2022年化工原理知识点 .pdf

学习好资料欢迎下载绪论1单元操作的分类：流体动力学过程、传热过程、传质过程、热质传递过程。2化工原理 ：是研究化工单元操作的基本原理、典型设备的结构和工艺尺寸计算的一门技术基础课，化工原理的学习必须以高等数学，物理学，和物理化学等课程为基础。第一章流体流动1粘度 ：流体具有粘性，表征流体粘性的物理性质称为粘滞系数，简称粘度，符号表示。2压力的单位换算1 标准大气压（atm） =1.013105Pa=1.033kgf/cm2=10.33mH2O=760mmHg 3U 形压差计 (计算 ) P1P2 = R(0 )g 4P16 公式1-33、 1-34、1-35 5流体的流动类型：层流、湍流。6雷诺数Re2000 时，流动类型为层流；2000Re4000 时，流动类型不稳定，为过渡区；Re4000，流动类型为湍流。7湍流摩擦系数：= f(Re，/d) 即与雷诺数、相对粗糙度有关。8P33 例 1-10（计算）9流速测量的工具：测速管 (皮托管 )、孔板流量计、文氏流量计、转子流量计。第二章流体输送机械1气体与液体不同，气体具有可压缩性。用于输送液体的机械称为泵，用于输送气体的机械称为风机及 压缩机 。2气缚 ：如果离心泵在启动前未充满被输送液体，则泵壳内存在空气。由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。此时， 在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。这样，虽然启动了离心泵，但不能输送液体。此现象称为“气缚”。汽蚀 ：离心泵安装高度提高时，将导致泵内压力降低，泵内压力最低点通常位于叶轮叶片进口稍后的一点附近。当此处压力降至被输送液体的饱和蒸汽压时，将发生沸腾， 所生成的蒸汽泡在随液体从入口向外周流动中，又因压力迅速增大而急剧冷凝。会使液体以很大的速度从周围冲向气泡中心，产生频率很高、瞬时压力很大的冲击，这种现象称为汽蚀现象。本质原因：入口压力小于流体输送温度下的饱和蒸汽压。3离心泵的主要性能参数工作原理基本部件：叶轮（612 片后弯叶片） ；泵壳（蜗壳）（集液和能量转换装置）；轴封装置（填料函、机械端面密封）。原理：借助高速旋转的叶轮不断吸入、排出液体。注意：离心泵无自吸能力，因此在启动前必须先灌泵，且吸入管路必须有底阀，否则将发生“气缚”现象。某离心泵运行一年后如发现有气缚现象，则应检查进口管路是否有泄漏现象。离心泵的安装高度超过允许安装高度时会发生气蚀现象。（1）流量 qv泵的流量是指单位时间内泵所输送的液体体积，以qv表示，其单位m3/s.（2）压头 H 离心泵的压头（又称扬程）是指离心泵对单位重量液体所提供的能量，以H 表示，其单精选学习资料 - 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- - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 9 页学习好资料欢迎下载传热是由于温度差引起的能量转移，又称热传递。 由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在时，就必然发生热从高温处传递到低温处。根据传热机理的不同，热传递有三种基本方式：热传导（导热）、热对流（对流）和热辐射。 热传导是物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、 原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递；热对流是流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程（包括由流体中各处的温度不同引起的自然对流和由外力所致的质点的强制运动引起的强制对流） ，流体流过固体表面时发生的对流和热传导联合作用的传热过程称为对流传热（给热）；热辐射是因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。任何物体只要在绝对零度以上，都能发射辐射能， 只是在高温时， 热辐射才能成为主要的传热方式。传热可依靠其中的一种方式或几种方式同时进行。传热速率 Q 是指单位时间通过传热面的热量（W） ；热通量 q 是指每单位面积的传热速率（ W/m2） 。1传热 ：由于温度差而引起的热量传递过程，又称热传递。. 传热的基本方式：热传导、热对流和热辐射。