化工原理最基本的知識點(diǎn)和問(wèn)題有哪些
一、壓強
1、單位之間的換算關(guān)系:
221101.3310330/10.????
2、壓力的表示
(1)絕壓:以絕對真空為基準的壓力實(shí)際數值稱(chēng)為絕對壓強(簡(jiǎn)稱(chēng)絕壓),是流體的真實(shí)壓強。
(2)表壓:從壓力表上測得的壓力,反映表內壓力比表外大氣壓高出的值。
表壓=絕壓-大氣壓
(3)真空度:從真空表上測得的壓力,反映表內壓力比表外大氣壓低多少。
物理化學(xué)變化的單個(gè)操作過(guò)程,如過(guò)濾、蒸餾、萃取。
四個(gè)基本概念:物料衡算、能量衡算、平衡關(guān)系、過(guò)程速率。
牛頓黏性定律:F=±τA=±μAdu/dy,(F:剪應力;A:面積;μ:粘度;du/dy:速度梯度)。
兩種流動(dòng)形態(tài):層流和湍流。流動(dòng)形態(tài)的判據雷諾數Re=duρ/μ;層流—2000—過(guò)渡—4000—湍流。當流體層流時(shí),其平均速度是最大流速的1/2。
連續性方程:A1u1=A2u2;伯努力方程:gz+p/ρ+1/2u2=C。
物理化學(xué)變化的單個(gè)操作過(guò)程,如過(guò)濾、蒸餾、萃取。
四個(gè)基本概念:物料衡算、能量衡算、平衡關(guān)系、過(guò)程速率。
牛頓黏性定律:F=±τA=±μAdu/dy,(F:剪應力;A:面積;μ:粘度;du/dy:速度梯度)。
兩種流動(dòng)形態(tài):層流和湍流。流動(dòng)形態(tài)的判據雷諾數Re=duρ/μ;層流—2000—過(guò)渡—4000—湍流。當流體層流時(shí),其平均速度是最大流速的1/2。
連續性方程:A1u1=A2u2;伯努力方程:gz+p/ρ+1/2u2=C。
由于本門(mén)課程屬于工程科學(xué),與原來(lái)所學(xué)的高等數學(xué)、普通物理等自然科學(xué)課程有著(zhù)較大的差別。這些自然科學(xué)課程通常采用嚴謹的、邏輯推理的思維方法來(lái)進(jìn)行問(wèn)題分析的,而所分析的問(wèn)題也大多處于理想條件下的非實(shí)際問(wèn)題;而作為工程科學(xué),化工原理所面臨的是大量的工程實(shí)際問(wèn)題;只有在錯綜復雜的各個(gè)影響因素中,抓住主要影響因素,進(jìn)行合理簡(jiǎn)化,才能找到解決實(shí)際問(wèn)題的正確途徑,如果不注意這種思維方法上的轉變,不恰當地照搬嚴謹的、邏輯推理的方法來(lái)全面分析復雜的工程實(shí)際問(wèn)題,很可能會(huì )在現實(shí)中一籌莫展。
在本課程的學(xué)習中,希望同學(xué)們能夠注意弄清基本概念,掌握分析化工問(wèn)題的常用方法和手段、分析過(guò)程中所采取的主要步驟,得出的重要結論,以及這些結論在過(guò)程設計和操作調節中所體現出來(lái)的內在含義。對于基本的、重要的公式,應當達到熟練掌握和應用的程度。在學(xué)習過(guò)程中,難免有不少東西需要記憶,記憶有機械記憶,聯(lián)想記憶,理解記憶等方法,我們注重理解記憶,因為真正理解的東西,記住的不僅僅是其形式,而且是其深刻的內涵。
一、流體力學(xué)及其輸送 1.單元操作:物理化學(xué)變化的單個(gè)操作過(guò)程,如過(guò)濾、蒸餾、萃取。
2.四個(gè)基本概念:物料衡算、能量衡算、平衡關(guān)系、過(guò)程速率。 3.牛頓粘性定律:F=±τA=±μAdu/dy,(F:剪應力;A:面積;μ:粘度;du/dy:速度梯度)。
4.兩種流動(dòng)形態(tài):層流和湍流。流動(dòng)形態(tài)的判據雷諾數Re=duρ/μ;層流-2000-過(guò)渡-4000-湍流。
5.連續性方程:A1u1=A2u2;伯努力方程:gz+p/ρ+1/2u2=C。 6.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=λl u2/2dg(λ:摩擦系數);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,情況不同計算方法不同) 7.流量計:變壓頭流量計(測速管、孔板流量計、文丘里流量計);變截面流量計。
8.離心泵主要參數:流量、壓頭、效率、軸功率;工作點(diǎn)(提供與所需水頭一致);安裝高度(氣蝕現象,氣蝕余量);泵的型號(泵口直徑和揚程);氣體輸送機械:通風(fēng)機、鼓風(fēng)機、壓縮機、真空泵。 二、非均相機械分離 1.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)分離器)。
2.過(guò)濾:深層過(guò)濾和濾餅過(guò)濾(常用,助濾劑增加濾餅剛性和空隙率);分類(lèi):壓濾、離心過(guò)濾,間歇、連續;濾速的康采尼方程:u=(Δp/Lμ)ε3/5a2(1-ε)2,(ε:濾餅空隙率;a:顆粒比表面積;L:層厚)。 三、傳熱 1.傳熱方式:熱傳導(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)。
