化工原理复习提纲

1、单元操作：1)定义：各种各样的物理加工过程（非化学过程）。2)按原理分为3类:流体流动过程（传动）：流体输送、搅拌、沉降、过滤热量传递过程（传热）：热交换、蒸发质量传递过程（传质）：吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥、结晶、膜分离2、三传一反：传动、传热、传质（三者为单元操作）、化学反应。任何一种化工产品的生产过程都是有多个单元操作和化学反应过程组成。3、量纲:量纲表达式中所有量纲指数均为0的量，称作量纲为1，即单位名称为一，符合为1。4、量纲一致性方程：物理量方程等号两边各项的量纲相等即为量纲一致性方程。如PV=nRT5、单元操作的基本概念：物料衡算：（质量守恒定律）①进入与离开化工过程物料质量之差等于累积物料质量:输入量—输出量=累积量②对于连续稳定操作过程：输入量=输出量1)能量衡算：（能量守恒定律主要指机械能和热能，热量衡算步骤与物料衡算步骤相同。2)平衡关系：用于判断过程能否进行及进行的方向和能达到的极限，如饱和盐溶液即为平衡状态。3)传递速率：传递速率=推动力/阻力（与推动力成正比，与阻力成反比）①溶液浓度与平衡浓度之差为溶解过程的推动力，差值越大，传递速率越大；②另外，搅拌等引起的接触面积增大，可减少阻力，增大传递速率。4)经济核算：用最经济的方法设计设备，使设备费与操作费等降到最低。1、绝对压力:以绝对真空为基准测得的压力。2、表压:以外界大气压为基准测得的压力。3、真空度：负压（表压为负值）。4、密度：ρ=m/V=pM/RT（由PV=nRT，n=m/M换算而来）(ρ:kg/m3，p为气体的绝对压力：KPa，M为气体摩尔质量:kg/kmol，T:k，n：kmol，摩尔气体常数R=8.314KJ/(Kmol.K))标况下Tθ=273.15K,pθ=101.325kpa,气体摩尔体积Vθ=22.4m3/Kmol.标况下理想气体密度：ρθ=M/22.4,根据这个公式，可计算其他温度和压强下的气体密度：ρ=ρθ（Tθp/Tpθ）.5、比体积：流体的比体积是密度的倒数。v=V/m=1/ρ(比体积v:m3/kg)6、静力学方程：p—p0=ρgh用于描述静止流体内部的压力沿着高度的变化，对于不可压缩流体，密度不随压力而变化，该方程由液体推导而来，但对气体也适用。p0是液面上方压力，p是液柱下端面压力，h是液柱高度，g=9.8N/kg7、等压面：由静力学方程知，当液面上方的压力p0一定时，在静止液体内任一点压力的大小与液体本身的密度ρ和该点距离液面的深度h有关，因此，在静止连续的同一液体内，处于同一水平面上的各点，因其深度相同，所以其压力也相同，这个压力相等的水平面就是等压面。8、静力学方程的应用：（1）压力测量：①U形管液柱压差计②斜管压差计③微差压差计。（2）液面测定。（3）确定液封高度。1、流量（种类）：①体积流量（单位：m3/s）。②质量流量（单位：Kg/s）体积流量与质量流量关系：，式中ρ为流体密度：kg/m32、流速（计算方法）：①平均流速:(单位：m/s)A为管路截面积：m2②质量流速ω：（单位：Kg/(m2.s)）ω=/A=/A=当温度、压力发生变化时，气体的体积流量和流速将改变，但其质量流量不变，因此此时采用质量流量计算比较方便。③管路直径的估算:以d为管内径，则平均流量=/[(π/4)*d2]=/0.785d2,所以3、连续性方程（质量守恒)：=常数，若流体不可压缩，则ρ=常数，则=常数（Const）伯努利方程（各项名称意义，单位）能量形式：压头形式：（四）221211221122fppzguWzguh221211221122fppzuHzuHgggg1、粘度（温度的影响）：流体流动是产生内摩擦力的性质成为粘性，流体粘性越大，其流动性越小。粘度μ即为粘性系数，单位是[Pa.s]。动力粘度ν=μ/ρ,单位是m2/s液体和气体的粘度数据均有实验测得，同一温度下，气体粘度远小于液体粘度。温度对流体粘度影响很大，当温度升高时，流体的粘度减小，而气体的粘度增大。