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
一概念类1.流体的密度：单位体积流体具有的质量。
p=△m/△V2.静压强：单位面积上所受的压力。
3.绝对压强：以绝对零压作起点计算的压强。
4.相对压强：表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值。
5.真空度：表示被测流体的绝对压强低于大气压强的数值。
6.等压面：在流场中，压力相等的各点所组成的面。
7.粘性：在流体运动状态下，抗拒内在向前运动趋势的特性。
8.黏度：单位速度梯度的剪切应力。
U=t/(du/dy)9.稳态流动：在流体各截面的流速、压强、密度等有关物理量仅随位置而变化，不随时间变化的流动。
10.非稳态流动：在流体各截面的流速、压强、密度等有关物理量既随位置而变化，又随时间变化的流动。
11.质量流量：单位时间内流过管道任一截面的流体质量。
12.体积流量：单位时间内流过管道任一截面的流体体积。
13.平均流速：单位时间内流体在流动方向流过管道单位截面积的流量。
U=V/t14.质量流速：单位时间内流体在流动方向流过管道单位截面积的质量。
G=ws /A15.理想流体：无摩擦、无粘性、不可压缩的在流动时不产生流动阻力的流体16流动边界层：在壁面附近的存在的具有较大速度梯度的流动层。
17.沿程阻力：流体流经具有一定管径的直管时，由于流体内摩擦而产生的阻力。
18.局部阻力：由于流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻力。
19.形体阻力：由于固体表面形状而造成边界层分离所引起的能量消耗。
20.扬程（压头）：离心泵对单位重量的液体所能提供的有效能量。
21.轴功率：泵轴所需的功率。
N=QHp/(102n)22.有效功率：液体从叶轮中获得功率。
有效功率必小于轴功率。
23.容积损失：泵内液体泄露所造成的损失。
24.机械损失：泵轴与轴承之间、泵轴与填料函之间产生摩擦而引起的能量损失。
25.水力损失：粘性液体流经叶轮和蜗壳时产生的摩擦阻力以及在泵局部处产生的局部阻力。
26.总效率：容积效率、机械效率、水力效率三种效率的乘积。
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
化工原理的理论基础
化工原理的理论基础
化工原理的理论基础包括物质平衡、能量平衡、动量平衡和化工过程的基本原理等。
1. 物质平衡：物质平衡是指在化工过程中物质的输入和输出之间的平衡关系。
它基于质量守恒定律，要求在化工过程中所涉及的各种物质的输入和输出量必须保持平衡，以确保化工过程的效率和稳定性。
2. 能量平衡：能量平衡是指在化工过程中能量的输入和输出之间的平衡关系。
它基于能量守恒定律，要求在化工过程中所涉及的各种能量的输入和输出量必须保持平衡，以确保化工过程的热力学效率和能源利用率。
3. 动量平衡：动量平衡是指在化工过程中流体的流动和传递过程中动量的输入和输出之间的平衡关系。
它基于动量守恒定律，要求在化工过程中流体的输入和输出的动量必须保持平衡，以确保化工过程的流体力学效率和流体传递性能。
4. 化工过程基本原理：化工过程基本原理是指化工过程中涉及的各种化学反应、物理变化和物质传递等基本原理。
这些原理包括质量守恒定律、能量守恒定律、动量守恒定律、物质传递和反应动力学等。
通过理解和应用这些基本原理，可以设计和控制化工过程，实现所需的物质转化和产品制备。
总之，化工原理的理论基础涵盖了物质平衡、能量平衡、动量平衡和化工过程的
基本原理，这些基础理论对于化工过程的设计、控制和优化都起着重要的指导作用。
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
29
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（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
p1 p2 Rg( 0 ) Rg
（4） 倾斜式压差计 适用于压差较小的情况。
30
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例1-1 如附图所示，水在水平管道内流动。为测量流
体在某截面处的压力，直接在该处连接一U形压差计，
指示液为水银，读数
18
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表 压 = 绝对压力 － 大气压力 真空度 = 大气压力 － 绝对压力
p1
表压
大气压
真空度 绝对压力
p2
绝对压力 绝对真空
19
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1.1.3 流体静力学平衡方程
一、静力学基本方程 设流体不可压缩， （1）上端面所受总压力
P1 p1 A
Const.
