化工原理知識總結(jié)

化工原理學(xué)問總結(jié)一、流體力學(xué)及其輸送單元操作：物理化學(xué)變化的單個(gè)操作過程，如過濾、蒸餾、萃取。四個(gè)根本概念：物料衡算、能量衡算、平衡關(guān)系、過程速率。牛頓粘性定律：F=±τA=±μAdu/dy，(F：剪應(yīng)力；A：面積；μ：粘度；du/dy：速度梯度)。Re=duρ/μ—2023—過渡—4000—湍流。連續(xù)性方程：A1u1=A2u2；伯努力方程：gz+p/ρ+1/2u2=C。流體阻力=沿程阻力+局部阻力；范寧公式：沿程壓降：Δpf=λlρu2/2d，沿程阻力：Hf=Δpf/ρg=λlu2/2dg(λ：摩擦系數(shù))；層流時(shí)λ=64/Re，湍流時(shí)λ=F(Re，ε/d)，(ε：管壁粗糙度)；局部阻力hf=ξu2/2g，(ξ：局部阻力系數(shù)，狀況不同計(jì)算方法不同)流量計(jì)：變壓頭流量計(jì)(測速管、孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì))；變截面流量計(jì)。離心泵主要參數(shù)：流量、壓頭、效率、軸功率；工作點(diǎn)(供給與所需水頭全都)；安裝高度(氣蝕現(xiàn)象，氣蝕余量)；泵的型號(泵口直徑和揚(yáng)程)；氣體輸送機(jī)械：通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、真空泵。二、非均相機(jī)械分別顆粒的沉降：層流沉降速度Vt=(ρp-ρ)gdp2/18μ，(ρp-ρ：顆粒與流體密度差，μ：流體粘度)；重力沉降(沉降室，H/v=L/u，多層；增稠器，以得到稠漿為目的的沉淀)；離心沉降(旋風(fēng)分別器)。過濾：深層過濾和濾餅過濾(常用，助濾劑增加濾餅剛性和空隙率)；分類：壓濾、離心過濾，間歇、連續(xù)；濾速的康采尼方程：u=(Δp/Lμ)ε3/5a2(1-ε)2，(ε：濾餅空隙率；a：顆粒比外表積；L：層厚)。三、傳熱傳熱方式：熱傳導(dǎo)(傅立葉定律)、對流傳熱(牛頓冷卻定律)、輻射傳熱(四次方定律)；熱交換方式：間壁式傳熱、混合式傳熱、蓄熱體傳熱(對蓄熱體的周期性加熱、冷卻)。傅立葉定律：dQ=-λdA，(Q：熱傳導(dǎo)速率；A：等溫面積；λ：比例系數(shù)；：溫度梯度)；λ 與溫度的關(guān)系：λ=λ0(1+at)，(a：溫度系數(shù))。不同狀況下的熱傳導(dǎo)：單層平壁：Q=(t1-t2)/[b/(CmA)]=溫差/熱阻，(b：壁厚；Cm=(λ1-λ2)/2)；多層平壁：Q=(t1-tn+1)/[bi/(λiA)]；單層圓筒：Q=(t1-t2)/[b/(λAm)]，(A：圓筒側(cè)面積，C=(A2-A1)/ln(A2/A1))；多層圓筒：Q=2πL(t1-tn+1)/[1/λi[ln(ri+1/ri)]。對流傳熱類型：強(qiáng)制對流傳熱(外加機(jī)械能)、自然對流傳熱、(溫差導(dǎo)致)、蒸汽冷凝傳熱(冷壁)、液體沸騰傳熱(熱壁)，前兩者無相變，后兩者有相變；牛頓冷卻定律：dQ=hdAΔt，(Δt＞0；h：傳熱系數(shù))。