2热对流 ：由于流体质点的位移和混合，将热能由一处传至另一处的传递热量的方式称为热对流。3导热速率方程：Q=/bA(t1-t2) 单层平壁的稳态热传导中传热速率Q 与导热系数 、平壁厚度b、传热面积A、温度差 t 有关。 【例题 41】4P118 公式（ 4-42） （4-43） Nu、【例题 44】 【例题 45】5有相变时的对流传热可分为蒸气冷凝 和液体沸腾 两种情况。蒸汽冷凝有两种方式，即膜状冷凝和滴状冷凝。膜状冷凝： 冷凝液能够润泽壁面，在壁面上形成一层完整的液膜，壁面被冷凝液所覆盖，蒸汽冷凝只能在液膜表面进行，即蒸汽冷凝放出的潜热只有通过液膜后才能传给壁面。滴状冷凝：冷凝液不能够润湿壁面，在壁面上形成许多的小液滴，液滴长大到一定程度后，在重力作用下落下。6大容器饱和沸腾曲线分为：自然对流区、核状沸腾区、膜状沸腾区7无相变的传热过程：P127 公式（ 4-16） 【例题 4 8】 【例题 411】8黑体：能够吸收全部辐射能的物体称为绝对黑体，简称黑体。白体：能够反射全部辐射能的物体称为绝对白体，简称白体。透热体：能够透过全部辐射能的物体称为透热体。灰体：以相同方式吸收和反射辐射能的物体，例如硅。9换热器的分类：管式换热器： 通过管子壁面进行传热，按传热管的结构形式可分为列管式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器和翅片式换热器等几种。板式换热器： 板式换热器通过板面进行传热，按传热板的结构不同，可分为平板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器和热板式换热器几种。列管式换热器（管壳式换热器）：一般由壳体、管板、管束、封头、折流板构成。根据热精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 9 页学习好资料欢迎下载补偿的方式不同可分为固定管板式、浮头式、U 形管式、填料函式、釜式。第五章气体吸收利用各组分溶解度不同而分离气体混合物的单元操作称为吸收。混合气体中能够溶解的组分称为吸收质或溶质（A） ；不被吸收的组分称为惰性组分或载体（B） ；吸收操作所用的溶剂称为吸收剂（S） ；吸收所得溶液为吸收液（S+A） ；吸收塔排出的气体为吸收尾气。当气相中溶质的的实际分压高于与液相成平衡的溶质分压时，溶质从气相向液相转移，发生吸收过程； 反之当气相中溶质的的实际分压低于与液相成平衡的溶质分压时，溶质从液相向气相转移，发生脱吸（解吸）过程。平衡状态下气相中溶质分压称为平衡分压或饱和分压，液相中的溶质浓度称为平衡浓度或饱和浓度溶解度。对于同一种溶质，溶解度随温度的升高而减小，加压和降温对吸收操作有利，升温和减压有利于脱吸操作。1物质传递过程：物质在相间的转移过程称为物质传递过程（简称传质过程）。常见的传质过程有蒸馏、吸收、干燥、萃取和吸附等单元操作。2吸收 ：利用气体混合物中各组分在液体中溶解度的差异使气体中不同组分分离的操作称为吸收。3填料塔结构：圆筒形塔体和塔内件塔内件：塔填料、填料支撑板、填料压板、气体分布器、液体分布器和液体再分布器塔填料是填料塔内造成气液相接触进行传质的气液接触元件，是填料塔的核心部件填料按其形状可以分为环形、鞍形、波纹形。环形填料主要有拉西环、鲍尔环、阶梯环。鞍形环主要有矩鞍形、弧鞍形。4在一定的液体喷淋密度下，气体通过填料层时压力降与气速的关系曲线可以分为三个区域，分别对应三种状态恒持液区： A 点以下区域，气相负荷较小，气液两相之间的作用不明显，填料层的持液量受气速的影响不大。载点：图中 AB 段，气速增至一定值后，气液间阻力不容忽视，压力降随气速增大而较快的增大，压力降曲线在A点出现转折，该转折点为载点载液区： AB 段，流体湍动加剧，传质效果好。液泛点： B 点随着两相之间的作用进一步加强，使得填料表面液膜难以顺利流下，出现拦液现象，再增大气速，此时填料层中的持液量迅速增大，往往可以看到填料层的某个高度上出现 “积液层”。 若此时不增加气速，积液层仍在扩大，则会达到“液泛” 。液泛区： B 点以上。5解吸操作 ：解吸操作就是对吸收剂进行回收处理，时溶解在吸收剂中的溶质组分释放出来，得到较纯的组分，同时使吸收剂得以再生而循环使用。6常用的解吸方法：油气提解吸法、减压解吸法以及升温解吸法。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 9 页学习好资料欢迎下载第六章蒸馏1. 