化工原理基本知識點

第一章流體流動

一、壓強

1、單位之間的換算關(guān)系：

2

\atrn=101.33^0=10330?/m=10.33m/72O=760mmHg

2、壓力的表示

(1)絕壓：以絕對真空為基準(zhǔn)的壓力實際數(shù)值稱為絕對壓強(簡稱絕壓)，是流

體的真實壓強。

(2)表壓：從壓力表上測得的壓力，反映表內(nèi)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(nèi)壓力比表外大氣壓低多少

真空度=大氣壓-絕壓

3、流體靜力學(xué)方程式

P=Po+pgh

二、牛頓粘性定律

Fdu

T=—=U—

Ady

T為剪應(yīng)力；下為速度梯度；〃為流體的粘度；

dy

粘度是流體的運動屬性，單位為Pa-s；物理單位制單位為g/(cm?s),稱為P(泊),

其百分之一為厘泊cp

\PdJs=\P=\cP

液體的粘度隨溫度升高而減小，氣體粘度隨溫度升高而增大。

三、連續(xù)性方程

若無質(zhì)量積累，通過截面1的質(zhì)量流量與通過截面2的質(zhì)量流量相等。

對不可壓縮流體

即體積流量為常數(shù)。

四、柏努利方程式

單位質(zhì)量流體的柏努利方程式：

gAz+=We—Yhfgz+—+—=E稱為流體的機械能

2p2p

單位重量流體的能量衡算方程：

人Aw2“皿

Az+----F——=He-Hf

2gpg

2

Z：位壓頭（位頭）；—：動壓頭（速度頭）；2：靜壓頭（壓力頭）

2gPg

有效功率：Ne^WeWs

NP

軸功率：N=一

7

五、流動類型

雷諾數(shù)：Re=%

Re是一無因次的純數(shù)，反映了流體流動中慣性力與粘性力的對比關(guān)系。

（1）層流：

Re<2000：層流（滯流），流體質(zhì)點間不發(fā)生互混，流體成層的向前流動。

圓管內(nèi)層流時的速度分布方程：

層流時速度分布側(cè)型為拋物線型

（2）湍流

Re>4000：湍流（紊流），流體質(zhì)點間發(fā)生互混，特點為存在橫向脈動。

即，由幾個物理量組成的這種數(shù)稱為準(zhǔn)數(shù)。

六、流動阻力

1、直管阻力---范寧公式

%=4

d2

Pg8

（1）層流時的磨擦系數(shù)：2=—,層流時阻力損失與速度的一次方成正比，層

Re

流區(qū)又稱為阻力一次方區(qū)。

（2）湍流時的摩擦系數(shù)

①;1="Re,￡）（莫狄圖虛線以下）：給定Re,4隨￡增大而增大；給定土，A

ddd

隨Re增大而減小。（3/8力？，雖然〃增大時，Re增大，%減小，但總的△句是

增大的）

②4=/（5）（莫狄圖虛線以上），丸僅與方有關(guān)，她.8"2,這一區(qū)域稱為阻力

平方區(qū)或完全湍流區(qū)。

2、局部阻力

（1）阻力系數(shù)法

2

hf=4自為局部阻力系數(shù)，無因次。

出口損失金口=1.0;進(jìn)口損失金口=0.5

2、當(dāng)量長度法

,..Ieu1

h=x----

fed2

注意：（1）管路出口動能和出口損失只能取一項。（2）不管突然擴(kuò)大還是縮小，u

均取細(xì)管中的流速；

七、復(fù)雜管路

1、分支管路

（1）連續(xù)性方程：總管的質(zhì)量流量等于各分支管路上的質(zhì)量流量之和

Ws=的電+卬與，對不可壓縮流體以=丫電+Vs2

（2）無軸功時的柏努利方程：

E=E1+Z/iyj=E2+E%2

2、并聯(lián)管路

“I%4’11

y//力，七,，2,與口

---->AB

\\43%％//

圖1-43并聯(lián)管路

心人=心|+以2+/3=口8

Ehf]=Eh,2=2%3

八、流量測量

1、變壓頭的流量計（恒截面）：（1）測速管（皮托管）；（2）孔板流量計；（3）文

立里流量計

2、變截面（恒壓差）流量計一一轉(zhuǎn)子流量計

第二章流體輸送機械

一、離心泵的主要部件

葉輪：

泵殼（蝸殼）：（1）集液作用，（2）轉(zhuǎn)能作用

二、氣縛現(xiàn)象與氣蝕現(xiàn)象

氣縛現(xiàn)象：因泵內(nèi)存在氣體而導(dǎo)致吸不上液體的現(xiàn)象稱為“氣縛現(xiàn)象”

