化工原理总结

1，单元操作：流体的输送与压缩、沉降、过滤、传热、蒸发、结晶、冷冻、吸收、蒸馏、萃取、干燥等基本物理过程。

2，单元操作遵循的规律

?，动量传递过程 流体的输送与压缩、沉降过滤

?,热量传递过程 传热蒸发结晶

?，质量传递过程 吸收蒸馏萃取干燥

④，热力学过程 冷冻 深度冷冻

3，柏努力方程

（1）理想不可压缩流体

Z1+u1?/2g+P1/ρg=Z2+u2?/2g+P2/ρg

Z：流体的位压头 u/2g:动压头 P/ρg:静压头

（2）实际不可压缩流体

He+Z1+u1?/2g+P1/ρg=Z2+u2?/2g+P2/ρg+Hf

He：外加有效压头 Hf：管路消耗能量，也称压头损失

4，汽蚀：大量气体随液体进入高压区后，便被周围液体压碎，并重新凝集成液体，气泡所在空间形成真空，周围液体的质点就会以极大的速度冲向汽泡中心，从而在这些气泡的冲击点上产生很高的局部压力，不断打击着叶轮或泵壳的表面使其出现麻点、小的裂缝、长时间操作下去、会使叶轮或泵壳呈海绵状，这种现象称“汽蚀”。

汽蚀发生时，泵体震动，并发出噪音，泵的流量、扬程也明显下降 防止汽蚀现象发生：泵入口压强P1大于液体的饱和蒸汽压Pv

5,气缚：泵启动时，泵体内是空气，而被输送的是液体，则启动后泵产生的压头虽为定值，但因空气密度太小，产生的压差或泵吸入口的真空度很小而不能将液体吸入泵内，此种现象成为“气缚”。 防止气缚的发生：离心泵启动时需先使泵内充满液体。

6，离心泵的性能曲线

离心泵工作是的扬程、功率和效率等主要性能参数不是固定的，而是随着流量的变化而变化的。

生产中把He—V、N轴—V、η—V的变化关系画在同一坐标纸上，得出一组曲线，称为离心泵的工作性能曲线。

（1）He—V线 扬程与流量的关系 表明离心泵的扬程随流量的增大而下降

（2）N轴—V线 轴功率与流量的关系 表明离心泵的轴功率随流量的增大而上升，流量为零时的轴功率最小。

（3）η—V线 效率与流量的关系 表明，当V=0时，η=0；开始时随着流量的增大效率上升，并达到最大值；然后，随流量的增大，效率下降。

7，传热的三种方式：热传导、热对流、热辐射

傅立叶定律 热传导速率Q与温度梯度dt/dx及垂直于热流方向的截面积A成正比。

Q=-λAdt/dx

8，在相同的进出口温度，即相同的热负荷条件下，因平均温度差Δtm,逆流>Δtm>，并流，故传热面积A逆<A并；并流操作时，冷流体

出口温度t2总是低于热流体出口温度T2在极限情况下，当T2=t2时，平均温度差Δtm，并流=0，则传热面积A并流=∞。

9，传质单元高度：表示完成一个传质单元需要的填料层高度，其大小是由吸收过程的条件所决定的。

传质单元数：其值随填料塔所到达的浓度变化以及所具有的推动力的大小决定。

10，蒸馏：分离均相液体混合物最广泛采用的单元操作

分离依据：混合液中挥发度的差异

精馏塔：气液传质传热的场所

简单蒸馏与精馏的区别：简单蒸馏不伴有回流，精馏伴有回流。 11,（1）相对挥发度α

易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比α=yAxB/yBxA

理想溶液中组分的相对挥发度等于同温度下两纯组分的饱和蒸汽压之比，对于两组份溶液，当总压不高时

yA/yB=αxA/xB yA=αxA/1+(α-1)xA 相平衡方程

由上式知，蒸汽组分A和B的摩尔分数之比等于液相中A和B摩尔分数之比的α倍，若α>1，表明组分A较B易挥发，α愈大，分离愈易。若α=1，则yA=xA,即气相组成与液相组成相同，此时不能用蒸馏的方法分离该混合物。

