廣工化工原理復(fù)習(xí)提綱

1、.化工原理復(fù)習(xí)提綱緒論1、單元操作：1) 定義：各種各樣的物理加工過程（非化學(xué)過程）。2) 按原理分為3類:流體流動(dòng)過程（傳動(dòng)）：流體輸送、攪拌、沉降、過濾熱量傳遞過程（傳熱）：熱交換、蒸發(fā)質(zhì)量傳遞過程（傳質(zhì)）：吸收、蒸餾、萃取、吸附、干燥、結(jié)晶、膜分離2、三傳一反：傳動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)（三者為單元操作）、化學(xué)反應(yīng)。 任何一種化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程都是有多個(gè)單元操作和化學(xué)反應(yīng)過程組成。3、量綱:量綱表達(dá)式中所有量綱指數(shù)均為0的量，稱作量綱為1，即單位名稱為一，符號(hào)為1。4、量綱一致性方程：物理量方程等號(hào)兩邊各項(xiàng)的量綱相等即為量綱一致性方程。如PV=nRT5、單元操作的基本概念：1) 物料衡算：（質(zhì)量守

2、恒定律）進(jìn)入與離開化工過程物料質(zhì)量之差等于累積物料質(zhì)量: 輸入量輸出量=累積量對(duì)于連續(xù)穩(wěn)定操作過程：輸入量=輸出量2) 能量衡算：（能量守恒定律）主要指機(jī)械能和熱能，熱量衡算步驟與物料衡算步驟相同。3) 平衡關(guān)系：用于判斷過程能否進(jìn)行及進(jìn)行的方向和能達(dá)到的極限，如飽和鹽溶液即為平衡狀態(tài)。4) 傳遞速率：傳遞速率=推動(dòng)力/阻力（與推動(dòng)力成正比，與阻力成反比）溶液濃度與平衡濃度之差為溶解過程的推動(dòng)力，差值越大，傳遞速率越大；另外，攪拌等引起的接觸面積增大，可減少阻力，增大傳遞速率。5) 經(jīng)濟(jì)核算：用最經(jīng)濟(jì)的方法設(shè)計(jì)設(shè)備，使設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)等降到最低。緒論作業(yè)：P 10 0-1、0-2第一章(+)表壓

3、=絕對(duì)壓力大氣壓力(-)真空度=大氣壓力絕對(duì)壓力泵進(jìn)口為負(fù)壓，出口為正壓。（一）1、絕對(duì)壓力:以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力。2、表壓:以外界大氣壓為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力。3、真空度：負(fù)壓（表壓為負(fù)值）。4、密度：=m/V=pM/RT（由PV=nRT，n=m/M換算而來）( :kg/m3 ，p為氣體的絕對(duì)壓力：KPa ，M為氣體摩爾質(zhì)量:kg/kmol ，T:k ，n：kmol ，摩爾氣體常數(shù)R=8.314KJ/(Kmol .K) )標(biāo)況下T=273.15K,p=101.325kpa,氣體摩爾體積V=22.4 m3/Kmol.標(biāo)況下理想氣體密度：=M/22.4,根據(jù)這個(gè)公式，可計(jì)算其他溫度和壓強(qiáng)下的氣體

4、密度：=（Tp/T p）.5、比體積：流體的比體積是密度的倒數(shù)。v=V/m=1/ (比體積v: m3 /kg)6、靜力學(xué)方程：pp0=g h用于描述靜止流體內(nèi)部的壓力沿著高度的變化，對(duì)于不可壓縮流體，密度不隨壓力而變化，該方程由液體推導(dǎo)而來，但對(duì)氣體也適用。p0 是液面上方壓力，p是液柱下端面壓力，h是液柱高度，g=9.8N/kg7、等壓面：由靜力學(xué)方程知，當(dāng)液面上方的壓力p0一定時(shí)，在靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)壓力的大小與液體本身的密度和該點(diǎn)距離液面的深度h有關(guān)，因此，在靜止連續(xù)的同一液體內(nèi)，處于同一水平面上的各點(diǎn)，因其深度相同，所以其壓力也相同，這個(gè)壓力相等的水平面就是等壓面。8、靜力學(xué)方程的應(yīng)用：

