化工原理
化工原理公式总结
化工原理公式总结
化工原理公式总结如下：
1. 质量平衡公式：
输入质量 = 输出质量 + 累积质量
2. 物质平衡公式：
输入组分质量流率 = 输出组分质量流率 + 生成/消耗组分质量流率 + 储存组分质量流率
3. 能量平衡公式：
输入能量 = 输出能量 + 生成/消耗能量 + 储存能量
4. 平均温度计算公式：
平均温度= ∫(T*dA) / ∫dA，其中 T 为温度，dA 为面积微元
5. 理想气体状态方程：
PV = nRT，其中 P 为压力，V 为容积，n 为物质的摩尔数，R 为气体常数，T 为温度
6. 液体体积膨胀公式：
V2 = V1 * (1 + β * ΔT)，其中 V1 为初始体积，V2 为最终体积，β 为膨胀系数，ΔT 为温度变化
7. 理想混合气体摩尔分数公式：
Xi = ni / n，其中 Xi 表示组分 i 的摩尔分数，ni 表示组分 i 的摩尔数，n 表示总摩尔数
8. 溶液浓度计算公式：
质量分数 = 溶质质量 / 总溶液质量
摩尔分数 = 溶质摩尔数 / 总溶液摩尔数
体积分数 = 溶质体积 / 总溶液体积
9. 反应速率公式：
反应速率 = k * [A]^m * [B]^n，其中 k 为速率常数，[A] 和[B] 表示反应物 A 和 B 的浓度，m 和 n 为反应级数
10. 溶解度公式（亨利定律）：
P = K * C，其中 P 为气体的分压，K 为溶解度常数，C 为溶质的浓度。
化工原理(第一章第三节)
• 三、流动类型
• 1.层流 层流 • 流体质点作直线运动，即流体分层运动， 流体质点作直线运动，即流体分层运动，层 次分明，彼此互不混杂。 次分明，彼此互不混杂。 在总体上沿管道向前运动， 在总体上沿管道向前运动，同时还在各个方 向作随机的脉动。 向作随机的脉动。
• 2.湍流 湍流 •
• 四、影响流型的因素
• 二、粘度 • 衡量流体粘性大小的物理量叫粘度。 衡量流体粘性大小的物理量叫粘度。 • 粘度的物理意义是促使流体流动产生单位速 度梯度时剪应力的大小。 度梯度时剪应力的大小 。 粘度总是与速度梯度相 联系，只有在运动时才显现出来。 联系，只有在运动时才显现出来。 • 粘度是流体物理性质之一， 粘度是流体物理性质之一 ， 其值一般由实验 测定。液体的粘度随温度升高而减小， 测定 。 液体的粘度随温度升高而减小 ， 气体的粘 度则随温度升高而增大。 度则随温度升高而增大 。 压力对液体粘度的影响 很小，可忽略不计，气体的粘度， 很小 ， 可忽略不计 ， 气体的粘度 ， 除非在极高或 极低的压力下，可以认为与压力无关。 极低的压力下，可以认为与压力无关。 • 粘度的单位， SI制中为 制中为： .s， 粘度的单位，在SI制中为：Pa .s，常用单位 还有： (P)、厘泊(cP) 它们之间的换算是： (cP)， 还有：泊(P)、厘泊(cP)，它们之间的换算是： • 1 Pa .s = 10 P = 1000 cP
1. 连续性方程
u1 d2 2 u2 =( d1 )
2. 柏努利方程
p2 1 2 p1 1 2 u2 +Wf u1 +We = gZ2 + ρ + gZ1 + ρ + 2 2 当能量用液柱高度表示时，上式可改写成 当能量用液柱高度表示时， p2 1 2 p1 1 2 u2 +hf u1 +he = Z2 + Z1 + + + ρg ρg 2g 2g 当能量用压力表示时， 当能量用压力表示时，柏氏方程可改写成
化工原理总结
（5）流体在非圆形直管内的流动阻力 当流体在非圆型管内湍流流动时，计算阻力时d用当 量直径de代替。
当量直径：4倍的流通截面积除以流体润湿周边长度
de——当量直径，m； rH——水力半径，m。
de
4A
4rH
对于矩形管长为a,宽为b
（4）轴功率 离心泵的轴功率是指泵轴所需的功率。当泵直接由电 动机带动时，它即是电机传给泵轴的功率，以N表 示，其单位为W或KW。泵的有效功率可写成
Ne QHg
由于有容积损失、水力损失与机 械损失，所以泵的轴功率N要大 于液体实际得到的有效功率，即
N Ne
泵在运转时可能发生超负荷，所配电动机的功率应比 泵的轴功率大。在机电产品样本中所列出的泵的轴功 率，除非特殊说明以外，均系指输送清水时的数值。
0
T0 p Tp 0
上式中的ρ0为标准状态下气体的密度，T0、p0分别为标准 状态下气体的绝对温度和绝对压强。
混合气体的密度：
m
pM m RT
M m M A yA M B yB M n yn
（2）流体的粘度
液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度则随温度升 高而增大。
压强变化时，液体的粘度基本不变；气体的粘度随压强 增加而增加的很少，在一般工程计算中可忽略不计。
Re≤2000时，流动类型为层流； Re≥4000时，流动类型为湍流； 2000＜Re＜4000，过渡区，流动类型不稳定。
层流特点：质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运 动，质点之间互不混合。圆管中的流体就如一层一层 的同心圆筒在平行地流动。（滞流） 湍流特点：流体质点除了沿着管道向前流动外，各质 点还作剧烈的径向脉动。（紊流）
化工原理
dp gdz 0
dp
g dz 0
设流体不可压缩，即密度ρ 与压力无关，可将上式积 分得：
p
gz 常数
对于静止流体中任意两点1和2，如图1-7所示：
p1
或
gz1
p2
gz2
p2 p1 g ( z1 z2 ) p1 gh
（1）位能
在重力场中，液体高于某基准面所具有的能量称为 液体的位能。液体在距离基准面高度为z时的位能相
当于流体从基准面提升高度为z时重力对液体所作的 功。
单位质量流体所具有的位能gz
[ gz ] m m m Nm m=Kg 2 = =J/Kg 2 s s Kg Kg
（2）动能
避免混淆，p=0.5atm(表压
或真空度)。
PB,绝
1.2.4压强的测量
两类: 利用机械原理制成的；应用流体静力学原理
设计的。 (1)简单测压管
pa R A 1• ..