(2)在恒压下，气-液相平衡关系是t-x-y及x-y关系，表示这些定量关系的方程是泡点方程、露点方程与气象平衡方程。

12，恒摩尔流的假定

（1）精馏段内 有每层塔板上升的蒸汽与下降液体的千摩尔流量皆相等

（2）提留段内 有每层塔板上升的蒸汽与下降液体的千摩尔流量皆相等

（3）两段上升的蒸汽与下降的液体千摩尔流量不一定相等

（4）假定恒摩尔汽化，恒摩尔溢流，总称为恒摩尔假定

（5）恒摩尔流假定成立的条件：各组分的千摩尔气化潜热相等，气液两相相交换的显热可以忽略，保温良好，热损失可以不计。 13，（1)精馏段操作线方程

yn+1=Rxn/R+1 + xp/R+1 R=L/P 称回流比

(2)提留段操作线方程

ym+1=L'xm/L'-W - Wxw/L'-W 它表明从任一层板下降的液相组成xm与ym+1之间的关系

14，理论塔板数：精馏过程理论塔板数的计算途径是交替使用操作线方程与平衡关系，在计算过程中使用平衡关系的次数便是理论板数。 15，进料热状态的影响

混合物的受热状况：温度低于泡点的冷液体 q=1； 温度等于泡点的饱和液体q=1； 温度介于泡点和露点之间的气、液混合物0<q<1； 温度等于露点的饱和蒸汽q=0； 温度高于露点的过热蒸汽q<0； q=每千摩尔进料变为饱和蒸汽所需的热量/原料的千摩尔潜热 泡点进料 q=1，饱和蒸汽进料q=0，气、液混合进料0<q<1。

意义：以1kmol 进料为基准时，提留段中的液体流量较精馏段中的

液体流量增大的kmol/h数，即为q值，对饱和液体，气液混合物及饱和蒸汽三种进料，q值就等于进料中的液相分率。

16，平壁的稳态热传导

单层平壁的稳态热传导 导热速率方程 Q=Δt/R=传热推动力/热阻,导热速率Q正比于传热阻力Δt，反比于热阻R。壁厚越厚，则热阻越大。

多层平壁的稳态热传导 在稳定传热过程中，单位时间内通过各层的热量必相等，即传导速率相同 Q=Q1=Q2=Q3，Q=总推动力/总热阻，多层平壁的稳定导热过程的总推动力等于各层推动力之和，总热阻等于各热阻之和。由于各层的导热速率相同，所以各层的传热推动力与其热阻之比都相等，也等于总推动力与总热阻之比。在多层平壁中，温差大的壁层，则热阻也大。

圆筒壁的稳定热传导 单层圆筒壁的稳定热传导 多层圆筒壁的热传导

 

第二篇：化工原理作业总结(不含答案)

第二节

本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h₁=0.7m、密度ρ₁=800kg/m³，水层高度h₂=0.6m、密度ρ₂=1000kg/m³。

（1）判断下列两关系是否成立，即     p_A=p'_A         p_B=p'_B

（2）计算水在玻璃管内的高度h。

第三节

将高位槽内料液向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为大气压。要求料液在管内以0.5m/s的速度流动。设料液在管内压头损失为1.2m（不包括出口压头损失），试求高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米？

第四节

【例1-11】  用泵将贮槽中密度为1200kg/m³的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面维持恒定，其上方压强为101.33×10³Pa，蒸发器上部的蒸发室内操作压强为26670Pa（真空度），蒸发器进料口高于贮槽内液面15m，进料量为20m³/h，溶液流经两截面间全部管路的能量损失为120J/kg，求泵的有效功率。管路内径为60mm。管路出口内侧为2―2截面贮槽液面为1―1截面

 

第五节

试说明粘度的单位及物理意义，并分析温度对流体粘度的影响

流体流动有几种类型？判断依据是什么？

第六节

料液自高位槽流入精馏塔，如附图所示。塔内压强为1.96×10⁴Pa（表压），输送管道为φ36×2mm无缝钢管，管长8m。管路中装有90°标准弯头两个，180°回弯头一个，球心阀（全开）一个。为使料液以3m³/h的流量流入塔中，问高位槽应安置多高？（即位差Z应为多少米）。料液在操作温度下的物性：密度ρ=861kg/m³；粘度μ=0.643×10^－3Pa·s。λ=0.039