5、（1）壓力測(cè)量：U形管液柱壓差計(jì) 斜管壓差計(jì) 微差壓差計(jì)。（2）液面測(cè)定。（3）確定液封高度。（二）1、流量（種類）：體積流量（單位：m3/s）。 質(zhì)量流量（單位：Kg/s）體積流量與質(zhì)量流量關(guān)系： ，式中為流體密度：kg/m32、流速（計(jì)算方法）：平均流速 :(單位：m/s)A為管路截面積：m2質(zhì)量流速：（單位：Kg/( m2.s) ）=/A=/A=當(dāng)溫度、壓力發(fā)生變化時(shí)，氣體的體積流量和流速將改變，但其質(zhì)量流量不變，因此此時(shí)采用質(zhì)量流量計(jì)算比較方便。管路直徑的估算:以d為管內(nèi)徑，則平均流量=/(/4)*d2= /0.785 d2, 所以3、連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒)：=常數(shù)，若流體不可壓縮，則

6、=常數(shù)，則=常數(shù)（Const）公式小結(jié)：（三）伯努利方程（各項(xiàng)名稱意義，單位）能量形式：壓頭形式：（四）1、粘度（溫度的影響）：流體流動(dòng)是產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)成為粘性，流體粘性越大，其流動(dòng)性越小。粘度即為粘性系數(shù)，單位是Pa.s。動(dòng)力粘度=/ ,單位是m2/s液體和氣體的粘度數(shù)據(jù)均有實(shí)驗(yàn)測(cè)得，同一溫度下，氣體粘度遠(yuǎn)小于液體粘度。溫度對(duì)流體粘度影響很大，當(dāng)溫度升高時(shí)，流體的粘度減小，而氣體的粘度增大。2、雷諾實(shí)驗(yàn)與雷諾數(shù)、流動(dòng)類型根據(jù)雷諾實(shí)驗(yàn)（p27），流體在管路中的流動(dòng)狀態(tài)可分為2種類型：（p27 圖1-20）。（五）1、量綱分析法（p34）2、摩擦系數(shù)（影響因素）（p33-40）3、直管阻力、

7、局部阻力（六）管路計(jì)算連續(xù)性方程、柏努利方程、摩擦阻力計(jì)算式（七）1、流量測(cè)定原理：流量計(jì)是利用流體流動(dòng)過程中機(jī)械能轉(zhuǎn)化原理設(shè)計(jì)而成的。2、測(cè)速管，流量計(jì)（原理，類型）：（p48-54）測(cè)速管又稱皮托管，用于測(cè)定流體的點(diǎn)速度。流量計(jì)有:孔板流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、濕式氣體流量計(jì)。第一章作業(yè)：P56 1-5、1-8、1-12、1-15、1-23、1-28、1-31、1-33、1-36第二章流體輸送機(jī)械（一）1、泵的分類：四類：離心式、往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式、流體動(dòng)力作用式2、離心泵的工作原理：P62圖 2-13、主要性能參數(shù)（流量，揚(yáng)程，功率，效率）：p64-66流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)泵輸送液體的體積，單位有m3

8、/s、m3/min、m3/h揚(yáng)程H(又稱壓頭):指單位重量（1N）液體流經(jīng)泵所獲得的能量。單位:J/N=m(指m液柱)。功率P：功率指單位時(shí)間內(nèi)做的功，軸功率是指泵軸所需的功率，有效功率是指單位時(shí)間內(nèi)液體從泵中葉輪獲得的有效能量。單位：W或(N.m)/s效率：泵的效率等于有效功率與軸功率之比。4、管路特性方程:H=H0+kq2v5、離心泵的工作點(diǎn)（p68）（二）1、流量調(diào)節(jié)的方法：（1）改變閥門開度；（2）改變泵的轉(zhuǎn)速；（3）離心泵的并聯(lián)操作；（4）離心泵的串聯(lián)操作。2、氣蝕余量：（p72）有效氣蝕余量、必需氣蝕余量3、汽蝕現(xiàn)象：當(dāng)葉輪入口最低壓力點(diǎn)處的壓力降到液體在該處溫度下的飽和蒸汽壓時(shí)，