p１=pa+ρ gR
１点表压：p１-pa=ρ gR
装置简单，只适用于测高于大气压的液体，不 适合测气体，且p１很大，R很高，不方便。
欧拉平衡方程 左边表示单位质量流体所受的力
若将该微元流体移动dl距离，此距离对x,y,z轴的分量 为dx、dy、dz，将上列方程组分别乘以dx、dy、dz并
相加得：
1 p p p ( dx dy dz ) ( Xdx Ydy ２=(ρ 0-ρ )gR
(4)倒U形管压差计 A—空气 B—被测液 pa=p1-ρ Bg(R+m) pa, =p2-ρ Bgm-ρ 空gR 因 pa= pa, 故 p1-ρ Bg(R+m)=p2-ρ Bgm-ρ p1-p2=(ρ B-ρ 空)gR =ρ BgR
化工原理-所有章节
一、 化工生产过程
绪 论
1. 化工生产过程：对原料进行化学加工获得有用产 品的过程称为化工生产过程。
聚氯 乙烯 生产
CH2=CH2+Cl2 CH2Cl—CH2Cl CH2Cl—CH2Cl CHCl=CH2+HCl
2CH2=CH2+2HCl+O2
乙烯 氯 提纯 提纯 单体 合成 反应热 分 离
2CHCl-CH2+2H2O
1. 黏性
① 含义：当流体流动时，流体内部存在着内摩擦力， 这种内摩擦力会阻碍流体的流动，流体的这种特性称为 黏性。 ② 实验 (两平行平板间距很小)
面积A u F
y方向的速度 分布为线性
x 固定板
内摩擦力：运动着的流体内部相邻两流体层间的相 互作用力。
产生内摩擦力的根本原因：流体具有黏性。
2. 牛顿黏性定律
对分子运动作统计平均，以得到表征宏观现象的物理量
宏观上充分小 分子团的尺度<<所研究问题的特征尺寸
物理量都可看成是均匀分布的常量
V=10-5cm3 分子数目N=2.7×1014个
3. 连续性假定 ① 内容 流体由无数的彼此相连的流体质点组成，是一种连 续性介质，其物理性质和运动参数也相应连续分布。 ② 适用范围 绝大多数情况适用，但高真空下的气体不适用。
1.1.2 流体流动中的作用力
一、质量力 作用于所考察对象的每一个质点上的力，并与流 体的质量成正比
二、表面力 1. 表面力：作用于所考察对象表面上的力，与表面积 成正比。 2. 应力：单位面积上所受到的表面力。
3. 表面力的分解
切向力(剪力) 表面力 法向力
剪应力
拉力
压力
拉应力
化工原理各章节知识点总结
第一章流体流动质点含有大量分子的流体微团,其尺寸远小于设备尺寸,但比起分子自由程却要大得多.连续性假定假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质.拉格朗日法选定一个流体质点,对其跟踪观察,描述其运动参数如位移、速度等与时间的关系.欧拉法在固定空间位置上观察流体质点的运动情况,如空间各点的速度、压强、密度等,即直接描述各有关运动参数在空间各点的分布情况和随时间的变化.定态流动流场中各点流体的速度u、压强p不随时间而变化.轨线与流线轨线是同一流体质点在不同时间的位置连线,是拉格朗日法考察的结果.流线是同一瞬间不同质点在速度方向上的连线,是欧拉法考察的结果.系统与控制体系统是采用拉格朗日法考察流体的.控制体是采用欧拉法考察流体的.理想流体与实际流体的区别理想流体粘度为零,而实际流体粘度不为零. 粘性的物理本质分子间的引力和分子的热运动.通常液体的粘度随温度增加而减小,因为液体分子间距离较小,以分子间的引力为主.气体的粘度随温度上升而增大,因为气体分子间距离较大,以分子的热运动为主.总势能流体的压强能与位能之和.可压缩流体与不可压缩流体的区别流体的密度是否与压强有关.有关的称为可压缩流体,无关的称为不可压缩流体.伯努利方程的物理意义流体流动中的位能、压强能、动能之和保持不变. 平均流速流体的平均流速是以体积流量相同为原则的.动能校正因子实际动能之平均值与平均速度之动能的比值.均匀分布同一横截面上流体速度相同.均匀流段各流线都是平行的直线并与截面垂直,在定态流动条件下该截面上的流体没有加速度,故沿该截面势能分布应服从静力学原理.层流与湍流的本质区别是否存在流体速度u、压强p的脉动性,即是否存在流体质点的脉动性.稳定性与定态性稳定性是指系统对外界扰动的反应.定态性是指有关运动参数随时间的变化情况.边界层流动流体受固体壁面阻滞而造成速度梯度的区域.边界层分离现象在逆压强梯度下,因外层流体的动量来不及传给边界层,而形成边界层脱体的现象.雷诺数的物理意义雷诺数是惯性力与粘性力之比.量纲分析实验研究方法的主要步骤:①经初步实验列出影响过程的主要因素；②无量纲化减少变量数并规划实验；③通过实验数据回归确定参数及变量适用范围,确定函数形式.摩擦系数层流区,λ与Re成反比,λ与相对粗糙度无关；一般湍流区,λ随Re增加而递减,同时λ随相对粗糙度增大而增大；充分湍流区,λ与Re无关,λ随相对粗糙度增大而增大.完全湍流粗糙管当壁面凸出物低于层流内层厚度,体现不出粗糙度过对阻力损失的影响时,称为水力光滑管.Re很大,λ与Re无关的区域,称为完全湍流粗糙管.同一根实际管子在不同的Re下,既可以是水力光滑管,又可以是完全湍流粗糙管.局部阻力当量长度把局部阻力损失看作相当于某个长度的直管,该长度即为局部阻力当量长度.毕托管特点毕托管测量的是流速,通过换算才能获得流量.驻点压强在驻点处,动能转化成压强称为动压强,所以驻点压强是静压强与动压强之和.孔板流量计的特点恒截面,变压差.结构简单,使用方便,阻力损失较大.转子流量计的特点恒流速,恒压差,变截面.非牛顿流体的特性塑性：只有当施加的剪应力大于屈服应力之后流体才开始流动.假塑性与涨塑性：随剪切率增高,表观粘度下降的为假塑性.随剪切率增高,表观粘度上升的为涨塑性.触变性与震凝性：随剪应力t作用时间的延续,流体表观粘度变小,当一定的剪应力t所作用的时间足够长后,粘度达到定态的平衡值,这一行为称为触变性.反之,粘度随剪切力作用时间延长而增大的行为则称为震凝性.粘弹性：不但有粘性,而且表现出明显的弹性.具体表现如：爬杆效应、挤出胀大、无管虹吸.第二章流体输送机械管路特性方程管路对能量的需求,管路所需压头随流量的增加而增加.输送机械的压头或扬程流体输送机械向单位重量流体所提供的能量J/N. 离心泵主要构件叶轮和蜗壳.离心泵理论压头的影响因素离心泵的压头与流量,转速,叶片形状及直径大小有关.叶片后弯原因使泵的效率高.气缚现象因泵内流体密度小而产生的压差小,无法吸上液体的现象.离心泵特性曲线离心泵的特性曲线指Hｅ～qV,η～qV, Pａ～qV.离心泵工作点管路特性方程和泵的特性方程的交点.离心泵的调节手段调节出口阀,改变泵的转速.汽蚀现象液体在泵的最低压强处叶轮入口汽化形成气泡,又在叶轮中因压强升高而溃灭,造成液体对泵设备的冲击,引起振动和侵蚀的现象.必需汽蚀余量NPSHr泵入口处液体具有的动能和压强能之和必须超过饱和蒸汽压强能多少离心泵的选型类型、型号①根据泵的工作条件,确定泵的类型；②根据管路所需的流量、压头,确定泵的型号.正位移特性流量由泵决定,与管路特性无关.往复泵的调节手段旁路阀、改变泵的转速、冲程.离心泵与往复泵的比较流量、压头前者流量均匀,随管路特性而变,后者流量不均匀,不随管路特性而变.前者不易达到高压头,后者可达高压头.前者流量调节用泵出口阀,无自吸作用,启动时关出口阀；后者流量调节用旁路阀,有自吸作用,启动时开足管路阀门.