局部阻力系数由表查得为

进口突然缩小（入管口）  ζ=0.5

90°标准弯头            ζ=0.75

180°回弯头             ζ=1.5

球心阀(全开)             ζ=6.4

第七节

并联管路与分支管路各有何特点？

并联管路中各支路流量是如何分配的？

第八节流量计

测速管是根据什么原理测量的？测的是什么速度？

用孔板流量计测量流体流量时，随流量的增加，孔板前后的压差值将如何变化？若改用转子流量计，转子上下压差值又将如何变化？

将某转子流量计钢制转子改为形状及尺寸相同的塑胶转子, 在同一刻度下的实际流量比换转子前是增加还是减少?

第九节习题课

某液体在光滑管中以u=1.2m/s流速流动，其密度为920kg/m³，粘度为0.82cP。管内径为50mm，测压差管段长L=3m。U形压差计以汞为指示液。试计算R值。（题中，λ=(0.3164/Re^0.25)）

  1       1

                

              

 L

             

                   2       2

R

                                   

                    

    习题33附图

用离心泵将水由水槽送至水洗塔内。水槽敞口。塔内表压为0.85at。水槽水面至塔内水出口处垂直高度差22m。已知水流量为42.5m³/h，泵对水作的有效功为321.5J/kg，管路总长110m（包括两截面间所有局部阻力当量管长），管子内径100mm。试计算摩擦系数λ值。

                                   2      

 

1             1

 

第10节

【例2－1】  离心泵特性曲线的测定

附图为测定离心泵特性曲线的实验装置，实验中已测出如下一组数据：

泵进口处真空表读数p₁=2.67×10⁴Pa(真空度)

泵出口处压强表读数p₂=2.55×10⁵Pa(表压)

泵的流量Q=12.5×10^－3m3/s

功率表测得电动机所消耗功率为6.2kW

吸入管直径d₁=80mm

压出管直径d₂=60mm

两测压点间垂直距离Z₂－Z₁=0.5m

泵由电动机直接带动，传动效率可视为1，电动机的效率为0.93

实验介质为20℃的清水

试计算在此流量下泵的压头H、轴功率N和效率η。两测压口间的管路很短，其间阻力损失可忽略不计

   

第11节

用泵将石油从低位槽输至高位槽,两槽皆敞口,两液位高度差15m,管子内径80mm,总管长200m(包括局部阻力)。?要求流量为21m³/h?。已知石油密度为920kg/m³,粘度为0.5Pa·S?(假设全流量范围内均为层流)

试计算: (1)泵的有效功率；

(2)写出管路特性曲线方程并标明式中变量的单位。

用离心泵输液进塔，塔内表压0.5at,原料槽内表压0.1at，塔内出液口比原料槽液面高8m,管长共20m(包括局部阻力),管内径50mm,摩擦系数0.02,液体密度800kg/m³,泵的特性:

H_e=20-1.12×10⁵V² (H_e--m,V--m³/s),求流量及有效功率?

12 节其他流体输送设备

往复泵是否需要灌泵？是否会发生汽蚀？

往复泵和离心泵都如何调节流量？

往复泵和离心泵的特性曲线中，压头随流量的变化关系是什么？

13 节单元练习

在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水从贮水池经换热器送到一敞口高位槽中。已知高位槽中液面比贮水池中液面高出10m，管路总长为400m（包括所有局部阻力的当量长度，但不包括换热器的阻力损失）。管内径为75mm，换热器的压头损失为，摩擦系数可取为0.03。此离心泵在转速为2900rpm时的特性曲线为H_e=26-3×10⁵V²  (H_e单位为m，V单位为m³/s)来表示，

(1)求出管路特性方程的表达式并标明式中变量单位

(2)计算泵的扬程和输水量;