9、液體部分汽化，汽化會(huì)產(chǎn)生的小氣泡與金屬表面能夠引起電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，稱為汽蝕現(xiàn)象。4、安裝高度、最大允許安裝高度：（p73）5、離心泵的選擇（參數(shù)，類型）：（1）確定輸送系統(tǒng)的流量和壓力；（2）選擇泵的類型與型號(hào)；（3）校核泵的特性參數(shù)。（三）1、氣體輸送機(jī)械設(shè)備的類型：通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、真空泵。2、靜風(fēng)壓，動(dòng)風(fēng)壓：第二章作業(yè)：P88 2-2、2-3、2-10、2-12第三章 沉降與過濾（一）1、均相物系:在連續(xù)相和分散相之間沒有相界面。分離較難，如水-乙醇非均相物系: 在連續(xù)相和分散相之間存在著明顯的相界面，機(jī)械分離過程，如油和水。氣體非均相物系：含塵和含霧的氣體；液體非均相物系：懸濁液

10、、乳濁液、泡沫液。非均相物系分離的目的：回收分散物質(zhì)，如從結(jié)晶母液中分離出晶粒。凈制分散介質(zhì)，如除去含塵氣體中的塵粒。勞動(dòng)保護(hù)和環(huán)境衛(wèi)生。2、自由沉降（受力情況）：（p93）單個(gè)顆粒在流體中沉降，或者顆粒群在流體中分散得較好而顆粒在互不接觸、互不碰撞的條件下沉降。3、自由沉降速度（及主要影響因素）（p93-94）(Re < 2 )主要影響因素：顆粒形狀；壁效應(yīng)；干擾沉降。（二）1、停留時(shí)間，沉降時(shí)間：顆粒在降塵室中分離出來的條件是 停留時(shí)間沉降時(shí)間。2、臨界粒徑：能100%除去的最小粒徑。（p95）3、沉降室的處理能力（與沉降設(shè)備尺寸關(guān)系）：水平流動(dòng)型沉降室（p94-95）（三）1、離心

11、分離因數(shù)：離心分離因數(shù)是表示離心力大小的指標(biāo)。（P98）2、旋風(fēng)分離器：（P99）是利用離心力作用凈制氣體的設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分離效率高，可用于高溫含塵氣體分離。3、旋液分離器：(P101)是利用離心力的作用，使懸浮液中的固體顆粒物增稠或使粒徑、密度不同的顆粒分級(jí)。（四）1、過濾及方式：（1）過濾：是使含固體顆粒的非均相物系通過布、網(wǎng)等多孔性材料，分離出固體顆粒的操作。一般指懸浮液的過濾。（2）懸浮液的過濾：懸浮液又稱濾漿或?yàn)V料；過濾用的多孔性材料稱為過濾介質(zhì)；留在過濾介質(zhì)上的固體顆粒稱為濾餅或?yàn)V渣；通過濾餅和過濾介質(zhì)的清液稱為濾液。（3）兩種過濾方式：深層過濾：用較厚的粒狀床層做成的過濾介質(zhì)進(jìn)

12、行過濾，床層上無濾餅形成的過濾方式。濾餅過濾：懸浮液通過過濾介質(zhì)后在上面形成濾餅層，這個(gè)濾餅層成為有效的過濾介質(zhì)而得到澄清濾液的過濾方式。2、過濾介質(zhì)：過濾介質(zhì)的作用是使液體通過而截留固體顆粒。種類有：織物介質(zhì)（棉、麻、絲、毛、合成纖維）；堆積的粒狀介質(zhì)（由砂、木炭等堆積成較厚的床層，由于深層過濾）；多孔性介質(zhì)（由陶瓷、塑料、金屬等粉末燒制而成制得的多孔性板狀或管狀介質(zhì)）。3、恒壓過濾、恒壓過濾的特點(diǎn)：（p108）在外力作用下，懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道而固體顆粒被截留下來，從而實(shí)現(xiàn)固液分離。過濾操作中，隨著過濾過程的進(jìn)行，固體顆粒層的厚度不斷增加，故在恒壓過濾操作中，過濾速率不斷降低。影響