氣蝕現(xiàn)象：離心泵工作時，泵入口處形成真空，當(dāng)真空達(dá)到一定時①液體部份

汽化；②溶于水中的氧逸出，含汽泡的液體進(jìn)入高壓區(qū)后，汽泡急劇凝結(jié)破裂，

產(chǎn)生高頻、高沖擊力的水擊現(xiàn)象，造成對葉輪和泵殼的沖擊，使材料疲勞而受到

破壞，這種現(xiàn)象稱為氣蝕現(xiàn)象。

三、離心泵的特性曲線

H~Q：Q增大，H減小。

N?Q：Q增大，N增大；流量為0時N最小所以泵要在流量為0時啟動。

Ne=HQpg

n?Q：Q增大，n先增大（流量為0時n為0）,達(dá)到最大值后減小。

四、離心泵的允許安裝高度

1、離心泵的允許吸上真空度法

允許吸上真空度”s：指為避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，離心泵入口處可允許達(dá)到的真

空度：H$=氏一〃

Pg

所是在lat下以20C的清水為介質(zhì)進(jìn)行的，若輸送液體或操作條件與此不

符，則應(yīng)校正。

泵的允許安裝高度：Hg=Hs-^--HfOl

由于艮隨流量Q的增大而減小,所以計算安裝高度時應(yīng)以最大流量下的Hs

■H?留

2、4蝕余量法

允許氣蝕余量:指泵入口處的靜壓頭與動壓頭之和必須大于液體在操作溫度下

的飽和蒸汽壓的某一最小允許值，以防氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

Nps”=a+生-五

Pg2gpg

泵的允許安裝高度

Hg=P?-NPSH-Hr。］

Pg

NPSH糧流量的增大而增大,在確定安裝高度時應(yīng)取最大流量下的NPSH。

五、離心泵的工作點和流量調(diào)節(jié)

泵的特性曲線與管路特性曲線的交點，即為離心泵的工作點。

1、管路特性曲線調(diào)節(jié)流量

改變出口閥開度時工作點變化

關(guān)小出口閥門，阻力變大，管路特性曲線變陡，工作點由M-Mi,Q減小，

H增大。開大出口閥門，阻力變小，管路特性曲線變平坦，工作點由M-M2,Q

增大，H減小。

2、泵的特性曲線調(diào)節(jié)流量

（1）改變轉(zhuǎn)速：若離心泵的轉(zhuǎn)速變化不大（W20%）,則有比例定律：

改變泵轉(zhuǎn)速時工作點變化

轉(zhuǎn)速提高，泵的特性曲線上移，工作點由M-Mi,Q增大，H增大。

轉(zhuǎn)速降低，泵的特性曲線下移，工作點由M-M2,Q減小，H減小。

（2）切削葉輪：切割定律

若某一離心泵的葉輪經(jīng)切割變?。╓10%）,則有切割定律：

切割后泵的特性曲線下移，工作點由M-M2,Q減小H減小。

Q'D；H'弋,N、叭3

T萬'H方）'瓦二方

（3）離心泵的串、并聯(lián)

離心泵的并聯(lián)

①泵的并聯(lián)

兩臺離心泵并聯(lián)且各自的吸入管路相同，在一定的壓頭下的總流量等于兩單

臺泵流量相加，管路特性曲線越平坦，泵的并聯(lián)工作愈有利。

H=H1=H]。=0+。2

和41滿足泵1的特性曲線方程，和凡滿足泵2的特性曲線方程。

②泵的串聯(lián)

兩臺離心泵串聯(lián)，一定流量下的總壓頭等于兩單臺泵壓頭相加，總壓頭總是

小于兩臺泵壓頭的兩倍。管路特性曲線越平坦，泵的串聯(lián)工作愈有利。

QH

QiHi：:

總壓頭H總流量Q

H=HI+H2Q=Q,=Q2

。和用滿足泵1的特性曲線方程，。2和區(qū)滿足泵2的特性曲線方程。

六、往復(fù)泵

1、往復(fù)泵的特征

（1）具有正位移特性。（壓頭與流量之間無聯(lián)系）

（1）有自吸作用；

（2）流量具有不均勻性；

單動泵Q=4s〃；雙動泵Q=（2A—a）s〃

A為活塞的表面積，a為活塞桿的截面積，n往復(fù)頻率，s為活塞的沖程。

2、往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)