2、雷诺实验与雷诺数、流动类型根据雷诺实验流体在管路中的流动状态可分为2种类型：（六）管路计算连续性方程、柏努利方程、摩擦阻力计算式1、流量测定原理：流量计是利用流体流动过程中机械能转化原理设计而成的。2、测速管，流量计（原理，类型）：（p48-54）测速管又称皮托管，用于测定流体的点速度。流量计有:孔板流量计、转子流量计、湿式气体流量计。1、泵的分类：四类：离心式、往复式、旋转式、流体动力作用式3、主要性能参数（流量，扬程，功率，效率）：流量：单位时间内泵输送液体的体积，单位有m3/s、m3/min、m3/h扬程H(又称压头):指单位重量（1N）液体流经泵所获得的能量。单位:J/N=m(指m液柱)。功率P：功率指单位时间内做的功，轴功率是指泵轴所需的功率，有效功率是指单位时间内液体从泵中叶轮获得的有效能量。单位：W或(N.m)/s效率η：泵的效率等于有效功率与轴功率之比。4、管路特性方程:H=H0+kq2v1、流量调节的方法：（1）改变阀门开度；（2）改变泵的转速；（3）离心泵的并联操作；（4）离心泵的串联操作。2、气蚀余量：有效气蚀余量、必需气蚀余量3、汽蚀现象：当叶轮入口最低压力点处的压力降到液体在该处温度下的饱和蒸汽压时，液体部分汽化，汽化会产生的小气泡与金属表面能够引起电化学腐蚀现象，称为汽蚀现象。5、离心泵的选择（参数，类型）：（1）确定输送系统的流量和压力；（2）选择泵的类型与型号；（3）校核泵的特性参数。1、气体输送机械设备的类型：通风机、鼓风机、压缩机、真空泵。1、均相物系:在连续相和分散相之间没有相界面。分离较难，如水-乙醇非均相物系:在连续相和分散相之间存在着明显的相界面，机械分离过程，如油和水。气体非均相物系：含尘和含雾的气体；液体非均相物系：悬浊液、乳浊液、泡沫液。非均相物系分离的目的：①回收分散物质，如从结晶母液中分离出晶粒。②净制分散介质，如除去含尘气体中的尘粒。③劳动保护和环境卫生。2、重力沉降：依靠重力而发生的颗粒沉降过程。自由沉降（受力情况）：（p93）单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在流体中分散得较好而颗粒在互不接触、互不碰撞的条件下沉降。3、自由沉降速度（及主要影响因素）主要影响因素：①颗粒形状；②壁效应；③干扰沉降。1、停留时间，沉降时间：颗粒在降尘室中分离出来的条件是停留时间≥沉降时间。2、临界粒径：能100%除去的最小粒径。3、沉降室的处理能力（与沉降设备尺寸关系）：水平流动型沉降室（p94-95）1、离心分离因数：离心分离因数是表示离心力大小的指标。2、旋风分离器：是利用离心力作用净制气体的设备，结构简单，分离效率高，可用于高温含尘气体分离。3、旋液分离器：是利用离心力的作用，使悬浮液中的固体颗粒物增稠或使粒径、密度不同的颗粒分级。1、过滤及方式：（1）过滤：是使含固体颗粒的非均相物系通过布、网等多孔性材料，分离出固体颗粒的操作。一般指悬浮液的过滤。（2）悬浮液的过滤：悬浮液又称滤浆或滤料；过滤用的多孔性材料称为过滤介质；留在过滤介质上的固体颗粒称为滤饼或滤渣；通过滤饼和过滤介质的清液称为滤液。（3）两种过滤方式：①深层过滤：用较厚的粒状床层做成的过滤介质进行过滤，床层上无滤饼形成的过滤方式。②滤饼过滤：悬浮液通过过滤介质后在上面形成滤饼层，这个滤饼层成为有效的过滤介质而得到澄清滤液的过滤方式。2、过滤介质：过滤介质的作用是使液体通过而截留固体颗粒。种类有：①织物介质（棉、麻、丝、毛、合成纤维）；②堆积的粒状介质（由砂、木炭等堆积成较厚的床层，由于深层过滤）；③多孔性介质（由陶瓷、塑料、金属等粉末烧制而成制得的多孔性板状或管状介质）。3、恒压过滤、恒压过滤的特点：在外力作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现固液分离。过滤操作中，随着过滤过程的进行，固体颗粒层的厚度不断增加，故在恒压过滤操作中，过滤速率不断降低。