了解，下册书p90）双膜理论：设：一质以分子扩散方式通过此二膜层由气相主体进入液相主体；在相界面处，气、液两相达到平衡；在两个停滞膜以外的气、液两相主体中，由于流体充分湍动，物质组成均匀。吸收速率方程式：（理解及应用条件，书下册P104）

推动力吸收速率，指单位相际传质面积上单位时间内吸收的溶质量，率 ，推动力指组成差，吸收阻力倒数为吸收系数，所以“速率=吸收系数”方程式：DAN PART

（P P )A

KG(PA

DPPRT

KG（一定情况下）ZPgBm

ZPgBm三、吸收塔计算：1、摩尔分率、摩尔比相关关系：

nAn

（气体总体积=惰性体积）

nAnAx＝A

wA/MAwA/MAwBBwNN摩尔比

YnAnABnA

X nAnABnA摩尔分率与摩尔比的关系为

x X1X

y Y1Y

Xx1-x

Yy1-y摩尔浓度与分压之间的关系为2．吸收操作线方程与操作线

c A V

pARTYLX(YLX)V 2 V 2YLX(YLX)V 1 V 1L L液气比

，最小液气比的计算：

L 2.0)(V

)min

*V V

X1X2B点移至水平线Y=Y1与平衡线的交点B*时，X1=X1*,此点对应有最小液气比。此时，对应的气液比为最小气液比。以V

V。L

min minV即 L

X2X1Y*Y

LX2X1Y*Y min 2 1 2 1OG==塔高计算基本关系式（掌握方法，不用记公式X1的计算为重点，参考作业）OG==ZV dY

H V 称为气相总传质单元高度KYaΩY2YY*

KYaΩG G ZNOG·HOG（填料层高度）

N =2YY

称为气相总传质单元数*dYNOG *YY

*

2YY传质单元数的计算

(YY)m

Y2

YmN 1

SmX

SOG 1Sln

mX2 mV式中S 为解吸因数（脱吸因数）。LmX2Y2mX

值的大小反映了溶质A吸收率的高低。N

A1mX2 OL 1AlnL

AmX1 式中A=mV

称为吸收因数。πu吸收塔塔径的计算πu一、概述

第八章、塔设备二、板式塔及流体力学性质三、填料塔一、概述（了解）：作用：1能及时完善分离；2性能评估指标：1、通量——单位塔截面的生产能力，表征塔设备的处理能力和允许空塔气速；2、分离效率——单位压降塔的分离效果，对板式塔以板效率表示，对填料塔以等板高度表示；3、适应能力——操作弹性，表现为对物料的适应性和对负荷波动的适应性；塔设备在兼顾通量大、效率高、适应性强的前提下，还应尽量满足流动阻力小、结构简单、金属耗量少、造价低、易于操作控制等要求。二、板式塔及流体力学性质（了解）：板式 泡罩塔板塔的 筛板 了解它们工作原种类 浮阀塔板喷射形塔板塔板上 鼓泡状（优良工作状态）气液两 蜂窝状相的接 泡沫状（为了减少雾沫夹带，大都控制在此状态）触状态： 喷射状（优良工作状态）板上压降：

需求板数设备费塔釜温度

雾沫夹带：上升气流穿过塔板上液层时，将板上液体带入上层塔板的现象称为雾沫夹带漏液：道流下时，便会出现漏液现象。当管内液体增高到越过溢流堰顶部，于是两板间液体相连，该层塔板产生积液，井依次上升，这种现象称为液泛，亦称淹塔。液面落差：当液体横向流过板面时，为克服板面的摩擦阻力和极上部件（如泡罩、浮阀等）部阻力，需要一定液位差，则在板面上形成液面落差，以表示。（掌握，书下册p158）三、填料塔：（了解）填料种类：规整 格栅填料填料 波纹填脉冲填散装拉西环鲍尔环阶梯环弧鞍与矩鞍金属环矩鞍填料 球形填料流体流动性质（了解，书P184）一、 干燥概

第七章、干燥（相对湿度差异）二、 空气性质及H-I图三、 干燥过程物料衡算及热量衡算四、干燥动力一、 干燥概述：干燥操作的必要条件若干燥介质为水汽所饱和，则推动力为零，这时干燥操作即停止进行。湿体合的操作．干燥速率由传热速率和传质速率共同控制。二、空气性质及H-I图：1、空气性质各参数湿