通风机的全压、动风压通风机给每立方米气体加入的能量为全压Pa=J/m3,其中动能部分为动风压.真空泵的主要性能参数①极限真空；②抽气速率.第三章液体的搅拌搅拌目的均相液体的混合,多相物体液液,气液,液固的分散和接触,强化传热.搅拌器按工作原理分类搅拌器按工作原理可分为旋桨式,涡轮式两大类.旋桨式大流量,低压头；涡轮式小流量,高压头.混合效果搅拌器的混合效果可以用调匀度、分隔尺度来度量.宏观混合总体流动是大尺度的宏观混合；强烈的湍动或强剪切力场是小尺度的宏观混合.微观混合只有分子扩散才能达到微观混合.总体流动和强剪切力场虽然本身不是微观混合,但是可以促进微观混合,缩短分子扩散的时间.搅拌器的两个功能产生总体流动；同时形成湍动或强剪切力场.改善搅拌效果的工程措施改善搅拌效果可采取增加搅拌转速、加挡板、偏心安装搅拌器、装导流筒等措施.第四章流体通过颗粒层的流动非球形颗粒的当量直径球形颗粒与实际非球形颗粒在某一方面相等,该球形的直径为非球形颗粒的当量直径,如体积当量直径、面积当量直径、比表面积当量直径等.形状系数等体积球形的表面积与非球形颗粒的表面积之比.分布函数小于某一直径的颗粒占总量的分率.频率函数某一粒径范围内的颗粒占总量的分率与粒径范围之比.颗粒群平均直径的基准颗粒群的平均直径以比表面积相等为基准.因为颗粒层内流体为爬流流动,流动阻力主要与颗粒表面积的大小有关.床层比表面单位床层体积内的颗粒表面积.床层空隙率单位床层体积内的空隙体积.数学模型法的主要步骤数学模型法的主要步骤有①简化物理模型②建立数学模型③模型检验,实验确定模型参数.架桥现象尽管颗粒比网孔小,因相互拥挤而通不过网孔的现象.过滤常数及影响因素过滤常数是指 K、qe.K与压差、悬浮液浓度、滤饼比阻、滤液粘度有关；qe与过滤介质阻力有关.它们在恒压下才为常数.过滤机的生产能力滤液量与总时间过滤时间和辅助时间之比.最优过滤时间使生产能力达到最大的过滤时间.加快过滤速率的途径①改变滤饼结构；②改变颗粒聚集状态；③动态过滤.第五章颗粒的沉降和流态化曳力表面曳力、形体曳力曳力是流体对固体的作用力,而阻力是固体壁对流体的力,两者为作用力与反作用力的关系.表面曳力由作用在颗粒表面上的剪切力引起,形体曳力由作用在颗粒表面上的压强力扣除浮力的部分引起.自由沉降速度颗粒自由沉降过程中,曳力、重力、浮力三者达到平衡时的相对运动速度.离心分离因数离心力与重力之比.旋风分离器主要评价指标分离效率、压降.总效率进入分离器后,除去的颗粒所占比例.粒级效率某一直径的颗粒的去除效率.分割直径粒级效率为50%的颗粒直径.流化床的特点混合均匀、传热传质快；压降恒定、与气速无关.两种流化现象散式流化和聚式流化.聚式流化的两种极端情况腾涌和沟流.起始流化速度随着操作气速逐渐增大,颗粒床层从固定床向流化床转变的空床速度.带出速度随着操作气速逐渐增大,流化床内颗粒全被带出的空床速度.气力输送利用气体在管内的流动来输送粉粒状固体的方法.第六章传热传热过程的三种基本方式直接接触式、间壁式、蓄热式.载热体为将冷工艺物料加热或热工艺物料冷却,必须用另一种流体供给或取走热量,此流体称为载热体.用于加热的称为加热剂；用于冷却的称为冷却剂.三种传热机理的物理本质传导的物理本质是分子热运动、分子碰撞及自由电子迁移；对流的物理本质是流动流体载热；热辐射的物理本质是电磁波. 间壁换热传热过程的三个步骤热量从热流体对流至壁面,经壁内热传导至另一侧,由壁面对流至冷流体.导热系数物质的导热系数与物质的种类、物态、温度、压力有关.热阻将传热速率表达成温差推动力除以阻力的形式,该阻力即为热阻.推动力高温物体向低温传热,两者的温度差就是推动力.流动对传热的贡献流动流体载热.强制对流传热在人为造成强制流动条件下的对流传热.自然对流传热因温差引起密度差,造成宏观流动条件下的对流传热.自然对流传热时,加热、冷却面的位置应该是加热面在下,制冷面在上,这样有利于形成充分的对流流动.努塞尔数、普朗特数的物理意义努塞尔数的物理意义是对流传热速率与导热传热速率之比.普朗特数的物理意义是动量扩散系数与热量扩散系数之比,在α关联式中表示了物性对传热的贡献.α关联式的定性尺寸、定性温度用于确定关联式中的雷诺数等准数的长度变量、物性数据的温度.比如,圆管内的强制对流传热,定性尺寸为管径d、定性温度为进出口平均温度.大容积自然对流的自动模化区自然对流α与高度h无关的区域.液体沸腾的两个必要条件过热度tw-ts、汽化核心.核状沸腾汽泡依次产生和脱离加热面,对液体剧烈搅动,使α随Δt急剧上升.第七章蒸发蒸发操作及其目的蒸发过程的特点二次蒸汽溶液沸点升高疏水器气液两相流的环状流动区域加热蒸汽的经济性蒸发器的生产强度提高生产强度的途径提高液体循环速度的意义节能措施杜林法则多效蒸发的效数在技术经济上的限制第八章气体吸收吸收的目的和基本依据吸收的目的是分离气体混合物,吸收的基本依据是混合物中各组份在溶剂中的溶解度不同.主要操作费溶剂再生费用,溶剂损失费用.解吸方法升温、减压、吹气.选择吸收溶剂的主要依据溶解度大,选择性高,再生方便,蒸汽压低损失小.相平衡常数及影响因素m、E、H均随温度上升而增大,E、H与总压无关,m 反比于总压.漂流因子P/PBm表示了主体流动对传质的贡献.气、液扩散系数的影响因素气体扩散系数与温度、压力有关；液体扩散系数与温度、粘度有关.传质机理分子扩散、对流传质.气液相际物质传递步骤气相对流,相界面溶解,液相对流.有效膜理论与溶质渗透理论的结果差别有效膜理论获得的结为k∝D,溶质渗透理论考虑到微元传质的非定态性,获得的结果为k∝.传质速率方程式传质速率为浓度差推动力与传质系数的乘积.因工程上浓度有多种表达,推动力也就有多种形式,传质系数也有多种形式,使用时注意一一对应.传质阻力控制传质总阻力可分为两部分,气相阻力和液相阻力.当mky<<kx 时,为气相阻力控制；当mky>>kx时,为液相阻力控制.低浓度气体吸收特点①G、L为常量,②等温过程,③传质系数沿塔高不变. 建立操作线方程的依据塔段的物料衡算.返混少量流体自身由下游返回至上游的现象.最小液气比完成指定分离任务所需塔高为无穷大时的液气比.NOG的计算方法对数平均推动力法,吸收因数法,数值积分法.HOG的含义塔段为一个传质单元高,气体流经一个传质单元的浓度变化等于该单元内的平均推动力.常用设备的HOG值～m.吸收剂三要素及对吸收结果的影响吸收剂三要素是指t、x2、L.t↓,x2↓,L↑均有利于吸收.化学吸收与物理吸收的区别溶质是否与液相组分发生化学反应.增强因子化学吸收速率与物理吸收速率之比.容积过程慢反应使吸收成容积过程.表面过程快反应使吸收成表面过程.第九章液体精馏蒸馏的目的及基本依据蒸馏的目的是分离液体混合物,它的基本依据原理是液体中各组分挥发度的不同.主要操作费用塔釜的加热和塔顶的冷却.双组份汽液平衡自由度自由度为2P一定,t～x或y；t一定,P～x或y；P 一定后,自由度为1.泡点泡点指液相混合物加热至出现第一个汽泡时的温度.露点露点指气相混合物冷却至出现第一个液滴时的温度.非理想物系汽液相平衡关系偏离拉乌尔定律的成为非理想物系.总压对相对挥发度的影响压力降低,相对挥发度增加.平衡蒸馏连续过程且一级平衡.简单蒸馏间歇过程且瞬时一级平衡.连续精馏连续过程且多级平衡.间歇精馏时变过程且多级平衡.特殊精馏恒沸精馏、萃取精馏等加第三组分改变α.实现精馏的必要条件回流液的逐板下降和蒸汽逐板上升,实现汽液传质、高度分离.