A+R+透射率D=1；A=1，鏡體R=1，D=1，灰體A+R=1；E=Eλdλ，(Eλ：單色輻射能；λ：波長)；四次方定律：E=C(T/100)4=εC0(T/100)4，(C：灰體輻射常數(shù)；C0：黑體輻射常數(shù)；ε=C/C0：放射率或黑度)；兩物體輻射傳熱：Q1-2=C1-2φA[(T1/100)4-(T2/100)4]，(φ：角系數(shù)；A：輻射面積；C1-2=1/[(1/C1)+(1/C2)-(1/C0)])總傳熱速率方程：dQ=KmdA，(dQ：微元傳熱速率；Km：總傳熱系數(shù)；A：傳熱面積)；1/K=1/h1+bA1/λAm+A1/h2A2，(h1，h2：熱、冷流體外表傳熱系數(shù))。換熱器：夾套換熱器、蛇管式換熱器、套管式換熱器、列管式換熱器。四、蒸餾蒸餾分類：操作方式：連續(xù)蒸餾、間歇蒸餾；對分別的要求：簡潔蒸餾、平衡蒸餾(閃蒸)、精餾、特別精餾；壓力：常壓蒸餾、加壓蒸餾、減壓蒸餾；組分：雙組分蒸餾和多組分蒸餾(精餾)，常用精餾塔。雙組分溶液氣液相平衡：液態(tài)泡點(diǎn)方程：xA=[p-pB(t)]/[pA(t)-pB(t)]，(xA：液態(tài)組分A的摩爾分?jǐn)?shù)；p(t)：壓強(qiáng)關(guān)于溫度的函數(shù))；氣態(tài)露點(diǎn)方程：yA=pA/p=[pA(t)/p]×[p-pB(t)]/[pA(t)-pB(t)]；平衡常數(shù)KA=yA/xA，抱負(fù)溶液：KA=p°A/p，即組分飽和蒸氣壓和總壓之比；A=pA/xAAB=υA/υy=αx/[1+(a-1)x]；氣液平衡相圖：p-xt-x(y)圖(等壓)、x-yyDqn(W)，xW；物料衡算：yD=qxW/(q-1)-xF/(q-1)，(液化率：q=qn(W)/qn(F))；熱量衡算：tF=te+(1-q)γ/Cp,m，(Cp,m：原液的摩爾定壓熱容；γ：原液的摩爾氣化潛熱)；平衡關(guān)系：yD=αxW/[1+(α-1)xW]。簡潔蒸餾：持續(xù)加熱至釜液組成和餾出液組成到達(dá)規(guī)定時(shí)停頓；關(guān)系式：ln[n(F)/n(W)]={ln(xF/xW)-αln[(1-xF)/(1-xW)]}/(α-1)；總物料衡算：n(F)=n(W)+n(D)；易揮發(fā)組分衡算：n(F)xF=n(W)xW+n(D)xD；推出：xD=[n(F)xF-n(W)xW]/[n(F)-n(W)]。精餾：屢次局部氣化局部冷凝(連續(xù)、間歇)，泡點(diǎn)不同實(shí)行不同的壓力操作，塔板數(shù)從上至下記；塔頂易揮發(fā)組分回收率：ηD=qn(D)xD/qn(F)xF×100%，釜中不易揮發(fā)組分回收率：ηW=qn(W)(1-xW)/[qn(F)(1-xF)]×100%；(V：各層上升蒸汽量；D：塔頂餾出液量；L：各板下降的液量；yn+1：第n+1塊板上升的蒸汽中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；xn：n精餾段操作線方程：yn+1=Rxn/(R+1)+xD/(R+1R=qn(L)/qn(D))；提餾段段總物料衡算：qn(L’)=qn(V’)+qn(W)；提餾段易揮發(fā)組分衡算：qn(L’)x’m=qn(V’)y’m+1+qn(W)xW；(W：釜液量)，提餾段操作線方程：y’m+1=qn(L’)x’m/qn(V’)-qn(W)xW/qn(V’)；總的物料衡算：qn(F)+qn(V’)+qn(L)=qn(V)+qn(L’)，乘上各焓值Hxqn(V)=qn(V’)+(1-q)qn(F)，(精餾進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q=(HV-HF)/(HV-HL)，即單位原料液