（3）若泵的效率为65%,水的密度为1000 kg/m³,求离心泵在运转时的轴功率kW

14节沉降

落球粘度计。使用光滑小球在粘性液体中的自由沉降可以测定液体的粘度。

现有密度为8010kg/m³、直径0.16mm的钢球置于密度为980 kg/m³的某液体中，盛放液体的玻璃管内径为20mm。测得小球的沉降速度为1.70mm/s，试验温度为20℃，试计算此时液体的粘度。

测量是在距液面高度1/3的中段内进行的，从而免除小球初期的加速及管底对沉降的影响。当颗粒直径d与容器直径D之比d/D＜0.1，雷诺数在斯托克斯定律区内时，器壁对沉降速度的影响可用下式修正：

       

式中u'_t为颗粒的实际沉降速度；u_t为斯托克斯定律区的计算值。

15节-16节过滤

【例题7.2.1】在实验室中用过滤面积为0.1 m²的滤布对某种水悬浮液进行过滤试验，在恒定压差下，过滤5min得到滤液1L，又过滤5min得到滤液0.6L。如果再过滤5min，可以再得到多少滤液？

17节热传导

某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm，其导热系数分别为0.9W/（m·℃）及0.7W/（m·℃）。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700℃，外表面温度为130℃。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、导热系数为0.06W/（m·℃）的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃，外表面温度为90℃。设两层砖的导热系数不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？

18节无相变传热

某厂精馏塔顶,采用列管式冷凝器,共有φ25×2.5mm的管子60根, 管长为2m,蒸汽走管间,冷却水走管内,水的流速为1m/s 。进、出口温度分别为20℃和60℃,在定性温度下水的物性数据为:

    ρ=992.2kg/m3       λ=0.6338W/(m·℃)

    μ=6.56×10^-4Pa.s    Pr=4.31

    1.求管内水的对流给热系数

2.如使总管数减为50根,水量和水的物性视为不变,此时管内水的对流给热系数又为多大?

有一列管式换热器，由38根φ25mm×2.5mm的无缝钢管组成。苯在管内流动，由20℃被加热至80℃，苯的流量为8.32kg/s。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对苯的传热系数。当苯的流量提高一倍，传热系数变为多少。

苯在平均温度℃下的物性可由附录查得：

密度ρ=860kg/m³；比热容c_p=1.80kJ/（kg·℃）；粘度μ=0.45mPa·s；导热系数λ=0.14W/（m·℃）。

19节有相变传热（不限字数，自由地想，随便地写，多少无所谓）

想一个或者更多方法，缩短你在家里烧一壶开水所用的时间。并分析这些方法的优缺点。

20节热辐射

两个40和60度的灰体之间热辐射通量为Q1

两个50和70度的灰体之间热辐射通量为Q2

二者哪个更大？为什么？

21 节传热计算

【例4-6】  热空气在冷却管管外流过，α₂=90W/（m²·℃），冷却水在管内流过，

α₁=1000W/（m²·℃）。冷却管外径d_o=16mm，壁厚b=1.5mm，管壁的λ=40W/（m·℃）。忽略污垢热阻，试求以管外为基准的：

①总传热系数K_o；

②管外对流传热系数α₂增加一倍，总传热系数有何变化？

③管内对流传热系数α₁增加一倍，总传热系数有何变化？

22节

一单壳程单管程列管换热器, 由多根Φ25×2.5mm 的钢管组成管束, 管程走某有机溶液, 流速为0.5m/s，流量为15T/h,比热为1.76kJ/kg.K,密度为858kg/m³,温度由20℃加热至50℃。壳程为130℃的饱和水蒸汽冷凝。管程、壳程的对流传热系数分别为700W/m²K和10000W/m²K。钢导热系数为45W/m.K。垢层热阻忽略不计。                           

 求:A)此换热器的总传热系数; (以外表面积为基准)     

B)此换热器的管子根数及管长; 

      C)在冷流体温度不变的情况下，若要提高此设备的传热速率，你认为要采取什么措施？      

有一单壳程双管程列管换热器, 管外用120℃饱和蒸汽加热, 常压干空气以12m/s的流速在管内流过, 管径为Φ38×2.5mm, 总管数为200根, 已知空气进口温度为26℃, 要求空气出口温度为86℃,又蒸汽侧，壁阻及垢阻可忽略不计。试求：

换热器列管每根管长为多少米？