2022年化工原理总复习指南.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载流体流淌 基本概念与基本原理一、流体静力学基本方程式或p2p 1gz 1z2pp0gh留意： 1、应用条件：静止的连通着的同一种连续的流体；2、压强的表示方法：肯定压力大气压力 =表压 表压常由压强表来测量；大气压力肯定压力 =真空度 真空度常由真空表来测量；3、压强单位的换算：1atm=760mmHg=10.33mH 2O=101.33kPa=1.033kgf/cm 2=1.033at 4、应用：水平管路上两点间压强差与 U 型管压差计读数 R 的关系：p 1 p 2 A gR处于同一水平面的液体,维护等压面的条件必需是

2、静止、连续和同一种液体；二、定态流淌系统的连续性方程式 物料衡算式A 22u2hfA 2/uA常数A常数 ,wsu 1A 11u 2A常数,Vsu1A 1u2A 2/uA常数A 1d2/d2A常数,圆形管中流淌u 121三、定态流淌的柏努利方程式 能量衡算式u2J/kg 1kg 流体：gZ1P 1u1WegZ2P 222争论点： 1、流体的流淌满意连续性假设；2、抱负流体,无外功输入时,机械能守恒式：gZ1P 12 u 1gZ2P 2u2 22 =23、可压缩流体 ,当 p/p120%,仍可用上式,且m；4、留意运用柏努利方程式解题时的一般步骤,截面与基准面选取的原就；5、流体密度 的运算：名

3、师归纳总结 - - - - - - -抱负气体 =PM/RT 混合气体m1x v12xv2nxvn混合液体1xw 1xw2xwnmm2n上式中：x 体积分率；xwi 质量分率；6、gz,u 2/2,p/ 三项表示流体本身具有的能量,即位能、动能和静压能；hf为流经系统的能量缺失；We 为流体在两截面间所获得的有效功,是打算流体输送设备重要参数；输送设备有效功率N e=W e s,轴功率 N=N e/ （W）7、1N 流体HeZpu2Hfm （压头）g2g1m3 流体W eghpu2hfpa而pfhf, 2第 1 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 四、柏努利式中的

4、hf优秀学习资料欢迎下载Pa S； = /I流淌类型：Re=du / =du/ , 为动力粘度,单位为1、雷诺准数 为运动粘度,单位Re 及流型 m 2/s；层流： Re 2000,湍流： Re4000；2000Re4000 为不稳固过渡区；2、牛顿粘性定律 = du/dy 气体的粘度随温度上升而增加,液体的粘度随温度上升而降低；3、流型的比较：质点的运动方式；速度分布,层流：抛物线型,平均速度为最大速度的 0.5 倍；湍流：碰撞和混和使速度平均化；阻力,层流：粘度内摩擦力,II 湍流：粘度内摩擦力+湍流切应力；hfhJ/kg . d,流体在管内流淌时的阻力缺失h ff1、直管阻力缺失hf h

5、flu2pf范宁公式 层流、湍流均适用d2层流：fR e即64或hf32lu哈根泊稷叶公式；2fR ed湍流区（非阻力平方区）：fR e,d；高度湍流区（阻力平方区）：详细的定性关系参见摩擦因数图,并定量分析hf 与 u 之间的关系；推广到非圆型管dde4 H4流通截面积e10.c0 .5润湿周边长注：不能用de来运算截面积、流速等物理量；2、局部阻力缺失hf 阻力系数法,hu2f2当量长度法,hleu2fd2留意：截面取管出口内外侧,对动能项及出口阻力缺失项的运算有所不同；当管径不变时,hfldleu22流体在变径管中作稳固流淌,在管径缩小的地方其静压能减小；流体在等径管中作稳 定流淌流体由

6、于流淌而有摩擦阻力缺失,流体的流速沿管长不变；流体流淌时的摩擦阻力 缺失 hf 所缺失的是机械能中的静压能项；完全湍流（阻力平方区）时,粗糙管的摩擦系数 数值只取决于相对粗糙度；水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器,当管道上的阀门开度减 小时,水流量将减小,摩擦系数增大,管道总阻力不变；五、管路运算名师归纳总结 I并联管路： 1、VV 1V2V3第 2 页,共 13 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2、hfhf1hf2优秀学习资料欢迎下载hf3各支路阻力缺失相等；即并联管路的特点是： （ 1）并联管段的压强降相等；（2）主管流量等于

