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：●压力的表征：静止流体中，在某一点单位面积上所受的压力，称为静压力，简称压力，俗称表压强(力)=绝对压强(力)-大气压强(力)真空度=大气压强-绝对压大气压线¥¥绝对零压线大气压力、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：备注：1)在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面上各点压力都相等。此方程式只适用于静止的连通着的同一种连续的流体。二、流体动力学质量流量(平均)流速(平均)流速●连续性方程及重要引论：●一实际流体的柏努利方程及应用(例题作业题)输送机械的有效功率：Ne=mW输送机械的轴功率：(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。无论是层流或揣流，在管道任意截面上，流体质点的速度均沿管径而变化，管壁处速度为零，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、湍流主体湍流时管壁处的速度也等于零，靠近管壁的流体仍作层流流动，这一作层流流动的流体薄层称为层流内层或层流底层。自层流内层往管中心推移，速度逐渐增大，出现了既非层流流动亦非完全端流流动的区域，这区域称为缓冲层或过渡层，再往中心才是揣流主体。层流内层的厚度随Re值的增加而减小。层流时的速度分布湍流时的速度分布u≈0.8umax四、流动阻力、复杂管路、流量计：●计算管道阻力的通式：(伯努利方程损失能)非圆直管道运算时，关键是找出λ值，一般题目会告诉，仅用于期末考试，考研需扩充当量直径：dde=4r(4倍水力半径)(流体在通道里的流通截面积A与润湿周边长Ⅱ之比)·流量计概述：(节流原理)孔板流量计是利用流体流经孔板前后产生的压力差来实现流量测量。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。●复杂管路：(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。离心泵：电动机→流体(动能)转化→静压能一、离心泵的结构和工作原理：●离心泵的主要部件：叶轮泵壳液体的汇集与能量的转换泵轴密封填料密封机械密封(高级)离心泵的的启动流程：吸液(管泵，无自吸能力)转能叶轮其作用为将原动机的能量直接传给液体，以提高液体的静压能与动能(主要为静压能)。泵壳具有汇集液体和能量转化双重功能。轴封装置其作用是防止泵壳内高压液体沿轴漏出或外界空气吸入泵的低压区。常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种。气缚现象：离心泵启动前泵壳和吸入管路中没有充满液体，则泵壳内存有空气，而空气的密度又远小于液体的密度，故产生的离心力很小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内液体吸入泵内，此时虽启动离心泵，也不能输送液体，此种现象称为气缚现象，表明离心泵无自吸能力。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压头(扬程)H:离心泵对单位重量(1N)的轴功率N:泵轴所需的功率η-Q曲线对应的最高效率点为设计点，对应的Q、H、N值称为最佳工况参数，铭牌所标出的参数就是此点的性能参数。(会使用IS水泵特性曲线表，书P117)三、气蚀现象与安装高度：②产生噪声和振动，影响离心泵的正常运行通常，根据泵的抗气蚀性能，合理地确定泵的安装高度为防止气蚀现象发生，在离心泵人口处液体的静压头(p/p₅)与动压头(u²/2g)之和必NPSH↓Hs↑Hg个抗气蚀性能好H,'——离心泵的允许吸上真空度，指在泵人口处可允许达到的最高真空度，m液柱p.——当地大气压强，Pa;P₁——泵吸入口处允许的最低绝对压强，Pa;p——被输送液体的密度，kg/m³。●离心泵的允许安装高度H₈(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Q.管路系统的输送量，m³/hA管路截面积，m²。H₁=f(Q.)H.=K+f(Q.)或从.或从.H-0MH=H₆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)第三章、非均相物系的分离(密度不同)一、重力沉降：Fg-Fb-Fa=ma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)层流区(滞流区)或斯托克斯定律区：(10⁻⁴<Re:<1)(K<2.62)过渡区或艾伦定律区：(1<Re:<10³)(2.62<K<69.1)湍流区或牛顿定律区：(10³<Re:<2×10⁵)(K>69.1)相应沉降速度计算式：(公式不用记，掌握运算方法)区区区即先假设沉降属于某一流型(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Ut,则位于降尘室最高点的颗一净化气体粒沉降至室底需要的时间为一净化气体粒沉降至室底需要的时间为气体通过降尘室的时间为u气体在降尘室的水平通过速度，m/s单层降尘室生产能力：Vs≤blu(与高度H无关，注意判断选择填空题)二、离心沉降：●离心加速度：(惯性离心力场强度);重力加速度：g;重力沉降速度ur:(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)H₂=2D,性能指标：1、临界粒径d。