變?yōu)轱柡驼羝枰臒崃颗c單位原料液潛熱之比)；進(jìn)料方程：y=qx/(q-1)-xF/(q-1)；理論塔板的計(jì)算逐板法和圖解法，回流比R增大理論塔板數(shù)減小，解析法：全回流理論塔板數(shù)Nmin={lg[xD(1-xw)/[xw(1-xD)]]}/lgam-1，(am：全塔平均揮發(fā)度)；Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)，(xq，yq：進(jìn)料時(shí))，R=(1.1—2.0)Rmin；ET間歇精餾：分批精餾，一次進(jìn)料待釜液到達(dá)指定組成后，放出殘液，再次加料，用于分別量少而純度要求高的物料，每批精餾氣化物質(zhì)的量n(V)=(R+1)n(D)，所需時(shí)間τ=n(V)/qn(V)；特別精餾：恒沸精餾(加第三組分，形成的低恒沸物，增大相對揮發(fā)度)、萃取精餾(加第三組分，增大相對揮發(fā)度)、加鹽萃取精餾、分子蒸餾(針對高分子量、高沸點(diǎn)、高粘度、熱穩(wěn)定性極差的有機(jī)物)。五、吸取吸取劑的要求：對溶質(zhì)的溶解度大，對其他成分溶解度小、易于再生、不易揮發(fā)、粘度低、無腐蝕性、無毒不易燃、價(jià)低，吸取率η=(mA/mA)×100%≈[(y1-y2)/y1]×100%，(y1，y2：進(jìn)塔和出塔混合氣中A稀溶液中亨利定律：c*A=HpA，(c*A：溶解度；H：溶解度系數(shù)；pA：氣相分壓)；p*A=ExA，(xA：液相中溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)；E：亨利系數(shù))；y*=mxm=E/p)；E=ρs/HMs，(ρs，Ms：純?nèi)軇┟芏群拖鄬Ψ肿淤|(zhì)量)。費(fèi)克定律：jA=-DABdcA/dz，(jA：集中速率；DABA在組分BdcA/dz：AzpB,m=(pB,2-pB,1)/ln(pB,2/pB,1NA=D(cA,1-cA,2)c/zcB,5.吸取塔操作線方程：qn(L)/qn(V)=(y1-y2)/(x1-x2)，(qn(V)：二元混合氣摩爾流量；qn(L)：液相摩爾流量；x，y：任意一截面液氣相摩爾流量)；最小液氣比[qn(L)/qn(V)]min=(y1-y2)/(x*1-x2),qn(L)/qn(V)=(1.1—2.0)[qn(L)/qn(V)]min；低濃度時(shí)填料塔高度h=qn(V)[dy/(y-y*)]/KyaS=qn(L)[dx/(x*-x)]/KxaS=NOGHOG=NOLHOL，(K：傳質(zhì)系數(shù)；S：塔截面積；a：單位體積填料有效接觸面積；NOG=[dy/(y-y*)]：氣相總傳質(zhì)單元數(shù)；HOG=qn(V)/KyaS：氣相總傳質(zhì)單元高度)；相平衡線為直線時(shí)：NOG=ln[(1-S’)(y1-mx2)/(y2-mx2)+S’]/(1-S’)，NOL=ln[(1-A)(y1-mx2)/(y2-mx2)+A]/(1-A)，(吸取因數(shù)：A=1/S’=qm(V)/mqm(V))。5.填料塔：液體上進(jìn)下出，氣體下進(jìn)上出，其中設(shè)有液體在分布器，可使其均勻分布于填料外表，塔頂可按轉(zhuǎn)除末器。六、枯燥δ=0.622pV/(p-pV)，(pV：φ=pV/pS，(pS：水蒸汽飽和I=Ig+δIv，(Ig：絕干空氣的焓；Iv：水蒸汽的焓)。