7、并联的各管段流量之和；（ 3）并联各管段中管子长、直径小的管段通过的流量小；II 分支管路： 1、VV 1V2V32、分支点处至各支管终了时的总机械能和能量缺失之和相等；六、柏式在流量测量中的运用1、毕托管用来测量管道中流体的点速度；用来测量管道中流体的流量；随着 Re增大其孔2、孔板流量计为定截面变压差流量计,流系数 C0 先减小,后保持为定值；3、转子流量计为定压差变截面流量计；留意：转子流量计的校正；测流体流量时,随流量增加孔板流量计两侧压差值将增加,如改用转子流量计,随流 量增加转子两侧压差值将不变；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 13 页精选学习资料 - -

8、- - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载离心泵 基本概念与基本原理一、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；留意：离心泵无自吸才能,因此在启动前必需先灌泵,且吸入管路必需有底阀,否就 将发生“ 气缚” 现象；某离心泵运行一年后如发觉有气缚现象,就应检查进口管路是否有泄漏现象；二、性能参数及特性曲线1、压头 H,又称扬程HZQpHfg2、有效功率NeW esHgQ轴功率NHQkw1 0 23、离心泵的特性曲线通常包括H,NQ,Q曲线,这些曲线表示在肯定转速下输送

9、某种特定的液体时泵的性能；由NQ线上可看出：Q0时,NNmin,所以启动泵和停泵都应关闭泵的出口阀；离心泵特性曲线测定试验,泵启动后出水管不出水,而泵进口处真空表指示真空度很 高,可能显现的故障缘由是吸入管路堵塞；如被输送的流体粘度增高,就离心泵的压头减小,流量减小,效率减小,轴功率增大；三、离心泵的工作点1、泵在管路中的工作点为离心泵特性曲线（H Q）与管路特性曲线（H e Q e）的交点；管路特性曲线为：H e K BQ e 2；2、工作点的调剂：既可转变 H Q 来实现,又可通过转变 H e Q e 来实现；详细措施有转变阀门的开度,转变泵的转速,叶轮的直径及泵的串、并联操作；离心泵的流

10、量调剂阀安装在离心泵的出口管路上,开大该阀门后,真空表读数增大,压力表读数减小,泵的扬程将减小,轴功率将增大；两台同样的离心泵并联压头不变而流量加倍,串联就流量不变压头加倍；四、离心泵的安装高度 Hg为防止气蚀现象的发生,离心泵的安装高度Hg ,留意气蚀现象产生的缘由；1HgH2 u 1Hf01H为操作条件下的答应吸上真空度,m s2gsHf01为吸入管路的压头缺失,m；2HgpagpvhHf01h 答应气蚀余量,m p 液面上方压强,Pa；p 操作温度下的液体饱和蒸汽压,Pa；离心泵的安装高度超过答应安装高度时会发愤怒蚀现象；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 13 页精

11、选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载 传 热 基本概念和基本理论传热是由于温度差引起的能量转移,又称热传递；由热力学其次定律可知,凡是有温 度差存在时,就必定发生热从高温处传递到低温处；依据传热机理的不同,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

12、称为对流传热（给 热）；热辐射是因热的缘由而产生的电磁波在空间的传递；任何物体只要在肯定零度以上,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 率（ W/m2）；一、热传导1导热基本方程 傅立叶定律（W）；热通量 q 是指每单位面积的传热速dQdSt n单位为 W/（m ）； 导热系数, 表征物质导热才能的大小,是物质的物理性质之一,纯金属的导热系数一般随温度上升而降低,气体的导热系数随温度上升而增大；式中负号表示热流方向总是和温度梯度的方向相反；2平壁的稳固热传导 单层平壁：Qt1bt2t