p1 G p2
p0
重力场中对液柱进行受力分析：
5
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1.0.0 流体的特征
液体和气体统称为流体。
• 具有流动性；
• 无固定形状，随容器形状而变化； • 受外力作用时内部产生相对运动。 不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化，
如液体；
可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化，
如气体。
6
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1.0.1 研究流体流动的目的
1、流体输送：选择适宜流速、确定管路直径、 选用输送设备； 2、压强、流速和流量的测量：便于了解和控制 生产； 3、为强化设备提供适宜流动条件：如传热、传 质设备的强化。
9
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1.0.3 流体流动中的作用力
1、体积力： 体积力作用于流体的每一个质点上，并与流体的 质量成正比，也称为质量力，如重力、离心力。 2、表面力：包括压力与剪力 压力：垂直于表面的力 剪力：平行于表面的力，又称粘性力，与流体运动 有关。 返回
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
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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
1. 理想流体就是不考虑粘滞性的、实际不存在的，理想化的流体。
（√）2. 在连续介质假设的条件下，液体中各种物理量的变化是连续的。
（√）3. 粘滞性是引起流体运动能量损失的根本原因。
（√4. 牛顿内摩擦定律适用于所有的流体。
（ ）5. 牛顿内摩擦定律只适用于管道中的层流。
（ ）6. 有旋运动就是流体作圆周运动。
（ ）7. 温度升高时，空气的粘度减小。
（ ）8. 流体力学中用欧拉法研究每个质点的轨迹。
（ ）9. 平衡流体不能抵抗剪切力。
（√）10. 静止流体不显示粘性。
（√）11. 速度梯度实质上是流体的粘性。
（√）12. 流体运动的速度梯度是剪切变形角速度。
（√）13. 恒定流一定是均匀流，层流也一定是均匀流。
（ ）14. 牛顿内摩擦定律中，粘度系数m和v均与压力和温度有关。
（ ）15. 迹线与流线分别是Lagrange和Euler几何描述；它们是对同一事物的不同说法；因此迹线就是流线，流线就是迹线。
（ ）16. 如果流体的线变形速度θ=θx+θy+θz=0,则流体为不可压缩流体。
（√）17. 如果流体的角变形速度ω=ωx+ωy+ωz=0,则流体为无旋流动。
（√）18. 流体的表面力不仅与作用的表面积的外力有关，而且还与作用面积的大小、体积和密度有关。
（ ）19. 对于平衡流体，其表面力就是压强。
（√）20. 边界层就是流体的自由表明和容器壁的接触面。
（ ）1、当不可压缩理想流体在水平放置的变径管路中作稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其静压力 C 。
(A)不变(B)增大(C)减小(D)不确定2、水在内径一定的圆管中稳定流动，若水的质量流量保持恒定，当水温升高时，Re值将(A)不变(B)增大(C)减小(D)不确定3、层流与湍流的本质区别是。
(A)湍流流速大于层流流速；(C)层流的雷诺数小于湍流的雷诺数；(B)流动阻力大的为湍流；(D)层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。
4、某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是流速为平均流速的倍。
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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目的
原理
设备
输送物料
机械能转换 管道和泵
传热 蒸发 蒸馏 膜分离 干燥
加热或冷却 利用温差传热 换热器
分离 溶剂 与溶 质
加热 使溶 剂汽 化
