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求化工原理知識點的總結

壹、流體力學及其運輸

1.單元操作:物理和化學變化的單壹操作過程,如過濾、蒸餾和萃取。

2.四個基本概念:物質平衡、能量平衡、平衡關系和過程速率。

3.牛頓粘度定律:f = τ a = μ adu/dy,(f:剪切應力;答:面積;μ:粘度;Du/dy:速度梯度)。

4.兩種流型:層流和湍流。流型的判據是雷諾數Re = duρ/μ;層流-2000-過渡-4000-湍流。

5.連續性方程:a 1u 1 = a2 U2;伯努利方程:gz+p/ρ+1/2u2 = c。

6.流體阻力=沿線阻力+局部阻力;範寧公式:沿途壓降:δ PF = λ L ρ U2/2d,沿途阻力:HF = δ PF/ρ G = λ L。

U2/2dg(λ:摩擦系數);層流時λ=64/Re,湍流時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,不同情況計算方法不同)

7.流量計:變水頭流量計(轉速表、孔板流量計、文丘裏流量計);可變截面流量計。

8.離心泵的主要參數:流量、壓頭、效率、軸功率;工作點(根據所需水頭提供);安裝高度(氣蝕、氣蝕余量);泵的型號(泵口直徑和揚程);氣體輸送機械:通風機、鼓風機、壓縮機、真空泵。

第二,異質機械分離

1.顆粒沈降:層流沈降速度Vt=(ρp-ρ)gdp2/18μ,(ρp-ρ:顆粒與流體的密度差,μ:流體粘度);重力沈降(沈降室,H/v=L/u,多層;增稠劑,以獲得稠漿為目的的沈澱);離心沈澱(旋風分離器)。

2.過濾:深層過濾和濾餅過濾(常用助濾劑增加濾餅的剛性和孔隙率);分類:壓濾、離心過濾、間歇式和連續式;過濾速率Konzeny方程:u = (δ p/l μ) ε 3/5a2 (1-ε) 2,(ε:濾餅孔隙度;a:顆粒的比表面積;l:層厚)。

第三,熱傳遞

1.傳熱方式:傳熱(傅立葉定律)、對流傳熱(牛頓冷卻定律)、輻射傳熱(四次定律);換熱方式:分區換熱、混合換熱、蓄熱體換熱(蓄熱體周期性加熱冷卻)。

2.傅立葉定律:dQ= -λdA,(q:導熱率;a:等溫區;λ:比例系數;:溫度梯度);

λ與溫度的關系:λ=λ0(1+at),(a:溫度系數)。

3.不同條件下的熱傳導: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 =(t 1-TN+1)/[Bi/(λia)];單層圓柱:Q =(t 1-T2)/[b/(λAm)](a:圓柱側面積,C=

(A2-a 1)/ln(A2/a 1));多層圓柱:q = 2πl(t 1-tN+1)/[1/λI[ln(ri+1/ri)]。

4.對流傳熱類型:強制對流傳熱(外部機械能)、自然對流傳熱(由溫差引起)、蒸汽冷凝傳熱(冷壁)和液體沸騰傳熱(熱壁),前兩者無相變,後兩者有相變;牛頓冷卻定律:dq = hda δ t,(δt >;0;h:傳熱系數)。

5.吸收率A+反射率R+透射率D = 1;黑體A=1,鏡體R=1,透熱體D=1,灰體A+R = 1;總輻射能量E=Eλdλ,(Eλ:單色輻射能量;λ:波長);

二次定律:e = c(t/100)4 =εc0(t/100)4、(c:格雷輻射常數;C0:黑體輻射常數;ε=C/C0:發射率或黑度);

兩個物體的輻射傳熱:q 1-2 = c 1-2φa[(t 1/100)4-(T2/100)4],(φ:角度系數;a:輻射面積;c 1-2 = 1/[(1/c 1)+(1/C2)-(1/C0)])

6.總傳熱速率方程:dQ=KmdA,(dQ:微分傳熱速率;Km:總傳熱系數;a:傳熱面積);

1/k = 1/h1+ba 1/λAM+a 1/H2 a2,(h 1,H2:冷熱流體表面傳熱系數)。

7.換熱器:夾套式換熱器、蛇形換熱器、套管式換熱器和管式換熱器。

第四,蒸餾

1.蒸餾分類:操作方式:連續蒸餾和間歇蒸餾;分離要求:簡單蒸餾、平衡蒸餾(閃蒸)、精餾和特殊精餾;壓力:常壓蒸餾、加壓蒸餾和減壓蒸餾;組分:雙組分蒸餾和多組分蒸餾(蒸餾),常用蒸餾塔。