13、RS多层（ n 层）平壁：Qt1ntn1in1tR）成反比；ibiR1Si公式说明导热速率与导热推动力（温度差）成正比,与导热热阻（由多层等厚平壁构成的导热壁面中所用材料的导热系数愈大,就该壁面的热阻愈小,其两侧的温差愈小,但导热速率相同；2圆筒壁的稳固热传导 单层圆筒壁：Qt1bt2Rt或Q2lt 1t2lnr2Smr 1当 S2/S1 2 时,用对数平均值,即：名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 当 S2/S1 2 时,用算术平均值,即：多层（ n 层）圆筒壁：优秀学习资料欢迎下载SmS 2S 1lnS 2S 1

14、Sm=（S1+S2）/2Qt1tn1nb ii1iS mi或Q2lt 1tn11lnr ir1ii一包有石棉泥保温层的蒸汽管道,当石棉泥受潮后,其保温成效应降低,主要缘由是 因水的导热系数大于保温材料的导热系数,受潮后,使保温层材料导热系数增大,保温效 果降低；在包有两层相同厚度保温材料的圆形管道上,应当将导热系数小的材料包在内层,其 缘由是为了削减热缺失,降低壁面温度；二、对流传热1对流传热基本方程 牛顿冷却定律Q S t 对流传热系数,单位为：W/ （m 2）,在换热器中与传热面积和温度差相对应；2与对流传热有关的无因次数群（或准数）名师归纳总结 准数名称表 1 准数的符号和意义第 6 页

15、,共 13 页符号意义努塞尔特准数Nu= L 含有特定的传热膜系数 ,表示对流传热的强度雷诺准数Re= Lu 反映流体的流淌状态普兰特准数Pr= Cp3反映流体物性对传热的影响格拉斯霍夫准数 g t L反映因密度差而引起自然对流状态2Gr= - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载 3流体在圆形直管中作强制湍流流淌时的传热膜系数 对气体或低粘度的液体Nu=0.023Re 0.8Pr n或 =0.023 Lu0.8 Cp nL 流体被加热时,n=0.4；液体被冷却时,n=0.3；定型几何尺寸为管子内径di；定性温度取流体进、出口温度的算术

16、平均值；应用范畴为Re 10000,Pr=0.7160, l/d60；对流过程是流体和壁面之间的传热过程,定性温度是指确定准数中各物性参数的温度；沸腾传热可分为三个区域,它们是自然对流区、泡状沸腾区和膜状沸腾区,生产中的 沸腾传热过程应维护在泡壮沸腾区操作；无相变的对流传热过程中,热阻主要集中在传热边界层或滞流层内,削减热阻的最有 效的措施是提高流体湍动程度；引起自然对流传热的缘由是系统内部的温度差,使各部分流体密度不同而引起上升、下降的流淌；用无因次准数方程形式表示以下各种传热忱形下诸有关参数的关系：（ 1） 无相变对流传热 Nu=f（Re,Pr,Gr ）（ 2） 自然对流传热 Nu=f（G

17、r ,Pr）（ 3） 强制对流传热 Nu=f（Re,Pr）在两流体的间壁换热过程中,运算式 Q=KS t,式中 t 表示为两流体温度差的平均值；S 表示为泛指传热面,与 K 相对应；在两流体的间壁换热过程中,运算式 侧的传热壁面；Q= S t,式中 t=t w-t m 或 T m-T w；S 表示为一滴状冷凝的膜系数大于膜状冷凝膜系数；2水在管内作湍流流淌时,如使流速提高至原先的 2 倍,就其对流传热系数约为原先的0.8 倍；如管径改为原先的 1/2 而流量相同, 就其对流传热系数约为原先的 4 0.8 2 0.2 倍；（设条件转变后,仍在湍流范畴）三、间壁两侧流体的热交换间壁两侧流体热交换的

18、传热速率方程式Q=KS tm式中 K 为总传热系数,单位为：作并流或逆流时的换热器而言,W/（ m 2）； tm 为两流体的平均温度差,对两流体tmlnt1t1/t2t2名师归纳总结 当 t1/ t21 1 01 0 0 对于饱和液体、气液混合物和饱和蒸汽进料而言,L=L+qF V=V （ q1） F q 值等于进料中的液相分率；q 线方程（进料方程）为：y=q/ （q1）x xF/（q1）上式表示两操作线交点的轨迹方程；名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载 塔底再沸器相当于一层理论板（气液两