物料的干基濕含量X=m/m絕干，是基濕含量ω=m/m×100%，ω=X/(1+X)；物料分類：非吸濕毛細(xì)孔物料、吸濕多孔物料和膠體無孔物料；物料與水分：總水分、平衡水分、自由水分、非結(jié)合水分、結(jié)合水分。枯燥過程物料衡算：qm,c(X1-X2)=qm,L(δ2-δ1)=qm,W，(qm,c：確定干料的質(zhì)量流量；qm,L：絕干空氣質(zhì)量流量；qm,W：干料蒸發(fā)出水分的質(zhì)量流量)，即濕物料削減水分等于干空氣中增加的水分；熱量衡算：q=qD+qP=qm,L(I2-I0)+qm,c(I’2-I’1)+qL，(qD：單位時(shí)間枯燥器熱量；qP：單位時(shí)間預(yù)熱氣熱量；qL：單位時(shí)間熱損失；I2：出枯燥器的空氣的焓；I0：進(jìn)預(yù)熱器的空氣的焓；I’2，I’1：進(jìn)出枯燥器物料的焓)，qD=qm,L(I1-I0)=qm,L(1.01+1.88δ0)(t1-t0)，qD=qm,L(I2-I1)+qm,c(I’2-I’1)+qL；枯燥器熱效率：η=qd/qP×100%，(qd=qm,L(1.01+1.88δ0)(t1-t2))?？菰锼俾蔝=h(t-tW)/rtw，(h：對流外表傳熱系數(shù)；t：恒定枯燥條件下空氣平均溫度；tW：初始狀態(tài)空氣濕球溫度；r：飽和蒸汽冷凝潛熱)；恒速枯燥階段時(shí)間：τ1=qm,c(X1-Xc)/UcS，(Xc：臨界濕含量；S：枯燥面積)，降速枯燥階段時(shí)間：τ2=qm,c(Xc-X*)ln[(Xc-X*)/(X2-X*)]/UcS?？菰锲鞣诸悾簬娇菰锲?、隧道枯燥器、轉(zhuǎn)筒枯燥器、帶式枯燥器、轉(zhuǎn)鼓枯燥器、噴霧枯燥、流化床枯燥器、氣流枯燥器、微波高頻枯燥。七、型分別技術(shù)超臨界萃?。阂猿R界流體作萃取劑(密度接近于液體，而粘度接近于氣體，集中系數(shù)位于兩者之間)，其具有很強(qiáng)的選擇性和溶解力氣，傳質(zhì)速率大；流程可分為：等溫法、等壓法和吸附吸取法。膜分別技術(shù)：微濾、超濾、納濾、反滲透、透析、電滲析、氣膜膜分別、滲透氣化(溶質(zhì)發(fā)生相變化，再透過側(cè)以氣相狀態(tài)存在)。液液萃取〔石油餾分氧化的稀醋酸提濃〕：與分別液體混合物的整流方法比較，以下狀況采用是可取的：〔1〕溶質(zhì)AB耗是很大，這時(shí)可以先萃取，使溶質(zhì)A富集于萃取劑S為萃取劑從咖啡因水溶液中分別咖啡因?！?〕恒沸物或沸點(diǎn)相近組分的分別，此時(shí)一般整流方法不適用，如催化重整油中芳烴與烷烴的分別因沸點(diǎn)相近而需要塔板數(shù)太多，工業(yè)上常用環(huán)丁砜為萃取劑融解苯、甲苯、二甲苯以及其他芳烴衍生物?！?〕需分別的組分不耐熱，蒸餾時(shí)易分解、聚合或發(fā)生其他變化，如從發(fā)酵液中提取青霉素時(shí)承受醋酸丁酯為萃取劑進(jìn)展萃取。溶劑需滿足：溶劑不能與被分別混合物完全互溶，只能局部互溶；溶劑對A、B兩種組分有不同的溶解力氣，有選擇性。對被分別組分A相對揮發(fā)度高。混合液相對揮發(fā)度小，濃度稀，含熱〔兩相接觸方式分微分接觸，級式接觸〕〔三角形圖、溶解度曲線〕要設(shè)備：篩板塔、填料塔、脈沖填料塔脈沖篩板塔、轉(zhuǎn)盤塔。八、結(jié)晶1.由蒸汽、溶液或熔融物中析出固體晶態(tài)的操作叫結(jié)晶。 2.吸附多孔性固體表面的分子或原子因受力不均而具有剩