: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η;分效率np(粒级效率);4、压力降△p:气体经过旋风分离器时，由于进气管和排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力，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)C₁旋风分离器进口气体含尘浓度，g/m³C₂旋风分离器出口气体含尘浓度，g/m³C₁.——进口气体中粒径在第i小段范围内的颗粒的浓度，g/m³标准旋风Ne=5,ζ=8.0。1、饼层过滤：饼层过滤时，悬浮液置于过滤介质的一侧，固体物沉积于介质表面而形成滤饼层。过滤介质中微细孔道的直径可能大于悬浮液中部分颗位的直径，因而，过滤之初会有一些细小颗粒穿过介质而使滤液浑浊，但是颗粒会在孔道中迅速地发生“架桥”现象(见图),使小子孔道直径的细小颗粒也能被截拦，故当滤饼开始形成，滤液即变清，此后过滤才能有效地进行。可见，在饼层过滤中，真正发挥截拦颗粒作用的主要是滤饼层而不是过滤介质。饼层过滤适用于处理固体含量较高的悬浮液。①应是能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性、较高的空隙率及较低的流动阻对于一定的悬浊液，若μr'、及皆可视为常数，令,k——表征过滤物料特性的常数，m⁴/(N·s)或m²/(Pa·s)恒压过滤时，压力差△p不变，k、A、s都是常洗水洗水过滤板框洗涤板第四章传热一、热传导、对流传热：观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导(又称导热)。热传导的条件是系统两部分之间存2、热对流(宏观有位移):流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对流(简称对流)。热对流仅发生在流体中。在流体中产生对流的原因有二：一是因流体中各处的温度不二是因泵(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。括固体、液体和气体)都能将热能以电磁波形式发射出去，而不需要任何介质，也就是说它可以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。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。①蒸气冷凝，气体在传热过程中全部或部分冷凝为液体；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)热交换方式：(书p211)3、典型的间壁式换热器：(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=nπdLS——传热面积；n——管数；d——管径，m;L——管长，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；热通量q(又称传热速度)指单位面机的传热速率。R’——单位传热面积的热阻，m²2.C/W面积成正比，即：Q——导热速率，即单位时间传导的热，其方向与温度梯度的方向相反，W●通过平壁的稳态热传导：△t——温度差，导热推动力，℃;导热热阻，m².℃/W。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)●通过圆筒壁的热传导：mm/w(0●保温层的临界直径：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。有意义)二、总传热：(参考习题及例题)下标h和c分别表示热流体和冷流体l冷流体的温度，℃;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)1、蛇管式换热器(沉浸式蛇管换热器、喷淋式蛇管换热器)第五章、蒸发(不挥发溶质)概述及蒸发器溶液沸点升高与温度差损失多效蒸发及流程一、概述及蒸发器：●常见蒸发器类型及原理(书P302)1、中央循环管式(或标准式)蒸发器二、溶液沸点升高与温度差损失：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2、因加热管内液柱静压力而引起的温度差损失△’’加热蒸汽原料液完成液至冷凝器至冷凝器原料液加热蒸汽完成液至冷凝器至冷凝器2原料液图5-18平流加料法的三效蒸发装置流程示意图第六章蒸馏(液体混合物挥发度不同)一：平衡关系：对于理想溶液。VB同理表示相对挥发度：易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比图1-1苯一甲苯混合液的1-x--y图化，产生的蒸气进入冷凝器中冷凝，随着过程的进行，釜液中易挥发组分含量不断降低，当釜液组成达到规定值时，即停止蒸馏操作，釜液一次排出。二、精馏原理及流程：到几乎完全的分离。原理：液体混合物经多次部分汽化和冷凝后，便可得流程：原料液经预热器加热到指定温度后.送入精馏塔的进料板，在进料板上与自塔上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流人塔底再沸器中。在每层板上，回流液体与上升蒸气互相接触，进行传热传质过程。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为地底产品(釜残掖),部分液体汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。