蒸馏 ：利用各组分挥发度不同将液体混合物部分汽化而使混合物得到分离的单元操作称为蒸馏。这种分离操作是通过液相和气相之间的质量传递过程来实现的。对于均相物系， 必须造成一个两相物系才能将均相混合物分离。蒸馏操作采用改变状态参数的办法（如加热和冷却）使混合物系内部产生出第二个物相（气相）；吸收操作中则采用从外界引入另一相物质（吸收剂）的办法形成两相系统。2. 蒸馏可分为：简单蒸馏、平衡蒸馏（闪蒸）、精馏、特殊精馏。3. 三个区域：液相区、蒸气区、气液共存区。两条线：液相线、气相线。4. 精馏原理精馏过程是利用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理进行的，精馏操作的依据是混合物中各组分挥发度的差异，实现精馏操作的必要条件包括塔顶液相回流和塔底产生上升蒸汽。精馏塔中各级易挥发组分浓度由上至下逐级降低；精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，原因之一是： 塔顶易挥发组分浓度高于塔底，相应沸点较低；原因之二是：存在压降使塔底压力高于塔顶，塔底沸点较高。当塔板中离开的气相与液相之间达到相平衡时，该塔板称为理论板。精馏过程中， 再沸器的作用是提供一定量的上升蒸汽流，冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证由适宜的液相回流。影响精馏装置稳态、高效操作的主要因素包括操作压力、进料组成和热状况、塔顶回流、全塔的物料平衡和稳定、冷凝器和再沸器的传热性能，设备散热情况等。（物料平衡的影响和制约、回流比的影响、进料组成和进料热状态的影响）精馏操作的依据是：混合液中各组分的挥发度差异；实现精馏连续稳定操作的必要条件包括：塔顶液相回流、塔底上升气流。简答1全回流操作的目的？如何确定全塔效率？答：目的：在实际生产中全回流没有意义，但在开工阶段要进行全回流操作。一方面这时塔顶的产品还不合格。另一方面， 全回流操作可以加快塔产品合格，使塔操作尽快处于稳定。全塔效率ET=NT/NP 2精馏操作应防止几种不正常的操作现象？气液接触方式。答：空塔气速大和 （或）板间距小，严重的液沫夹带现象气速太小和板面上液体落差引起严重的漏液现象气液流量过大， 使降液管内液体不能顺利流下使得降液管液泛鼓泡、蜂窝、泡沫、喷射接触。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 9 页学习好资料欢迎下载3在精馏塔中，维持连续、稳定操作的条件有那些？答：精馏操作稳定的因素主要有回流比；塔顶温度、压力；进料温度，组分组成；塔底再沸器回流温度，组分组成； 整体塔的塔板数；中间循环回流及抽出物料等等，但最主要因素有下面几点：（1） 物料平衡的影响和制约在精馏塔的操作中，需维持塔顶和塔底产品的稳定，保持精馏装置的物料平衡是精馏塔稳态操作的必要条件。通常由塔底液位来控制精馏塔的物料平衡。（2） 、塔顶回流的影响回流比是影响精馏塔分离效果的主要因素，生产中经常用回流比来调节、控制产品的质量（3） 进料热状况的影响当进料状况（xF 和 q）发生变化时，应适当改变进料位置，并及时调节回流比R。一般精馏塔常设几个进料位置，以适应生产中进料状况，保证在精馏塔的适宜位置进料。如进料状况改变而进料位置不变，必然引起馏出液和釜残液组成的变化。（4） 塔釜温度的影响釜温是由釜压和物料组成决定的。精馏过程中，只有保持规定的釜温，才能确保产品质量。因此釜温是精馏操作中重要的控制指标之一（5） 操作压力的影响塔的压力是精馏塔主要的控制指标之一。在精馏操作中，常常规定了操作压力的调节范围。塔压波动过大，就会破坏全塔的气液平衡和物料平衡，使产品达不到所要求的质量。4在实验中，其他条件不变，增加回流比R，产品如何变化？答：塔顶得到的产出纯度会提高，塔底得到的产出纯度会下降，同时由于回流比的增加导致塔内回流的液体量也增加。5分析由于物料不平衡造成产品不合格的原因及调节方法。答：1，塔釜产品与塔底采出比例不当。调节方法，不改变加热功率，减少塔顶采出量加大塔釜出料量和进料量。2，进料组成有变化，轻组分含量下降。调节方法，若变化不大则可同上法，若变化较大时，需要调节进料口的位置，甚至改变回流量。5. 塔顶易挥发组分的回收率：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 9 页学习好资料欢迎下载6. 塔底难挥发组分的回收率：7P207 例 6-3 （类似的计算，弄清几个参数之间换算关系）8. 精馏段操作线方程：=9. 