化工原理課程總結(jié)

1、第一章第一章 流體流動流體流動兩類問題：流體靜力學問題流體動力學問題第一節(jié)第一節(jié) 流體靜力學流體靜力學一、質(zhì)量力與密度一、質(zhì)量力與密度（一）密度（一）密度Vm kg/m3 混合氣體混合氣體1112nnmyyy 混合液體混合液體nn12121m （二）比體積（二）比體積1Vm m3/kg二、二、壓力與靜壓強壓力與靜壓強FpA N/m2或或Pa表表 壓壓 = 絕對壓力絕對壓力 大氣壓力大氣壓力真空度真空度 = 大氣壓力大氣壓力 絕對壓力絕對壓力絕對壓力,表壓和真空度的關(guān)系P / MPa0絕對壓力表壓大氣壓真空度絕對壓力絕對零壓線三、三、剪力、剪應力和粘度剪力、剪應力和粘度dduFAydduy剪力剪

2、力剪應力剪應力粘度粘度NPaPasFuududy四、流體靜力學基本方程四、流體靜力學基本方程1122+pgzpgz gzpgzp2211 壓力形式（壓力形式（N/m2）能量形式（能量形式（J/kg）1212ppzzgg 壓頭形式（壓頭形式（J/N）p0p2p1z1z2G五、流體靜力學基本方程的應用五、流體靜力學基本方程的應用1. U管單點測壓管管單點測壓管 2. U管壓差計管壓差計 3. 雙液體雙液體U管管微壓差計微壓差計 4. 傾斜式微傾斜式微壓差計壓差計 第二節(jié)第二節(jié) 管內(nèi)流體流動的基本方程管內(nèi)流體流動的基本方程一、一、概述概述（1）質(zhì)量守恒定律）質(zhì)量守恒定律連續(xù)性方程式連續(xù)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體積流量體積流量 m3/s或或m3/hVVq質(zhì)量流量質(zhì)量流量 kg/s或或kg/hmVqq質(zhì)量流速質(zhì)量流速 流速流速VquAkg/（m2s）流量與流速的關(guān)系：流量與流速的關(guān)系： m/smqA mVqquAwA二、二、連續(xù)性方程式連續(xù)性方程式常常數(shù)數(shù) uAAuAuqm 222111常常數(shù)數(shù) uAAuAuqV2211圓形管道圓形管道 ：2121221 ddAAuus1s2s3u1u2u3 控制體三、伯三、伯努利方程式努利方程式 推導條件推導條件 流體不可壓縮； 理想流體（無阻力）； 穩(wěn)態(tài)流動； 恒溫； 連續(xù)流體。 kgJ /2222222111up

4、gzupgzmNJ/gugpzgugpz2222222111位能靜壓能動能位壓頭 靜壓頭動壓頭四、四、實際流體的機械能衡算式實際流體的機械能衡算式221211221122fppz guWz guh 221211221122fppzuHzuHgggg W 外功，外功，J/kg；hf阻力損失，阻力損失，J/kgH =W/g 外加壓頭，外加壓頭，m；Hf =hf/g壓頭損失，壓頭損失，m 第三節(jié)第三節(jié) 管內(nèi)流體流動現(xiàn)象管內(nèi)流體流動現(xiàn)象一、流體流動類型與雷諾數(shù)一、流體流動類型與雷諾數(shù) 雷諾準數(shù)雷諾準數(shù) udRe 無因次數(shù)群無因次數(shù)群Re2000時，流動為層流，此區(qū)稱為層流區(qū)；時，流動為層流，此區(qū)稱為層

5、流區(qū)；Re4000時，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；時，一般出現(xiàn)湍流，此區(qū)稱為湍流區(qū)；2000 Re hr , pk pv時，時， 不汽蝕不汽蝕 ha hr , pk pv時，開始發(fā)生汽蝕時，開始發(fā)生汽蝕 ha hr , pk pv時，時， 嚴重汽蝕嚴重汽蝕允許汽蝕余量允許汽蝕余量0.3rhh （三）（三） 離心泵的安裝高度離心泵的安裝高度 在在0-00-0和和1-11-1間列柏努利方程：間列柏努利方程：00 1VgfppHhHg 允允1100離心泵的安裝高度Hg最大安裝高度最大安裝高度00 1VgrfppHhHg m m a ax x最大允許安裝高度最大允許安裝高度離心泵的實際安裝高度應小于