13、過濾速率的主要因素除壓強(qiáng)差、濾餅厚度外，還有濾餅和懸浮液的性質(zhì)，懸浮液溫度，過濾介質(zhì)的阻力等。4、過濾常數(shù)（五） 1、恒壓過濾方程式 2、過濾常數(shù)的測(cè)定第三章作業(yè)：P115 3-1、3-2、3-4、3-7第四章傳熱（一）熱傳導(dǎo)1、熱量傳遞的基本方式：3種基本方式：傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射。熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）：氣體傳熱是指高溫區(qū)的氣體分子向低溫區(qū)傳遞擴(kuò)散；金屬熱傳導(dǎo)是依靠自由電子從高溫到低溫遷移的。熱傳導(dǎo)發(fā)生在物體內(nèi)部或者兩個(gè)直接接觸有溫度差的物體之間。對(duì)流：在流體中，冷、熱不同部位的流體質(zhì)點(diǎn)作宏觀移動(dòng)和混合，將熱量從高溫到低溫出傳遞，稱為對(duì)流方式傳遞熱量。熱輻射：物質(zhì)因本身溫度的原因激發(fā)產(chǎn)生電磁波，向空間

14、傳播，稱為熱輻射。在實(shí)際傳熱過程中，這3種方式同時(shí)存在或單獨(dú)存在。2、傳熱速率，熱流密度：傳熱速率Q(又稱熱流量)，是指單位時(shí)間內(nèi)通過傳熱面的熱量，單位是W(或者J/s)熱流密度q(又稱熱通量)，是指單位時(shí)間內(nèi)通過單位傳熱面積傳遞的熱量，單位W/s2.兩者關(guān)系：q=Q/A3、傅立葉定律（導(dǎo)熱速率）4、導(dǎo)熱系數(shù)：（p121）導(dǎo)熱系數(shù)又稱熱導(dǎo)率，熱導(dǎo)率在數(shù)值上等于溫度梯度為1/m,單位時(shí)間內(nèi)通過單位導(dǎo)熱面積的熱量，因此熱導(dǎo)率的大小表征著物質(zhì)的導(dǎo)熱能力，是物質(zhì)的一個(gè)重要熱物性參數(shù)，單位是W/(m.K) 或W/(m.)。影響熱導(dǎo)率的主要因素是物質(zhì)種類（固、液、氣）和溫度。一般來說，熱導(dǎo)率由大到小是：純

15、金屬>合金>建筑材料>液體>絕熱材料>氣體。5、熱阻R、傳熱推動(dòng)力：由上式知，導(dǎo)熱速率Q與傳熱推動(dòng)力成正比，與熱阻R成反比；壁厚b越厚，或傳熱面積A與熱導(dǎo)率越小，則熱阻R越大。（二）對(duì)流傳熱1、牛頓冷卻定律2、影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素：（1）流體的物理性質(zhì)，包括密度、比熱容、熱導(dǎo)率、粘度、體積膨脹系數(shù)等。物性隨T、P和流體的相態(tài)（液體或氣體）改變而改變。（2）流體對(duì)流起因，有強(qiáng)制對(duì)流和自然對(duì)流兩種，強(qiáng)制對(duì)流的流速比自然對(duì)流高，所以值也較高。（3）流體流動(dòng)狀態(tài)，湍流比層流的值高。（4）流體的相態(tài)變化，相變的值比無相變高。（5）傳熱面的形狀、位置與尺寸，通常把對(duì)流流動(dòng)和