进料热状态对塔内气、液流量的影响进料热状态过冷液体饱和液体气液混合物饱和蒸汽过热蒸汽q 1 1 01 0 tw(tas)td对于饱和湿空气：t= tw (tas)= td4根据物料在一定的干燥条件下，其中所含水分能否用干燥方法除去来划分，物料所含的水分可分为 平衡水分 与自由水分 。根据物料与水分结合力的状况，可将物料中所含水分分为结合水分 与非结合水分 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 9 页学习好资料欢迎下载5. 五种干燥器：厢式干燥器（盘式干燥器）、洞道式干燥器、气流干燥器、喷雾干燥器、流化床干燥器。1，干燥为什么要预热，预热的好处。答： （1）降低干燥介质的相对湿度，来提高吸收能力。（2）提高干燥介质焓值，来提高汽化速率。2，干燥必要条件，物料表面的水汽压强必须大于干燥介质中水汽的分压，两者差别越大，干燥操作进行的越大。3， （ 1）平衡水分：用一定状态的湿空气，干燥某湿物料，物料能够达到的极限含水量称为对应于该空气状态的平衡水分。以X* 表示。（2）自由水分：物料含水量超出平衡水分的部分称为自由水分。X X* 可能被空气干燥的水分。（3）结合水分：与物料之间有物理化学作用，因而产生的蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压。包括溶涨水分和小毛细管中的水分。难于除去（4）非结合水分：机械地附着在物料表面，产生的蒸汽压与纯水无异。包括物料中的吸附水分和大孔隙中的水分。容易除去。4，注意（ 1）自由水分是在干燥中可以除去的水分，而平衡水分是不能除去的，自由水分和平衡水分的划分除与物料有关外，还决定于空气的状态。（2）非结合水分是在干燥中容易除去的水分，而结合水分较难除去。是结合水还是非结合水仅决定于固体物料本身的性质，与空气状态无关。（3）平衡水分一定是结合水分；自由水分包括了全部非结合水分和一部分结合水分。（4）一定干燥条件下，水分除去的难易，分为结合水与非结合水。（5）平衡水分与物料的种类、温度及空气的相对湿度有关物料中的平衡水分随温度升高而减少随湿度的增加而增加。5，干燥过程：当湿物料与不饱和空气接触时，X 向 X* 接近，干燥过程的极限为X* 。物料的X* 与湿空气的状态有关，空气的温度和湿度不同，物料的X* 不同。欲使物料减湿至绝干，必须与绝干气体接触。6，如何利用两个参数去确定其他参数。湿球温度是等焓过程；露点温度是等温过程。1、影响干燥速率的因素有哪些？如何提高干燥速率？两个阶段分别说明理由。答： (1).恒速干燥阶段：干燥速率的影响因素：空气的温度湿度气速、流动方式及物料表面水分的汽化速率。提高干燥速率：减小干燥面积，提高空气传给物料的总热量。(2).降速干燥阶段干燥速率的影响因素：无聊本身结构、形状、尺寸提高干燥速率：2、在 7080的空气流中干燥，经过相当长的时间，能否得到绝干物料？为什么？通常要获得绝干物料采用什么方法？答：不能。 因为相当一部分时间后会达到平衡，即达到平衡含水量，而平衡含水量所对应的湿度不为零； 为达到绝干物料可以把物料磨成粉末增大干燥面积，也可以换用其他的干燥设备。3、影响本实验“恒定干燥条件”的因素有哪些？答：干燥介质的温度、湿度、流速及与物料的接触方式4为什么在操作中要先开鼓风机送气，而后再开电热器？答：干燥过程中，如果先开电热器，产生的热量如果没有鼓风机吹，将会使设备烧坏。先将精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 9 页学习好资料欢迎下载风机打开， 电热器散发的热量便能及时地被风带走。鼓风机起动需要很大的起动电流，如果电热器开着， 可能会造成线路过载。但如果先开鼓风机， 起动电流中便少了电热器的电流量，这样对于电路更安全。同一物料，如恒速段的干燥速率增加，则临界含水量增大，物料平衡水分随温度升高而减小。不饱和湿空气当温度升高时，湿球温度升高， 绝对湿度不变， 相对湿度降低， 露点不变，比容增大，焓增大。区除可除水分与不可除水分的分界点是平衡湿含量。恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括恒速干燥阶段（包括预热段） 和降速干燥阶段，其中两干燥阶段的交点对应的物料含水量称为临界含水量。恒速干燥阶段也称为表面汽化控制阶段，降速阶段也称为内部迁移控制阶段。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 9 页