化工原理知识点

发布 2019-06-20 10:15:15 阅读 5750

一、流体力学及其输送。

1.单元操作:物理化学变化的单个操作过程,如过滤、蒸馏、萃取。

2.四个基本概念:物料衡算、能量衡算、平衡关系、过程速率。

3.牛顿粘性定律:f=±τa=±μadu/dy,(f:剪应力;a:面积;μ:粘度;du/dy:速度梯度)。

4.两种流动形态:层流和湍流。流动形态的判据雷诺数re=duρ/μ层流—2000—过渡—4000—湍流。

5.连续性方程:a1u1=a2u2;伯努力方程:gz+p/ρ+1/2u2=c。

6.流体阻力=沿程阻力+局部阻力;范宁公式:沿程压降:

δpf=λlρu2/2d,沿程阻力:hf=δpf/ρg=λl u2/2dg(λ:摩擦系数);层流时λ=64/re,湍流时λ=f(re,ε/d),(管壁粗糙度);局部阻力hf=ξu2/2g,(ξ局部阻力系数,情况不同计算方法不同)

7.流量计:变压头流量计(测速管、孔板流量计、文丘里流量计);变截面流量计。

8.离心泵主要参数:流量、压头、效率、轴功率;工作点(提供与所需水头一致);安装高度(气蚀现象,气蚀余量);泵的型号(泵口直径和扬程);气体输送机械:

通风机、鼓风机、压缩机、真空泵。

二、非均相机械分离。

1.颗粒的沉降:层流沉降速度vt=(ρp-ρ)gdp2/18μ,(p-ρ:

颗粒与流体密度差,μ:流体粘度);重力沉降(沉降室,h/v=l/u,多层;增稠器,以得到稠浆为目的的沉淀);离心沉降(旋风分离器)。

2.过滤:深层过滤和滤饼过滤(常用,助滤剂增加滤饼刚性和空隙率);分类:

压滤、离心过滤,间歇、连续;滤速的康采尼方程:u=(δp/lμ)ε3/5a2(1-ε)2,(ε滤饼空隙率;a:颗粒比表面积;l:

层厚)。

三、传热。1.传热方式:

热传导(傅立叶定律)、对流传热(牛顿冷却定律)、辐射传热(四次方定律);热交换方式:间壁式传热、混合式传热、蓄热体传热(对蓄热体的周期性加热、冷却)。

2.傅立叶定律:dq= -da ,(q:热传导速率;a:等温面积;λ:比例系数; :温度梯度);

与温度的关系:λ=0(1+at),(a:温度系数)。

3.不同情况下的热传导:单层平壁:q=(t1-t2)/[b/(cma)]=温差/热阻,(b:壁厚;cm=(λ1-λ2)/2);

多层平壁:q=(t1-tn+1)/ bi /(ia)];单层圆筒:q=(t1-t2)/[b/(λam)],a:圆筒侧面积,c= (a2-a1)/ln(a2/a1));

多层圆筒:q=2πl(t1-t n+1)/ 1/λi [ln(ri+1/ri) ]

4.对流传热类型:强制对流传热(外加机械能)、自然对流传热、(温差导致)、蒸汽冷凝传热(冷壁)、液体沸腾传热(热壁),前两者无相变,后两者有相变;牛顿冷却定律:

dq=hdaδt,(δt>0;h:传热系数)。

5.吸收率a+反射率r+透射率d=1;黑体a=1,镜体r=1,透热体d=1,灰体a+r=1;

总辐射能e=eλdλ,(eλ:单色辐射能;λ:波长);

四次方定律:e=c(t/100)4=εc0(t/100)4,(c:灰体辐射常数;c0:黑体辐射常数;ε=c/c0:发射率或黑度);

两物体辐射传热:q1-2=c1-2φa[(t1/100)4-(t2/100)4],(角系数;a:辐射面积;c1-2=1/[(1/c1)+(1/c2)-(1/c0)])

6.总传热速率方程:dq=kmda,(dq:微元传热速率;km:总传热系数;a:传热面积);

1/k=1/h1+ba1/λam+a1/h2a2,(h1,h2:热、冷流体表面传热系数)。

7.换热器:夹套换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、列管式换热器。

四、蒸馏。1.蒸馏分类:

操作方式:连续蒸馏、间歇蒸馏;对分离的要求:简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏、特殊精馏;压力:

常压蒸馏、加压蒸馏、减压蒸馏;组分:双组分蒸馏和多组分蒸馏(精馏),常用精馏塔。

2.双组分溶液气液相平衡:液态泡点方程:xa=[p-pb(t)]/pa(t)-pb(t)],xa:液态组分a的摩尔分数;p (t):压强关于温度的函数);

气态**方程:ya=pa/p=[pa(t)/p]×[p-pb(t)]/pa(t)-pb(t)];

平衡常数ka=ya/xa,理想溶液:ka=p°a/p,即组分饱和蒸气压和总压之比;

挥发度:υa=pa/xa,相对挥发度:αab=υa/υb,最终可导出气液平衡方程:y=αx/[1+(a-1)x];

气液平衡相图:p-x图(等温) 、t-x(y)图(等压)、x-y图。

3.平衡蒸馏:qn(f),xf加热至泡点以上tf,减压气化,温度达到平衡温度te,两相平衡qn(d),yd和qn(w),xw;

物料衡算:yd=qxw/(q-1)-xf/(q-1),(液化率:q=qn(w)/qn(f));