理论板离开该板的汽液两相达到相平衡的理想化塔板.板效率经过一块塔板之后的实际增浓与理想增浓之比.恒摩尔流假设及主要条件在没有加料、出料的情况下,塔段内的汽相或液相摩尔流率各自不变.组分摩尔汽化热相近,热损失不计,显热差不计.加料热状态参数q值的含义及取值范围一摩尔加料加热至饱和汽体所需热量与摩尔汽化潜热之比,表明加料热状态.取值范围：q<0过热蒸汽,q=0饱和蒸汽,0<q<1汽液混和物,q=1饱和液体,q>1冷液.建立操作线的依据塔段物料衡算.操作线为直线的条件液汽比为常数恒摩尔流.最优加料位置在该位置加料,使每一块理论板的提浓度达到最大.挟点恒浓区的特征汽液两相浓度在恒浓区几乎不变.芬斯克方程求取全回流条件下,塔顶塔低浓度达到要求时的最少理论板数.最小回流比达到指定分离要求所需理论板数为无穷多时的回流比,是设计型计算特有的问题.最适宜回流比使设备费、操作费之和最小的回流比.灵敏板塔板温度对外界干扰反映最灵敏的塔板,用于预示塔顶产品浓度变化.间歇精馏的特点操作灵活、适用于小批量物料分离.恒沸精馏与萃取精馏的主要异同点相同点：都加入第三组份改变相对挥发度；区别：①前者生成新的最低恒沸物,加入组分从塔顶出；后者不形成新恒沸物,加入组分从塔底出.②操作方式前者可间歇,较方便.③前者消耗热量在汽化潜热,后者在显热.多组分精馏流程方案选择选择多组分精馏的流程方案需考虑①经济上优化；②物性；③产品纯度.关键组分对分离起控制作用的两个组分为关键组分,挥发度大的为轻关键组分；挥发度小的为重关键组分.清晰分割法清晰分割法假定轻组分在塔底的浓度为零,重组分在塔顶的浓度为零.全回流近似法全回流近似法假定塔顶、塔底的浓度分布与全回流时相近第十章气液传质设备板式塔的设计意图①气液两相在塔板上充分接触,②总体上气液逆流,提供最大推动力.对传质过程最有利的理想流动条件总体两相逆流,每块板上均匀错流.三种气液接触状态鼓泡状态：气量低,气泡数量少,液层清晰.泡沫状态：气量较大,液体大部分以液膜形式存在于气泡之间,但仍为连续相.喷射状态：气量很大,液体以液滴形式存在,气相为连续相.转相点由泡沫状态转为喷射状态的临界点.板式塔内主要的非理想流动液沫夹带、气泡夹带、气体的不均匀流动、液体的不均匀流动.板式塔的不正常操作现象夹带液泛、溢流液泛、漏液.筛板塔负荷性能图将筛板塔的可操作范围在汽、液流量图上表示出来. 湿板效率考虑了液沫夹带影响的塔板效率.全塔效率全塔的理论板数与实际板数之比.操作弹性上、下操作极限的气体流量之比.常用塔板类型筛孔塔板、泡罩塔板、浮阀塔板、舌形塔板、网孔塔板等. 填料的主要特性参数①比表面积ａ,②空隙率ε,③填料的几何形状.常用填料类型拉西环,鲍尔环,弧鞍形填料,矩鞍形填料,阶梯形填料,网体填料等.载点填料塔内随着气速逐渐由小到大,气液两相流动的交互影响开始变得比较显着时的操作状态为载点.泛点气速增大至出现每米填料压降陡增的转折点即为泛点.最小喷淋密度保证填料表面润湿、保持一定的传质效果所需的液体速度. 等板高度HETP分离效果相当于一块理论板的填料层高度.填料塔与板式塔的比较填料塔操作范围小,宜处理不易聚合的清洁物料,不易中间换热,处理量较小,造价便宜,较宜处理易起泡、腐蚀性、热敏性物料,能适应真空操作.板式塔适合于要求操作范围大,易聚合或含固体悬浮物,处理量较大,设计要求比较准确的场合.第十一章液液萃取萃取的目的及原理目的是分离液液混合物.原理是混合物各组分溶解度的不同.溶剂的必要条件①与物料中的Ｂ组份不完全互溶,②对Ａ组份具有选择性的溶解度.临界混溶点相平衡的两相无限趋近变成一相时的组成所对应的点.和点两股流量的平均浓度在相图所对应的点.差点和点的流量减去一股流量后剩余的浓度在相图所对应的点.分配曲线相平衡的yA ~ xA曲线.最小溶剂比当萃取相达到指定浓度所需理论级为无穷多时,相应的S/F为最小溶剂比.选择性系数β=yA/yB/xA/xB.操作温度对萃取的影响温度低,B、S互溶度小,相平衡有利些,但粘度大等对操作不利,所以要适当选择.第十二章其他传质分离方法溶液结晶操作的基本原理溶液的过饱和.造成过饱和度方法冷却,蒸发浓缩.晶习各晶面速率生长不同,形成不同晶体外形的习性.溶解度曲线结晶体与溶液达到相平衡时,溶液浓度随温度的变化曲线. 超溶解度曲线溶液开始析出结晶的浓度大于溶解度,溶液浓度随温度的变化曲线为超溶解度曲线,超溶解度曲线在溶解度曲线之上.溶液结晶的两个阶段晶核生成,晶体成长.晶核的生成方式初级均相成核,初级非均相成核,二次成核.再结晶现象小晶体溶解与大晶体成长同时发生的现象.过饱和度对结晶速率的影响过饱和度ΔC大,有利于成核；过饱和度ΔC 小,有利于晶体成长.吸附现象流体中的吸附质借助于范德华力而富集于吸附剂固体表面的现象.物理吸附与化学吸附的区别物理吸附靠吸附剂与吸附质之间的范德华力,吸附热较小；化学吸附靠吸附剂与吸附质之间的化学键合,吸附热较大. 吸附分离的基本原理吸附剂对流体中各组分选择性的吸附.常用的吸附解吸循环变温吸附,变压吸附,变浓度吸附,置换吸附.常用吸附剂活性炭,硅胶,活性氧化铝,活性土,沸石分子筛,吸附树脂等. 吸附等温线在一定的温度下,吸附相平衡浓度随流体相浓度变化的曲线. 传质内扩散的四种类型分子扩散,努森扩散,表面扩散,固体晶体扩散. 负荷曲线固定床吸附器中,固体相浓度随距离的变化曲线称为负荷曲线. 浓度波固定床吸附器中,流体相浓度随距离的变化曲线称为浓度波.透过曲线吸附器出口流体相浓度随时间的变化称为透过曲线.透过点透过曲线中,出口浓度达到5%进口浓度时,对应的点称为透过点.饱和点透过曲线中,出口浓度达到95%进口浓度时,对应的点称为饱和点. 膜分离基本原理利用固体膜对流体混合物各组分的选择性渗透,实现分离.分离过程对膜的基本要求截留率,透过速率,截留分子量.膜分离推动力压力差,电位差.浓差极化溶质在膜表面被截留,形成高浓度区的现象.阴膜阴膜电离后固定基团带正电,只让阴离子通过.阳膜阳膜电离后固定基团带负电,只让阳离子通过.气体混合物膜分离机理努森流的分离作用；均质膜的溶解、扩散、解吸.第十四章固体干燥物料去湿的常用方法机械去湿、吸附或抽真空去湿、供热干燥等.对流干燥过程的特点热质同时传递.主要操作费用空气预热、中间加热. tas与tW在物理含义上的差别 tas由热量衡算导出,属于静力学问题；tW 是传热传质速率均衡的结果,属于动力学问题.改变湿空气温度、湿度的工程措施加热、冷却可以改变湿空气温度；喷水可以增加湿空气的湿度,也可以降低湿空气的湿度,比如喷的是冷水,使湿空气中的水分析出.平衡蒸汽压曲线物料平衡含水量与空气相对湿度的关系曲线.结合水与非结合水平衡水蒸汽压开始小于饱和蒸汽压的含水量为结合水,超出部分为非结合水.。
化工原理
1. 吸收操作所用的液体称为吸收剂或溶剂；混合气中，被溶解的组分称为溶质或吸收质；不被溶解的组分称为惰性气体或载体；所得到的溶液称为吸收液，其成分是溶剂与溶质；排出的气体称为吸收尾气。
如果吸收剂的挥发度很小，则其主要成分为惰性气体以及残留的溶质。
2. 吸收的依据：溶质在溶剂中的溶解度。
3. 亨利定律：*A P Ex =。
在一定的气相平衡分压下，E 值小，液相中溶质的摩尔分数大，即溶质的溶解度打。
易溶气体的E 值小，难溶气体的E 值大。
对一定的物系，温度升高，E 值增大4. *A A C P H= H 值越大，则液相的平衡浓度越大，溶解度大。