影响过滤速率的主要因素除压强差、滤饼厚度外，还有滤饼和悬浮液的性质，悬浮液温度，过滤介质的阻力等。4、过滤常数1、恒压过滤方程式2、过滤常数的测定1、热量传递的基本方式：3种基本方式：传导、对流、辐射。①热传导（导热）：气体传热是指高温区的气体分子向低温区传递扩散；金属热传导是依靠自由电子从高温到低温迁移的。热传导发生在物体内部或者两个直接接触有温度差的物体之间。②对流：在流体中，冷、热不同部位的流体质点作宏观移动和混合，将热量从高温到低温出传递，称为对流方式传递热量。③热辐)/2)/222kgJuhkgJudlhff（局部阻力损失：（范宁公式）（直管阻力通式：22)(2212212122211udllhhuuppzzgWuAuAqeffV（不可压缩流体）182pptgdu斯托克斯定律：KqqqKAVVVee22222eqKqKq21射：物质因本身温度的原因激发产生电磁波，向空间传播，称为热辐射。在实际传热过程中，这3种方式同时存在或单独存在。2、传热速率，热流密度：传热速率Q(又称热流量)，是指单位时间内通过传热面的热量，单位是W(或者J/s)热流密度q(又称热通量)，是指单位时间内通过单位传热面积传递的热量，单位W/s2.两者关系：q=Q/A3、傅立叶定律（导热速率）4、导热系数λ：（p121）导热系数λ又称热导率，热导率在数值上等于温度梯度为1℃/m,单位时间内通过单位导热面积的热量，因此热导率的大小表征着物质的导热能力，是物质的一个重要热物性参数，单位是W/(m.K)或W/(m.℃)。影响热导率的主要因素是物质种类（固、液、气）和温度。一般来说，热导率由大到小是：纯金属合金建筑材料液体绝热材料气体。5、热阻R、传热推动力：由上式知，导热速率Q与传热推动力成正比，与热阻R成反比；壁厚b越厚，或传热面积A与热导率λ越小，则热阻R越大。（二）对流传热1、牛顿冷却定律2、影响对流传热系数的因素：（1）流体的物理性质，包括密度、比热容、热导率、粘度、体积膨胀系数等。物性随T、P和流体的相态（液体或气体）改变而改变。（2）流体对流起因，有强制对流和自然对流两种，强制对流的流速比自然对流高，所以а值也较高。（3）流体流动状态，湍流比层流的а值高。（4）流体的相态变化，相变的а值比无相变高。（5）传热面的形状、位置与尺寸，通常把对流流动和传热有决定性影响的尺寸称为特征尺寸。3、膜状冷凝和滴状冷凝：（1）膜状冷凝：冷凝液很好地润湿壁面，在壁面上形成一层连续的液膜。冷凝液润湿壁面的能力主要取决于它的表面张力和它对壁面的附着力的关系，若附着力大于表面张力，则会形成膜状冷凝，否则形成滴状冷凝。（2）滴状冷凝：冷凝液在壁面上聚集成许多分散的液滴，沿壁面滚下，相互结合成更大的液滴，露出冷凝壁面，使蒸气能在壁面上冷凝，其热阻比膜状冷凝时小，其对流传热系数可能比膜状冷凝时高出5到10倍，因此工业上多用膜状冷凝。5、对流传热特征关系式：（三）热量恒算无相变：有相变：cp——流体的平均比热，kJ/（kg·℃）（四）总传热速率方程式：Q=KAm2、传热平均温度差（对数平均温度差）：根据间壁两侧流体温度沿传热面是否变化，即是否有升高或者降低，可将传热分为恒温传热和变温传热。（1）恒温传热是指一侧为饱和蒸汽冷凝，冷凝温度恒定为T，另一侧为液体沸腾，沸腾温度恒定为t,温度差恒定为：tm=T-t。（2）变温传热指间壁一侧或两侧沿传热面的不同位置温度不同。对于变温传热，平均温度差是换热器进、出口处两侧流体温度差的对数平均值，因此称为对数平均温度差，这一结果不仅对两流体侧变温传热的逆流操作和并流操作适用，对一侧流体变温传热也适用。（六）总传热系数相对来说，金属壁的传热热阻很小，可以忽略；当污垢热阻也可忽略时，可简化为：（七）1、换热器的分类（举例）:①按用途：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器。②按冷、热流体的传热方式：两流体直接接触式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热