19、相平稳）,塔顶采纳分凝器时,分凝器相当于一 层理论板；由于冷液进料时提馏段内循环量增大,分别程度提高,冷液进料较气液混合物 进料所需理论板数为少；五、回流比及其挑选（1）全回流R=L/D= ,操作线与对角线重合,操作线方程 层数最少为 N min；（2）最小回流比y n=x n-1,达到给定分别程度所需理论板当回流比逐步减小时,精馏段操作线截距随之逐步增大,两操作线位置将向平稳线靠 近,为达到相同分别程度所需理论板层数亦逐步增多；达到恒浓区（夹紧区）回流比最小,所需理论板无穷多；I正常平稳线 Rmin=（x Dyq）/（yqxq）饱和液体进料时：xq=x F 饱和蒸汽进料时：yq=y F II

20、 不正常平稳线 Rmin；由 a（xD,yD）或 c（x W,yW）点向平稳线作切线,由切线斜率或截距求（3）相宜回流比 R=（1.12）Rmin 精馏设计中,当回流比增大时所需理论板数削减,同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量 增加,塔顶冷凝器中冷却介质消耗量增加,操作费用相应增加,所需塔径增大；精馏操作时,如 F、D、xF、q、 R、加料板位置都不变,将塔顶泡点回流改为冷回流,xD 变大；就塔顶产品组成 精馏设计中,回流比愈大,操作能耗愈大,随着回流比逐步增大,操作费和设备费的 总和将出现先减小后增大的过程；六、板效率和实际塔板数1单板效率（默弗里效率）EmV=（ ynyn+1） /（yn *

21、yn+1）EmL=（ xn-1xn）/（xn-1 xn *）2全塔效率 E=（N T/N P） x100% 精馏塔中第 n-1,n,n+1 块理论板, yn+1y n,t n-1x n-1；精馏塔中第 n-1,n,n+1 块实际板, xn*y n；如板式塔设计不合理或操作不当,可能产生液泛、漏液、及雾沫夹带等不正常现象,使塔无法正常工作；负荷性能图有五条线,分别是雾沫夹带、液泛、漏液、液相负荷上限和液相负荷下限；名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载吸 收 基本概念和基本原理利用各组分溶解度不同

22、而分别气体混合物的单元操作称为吸取；混合气体中能够溶解 的组分称为吸取质或溶质（A）；不被吸取的组分称为惰性组分或载体（B）；吸取操作所用 的溶剂称为吸取剂（S）；吸取所得溶液为吸取液（S+A）；吸取塔排出的气体为吸取尾气；当气相中溶质的的实际分压高于与液相成平稳的溶质分压时,溶质从气相向液相转 移,发生吸取过程；反之当气相中溶质的的实际分压低于与液相成平稳的溶质分压时,溶 质从液相向气相转移,发生脱吸（解吸）过程；一、气 液相平稳 传质方向与传质极限 平稳状态下气相中溶质分压称为平稳分压或饱和分压,液相中的溶质浓度称为平稳浓 度或饱和浓度 溶解度；对于同一种溶质,溶解度随温度的上升而减小,加

23、压和降温对吸取操作有利,升温顺 减压有利于脱吸操作；p*=Ex E 为亨利系数,单位为压强单位,随温度上升而增大,难溶气体 亨利定律：（稀溶液）E 很大,易溶气体 E 很小；对抱负溶液 E 为吸取质的饱和蒸气压；p*=c/H H 为溶解度系数,单位：kmol/kN m,H= /EM s,随温度上升而减小,难溶气体H 很小,易溶气体H 很大；y*=mx m 相平稳常数,无因次,m=E/P, m 值愈大,气体溶解度愈小；m 随温度上升而增加,随压力增加而减小；Y*=mX 当溶液浓度很低时大多采纳该式运算；X=x/1-x; Y=y/1-y; x,y 摩尔分率,X,Y 摩尔比浓度二、传质理论 传质速率