蒸发器
分离液相混合 各组分的挥发
物
度不同
塔器
分离混合物
固体或液体膜 过滤机、沉降器、膜
的截留
组件等等
固体去湿
加热 使湿 分汽
化
干燥器
萃取
分离不互溶液体 溶解度不同 萃取装置
[5] 食品发酵工业，中国食品发酵工业研究所、全国食品与发酵工业信 息中心主办，北京：北京百善印刷厂发行，全国中文核心期刊、国家 优秀技术期刊。
[6] 中国粮油学报，中国粮油学会主办，北京：《中国粮油学报》编辑 部出版，全国食品工业类中文核心期刊。
[7] Cereal Chemical [8] Journal of Food Science [9] Journal of Food Engineering
=981000dyn
Example
1 atm（标准大气压）＝1.033 kgf/cm2,将其换算 成SI单位
解：气体压力的SI单位：Pa（N/m2），工程单 位：kgf/cm2，所以，只要将kgf、cm分别换算成 N、m即可。
如：聚乙烯、化肥、制糖、味精、酒精、石油等生产过程 中都含有流体输送、蒸发、结晶、离心分离、干燥、蒸馏、 吸收等单元 操作，在石油、食品、制药、造纸等行业中 都要进行干燥、蒸馏等操作，尽管在不同行业中所处理的 物料不同，但所用的干燥、蒸馏等操作具有相同原理。
名称 流体输送
化工生产中常见的
单元操作( p2表0-1)
2005 3.陈敏恒主编， 化工原理， 北京：化学工业出版社，1985 4.伍钦、邹华生、高桂田等主编，《化工原理实验》，华南理
工大学出版社，2003 5.祁存谦编写，《虚拟化工原理实验》课件，中山大学，2000 6. Unit Operation of Chemical Engineering
流体输送 传热 搅拌
动量传递 动量传递 动量传递
动量传递 热量传递 动量传递
均质牛奶
均质
动量传递与质量传递
技术参 数
−20℃ 常温 180℃
4℃ 90℃
巴氏灭菌 浓缩牛奶 分离水中的牛奶
传热 浓缩 物系分离
热量传递
热量传递、动量传递与质 量传递
动量传递与质量传递
80℃,20 min
浓度 10%
乳粉厂工艺流程图
物理量单位换算
基本物理量中为1m＝物理单位制中100cm＝英 制3.2808ft
相等而单位不同的两个同名物理量的比值为换 算因子，如100cm/m
单位换算的基本规律： F=ma
１Kgf =1kg×9.81m/s2 =9.81kg·m/s2 =9.81N
=1000g×981cm/s2 =981000g·cm/s2
冷冻盐水 自来水 饱和蒸汽
乳乳品品加加工工现现场场
单元操作的分类
根据单元操作所遵循的基本规律，分为三类： •流体动力过程 ——遵循流体动力基本规律，用动量传
递理论研究 如：流体输送、沉降、过滤、固体流态化
•热过程 ——遵循传热基本规律，用热量传递理论研究 如：传热、冷凝、蒸发等
•传质过程 ——遵循传质基本规律，用质量传递理论研究 如：蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥等
[2] 农业机械学报，中国农业机械学会主办，北京：《农业机械学报》 编辑部出 版，全国中文核心期刊。（EI收录）
[3] 食品科学，北京市食品研究所主办，中国食品杂志出版社出版。中 国核心期刊
[4] 食品工业科技，北京市食品研究所主办，北京：《食品工业科技》 编辑部出版，中国中文核心期刊，轻工总会优秀期刊。
五、考试方式
理论课为闭卷考试、实验课为考查 。 实验课占总成绩的20％（包括预习、
操作、数据处理）。 理论课占总成绩的60％。 平时成绩占总成绩的20％。
绪论
1 化工原理课程的内容和特点 1.1 课程特点
是一门工程学科； 是生物工程、化学工艺、应用化学等专业的学生必修的重要基础技术课； 是一门理论紧密联系实际的课程: ➢ 以化工单元操作为教学内容； ➢ 以物理、化学、物理化学（包括动力学、热力学、传热学和传质学等）、
Principles of Chemical Engineering
前言
一、课程安排 二、学习要求 三、教材
①柴诚敬主编， 化工原理(上，下)， 北京：高等教育出 版社，2005
②张金利，张建伟等主编，《化工原理实验》，天津： 天津大学出版社，2005
四、参考资料 五、考试方式
2.3 单位换算
同一物理量若用不同单位度量时，其数值需相应
地改变。这种换算称为单位换算。