热量衡算:tf=te+(1-q)γ/cp,m,(cp,m:原液的摩尔定压热容;γ:原液的摩尔气化潜热);平衡关系:yd=αxw/[1+(α1)xw]。

4.简单蒸馏:持续加热至釜液组成和馏出液组成达到规定时停止;

关系式:ln[n(f)/n(w)]=1);

总物料衡算:n(f)=n(w)+n(d);易挥发组分衡算:n(f)xf =n(w)xw+n(d)xd;

推出:xd= [n(f)xf-n(w)xw]/[n(f)-n(w)]。

5.精馏:多次部分气化部分冷凝(连续、间歇),泡点不同采取不同的压力操作,塔板数从上至下记;

塔顶易挥发组分**率:ηd=qn(d)xd/qn(f)xf×100%,釜中不易挥发组分**率:ηw=qn(w)(1-xw)/[qn(f)(1-xf)]×100%;

精馏段总物料衡算:qn(v)=qn(d)+qn(l);精馏段易挥发组分衡算:qn(v)yn+1=qn(d)xd+qn(l)xn;(v:

各层上升蒸汽量;d:塔顶馏出液量;l:各板下降的液量;yn+1:

第n+1块板上升的蒸汽中易挥发组分的摩尔分数;xn:第n块板下降的液体中易挥发组分的摩尔分数),精馏段操作线方程:yn+1=rxn/(r+1) +xd/(r+1),(回流比r= qn(l)/qn(d));

提馏段段总物料衡算:qn(l’)=qn(v’)+qn(w);提馏段易挥发组分衡算:qn(l’)x’m=qn(v’)y’m+1 +qn(w)xw ;(w:

釜液量),提馏段操作线方程:y’m+1= qn(l’)x’m/qn(v’)-qn(w)xw/qn(v’);

总的物料衡算:qn(f)+qn(v’)+qn(l)=qn(v)+qn(l’),乘上各焓值hx即为热量衡算,qn(v)=qn(v’)+1-q)qn(f),(精馏进料热状态参数q=(hv-hf)/(hv-hl),即单位原料液变为饱和蒸汽所需要的热量与单位原料液潜热之比);

进料方程:y=qx/(q-1)-xf/(q-1);理论塔板的计算逐板法和**法,回流比r增大理论塔板数减小,解析法:全回流理论塔板数nmin=/lgam-1,(am:

全塔平均挥发度);

最小回流比rmin=(xd-yq)/(yq-xq),(xq,yq:进料时),r实=(1.1—2.0) rmin;

全塔效率et为理论塔板数与实际塔板数之比;

间歇精馏:分批精馏,一次进料待釜液达到指定组成后,放出残液,再次加料,用于分离量少而纯度要求高的物料,每批精馏气化物质的量n(v )=r+1)n(d),所需时间τ=n(v)/qn(v);

特殊精馏:恒沸精馏(加第三组分,形成新的低恒沸物,增大相对挥发度) 、萃取精馏(加第三组分,增大相对挥发度)、加盐萃取精馏、分子蒸馏(针对高分子量、高沸点、高粘度、热稳定性极差的有机物)。

五、吸收。1.吸收剂的要求:

对溶质的溶解度大,对其他成分溶解度小、易于再生、不易挥发、粘度低、无腐蚀性、无毒不易燃、价低,吸收率η=(ma除/ma进)×100%≈[y1-y2)/y1]×100%,(y1,y2:进塔和出塔混合气中a的摩尔分数)。

2.稀溶液中亨利定律:c*a=hpa,(c*a:

溶解度;h:溶解度系数;pa:气相分压);p*a=exa,(xa:

液相中溶质摩尔分数;e:亨利系数);y*=mx,(平衡常数m=e/p);e=ρs/hms,(ρs,ms:纯溶剂密度和相对分子质量)。

3.费克定律:ja=-dabdca/dz,(ja:扩散速率;dab:组分a在组分b中的扩散系数;dca/dz:组分a在扩散方向z上的浓度梯度);

等分子扩散速率:na= ja=d(pa,1-pa,2)/rtz;单向扩散:na=d(pa,1-pa,2)p/rtz pb,m,(p/pb,m:

漂流因子,pb,m= (pb,2-pb,1)/ln(pb,2/pb,1),即对数平均值);同理,na=d(ca,1-ca,2)c/zcb,m。

5.吸收塔操作线方程:qn(l)/qn(v)=(y1-y2)/(x1-x2),(qn(v):

二元混合气摩尔流量;qn(l):液相摩尔流量;x,y:任意一截面液气相摩尔流量);

最小液气比[qn(l)/qn(v)]min=(y1-y2)/(x*1-x2),qn(l)/qn(v)= 1.1—2.0) [qn(l)/qn(v)]min;

低浓度时填料塔高度h=qn(v) [dy/(y-y*)]kyas=qn(l) [dx/(x*-x)]/kxas=noghog=nolhol,(k:传质系数;s:塔截面积;a:

单位体积填料有效接触面积;nog= [dy/(y-y*)]气相总传质单元数;hog =qn(v)/kyas:气相总传质单元高度);

相平衡线为直线时:nog=ln[(1-s’)(y1-mx2)/(y2-mx2)+s’]/1-s’),nol=ln[(1-a)(y1-mx2)/(y2-mx2)+a]/(1-a),(吸收因数:a=1/s’= qm(v)/mqm(v))。

5.填料塔:液体上进下出,气体下进上出,其中设有液体在分布器,可使其均匀分布于填料表面,塔顶可按转除末器。

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