16、傳熱有決定性影響的尺寸稱為特征尺寸。3、膜狀冷凝和滴狀冷凝：（1）膜狀冷凝：冷凝液很好地潤(rùn)濕壁面，在壁面上形成一層連續(xù)的液膜。冷凝液潤(rùn)濕壁面的能力主要取決于它的表面張力和它對(duì)壁面的附著力的關(guān)系，若附著力大于表面張力，則會(huì)形成膜狀冷凝，否則形成滴狀冷凝。（2）滴狀冷凝：冷凝液在壁面上聚集成許多分散的液滴，沿壁面滾下，相互結(jié)合成更大的液滴，露出冷凝壁面，使蒸氣能在壁面上冷凝，其熱阻比膜狀冷凝時(shí)小，其對(duì)流傳熱系數(shù)可能比膜狀冷凝時(shí)高出5到10倍，因此工業(yè)上多用膜狀冷凝。4、傳熱準(zhǔn)數(shù)5、對(duì)流傳熱特征關(guān)系式：（三）熱量恒算無相變：有相變：cp流體的平均比熱，kJ/（kg·）（四）總傳熱速率方程式

17、：Q=KAm1、并流與逆流：（p143 圖4-21）2、傳熱平均溫度差（對(duì)數(shù)平均溫度差）：根據(jù)間壁兩側(cè)流體溫度沿傳熱面是否變化，即是否有升高或者降低，可將傳熱分為恒溫傳熱和變溫傳熱。（1）恒溫傳熱是指一側(cè)為飽和蒸汽冷凝，冷凝溫度恒定為T，另一側(cè)為液體沸騰，沸騰溫度恒定為t, 溫度差恒定為：=T-t。（2）變溫傳熱指間壁一側(cè)或兩側(cè)沿傳熱面的不同位置溫度不同。對(duì)于變溫傳熱，平均溫度差是換熱器進(jìn)、出口處兩側(cè)流體溫度差的對(duì)數(shù)平均值，因此稱為對(duì)數(shù)平均溫度差，這一結(jié)果不僅對(duì)兩流體側(cè)變溫傳熱的逆流操作和并流操作適用，對(duì)一側(cè)流體變溫傳熱也適用。3、總傳熱系數(shù)K（內(nèi)傳熱面，外傳熱面）：(P147-152)4、傳

18、熱面積（，外，平均）(P147-152)（五）并流、逆流傳熱時(shí)的平均溫度差（六）總傳熱系數(shù)相對(duì)來說，金屬壁的傳熱熱阻很小，可以忽略；當(dāng)污垢熱阻也可忽略時(shí)，可簡(jiǎn)化為：（七）1、換熱器的分類（舉例）:按用途：加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器。按冷、熱流體的傳熱方式：兩流體直接接觸式換熱器、蓄熱式換熱器、間壁式換熱器。2、管程、殼程（p172）：為提高管程的流體流速，可采用多管程。為提高殼程流體流速，以提高對(duì)流傳熱系數(shù)，可在殼程內(nèi)安裝折流擋板。3、流體流經(jīng)管程或殼程的原則（p173）：不清潔或易結(jié)垢的流體宜走容易清洗的一側(cè)。對(duì)于直管管束，宜走管程；對(duì)于U形管管束，宜走殼程。腐蝕性流體宜走管程，以免殼體

19、和管束同時(shí)被腐蝕。壓力高的流體宜走管程，以避免制造較厚的殼體。為增大對(duì)流傳熱系數(shù)，需要提高流速的宜走管程，因?yàn)楣艹塘魍ń孛娣e一般比殼程的小，而做成多管程也比較容易。兩流體溫差較大時(shí)，對(duì)于固定管板式換熱器，宜將對(duì)流傳熱系數(shù)大的流體走殼程，以減少管壁與殼體的溫差，以減少熱應(yīng)力。蒸氣冷凝宜在殼程，以利于排出冷凝液。需要冷卻的流體宜選殼程，便于散熱，以減少冷卻劑的用量。但溫度很高的流體，其熱能可以利于，宜選管程，以減少熱損失。粘度大或者流量較小的流體宜走殼程，因有折流擋板的作用，在低Re下（Re>100）,即可達(dá)到湍流。4、傳熱過程的強(qiáng)化：所謂強(qiáng)化傳熱，是指采取措施提高單位面積的傳熱量Q/A，或