2.傅立葉定律:dQ= -λdA ,(Q:熱傳導速率;A:等溫面積;λ:比例系數; :溫度梯度); λ與溫度的關(guān)系:λ=λ0(1+at),(a:溫度系數)。 3.不同情況下的熱傳導:?jiǎn)螌悠奖冢篞=(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:圓筒側面積,C= (A2-A1)/ln(A2/A1)); 多層圓筒:Q=2πL(t1-t n+1)/ [1/λi [ln(ri+1/ri) ]。
4.對流傳熱類(lèi)型:強制對流傳熱(外加機械能)、自然對流傳熱、(溫差導致)、蒸汽冷凝傳熱(冷壁)、液體沸騰傳熱(熱壁),前兩者無(wú)相變,后兩者有相變;牛頓冷卻定律:dQ=hdAΔt,(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E=Eλdλ,(Eλ:?jiǎn)紊椛淠埽沪耍翰ㄩL(cháng)); 四次方定律:E=C(T/100)4=εC0(T/100)4,(C:灰體輻射常數;C0:黑體輻射常數;ε=C/C0:發(fā)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;A:輻射面積;C1-2=1/[(1/C1)+(1/C2)-(1/C0)]) 6.總傳熱速率方程:dQ=KmdA,(dQ:微元傳熱速率;Km:總傳熱系數;A:傳熱面積); 1/K=1/h1+bA1/λAm+A1/h2A2,(h1,h2:熱、冷流體表面傳熱系數)。
7.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 1.蒸餾分類(lèi):操作方式:連續蒸餾、間歇蒸餾;對分離的要求:簡(jiǎn)單蒸餾、平衡蒸餾(閃蒸)、精餾、特殊精餾;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。
2.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的摩爾分數;p (t):壓強關(guān)于溫度的函數); 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KA=yA/xA,理想溶液:KA=p°A/p,即組分飽和蒸氣壓和總壓之比; 揮發(fā)度:υA=pA/xA,相對揮發(fā)度:αAB=υA/υB,最終可導出氣液平衡方程:y=αx/[1+(a-1)x]; 氣液平衡相圖:p-x圖(等溫) 、t-x(y)圖(等壓)、x-y圖。 3.平衡蒸餾:qn(F),xF加熱至泡點(diǎn)以上tF,減壓氣化,溫度達到平衡溫度te,兩相平衡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)); 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]。
4.簡(jiǎn)單蒸餾:持續加熱至釜液組成和餾出液組成達到規定時(shí)停止; 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)]。 5.精餾:多次部分氣化部分冷凝(連續、間歇),泡點(diǎn)不同采取不同的壓力操作,塔板數從上至下記; 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%; 精餾段總物料衡算:qn(V)=qn(D)+qn(L);精餾段易揮發(fā)組分衡算:qn(V)yn+1=qn(D)xD+qn(L)xn;(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)組分的摩爾分數;xn:第n塊板下降的液體中易揮發(fā)組分的摩爾分數),精餾段操作線(xiàn)方程:yn+1=Rxn/(R+1) +xD/(R+1),(回流比R= qn(L)/qn(D)); 提餾段段總物料衡算:qn(L')=qn(。
本書(shū)以流體流動(dòng)、傳熱及傳質(zhì)分離為重點(diǎn),論述了化工、石油、輕工、食品、冶金工業(yè)等的典型過(guò)程原理及應用。內容包括流體流動(dòng)原理及應用(流體流動(dòng)及輸送機械)、傳熱原理及應用(傳熱理論及設備)、傳質(zhì)原理及應用(蒸餾、吸收、萃取及相應設備)、固體顆粒流體力學(xué)基礎與機械分離、固體干燥、其他單元(蒸發(fā)、結晶、吸附、混合、膜分離),每章均配有工程案例分析及習題、思考題。
本書(shū)在關(guān)注學(xué)科最新發(fā)展動(dòng)態(tài)、結合科研的基礎上,對單元操作基本概念及原理進(jìn)行深入淺出的論述,同時(shí)著(zhù)力突出培養學(xué)生的工程能力。可作為大專(zhuān)院校化工及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教材使用,也可供有關(guān)部門(mén)從事科研、設計和生產(chǎn)的技術(shù)人員參考。
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