H 值随温度升高而减小。
5. *y mx = 在一定的气相平衡摩尔分数下，m 值小，液相中溶质的摩尔分数大，即溶质溶解度大。
易溶气体的m 值小，难溶气体的m 值大。
m 值随温度升高而增大。
6. 用气相组成y 表示传质方向与推动力 由相平衡关系求出与液相组成x 相平衡的气相组成y*当y>y*时，溶质从气相向液相传递，为吸收过程。
其传质推动力为（y-y*）当y<y*时，溶质从液相向气相传递，为解析过程，其传质推动力为（y*-y ）用液相组成x 表示传质方向与推动力 由相平衡关系求出与气象组成y 相平衡的液相组成x*当x*>x 时，溶质从气相向液相传递，为吸收过程，其传质推动力为（x*-x ）当x*<x 时，溶质从液相向气相传递，为解析过程，其传质推动力为（x-x*）7. 气膜控制与液膜控制 当溶质的溶解度很大，即其相平衡常数m 很小时，液膜传质阻力x m k 比气膜传质阻力1yk 小很多，则相间传质总阻力=气膜阻力，传质阻力集中于气膜中，称为气膜阻力控制或气膜控制（Hcl 溶解于水或稀盐酸中，氨溶解于水或稀氨水中）。
当溶解度很小，即m 很大时，气膜阻力1ymk 比液膜阻力1x k 小很多，则相间传质总阻力=液膜阻力，传质阻力集中于液膜中，称为液膜阻力控制或液膜控制（用水吸收氧或氢）。
化工原理
Q ──热冷流体放出或吸收的热量，W； cph,cpc ──热冷流体的比热容， J/(kg. ℃) ；
h1,h2 ──冷流体的进出口焓，J/kg；
H1,H2 ──热流体的进出口焓， J/kg 。
相变时
若热流体为饱和蒸汽，当冷凝时有相的变化，但是冷 凝液在饱和温度下离开换热器。冷流体无相变化。
Q Wh rh Wc c pc t 2 t1
A
2）较大温差记为t1，较小温差记为t2； 3）当t1/t2<2，则可用算术平均值代替
t m (t1 t 2 ) / 2
4）当t1＝t2
t m t1＝t 2
2、错流、折流时的 t m
t m t m
'
t ' m ：逆流时的平均温度差
f ( P, R, 流型）
t 对流
（1）管外对流
dQo o dAo (T Tw )
（2）管壁热传导
dQ壁
（3）管内对流
b
dAm (Tw t w )
dQi i dAi (t w－t )
dQ dQo dQ壁 dQi
对于稳定传热
T Tw Tw t w t w t T t dQ 1 b 1 1 b 1 o dAo dAm i dAi o dAo dAm i dAi
T t dQ 1 KdA
1 1 b 1 KdA o dAo dAm i dAi
式中 K——总传热系数，W/(m2· K)。
讨论：
1．当传热面为平面时，dA=dAo=dAi=dAm
1 1 b 1 K o i
2．以外表面为基准(dA=dAo):
化工原理
化工原理绪论部分1． 单元操作：根据化工生产的操作原理，可将其归纳为应用较广的数个基本操作过程，如流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、蒸发、结晶、吸收、蒸馏、萃取、吸附及干燥等，这些基本操作过程称为单元操作。
任何一种化工产品的生产过程都是由若干单元操作及化学反应过程组合而成的。
2．单元操作与“三传”过程：①动量传递过程。
③质量传递过程。
②热量传递过程。
3．单元操作计算：（1）物料衡算：它是以质量守恒定律为基础的计算：用来确定进、出单元设备(过程)的物料量和组成间的相互数量关系，了解过程中物料的分布与损耗情况，是进行单元设备的其它计算的依据。
（2）能量衡算：它是以热力学第一定律即能量守恒定律为基础的计算，用来确定进、出单元设备(过程)的各项能量间的相互数量关系，包括各种机械能形式的相互转化关系，为完成指定任务需要加入或移走的功量和热量、设备的热量损失、各项物流的焓值等。
第一章 流体流动1．流体：是由许多离散的彼此间有一定间隙的、作随机热运动的单个分子构成的。
通常是气体和液体的统称2．密度：单位体积流体所具有的质量称为流体的密度，单位为kg ，其表示式为 ρ=V/m 比容：单位质量流体所具有的体积，其单位为m 3/kg ，在数值上等于密度的倒数。
v=1/ρ 压强：垂直作用于单位面积上且方向指向此面积的力，称为压强，其表示式为 P=F/A3．等压面：在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面上的各点，因其深度相同，其压力亦相等。
4．流量与流速：（一）流量<1>．体积流量：单位时间内流经通道某一截面的流体体积，用V s ，表示，其单位为m 3/s(或 m 3/h)。
<2>．质量流量：单位时间内流经通道某一截面的流体质量，用W s 表示，其单位为kg/s(或 kg/h)。
当流体密度为ρ时，体积流量y ，与质量流量W s 的关系为: Ws ＝V s ρ(二) 流速：单位时间内流体微团在流动方向上流过的距离，其单位为m/s 。
《化工原理》公式总结
第一章 流体流动与输送机械1. 流体静力学基本方程：gh p p ρ+=022. 双液位U 型压差计的指示: )21(21ρρ-=-Rg p p )3. 伯努力方程：ρρ222212112121pu g z p u g z ++=++4. 实际流体机械能衡算方程：f W pu g z p u g z ∑+++=++ρρ222212112121+5. 雷诺数：λμρ64Re ==du 6. 范宁公式：ρρμλfp dlu u d l Wf ∆==⋅⋅=22322 7. 哈根-泊谡叶方程：232d lup f μ=∆8.局部阻力计算：流道突然扩大：2211⎪⎭⎫ ⎝⎛-=A A ξ流产突然缩小：⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2115.0A A ξ9.混合液体密度的计算：n wnB wB A wA m x x x ρρρρ+++=....1ρ液体混合物中个组分得密度，10. Kg/m 3,x--液体混合物中各组分的质量分数。
10 。
表压强=绝对压强-大气压强 真空度=大气压强-绝对压强 11. 体积流量和质量流量的关系：w s =v s ρ m 3/s kg/s 整个管横截面上的平均流速：A Vs=μ A--与流动方向垂直管道的横截面积，m 2流量与流速的关系：质量流量：μρ===A v A w G ss G 的单位为：kg/(m 2.s)12. 一般圆形管道内径：πμsv d 4=13. 管内定态流动的连续性方程：常数=====ρμρμρμA A A s w (222111)表示在定态流动系统中，流体流经各截面的质量流量不变，而流速u 随管道截面积A 及流体的密度ρ而变化。
对于不可压缩流体的连续性方程：常数=====A A A s v μμμ (2211)体积流量一定时流速与管径的平方成反比：()22121d d =μμ 14.牛顿黏性定律表达式：dy duμτ= μ为液体的黏度1Pa.s=1000cP15平板上边界层的厚度可用下式进行评估：对于滞留边界层5.0Re 64.4xx=δ 湍流边界层2.0Re 376.0xx=δ式中Re x 为以距平板前缘距离x 作为几何尺寸的雷诺数，即μxp u s x =Re ，u s 为主流区的流 速16 对于滞留流动，稳定段长度x 。
化工原理第一章_2..