塔顶蒸气进人冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷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：D——塔顶产品(馏出液)流量，kmol/h;w——塔底产品(釜残液)流量，kml/h;x——釜残液中易挥发组分的摩尔分数+可f,()1的-0Q+总物料衡算L'=V+W或F 一F 图1-20操作线的作法图形关系(记住)。理论版层数计算：b计算到X≤X(饱和液体进料状况，其他为X。)说明第n层是加料板(n-1层)。提馏段：同理x’m≤x(m-1层)。●全塔效率与单板效率或●塔板上气液两相的非理想流动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(1)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：与液相成平衡的溶质分应时，溶质便由气相向液相转移，即发生吸收过程。反之.如果气相中溶这种过程称为脱收(或解吸)p——溶质在气相中的平衡分压，kPa;x:——溶质在液相中的摩尔分数；E——亨利系数，其数值随物系的特性及温度而异。E的单位与强力单位一致。c;——单位体积溶液中溶质的摩尔数，kmol/m³x——液相中溶质的摩尔分数m——相平衡常数，或称分配系数，量纲为1。1)溶解度高(对溶质组分)2)选择性高3)挥发度小4)黏性小5)其他(无毒、无腐蚀、经济、合理等)相溶质组成相平衡的气相溶质组成y,,即y;>y,*(或液相的实际组成X,小于与气相组成y;相平衡的液相组成x,,即x,<x,*,说明溶液还没有达到饱和状态，此时气相中续溶解，传质的方向由气相到液相，即进行吸收；反之，传质方向则由液相到气相.即发生解吸 (或脱吸)。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y;、X;,若在成差表示的推动力为;(只能以一相来表征)平衡状态是传质过程进行的极限。对于以净化气体为目的的逆流吸收过程，无论气体于与人塔吸收剂组成x₂相平衡的气相溶质组成γ;,即同理，对以制取液相产品为目的的逆流吸收，出塔吸收液的组成x;都不可能大于与人塔气相组成y,相平衡的液相组成xi,即二、传质理论：扩分子扩散：流体分子无规则的热运动J.——物质A在2方向上的分子扩散通量，knol/(m²·s);式中负号表示扩散是沿着物质A浓度降低的方向进行的。传预方向羿面气相主体液相主体2.吸收操作线方程与操作线B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。这是理论上吸收液所能达到的最高组成，但此时过程的推动力已变为0,因而需要无限大的相际传质面积，实际上办不到。或者当解吸平衡线为非下凹线时，操作线的极限位置为与平衡线相交，此时，对应的气液比为最小气液比。以表示。对应的气体用量为最小用量，记作Vain。即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)传质单元数的计算式中为解吸因数(脱吸因数)。值的大小反映了溶质A吸收率的高低。吸收塔塔径的计算第八章、塔设备作用：1、使气、液两相充分接触，适当湍动，以提供尽可能大的传质面积和传质系数，接触后两相又能及时完善分离；2、在塔内使气、液两相最大限度的接近逆流，以提供最大的传质推动力。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；种类雾沫夹带：上升气流穿过塔板上液层时，将漏液：错流型的塔板在正常操作时，液体应沿塔板流接触后由降液管流下。当上升气体流速减小，气体通过升气孔道的动压不足以阻止板上液体经孔当管内液体增高到越过溢流堰顶部，于是两板间液体相液面落差：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)的局负荷性能图：(掌握，书下册p158)(1)雾沫夹带线(3)液相负荷上限线(4)漏液线诸线所包围的区域，流体流动性质(了解，书P184)干燥概述空气性质及H-I图干燥过程物料衡算及热量衡算干燥动力学干燥概述：干燥操作的必要条件是物料表面的水汽压力必须大于干燥介质中水汽的分压，两者差别对流干燥特点：在对流于燥过程中，热空气将热量传给湿物料，物料表面水分即行汽化.并通过合的操作.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：H——湿空气的湿度，kg水汽/kg绝干气(以后的讨论中，略去单位中水汽两字)M摩尔质量，kg/kmol;下标v表示水蒸气、g表示绝干气。不饱和空气：t>t(tas)>ta饱和空气：t=t(tas)=ta构成线群：(5条)1)等湿度线(等H线)群2)等焓线(等I线)群3)等干球温度线(等t线)群4)等相对湿度线(等φ线)群三、干燥过程物料衡算及热量衡算：(作业及书上例题)或G,即LH₁+GX₁=LH₂+GX₂(进出水相等)W=L(H₂-H₁)=G(X₁-X₂)l——蒸发1kg水分消耗的绝干空气数量，称为单位空气消耗量，kg绝干气/kg水1。(真实进料湿空气)=L(1+H₀)=L(1+H₁)tfa,H₁,H₂一分别为新鲜湿空气进人预热器、离开预热器(即进入十燥I.h.I₂—分别为新鲜湿空气进入预热器、离开预热器(即进人干燥器)Lo,,t₂--—分别为新鲜湿空气进人预热器、离开预热器(即进人干燥器)Q—单位时间内预热器消耗的热量：1W;G₁,G₂——分别为湿物料进人和离开干