注意事项： （1） 物理方程必须使用同一单位制的单位，若不同，必须 经过换算后再进行计算。但经验公式必须按指定的单位运 算。 （2） SI制和绝对单位制以质量为基本单位，而工程单位制 则以重力为基本单位，二者可由F＝ma表示其之间的关系。 （3） 计算结果正确与否，可以通过单位换算，就可查出。
数学、力学、制图、英语、计算机等课程为基础，涉及面广、计算复杂。
1.2 课程内容
主要介绍“三传理论”和 “单元操作” 。
单元操作
化学工业：利用物理和化学方法将自然界的各种物 质加工成生活资料的工业。
化工生产 ：(1) 化学反应过程：如发酵、化学合成等 (2) 物理加工过程
化工过程是什么？
物理与化学方法
国际单位制 （SI）
—— 通用性：所有学科、部门均可采用，并且 容易比较；
—— 一贯性：任何一个SI导出单位均有七个基 本单位导出，不需要引入比例常数
我国规定1991年1月起，除个别领域外，不 允许再使用非法定单位（国务院 1977年确定逐 步采用SI，1984年发布命令：法定计量单位， 1990年底完成过渡，1991年1月起实施）。
上课、实验前要求预习、课后要求复习、 总结。
作业及时完成，不懂的及时弄懂。 不要缺课、认真听讲、开动脑筋、积极
思考。 重视实验，通过实验培养、提高实验能
力（分析、解决一般工程技术问题的能 力）。
四、参考资料
（一）书本
1.姚玉英主编， 化工原理， 天津：天津大学出版社，2003 2.夏清主编， 化工原理(下)， 天津：天津大学出版社，
上述三个过程包含了三种理论，我们称之为“三传理论”
三传理论
动量传递(momentum transfer)：流体流动时，其内部发生动
量传递，故流体流动过程也称为动量传递过程。
凡是遵循流体流动基本规律的单元操作，都可以用动量传 递的理论去研究。
热量传递(heat transfer): 物体被加热或冷却的过程也称为物
同时，“三传理论”和单元操作也是 化工技术的理论和实践基础。
流体力学、传热及传质的基本原理是各单元操作 的理论基础。许多单元操作都会包含两种以上的传递 现象， 如干燥、精馏等。
1.4 化工原理课程的研究方法
1.试验研究方法（经验法）: 用量纲分析和相似论为指导，依靠试验来确定过程变量之间 的关系，通过量纲为一数群（或称准数）构成的关系式来表 达。是一种工程上通用的基本方法。
20世纪60年代初国际度量衡会议提出,有7个 基本量和基本单位，即：
热力学 发光强
物质的
基本量 长度 质量 时间 温度 度 电流 量
坎德拉
摩尔
基本单位 米 m 千克 kg 秒 s 开尔文k Cd 安培A mol
化学与
分子物
应用范围 力学 力学 力学 热学 光学 电学 理学
其他量称为导出量，其单位可由基本单位推导而出，称为导出单位
2. 数学模型法（半经验半理论方法） 在对实际过程的机理深入分析的基础上，在抓住过程本质的 前提下，作出某种合理简化，建立物理模型，进行数学描 述，得出数学模型。通过实验确定模型参数。
研究工程问题的方法是联系各单元操作的另一条主线。
1.5 课程要求
掌握三传理论，即流体流动、传热、传质的基本原理； 掌握主要单元操作的典型设备构造、操作原理、计算 （核算）、选型（设计计算）及实验研究方法； 培养学生运用基础理论分析和解决化工单元操作中各 种工程实际问题(核算、设计及实验研究方法)的能力。
2 单位制与单位换算
2.1 单位和单位制度
1、任何物理量的大小都是由数字和单位联合来表达的， 二者缺一不可 基本量：任意选定的几个独立的物理量(如长度,时间等)。 基本单位：根据使用方便的原则制定的基本量的单位。 导出量：根据物理量与基本量之间的关系来确定的量。 导出单位：导出量的单位称为导出单位，均由基本单位相
单元操作的应用及特点
若干个单元操作串、并联起来组成一个工艺过程。 均为物理性操作，只改变物料的状态或其物理性质，
不改变其化学性质。
同一化工生产过程中，可能会包含多个相同的单元 操作。
单元操作用于不同的生产过程，其基本原理相同， 进行该操作的设备也可以通用。
单元操作与加工过程（举例）
奶粉生产工艺流程
原料乳验收
预处理
冷却与过筛
出粉
预热杀菌
真空浓缩
加糖 喷雾干燥
过滤
包装、检验
成品
化工原理是一门实践性很强的工程学 科。单元操作的研究内容包括“过程”和 “设备”两个方面。
所有的单元操作都可分解为动量传递、 热量传递、质量传递这三种传递过程和它 们的结合。三种传递过程现象中存在着类 似的规律和内在的联系。传递过程是联系 各单元操作的一条主线。
称为 相同物理操作过程
单元操作
单元操作是指化工生产过程中基本原理和典型设 备的相同物理性操作。