滞流: 粗糙度对λ无影响
湍流：当δb> ε，粗糙度对λ影响
与滞流相近; 当δb< ε，粗糙度对λ的影响 显著。
δb-滞流内层厚度
28
§1-15 层流时的摩擦损失
u p1 p2 R2 p1 p2 d 2
8l
32l
pf 32lu / d 2
hf 32lu/ d 2 ——泊谡叶方程
dy
dy
单位体积 流体计的 动量梯度
剪应力即动量通量等于运动粘度γ与单位体积动 量的梯度之积 。
2
§1-9 流动类型和雷诺数
一、雷诺实验
层流（滞流） 过渡流
湍流（紊流）
雷诺实验
层流：其质点作有规则的平行运 动，各质点互不碰撞，互不混合 湍流：其质点作不规则的杂乱运 动，并相互碰撞，产生大大小小 的旋涡。
d Re
柯尔布鲁克公式
Moody图ຫໍສະໝຸດ 34Moody图0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05
0.04
hf
l d
u2 2g
——范宁公式
64 64 du Re
λ与Re成反比 λ与τw无关
29
§1-16 湍流时的直管阻力损失 及因次分析法
Wf
l d
u2 2
要计算Wf 关键是找出λ值
湍流
( ) du
dy
ε涡流粘度
情况复杂得多，尚未
能得出λ的理论计算式
通过实验建立经验关系式 因次分析法
17
边界层分离 →大量旋涡 →消耗能量 →增大阻力
由于边界层分离造成的能量损失，称为形体阻力损失
边界层分离使系统阻力增大
《化工原理》电子档
目录第一章流体流动与输送设备 (3)第一节流体静力学 (3)第二节流体动力学 (5)第三节管内流体流动现象 (7)第四节流体流动阻力 (8)第五节管路计算 (11)第六节流速与流量的测量 (11)第七节流体输送设备 (13)第二章非均相物系分离 (21)第一节概述 (21)第二节颗粒沉降 (22)第三节过滤 (25)第四节过程强化与展望 (27)第三章传热 (28)第一节概述 (28)第二节热传导 (28)第三节对流传热 (30)第四节传热计算 (30)第五节对流传热系数关联式 (31)第六节辐射传热 (34)第七节换热器 (35)第四章蒸发 (37)第一节概述 (37)第二节单效蒸发与真空蒸发 (37)第三节多效蒸发 (40)第四节蒸发设备 (41)第五章气体吸收 (42)第一节概述 (42)第二节气液相平衡关系 (45)第三节单相传质 (46)第四节相际对流传质及总传质速率方程 (49)第五节吸收塔的计算 (51)第六节填料塔 (58)第六章蒸馏 (60)第一节概述 (60)第二节双组分物系的气液相平衡 (60)第三节简单蒸馏和平衡蒸馏 (62)第四节精馏 (63)第五节双组分连续精馏的计算 (63)第六节间歇精馏 (67)第七节恒沸精馏与萃取精馏 (67)第八节板式塔 (67)第九节过程的强化与展望 (69)第七章干燥 (71)第一节概述 (71)第二节湿空气的性质及湿度图 (71)第三节干燥过程的物料衡算与热量衡算 (73)第四节干燥速率和干燥时间 (75)第五节干燥器 (76)第六节过程强化与展望 (78)第一章 流体流动与输送设备第一节 流体静力学流体静力学主要研究流体处于静止时各种物理量的变化规律。
1-1-1 密度单位体积流体的质量，称为流体的密度。
),(T p f =ρ液体密度 一般液体可视为不可压缩性流体，其密度基本上不随压力变化，但随温度变化，变化关系可从手册中查得。
液体混合物的密度由下式计算：n n m a a a ρρρρ+++= 22111式中，i a 为液体混合物中i 组分的质量分数；气体密度 气体为可压缩性流体，当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算RT pM =ρ一般在手册中查得的气体密度都是在一定压力与温度下的数值，若条件不同，则此值需进行换算。
什么是化工原理
什么是化工原理
化工原理是研究化学工程中的基本原理和规律的学科。
其主要内容包括物质的组成、结构和性质，物质转化的热力学、动力学和传质过程，以及化工工艺的设计与优化等。
通过对化学反应和物质运动、传递的研究，化工原理可以指导工业生产中的化工过程的设计和操作，并解决化工工业中常见的问题，如反应速率、产物选择、产率、能量消耗等。
化工原理的研究内容与其他学科密切相关，如化学、材料科学、机械工程、热力学等，因此化工原理是化学工程领域的基础学科，对于化学工程师的培养具有重要意义。
化工原理第一章
（2）怎样看成连续性？
考察对象：流体质点（微团）-------足够大，足够小
流体可以看成是由大量微团组成的，质点间无空
隙，而是充满所占空间的连续介质，从而可以使
用连续函数的数学工具对流体的性质加以描述。
第二节 流体静力学 本节将回答以下问题： 静力学研究什么？
采用什么方法研究？
主要结论是什么？ 这些结论有何作用？
在静止流体中，任意点都受到大小相同方向不同的压强
静压强的特性：具有点的性质，p=f(x,y,z)，各相同性
1．流体静力学方程的推导
向上的力 : pA 向下的力: ( p dp) A
重力: mg gAdZ
静止时三力平衡,即 :
pA ( p dp) A gAdz 0
dp gdZ 0
p A pB ( i ) gR g ( Z A Z B ) ( p A gZ A ) ( pB gZB ) ( i ) gR
p gZ
A B ( i ) gR
4. 斜管压差计
R R' sin
流体静力学(二）
1-4
流体静力学基本方程的应用
一. 压强与压强差的测量 1.简单测压管
p A p0 hR
A点的表压强
p A (表） p A p0 gR
特点：适用于对高于大气压的液体压强的测定，不适用于气体。
2. U型测压管 由静力学原理可知
p1 p A gh
p 2 p 0 i gR
这是两个非常重要的方程式，请大家注意。
1-5 流量及流速
一、流量：单位时间内流过管道内任一截面的流体量
体积流量qV
m3 / s
化工原理
p1
设指示液的密度: 0
被测流体的密度:
A与A′面 为等压面，即 p A p A'
而 pA ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱp1 g(m R)
A
p A' p2 gm 0 gR
p2
m R A’
所以 整理得
p1 g(m R) p2 gm 0 gR p1 p2 (0 )gR
若被测流体是气体， 0 ，则有
重力场中对液柱进行受力分析： （1）上端面所受总压力 P1 p1 A 方向向下 （2）下端面所受总压力
P2 p2 A
方向向上
（3）液柱的重力
G gA(z1 z2 ) 方向向下
p0
p1
G z1
p2
z2
液柱处于静止时，上述三项力的合力为零:
p2 A p1 A gA(z1 z2 ) 0
p2 p1 g(z1 z2 )
（3）在静止的、连续的同种流体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。 压力相等的面称为等压面。
（4）压力具有传递性：液面上方压力变化时，液体内部各点的压力也将发生相 应的变化。 ——巴斯噶原理
P1
P2
p
1
1
32 54
2 354
1.4 静力学基本方程的应用
1. 压力及压力差的测量
（1）U形压差计
（2）双液体U管压差计(微差压计)
适用于压差较小的场合。
密度接近但不互溶的两种指示
液A和C
；
(A C )
扩大室内径与U管内径之比应大于10 。
p1 p2 Rg( A C )
p1
p2
z1
1
z1
R 2
（3） 倒U形压差计
指示剂密度小于被测流体密度， 如空气作为指示剂
化工原理化工计算所有公式总结
化工原理化工计算所有公式总结化工原理是研究物质在化学变化过程中的行为和性质的科学，化工计算则是应用数学和物理原理来解决化工过程中的问题。
下面总结了一些常见的化工原理和计算公式，以帮助理解和应用化工原理。