6、允許安裝高離心泵的實際安裝高度應小于允許安裝高度，一般比允許值度，一般比允許值小小0.51m。 第二節(jié)第二節(jié) 其他類型化工用泵其他類型化工用泵一、一、 往復泵往復泵二、二、 齒輪泵齒輪泵三、旋渦泵三、旋渦泵第三節(jié)第三節(jié) 氣體輸送機械氣體輸送機械通風機通風機 鼓風機鼓風機 壓縮機壓縮機 真空泵真空泵第三章第三章 沉降與過濾沉降與過濾第一節(jié)第一節(jié) 概述概述非均相物系分離：非均相物系分離：沉降沉降（重力沉降、離心沉降）（重力沉降、離心沉降）過濾過濾分散物質(zhì)（分散相）：處于分散狀態(tài)的物質(zhì)分散物質(zhì)（分散相）：處于分散狀態(tài)的物質(zhì)分散介質(zhì)（連續(xù)相）：處于連續(xù)狀態(tài)的物質(zhì)分散介質(zhì)（連續(xù)相）：處于連續(xù)狀態(tài)的物質(zhì)第

7、二節(jié)第二節(jié) 重力沉降重力沉降一、一、重力沉降速度重力沉降速度（一）（一）球形球形顆粒的自由沉降顆粒的自由沉降重力沉降速度重力沉降速度: 顆粒受力平衡時，勻速階段顆粒相對于流體的顆粒受力平衡時，勻速階段顆粒相對于流體的運動速度。運動速度。4()3pptdgu （二）流體中顆粒運動的阻力（二）流體中顆粒運動的阻力( (曳力曳力) )222242dppuuFAd阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）阻力系數(shù)（曳力系數(shù)）(Re)f 層流區(qū)層流區(qū) 104 Re 非金屬固體非金屬固體 液體液體 氣體氣體 二、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導二、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導 （一）單層平壁熱傳導一）單層平壁熱傳導熱熱阻阻推推動動力力 RtAbttQ 2

8、1 （二）多層平壁熱傳導二）多層平壁熱傳導12314312123itttttQbbbRAAA總推動力總熱阻x/mt2t1t/t2t3t4Q三、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導三、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導12122mmttttQbbL rA 2121lnmrrrr r2121lnmAAAAA12331211223311 =mmmnitttQbbbAAAttR 總總推推動動力力總總熱熱阻阻單層單層多層多層l 湍流主體湍流主體溫度梯度小，熱阻小，熱對流為主溫度梯度小，熱阻小，熱對流為主l 層流底層層流底層溫度梯度大，熱阻大，熱傳導為主溫度梯度大，熱阻大，熱傳導為主l 過渡區(qū)域過渡區(qū)域熱傳導、熱對流均起作用熱傳導、熱對流

9、均起作用對流傳熱過程的熱阻主要集中在層流底層。對流傳熱過程的熱阻主要集中在層流底層。11wTTQA 由由傅傅立立葉葉定定律律：,Qu 層層流流底底層層厚厚度度，（則則）第三節(jié)第三節(jié) 對流傳熱對流傳熱)(11WTTAQ )(22ttAQW 冷流體：冷流體：熱流體：熱流體：牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律式中式中 Q 對流傳熱速率，對流傳熱速率，W； 1 、 2 熱、冷流體的對流傳熱系數(shù)，熱、冷流體的對流傳熱系數(shù)，W/(m2K)；T 、TW、t、tW 熱、冷流體的熱、冷流體的平均平均溫度及溫度及平均平均壁溫，壁溫，。 第四節(jié)第四節(jié) 傳熱過程計算傳熱過程計算總傳熱速率方程總傳熱速率方程式中式中 Q傳熱速率，

10、傳熱速率，W； tm兩流體的平均溫度差，兩流體的平均溫度差，或或K； A傳熱面積，傳熱面積，m2； K總傳熱系數(shù)，總傳熱系數(shù)，W/(m2K) 。m mQKAt =/1/mmtQAtbAbtQA tA 推動力熱傳導：熱阻推動力熱對流：熱阻一、傳熱平均溫度差一、傳熱平均溫度差（一）恒溫傳熱（一）恒溫傳熱t(yī)Tt m（二）逆流與并流（二）逆流與并流mtKAttttKAQ 1212ln1212lntttttm 逆流、并流均適用逆流、并流均適用對數(shù)平均溫度差對數(shù)平均溫度差121()2mttt 進、出口條件相同時，進、出口條件相同時， 并逆,mmtt當當 t2/ t1 xA, yB x ，平衡線在，平衡線在