20、者減少單位熱負(fù)荷所需的傳熱面積A/Q，并改進(jìn)換熱器結(jié)構(gòu)以增大單位體積的傳熱面積A/V，或在Q/A一定的條件下減少兩流體之間的溫度差tm，以減少有效能損失。5、傳熱過程的強(qiáng)化途徑重點(diǎn)從設(shè)備的結(jié)構(gòu)入手，提高單位體積的傳熱面積，如采用螺旋管、波紋管、翅片管等。 增大傳熱面積A溫度一般由生產(chǎn)工藝條件所規(guī)定，可調(diào)范圍有限，盡可能逆流操作 。增大平均溫差tm提高流速及流體的擾動(dòng)程度；采用相變、l較大的流體；減小壁厚、防止結(jié)垢和及時(shí)清除垢層。 增大總傳熱系數(shù)K第四章作業(yè)：P182 4-4、4-8、4-18、4-20第五章 吸收（一）1、吸收操作的應(yīng)用：制取液體產(chǎn)品。 回收混合氣體中有用組分。除去工藝氣體中的

21、有害組分。 除去工業(yè)放空尾氣中的有害組分。2、吸收操作的分類：物理吸收與化學(xué)吸收； 單組分吸收與多組分吸收； 非等溫吸收與等溫吸收。3、吸收劑的選擇原則：吸收劑對(duì)溶質(zhì)應(yīng)具有較大的溶解度，以減少吸收劑用量。吸收劑應(yīng)對(duì)溶質(zhì)具有良好的選擇性，即對(duì)溶質(zhì)溶解度大，對(duì)其他組分溶解度小?；旌蠚怏w中的溶質(zhì)的含量不同，應(yīng)選用不同的吸收劑。吸收劑的揮發(fā)度要小，以減少在吸收過程中的揮發(fā)損失。若吸收液不是產(chǎn)品，則其中的吸收劑應(yīng)容易解吸而再生，循環(huán)使用。吸收劑的粘度要小，有利于氣液兩相接觸良好，提高傳質(zhì)速率。吸收劑應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、不易燃、無腐蝕性、無毒、易得、價(jià)廉等特點(diǎn)。（二）氣液相平衡1、平衡溶解度、平衡分壓

22、：（P187）在一定的溫度、總壓下，混合氣與吸收劑接觸，溶質(zhì)向液相傳遞。當(dāng)液相中溶質(zhì)達(dá)到飽和時(shí)，任一瞬間進(jìn)入液相的溶質(zhì)數(shù)量等于溶質(zhì)從液相逸出的數(shù)量，即氣液兩相達(dá)到平衡狀態(tài)。在平衡狀態(tài)下，氣相中溶質(zhì)的分壓稱為平衡分壓或飽和分壓；液相中溶質(zhì)的濃度稱為溶質(zhì)在液相中的平衡溶解度，簡(jiǎn)稱溶解度。 2、溫度與溶解度的關(guān)系：（p187）以SO2為例，SO2在水中平衡溶解度隨氣相中的SO2的分壓增大而增大，隨溫度的減少而增大。3、總壓對(duì)溶解度的關(guān)系：對(duì)于接近理想氣體的低壓混合氣體，如果惰性氣體物質(zhì)的量增多一些，溶質(zhì)分壓不會(huì)改變，則總壓對(duì)溶解度沒有影響，溶解度只取決于溶質(zhì)在氣相中的分壓。如果溶質(zhì)氣體物質(zhì)的量與惰性氣體物質(zhì)的量按原來的摩爾比都增多一些，則由于溶質(zhì)分壓增大，溶質(zhì)在吸收劑中的溶解度也增大，但溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)沒有變化。（三）亨利定律（p188-192）平衡分壓與溶解度的關(guān)系（成正比）（四）1、分子擴(kuò)散：當(dāng)流體內(nèi)部某一組分存在濃度差時(shí)，則因微觀的分子熱運(yùn)動(dòng)使組分從高濃度擴(kuò)散到低濃度處，這種現(xiàn)象稱為分子擴(kuò)散。分兩種情況討論氣體擴(kuò)散：雙組分等摩爾相