1.质量守恒方程质量守恒方程描述了化工过程中物质质量的守恒关系。
对于一个系统，质量守恒方程可以表示为：Σ(mi · Ai) = Σ(mo · Ao)其中，mi是进料流体的质量流率，Ai是进料流体的截面积，mo是出料流体的质量流率，Ao是出料流体的截面积。
2.能量守恒方程能量守恒方程描述了化工过程中能量的守恒关系。
对于一个系统，能量守恒方程可以表示为：Σ(mi · Hi) + Σ(Qi) = Σ(mo · Ho) + Σ(Qo)其中，Hi和Ho是进料和出料流体的焓，Qi和Qo是进料和出料流体的热量。
3.物质的摩尔质量计算物质的摩尔质量是物质的质量和物质的摩尔数的比值。
摩尔质量可以通过元素的摩尔质量来计算，可以根据元素的周期表上的相对原子质量得到。
4.摩尔质量和密度的关系计算摩尔质量和密度有以下关系：摩尔质量=质量/摩尔量密度=质量/体积5.摩尔质量和体积浓度的关系计算摩尔质量和体积浓度有以下关系：摩尔质量=质量/摩尔数体积浓度=摩尔数/体积6.反应热量计算反应热量是化学反应中释放或吸收的热量。
可以通过以下公式计算：反应热量=Σ(νiΔHi)其中，νi是反应物i的摩尔系数，ΔHi是反应物i的摩尔焓变。
7.动力学常数计算动力学常数是描述化学反应速率的参数。
可以通过以下公式计算：k = A · exp(-E/RT)其中，k是动力学常数，A是指前因子，E是活化能，R是气体常数，T是温度。
8.流体流动的雷诺数计算雷诺数可以衡量流体流动的稳定性和变动性。
Re=ρvL/μ其中，Re是雷诺数，ρ是流体的密度，v是流体的速度，L是特征长度，μ是流体的动力黏度。
9.库水平衡计算库水平衡在化工过程中扮演着重要的角色。
化工原理(第八章传质基础)
3、生物物质的扩散系数 化 工 原 理 对于水溶液中生物溶质扩散系数的估算，当溶质的分子量 小于1000或其分子体积小于500 cm3/mol 时，可用下式计 算：
DAB
1/ T (φM B )T2 −15 = 7.4 ×10 µVA0.6
m2 / s
吉 首 大 学
吉 首 大 学
JA pA1 pB1 JB pA2 pB2
由于总压p=pA+pB为常数，微分则有：0=dpA+dpB DAB=DBA=D
二、扩散系数 化 工 原 理 扩散系数是衡量物质扩散能力的物理性质，单位：m2/s 1、气体中的扩散系数 气体中的扩散系数与其系统、温度和压力有关，其数量级为 10－5m2/s 对于二元气体扩散系数的估算，通常使用富勒（Fuller）公 式：
固相 C
固相 B+A
气相 C+A
液相 A
汽相 精 馏
干 燥
B+A A+B B
三、相组成的表示方法 化 工 原 理 １．质量分率和摩尔分率 混合物中某组分Ａ的质量mA占混合物总重量m的分率，称为 组分Ａ的质量分率 。即： wA= mA/m 混合物中某组分Ａ的摩尔数nA占混合物总摩尔数n的分率，称 为组分Ａ的质量分率 。即： xA= nA/n ２．质量比和摩尔比 以Ｂ为参照组分，则质量比：w = mA/mB，摩尔比：X = nA/nB 3．质量浓度和摩尔浓度 单位体积溶液中溶质的质量，称为质量浓度，即： CA=mA/V 单位体积溶液中溶质的摩尔数，称为摩尔浓度，即： cA=nA/V
C （C －C ） A Ai CBm
CA CAi CAi’
δ δ’
’ D’ C （C’ C ） Ai－ ’ A C’ δ’ Bm
化工原理 第一章 流体流动
化工原理第一章流体流动第一章 流体流动一、流体流动的数学描述在化工生产中，经常遇到流体通过管道流动这一最基本的流体流动现象。
当流体在管内作稳定流动时，遵循两个基本衡算关系式，即质量衡算方程式和机械能衡算方程式。
质量衡算方程式在稳定的流动系统中，对某一划定体积而言，进入该体积的流体的质量流量等于流出该体积的质量流量。
如图1—1所示，若取截面1—1′、2—2′及两截面间管壁所围成的体积为划定体积，则ρρρuA A u A u ==222111 (1-1a)对不可压缩、均质流体(密度ρ＝常数)的圆管内流动，上式简化为2221211ud d u d u == (1-1b)机械能衡算方程式在没有外加功的情况下，流动系统中的流体总是从机械能较高处流向机械能较低处，两处机械能之差为流体克服流动阻力做功而消耗的机械能，以下简称为阻力损失。
如图1—1所示，截面1—1′与2—2′间单位质量流体的机械能衡算式为f 21w Et Et += (1-2)式中 221111u p gz Et ++=ρ，截面1—1′处单位质量流体的机械能，J ／kg ；222222u p gz Et ++=ρ，截面2—2′处单位质量流体的机械能，J ／kg ；∑⎥⎦⎤⎢⎣⎡∑+∑=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∑+=2)(222f u d l l u d l w e λζλ，单位质量流体在划定体积内流动时的总阻力损失，J ／kg 。
其中，λ为雷诺数Re 和相对粗糙度ε / d 的函数，即⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=d du εμρφλ,。
上述方程式中，若将Et 1、Et 2、w f 、λ视为中间变量，则有z 1、z 2、p 1、p 2、u 1、u 2、d 1、d 2、d 、u 、l 、∑ζ(或∑l e )、ε、ρ、μ等15个变量，而独立方程仅有式(1-1)(含两个独立方程)、式(1-2)三个。
因此，当被输送流体的物性(ρ，μ)已知时，为使方程组有唯一解，还需确定另外的10个变量，其余3个变量才能确定。
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化工原理（下）试题二十一[(1) x08a02086选择题：（按 a.增加、b.减少、c.不变、d.不定, 填入括号内）随温度增加，气体的溶解度（），亨利系数E（）。
(2) x08b02029在吸收塔某处，气相主体浓度y = 0.025，液相主体浓度x = 0.01，气膜传质分系数k y=2 kmol/(m2⋅h)，气相总传质系数K y=1.5 kmol/(m2⋅h) ,平衡关系y = 0.5x。
则该处气液界面上气相浓度y i应为__________ 。
(A) 0.02； (B) 0.01； (C) 0.015； (D) 0.005(3) x09a02069某二元混合物，其中Ａ为易挥发组分，液相组成ｘ＝0.6相应的泡点为ｔ，与之相平衡的汽相组成ｙ＝0.7，相应的露点为T，则：（）。
（Ａ）ｔ ＝T （Ｂ）ｔ ＜T（Ｃ）ｔ ＞T （Ｄ）不能判断(4) x09b02085某真空操作精馏塔，因故真空度减小，则塔底残液x W变化为________。
（1）变大（2）变小（3）不变（4）不确定(5) x10b02022下列情况中，________不是诱发降液管液泛的原因。
（1）液、气负荷过大（2）过量雾沫夹带（3）塔板间距过小（4）过量漏液。
(6) x10b02101浮阀塔与泡罩塔比较，其最主要的改进是________。
(1)简化塔板结构(2)形成可变气道，拓宽高效操作区域；(3)提高塔板效率(4)增大气液负荷(7) x11a02003已知湿空气的下列哪两个参数，利用H—I图可以查得其他未知参数？⎽⎽⎽⎽⎽⎽（A）（t，t w）（B）（t d，H）（C）（P，H）（D）（I，t w）(8) x11b02020在某常压连续干燥器中采用废气循环操作, 即由干燥器出来的一部分废气(t B, H B)和新鲜空气(t0, H0)相混合, 混合气(t M, H M)经预热器加热到t N、H N状态后送入干燥器进行等焓干燥过程。
已知水分蒸发量为W, 则根据对整个干燥系统的物料衡算可得绝干空气量L为______。
(A) L=W/(H B-H N) ；(B) L=W/(H B- H M) ；(C) L=W/(H B- H0) ；(D) L=W/( H M– H0)。