24、分子扩散 凭借流体分子无规章热运动传递物质的现象；推动力为浓度差,由菲克定律描述： JA= D ABdCA /dz JA 扩散通量, kmol/m2s D AB 扩散系数涡流扩散 凭借流体质点的湍动和旋涡传递物质的现象；等分子反向扩散传质速率：气相内 N A = Dp A1pA2/RTz 液相内 N A = D A1cA2/z 单相扩散传质速率：气相内 N A = JA+Nc A/C=D p ApAi/ RTzP/pBm=k GpApAi 液相内 N A = D AicA /z C/c Sm=k LcAi cA 其中 P/pBm 1 为漂流因数,反映总体流淌对传质速率的影响；pBm=p B2p

25、B1/lnp B2/pB1 一般而言,双组分等分子反向扩散表达在精馏单元操作中,而一组分通过另一组分的单相扩散表达在吸取单元操作中；气相中,温度上升物质的扩散系数增大,压强上升就扩散系数降低；液相中粘度增加扩散系数降低；在传质理论中有代表性的三个模型分别为双膜理论、溶质渗透理论和表面更新理论；传质速率方程 传质速率 =传质推动力 /传质阻力N=k Gppi=k L cic=kyy-y i=k xx ix N=K Gpp*=K Lc* c=K YY-Y*=K XX* X 留意传质系数与推动力相对应,即传质系数与推动力的范畴一样,传质系数的单位与名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页

26、,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载推动力的单位一样；吸取系数之间的关系：1/KG=1/k G+1/Hk L1/K L=1/k L+H/k G1/K Y =1/k y+m/k x1/K X=1/k x+1/mk y ky=PkGkx=Ck LK YPKGKXCKL气膜掌握与液膜掌握的概念对于易溶气体,H 很大,传质阻力绝大部分存在于气膜之中,液膜阻力可以忽视,此时 K Gk G,这种情形称为“ 气膜掌握”；反之,对于难溶气体,H 很小,传质阻力绝大部分存在于液膜之中,气膜阻力可以忽视,此时 K LkL ,这种情形称为“ 液膜掌握”；三、物料衡算

27、 操作线方程与液气比全塔物料衡算：VY 1Y 2=LX 1X 2 逆流操作吸取操作线方程：Y=LX/V+Y 1LX 1/V 1 塔底, 2 塔顶吸取操作时塔内任一截面上溶质在气相中的实际分压总是高于与其接触的液相平稳分压,所以吸取操作线总是位于平稳线的上方；最小液气比：（L/V ） min=Y 1Y 2/X 1*X 2 液气比即操作线的斜率如平稳关系符合亨利定律,就（L/V ） min=Y 1Y 2/Y 1/m X 2 溶剂改性 转变平稳关系 降低温度提高吸取效率的途径增加传质推动力增加液气比提高压力减小传质阻力采纳新型填料转变操作条件增加吸取剂用量,操作线斜率增大,操作线向远离平稳线的方向偏

28、移,吸取过程推动力增大,设备费用削减；四、填料层高度运算气液相平稳、传质速率和物料衡算相结合取微元物料衡算求得填料层高度；填料层高度 =传质单元高度 传质单元数即 z=H OG N OG=H OL NOL=H G NG=H L N LNOG 气相总传质单元数（气体流经一段填料后其组成变化等于该段填料的总的平均推动力就为一个传质单元）HOG 气相总传质单元高度（一个传质单元所对应的填料高度）1平均推动力法（适合平稳线为直线）：z=H OG NOG=V/K ya Y 1Y 2/ Y m=L/K xa X 1X 2/ X m对数平均推动力 Y m= Y 1 Y 2/ln Y 1/ Y 2 当 Y 1/ Y 22 时,可用算术平均推动力 2脱吸因数法（平稳线为直线）： Y m= Y 1+ Y 2/2 NOG=1/Sln1 S Y 1Y 2*/Y 2Y 2*+S mV/L ）,反映吸取推动力的大小；S 增大,S 脱吸因数,平稳线与操作线斜率之比（液气比减小,吸取推动力变小,N OG 增大气体吸取中,表示设备（填料）效能高低的一个量是传质单元高度,表示传质任务难易程度的一个量是传质单元数；名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 13 页