11、對角線之上；對角線之上；平衡線離對角線越遠，揮發(fā)性差異越大，平衡線離對角線越遠，揮發(fā)性差異越大，物系越易分離。物系越易分離。 越大，越遠離越大，越遠離1，相平衡曲線偏離對角線相平衡曲線偏離對角線愈遠，表示達到汽液相平衡時汽、液兩相愈遠，表示達到汽液相平衡時汽、液兩相組成的差異愈大。組成的差異愈大。也就愈有利于蒸餾操作。也就愈有利于蒸餾操作。 若若=1=1，則普通蒸餾方式將無法分離此混合物。，則普通蒸餾方式將無法分離此混合物。若若1, 11。txy與與x-y 圖圖標繪：略去溫度坐標，依x-y 的對應關(guān)系做圖 ，得x-y圖。第二節(jié)第二節(jié) 蒸餾與精餾原理蒸餾與精餾原理蒸餾方式蒸餾方式 精餾精餾平衡蒸

12、餾平衡蒸餾簡單蒸餾簡單蒸餾 板式塔釜液餾出液進料精餾段提餾段66yn-1*xn+1*n+1nn-1tn+1tntn-111nnttxn-1yn+1xnyn1*1nnyy1*1nnxx精餾原理精餾原理塔板的作用塔板的作用LV塔板提供了氣液接觸的場所塔板提供了氣液接觸的場所每一塊塔板是一個氣液分離器每一塊塔板是一個氣液分離器足夠多的塔板可使各組分較完全分離足夠多的塔板可使各組分較完全分離回流作用回流作用連續(xù)精餾的充分必要條件：連續(xù)精餾的充分必要條件：最上要有高純度易揮發(fā)組分的液相：最上要有高純度易揮發(fā)組分的液相：液相回流液相回流最下要有高純度難揮發(fā)組分的氣相：最下要有高純度難揮發(fā)組分的氣相：氣相回

13、流氣相回流(上升蒸氣上升蒸氣)第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾的計算與分析雙組分連續(xù)精餾的計算與分析一、一、 全塔物料衡算全塔物料衡算總物料衡算：總物料衡算：F=D+W易揮發(fā)組分物料衡算：易揮發(fā)組分物料衡算：FxF=DxD+WxWF、D、W：kmol/sxF、xD、xW：易揮發(fā)組分（易揮發(fā)組分（A）的摩爾分數(shù)）的摩爾分數(shù)塔頂輕組分回收率：塔頂輕組分回收率：DF100%AD xF x 塔底重組分回收率：塔底重組分回收率：)WF(1100%(1BWxFx F, xFD, xDW, xW二、恒摩爾流量的假定二、恒摩爾流量的假定（1）恒摩爾氣流恒摩爾氣流：精餾段內(nèi)每層塔板上升精餾段內(nèi)每層塔板上升蒸汽的摩爾

14、流率蒸汽的摩爾流率kmolh-1相等，提餾段相等，提餾段也一樣。也一樣。V1=V2=V=常數(shù)常數(shù)V1=V2=V=常數(shù)常數(shù)（2）恒摩爾液流恒摩爾液流：精餾段內(nèi)每層塔板溢流：精餾段內(nèi)每層塔板溢流液體的摩爾流率液體的摩爾流率kmolh-1相等，提餾段相等，提餾段也一樣。也一樣。L1=L2= L=常數(shù)常數(shù)L1=L2= L=常數(shù)常數(shù)D, xDW, xWF, xFLVL V 70LLqF令， LVVLF LLq F 則VVqF則(1)(1)由物料衡算由物料衡算 V L L V F 進料熱狀態(tài)參數(shù)q將精餾段與提餾段關(guān)聯(lián)起來(a)過過冷冷液液體體 (b)飽飽和和液液體體 (c)汽汽液液混混合合物物 (d)飽飽

15、和和蒸蒸汽汽 (e)過過熱熱蒸蒸汽汽VLLVFVLLVFVLLVFVLLVFVLLVFFLL FLLqFLL q1q=10q1FqVV)1 ( LL LL q=0q0三、三、 進料熱狀態(tài)參數(shù)進料熱狀態(tài)參數(shù)q四、四、 操作線方程與操作線方程與q q線方程線方程精餾段操作線方程精餾段操作線方程DnnxVDxVLy 11111nnDRyxxRR-回流比回流比 VWxxVLyWmm 1111mmWRyxxRR-塔釜氣相回流比塔釜氣相回流比 提餾段操作線方程提餾段操作線方程進料方程（進料方程（q線方程）線方程） 11F qxxqqy意義：精餾段與提餾段交點軌跡方程意義：精餾段與提餾段交點軌跡方程五、五、 理論板數(shù)計算理論板數(shù)計算 （1）作出精、提操作線、）作出精、提操作