(9) x12a02001在B-S部分互溶物系中加入溶质A组分，将使B-S互溶度__________。
恰当降低操作温度，B-S互溶度__________。
(1)增大，(2)减小，(3)不变，(4)不确定(10) x12b02004一般情况下，原溶剂B组分的分配系数k B值________。
(1)大于1； (2)小于1； (3)等于1； (4)难以判断，都有可能。
[二]填空题(1) t08a02070对一定操作条件下的填料吸收塔，如将塔料层增高一些，则塔的H OG将＿＿＿＿＿，N OG将＿＿＿＿＿(增加，减少，不变)。
(2) t08b03013①解吸时溶质由＿＿＿＿＿向＿＿＿＿＿传递；②溶解度很大的气体，属于＿＿＿＿＿＿控制；③在逆流操作的填料塔中，当吸收因数Ａ＜１时，若填料层高H＝∞，则气液两相将于塔＿＿＿＿达到平衡。
(3) t09a02081简单蒸馏过程中，釜内易挥发组分浓度逐渐________，其沸点则逐渐_________。
(4) t09a03068溶液的相对挥发度α的表达式为__________。
α>1表示组分A和B______________，α=1则表示组分A和B__________________________________。
(5) t10a03008填料塔是连续接触式气液传质设备，塔内＿＿＿＿为分散相，＿＿＿＿为连续相, 为保证操作过程中两相的良好接触，故填料吸收塔顶部要有良好的＿＿＿＿＿＿＿＿＿装置。
(6) t10a03009任写出浮阀塔三种不正常操作情况：（１）＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（２）＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（３）＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
(7) t11b03019对于为水蒸气所饱和的空气，其干球温度t、湿球温度t w、绝热饱和温度t as及露点温度t d间的大小关系是：tt w t as t d。
(8) t12a01001萃取过程是指______________________________________________________的过程。
[三]计算题j08b20024用填料塔从一混合气体中吸收苯。
进塔混合气体含苯5% （体积百分数），其余为惰性气体。
回收率为95%。
操作压强为104kPa，温度为25℃，进塔的混合气体量为1000 m3/h。
吸收剂为不含苯的煤油，煤油的耗用量为最小用量的1.5倍，气液逆流流动。
已知该系统的平衡关系为Y＝0.14X（式中Y、X均为摩尔比），气相总体积传质系数K Y a=125kmol/(m3 h)，煤油的平均分子量为170，塔径为0.6m。
试求：(1)煤油的耗用量，kg/h；(2)煤油的出塔浓度x1（摩尔分率）；(3)填料层高度；(4) 欲提高回收率，可采用那些措施？（简单说明理由）[四]计算题j09b20101在常压连续精馏塔内分离苯和甲苯混合液，混合液的流量为1000kmol/h，其中含苯40%，要求塔顶馏出液中含苯90%，塔釜残液中含苯2%（均为摩尔分率）。
泡点进料，塔顶冷凝器为全凝器，塔釜间接蒸汽加热，取回流比为最小回流比的1.5倍。
全塔平均相对挥发度为2.5。
试求：（1）塔顶与塔底产品量D、W；（2）回流比R；（3）精馏段操作线方程；（4）从上往下数的塔内第二块理论板上升气体组成；（5）若在塔操作中，将进料状态改为饱和蒸汽进料，而保持F、R、D、x F不变，此时能否完成分离任务？简单分析为什么？[五]计算题j11a10084在一干燥器中干燥某湿物料,每小时处理湿物料1000kg,经干燥后物料的含水量由40%减至5%(均为湿基)，干燥介质为373K的热空气，其中所含水汽的分压为1.0kN/m2，空气在313K及相对湿度70%下离开干燥器，试求:(1)水分蒸发量；(2)所需要的新鲜空气量。
水在313K时的饱和蒸汽压可取为7.4kN/m2，湿空气的总压为101.3kN/m2。
[六]计算题j12b10009采用纯溶剂进行单级萃取。
已知料液组成x F=0. 3 (质量分率，下同)，选择性系数为6，在萃余相中，k A< 1 。
试求：（1）萃取液量与萃余液量的比值；（2）溶剂比S/F是最小溶剂比（S/F）min多少倍？（用线段表示）化工原理（下）试题二十一(答案)[一]单选择题(1) x08a02086 (题分：2)b a(2) x08b02029 (题分：2)(B) 理由：(3) x09a02069 (题分：2)A(4) x09b02085 (题分：2)（1）理由：真空度减小，，相平衡曲线靠近对角线。
每块理论塔板的分离能力减小，故塔顶分离程度下降，即x D变小，塔底的分离程度也下降，即x W变大。
(5) x10b02022 (题分：2)（4）(6) x10b02101 (题分：2)（2）(7) x11a02003 (题分：2)(A)(8) x11b02020 (题分：2)C(9) x12a02001 (题分：2)(1) (2)(10) x12b02004 (题分：2)(2)[二]填空题(1) t08a02070 (题分：2)不变；增加(1分)(2) t08b03013 (题分：3)①液相气相②气膜③塔底(3) t09a02081 (题分：2)降低，升高(4) t09a03068 (题分：3)或，可以分离，不能用普通精馏方法加以分离。
(5) t10a03008 (题分：3)液体气体液体分布(6) t10a03009 (题分：3)严重漏液、严重气泡夹带、降液管液泛、严重雾沫夹带、液相不足。
(7) t11b03019 (题分：3)=、=、=(8) t12a01001 (题分：1)在混合液中加入溶剂使溶质由原溶液转移到溶剂[三]计算题j08b20024 (题分：20)(1)；(2)(3)(4) 欲提高回收率，可增大液相流率、增大塔高、提高操作压力等。
增大液相流率，可增大液相侧湍动程度、降低总传质阻力，从而提高传质速率和回收率。
增大塔高，可使气液传质面积增大，增大传质量，从而提高回收率。
提高操作压力，可使相平衡常数变小，从而增大传质推动力，提高传质速率和回收率。
[四]计算题j09b20101 (题分：20)（1）即解之得：D=431.82kmol/hW=568.18kmol/h（2）泡点进料，（3）精馏段操作线方程：（4）F、R、D不变，而进料状态由饱和液体改为饱和蒸汽时，q↓，故随q↓而↓，，提馏段塔板分离能力↓，x W必，又由全塔物料衡算可知，x D↓。
可见不能完成分离任务。
[五]计算题j11a10084 (题分：10)1.求WW=G c(x1-x2)G1=1000kg/h=0.278kg/s∴G c=0.278(1-0.4)=0.167kg/sx1 =w1/(1-w1)=0.40/(1-0.40)=0.667kg/kg绝干料x2 =w2/(1-w2)=0.05/(1-0.05)=0.053kg/kg绝干料∴W=G c(x1-x2)=0.167(0.667-0.053)=0.1025kg/s2.求H1H1=0.622p/(P-p)=0.622×1.0/(101.3-1.0)=0.0062kg/kg干空气3.求H2H2=0.622ψp/(P-ψp)=0.622×0.7×7.4/(101.3-0.7×7.4)=0.0335kg/kg干空气4.求LL=W/(H2-H1)=0.1025/(0.0335-0.0062)=3.76kg干空气/s进口的湿空气量=L(1+H1)=3.76(1+0.0062)=3.783kg/s[六]计算题j12b10009 (题分：10)（1）又解之得：（2）如图所示，连SE0、SR0交溶解度曲线于E、R点，连R、E交FS于点M，又FS与溶解度曲线左交点为M 。