2.雙組分溶液的氣液平衡:液體泡點方程:xA=[p-pB(t)]/[pA(t)-pB(t)],(xA:液體組分A的摩爾分數;p

(t):作為溫度函數的壓力);氣體露點方程:ya = pa/p =[pa(t)/p]×[p-Pb(t)]/[pa(t)-Pb(t)];

平衡常數KA=yA/xA,理想溶液ka = p a/p,即飽和蒸汽壓與總壓之比;

揮發度:υA=pA/xA,相對揮發度:αAB=υA/υB,最後可以導出氣液平衡方程:y =αx/[1+(A-1)x];氣液平衡相圖:p-x圖(等溫)

T-x(y)圖(等壓)和x-y圖。

3.平衡蒸餾:qn(F),xF加熱到泡點以上tF,溫度達到平衡溫度te,兩相處於平衡qn(D),yD和qn(W),xW;

物質平衡:yd = qxw/(q-1)-xf/(q-1),(液化率:q = qn(W)/qn(F));

熱平衡:tF=te+(1-q)γ/Cp,m,(Cp,m:原液的摩爾恒壓熱容;γ:原液摩爾汽化潛熱);平衡關系:yD=αxW/[1+(α-1)xW]。

4.簡單蒸餾:繼續加熱,直到釜液和餾出液成分達到規定水平;關系:ln[n(F)/n(W)]=

{ ln(xF/xW)-αln[(1-xF)/(1-xW)]}/(α-1);總物料平衡:n(F)= n(W)+n(D);揮發性成分的平衡:n(F)xF

= n(W)xW+n(D)xD;推導:xD= [n(F)xF-n(W)xW]/[n(F)-n(W)]。

5.精餾:多次部分氣化和部分冷凝(連續和間歇),對不同泡點采用不同的壓力操作,自上而下記錄塔板數;

塔頂揮發性組分回收率:ηD=qn(D)xD/qn(F)xF×100%,釜內非揮發性組分回收率:ηw = qn(w)(1-xw)/[qn(F)(1-xf。

精餾段物料總平衡:qn(V)= qn(D)+qn(L);蒸餾段揮發組分平衡:qn(v)yn+1 = qn(d)xd+qn(l)xn;(v):每層上升蒸汽量;d:塔頂餾出物的量;l:每塊板滴下的液體量;Yn+1:從n+1板上升的蒸汽中揮發性組分的摩爾分數;Xn:從第n塊板落下的液體中揮發性組分的摩爾分數),精餾段操作線方程:yn+1=Rxn/(R+1)。

+xD/(R+1),(回流比R = qn(L)/qn(D));

汽提段總物料平衡:qn(L’)= qn(V’)+qn(W);汽提段揮發組分平衡:qn(l′)x′m = qn(v′)y′m+1+qn(w)xw。

;(w:釜液體積),汽提段操作線方程:y ' m+1 = qn(l ')x ' m/qn(v ')-qn(w)xw/qn(v ');

總的物質平衡:qn(F)+qn(V')+qn(L)=qn(V)+qn(L '),這是乘以各焓Hx時的熱平衡,qn (v) = qn (v')+(1-q) qn。

飼養方程:y = qx/(q-1)-xF/(q-1);理論塔板采用逐板法和圖解法計算,理論塔板數隨回流比r的增加而減少,解析法:全回流理論塔板數nmin = { LG[XD(1-XW)/[XW(1-XD)]}/LGam-1,(am:全塔平均蒸發量。

最小回流比Rmin=(xD-yq)/(yq-xq),(xq,yq:投料時),r real =(1.1-2.0)Rmin;總塔效率ET是理論塔板數與實際塔板數之比;

間歇蒸餾:間歇蒸餾:釜液壹旦達到規定的組成,殘液排出,重新進料,用於分離量小,純度要求高的物料。每批蒸餾中蒸發物質的量為n(V )=

(R+1)n(D),所需時間τ= n(V)/qn(V);特殊精餾:恒沸精餾(加入第三組分,形成新的低恒沸物,增加相對揮發度)

、萃取蒸餾(加入第三組分增加相對揮發度)、鹽萃取蒸餾、分子蒸餾(針對分子量大、沸點高、粘度大、熱穩定性差的有機物)。

動詞 (verb的縮寫)吸收

1.對吸收劑的要求:在溶質中溶解度高,在其他組分中溶解度低,易再生,不揮發,粘度低,無腐蝕性,無毒不燃,價格低廉,吸收率η=(mA除以/mA輸入)×100%≈[

(y1-y2)/y 1]×100%,(y 1,y

2:進、出口塔混合氣體中a的摩爾分數)。

3.稀溶液中的亨利定律:c*A=HpA,(c*A:溶解度;h:溶解度系數;PA:氣相分壓);P*A=ExA,(xA:液相中溶質的摩爾分數;e:亨利系數);Y*=mx,(平衡常數m = E/p);E=ρs/HMs,(ρs,Ms:純溶劑密度和相對分子質量)。

4.菲克定律:jA=-DABdcA/dz,(jA:擴散速率;DAB:組分A在組分B中的擴散系數;DcA/dz:組分a在擴散方向z上的濃度梯度);

等分子擴散速率:NA= jA=D(pA,1-pA,2)/RTz;單向擴散:NA=D(pA,1-pA,2)p/RTz。

pB,m,(p/pB,m:漂移系數,PB,m=

(Pb,2-Pb,1)/ln (Pb,2/Pb,1),即對數平均值);同理,na = d (ca,1-ca,2) c/zcb,m。

5.吸收塔操作線方程:qn(l)/qn(V)=(y 1-y2)/(x 1-x2),(qn(V):二元混合物的摩爾流量;Qn(L):液相的摩爾流量;x,y:任意截面上液體和氣體的摩爾流量);

最小液氣比[qn(l)/qn(v)]min =(y 1-y2)/(x * 1-x2),qn (l)/qn (v) = (1.1-2。

低濃度下填料塔的高度h=qn(V) [dy/(y-y*)]/KyaS=qn(L)。

[dx/(x*-x)]/KxaS=NOGHOG=NOLHOL,(k:傳質系數;s:塔的截面積;a:單位體積填料的有效接觸面積;NOG=

[dy/(y-y*)]:氣相傳質單元總數;HOG =qn(V)/KyaS:氣相中總傳質單元高度);

當相平衡線為直線時:諾格= ln[(1-s ')(y 1-mx2)/(y2-mx2)+s ']/(1-s '),NOL = ln [(1-2)。

qm(V)/mqm(V)).

6.填料塔:液體上下,氣體上下。有壹個液體分布器,它可以使液體均勻地分布在填料表面,塔頂可以轉動,以消除最終的裝置。

第六,烘幹

1.絕對濕度δ=0.622pV/(p-pV),(pV:水蒸氣分壓);相對濕度φ =

PV/pS,(pS:水蒸氣的飽和分壓);濕焓I = Ig+δiv,(Ig:絕對幹燥空氣的焓;Iv:水蒸氣焓)。

2.材料的幹基含水率X=m水/m是絕對幹的,也就是說基含水率ω=m水/m是×100%,ω= X/(1+X);材料分類:非吸濕性毛細材料、吸濕性多孔材料和膠狀無孔材料;材料和水分:總水分、平衡水分、自由水分、未結合水分和結合水分。

3.幹燥過程物料平衡:qm,c (x1-x2) = QM,L (δ 2-δ 1) = QM,W,(QM,c:絕對幹物料質量流量;Qm,L:絕對幹燥空氣質量流量;Qm,W:幹物料蒸發的水的質量流量),即濕物料中水的減少等於幹空氣中水的增加;

熱量平衡:q = qD+qp = QM,l (I2-i0)+QM,c (I' 2-I' 1)+QL,(qD:幹燥機單位時間的熱量;QP:單位時間預熱氣體熱量;QL:單位時間的熱損失;I2:離開幹燥器的空氣的焓;I0:進入預熱器的空氣焓;I'2,I'1:物料進出幹燥機的焓),qD=qm,L(I1-I0)

=qm,L(1.01+1.88δ0)(t 1-t0),qD=qm,L(I2-I1)+qm,c(I ' 2-I ' 1)+qL;

幹燥機熱效率:η=qd/qP×100%,(qd = QM,L(1.01.88δ0)(t 1-T2))。

4.幹燥速率U=h(t-tW)/rtw,(h:對流表面傳熱系數;t:恒定幹燥條件下的平均空氣溫度;TW:初始空氣濕球溫度;r:飽和蒸汽凝結潛熱);

恒定幹燥階段時間:τ1=qm,c(X1-Xc)/UcS,(Xc:臨界含水率;s:烘幹面積),減速烘幹階段時間:τ2=qm,c(Xc-X*)ln[(Xc-X*)/(

X2-X*)]/UcS .

5.幹燥器的分類:室式幹燥器、隧道式幹燥器、轉鼓式幹燥器、帶式幹燥器、轉鼓式幹燥器、噴霧幹燥器、流化床幹燥器、氣流幹燥器和微波高頻幹燥。

七、新型分離技術

1.超臨界萃取:以超臨界流體為萃取劑(密度接近液體,粘度接近氣體,擴散系數介於兩者之間),選擇性和溶解性強,傳質速率高;該過程可分為等溫法、等壓法和吸收法。

2.膜分離技術:微濾、超濾、納濾、反滲透、透析、電滲析、氣體膜分離、滲透汽化(溶質相變,再滲透側存在於氣相中)。