（1）往復(fù)泵的工作點：管路特性曲線與泵的特性曲線的交點。

往復(fù)泵的特性曲線及工作點

（2）往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)

①旁路調(diào)節(jié)：在入口和出口之間安裝一旁路使一部分出口流體回到入口。

2X1X

往復(fù)泵旁路流量調(diào)節(jié)

②改變活塞往復(fù)頻率和沖程。

第三章非均相物系的分離和固體流態(tài)化

一、形狀系數(shù)6（球形度）：

與非球形顆粒體積相等的球的表面積

非球形顆粒的表面積

對球形顆粒4>=1；非球形顆粒，*<1,顆粒的形狀越接近球形,6越接近1；

二、床層空隙率￡:反映床層疏密程度

c_床層體積-顆粒體積

床層體積

三、重力沉降

乃jrd~piC

Re尸皿d為顆粒直徑，口為流體的粘度。

①層流區(qū)（斯托克斯阻力定律）：J=B（10-'<Ret<l）

V18〃

1QC

②過渡區(qū)（艾倫區(qū)）："/（l<Ret<1000）

Re?6

③湍流區(qū)（牛頓區(qū)）：&=0.44（1000<Rep<2X105）

四、重力沉降設(shè)備

降塵室的生產(chǎn)能力：Vs<u,bl

含塵氣體的最大處理量為降塵室底面積bl與沉降速度ut的乘積，與降塵室的

高度無關(guān)。

五、恒壓過濾基本方程式

匕2=必2?；騫；=K￡

22

V+2VV,=KA0或“2+2qqe=KO

K=2k△沖

六、濾餅的洗滌

1、洗滌速率

洗滌速率指單位時間內(nèi)消耗的洗水體積即

_.dV

布

①橫穿洗法：

dVx1

da4d6

②量換洗法：

/vdV

“L穴=（茄）E

2、洗滌時間

以匕的洗水洗滌濾餅，洗滌時間：q,="

七、間隙過濾機的生產(chǎn)能力

操作周期：T=e+Q,+%

生產(chǎn)能力：Q=丫Q=V/T

第四章傳熱

一、傳熱速率

Q三

ER

△t為傳熱溫差，R為整個傳熱面的熱阻

平壁導(dǎo)熱的熱阻：火=2

As

圓筒壁導(dǎo)熱熱阻：R=4~8=弓-4為圓筒壁的厚度;

%=2町」為圓筒壁的對數(shù)平均面積;

與=0二二為圓筒壁的對數(shù)平均半徑。

ln^

對流傳熱熱阻：R=—

as

二、熱量衡算

若忽略熱損失時，熱流體放出的熱量等于冷流體吸收的熱量

Q=%（4「/〃2）=叱（〃—乙）

流體無相變：AZ=Cp\t

流體有相變：M=rc

三、總傳熱速率方程

Q=去△/

傳熱面積：s°=27rr°L（我國以外表面積為準(zhǔn)）

總傳熱系數(shù)：-L=_L+_L+_!_

依o研九%ajSj

總熱阻由熱阻大的那一側(cè)的對流傳熱所控制，當(dāng)兩個流體的對流傳熱系數(shù)相

差較大時，要提高k,關(guān)鍵在于提高對流傳熱系數(shù)較小一側(cè)的a。

-Afj

平均溫差:

逆流有利于增大傳熱溫差、減小傳熱面積、節(jié)省加熱劑或冷卻劑用量、減小

傳熱面積；并流有利于控制流體的出口溫度。

四、迪特斯（Dittus）—貝爾特（Boelter）關(guān)聯(lián)式

在壁溫和流體平均溫度相差不大的情況下：

N“=0.023Re°8pr"

液體被加熱n=0.4,流體被冷卻n=0.3

五、有相變的傳熱

1、蒸汽冷凝

膜狀冷凝和滴狀冷凝：

冷凝傳熱中，不凝性氣體的除去有利于提高對流傳熱系數(shù)。

2、液體沸騰

第五章蒸儲

一、全塔物料衡算

精館塔的物料衡算

總物料衡算：F=D+W

易揮發(fā)組分質(zhì)量衡算：FXF=DXD+WX?

塔頂易揮發(fā)組分回收率:DXJFXF

塔底難揮發(fā)組分回收率:W(l-x..)/F(l-x1：)

二、理想體系的汽液平衡方程

ax

l+(a-l)x

相對揮發(fā)度a愈大，表示A較B愈易揮發(fā)，愈有利于分離，a=l時y=x,混

合液不能用一般的蒸儲方法進(jìn)行分離。

三、操作線方程

1、精偏段的操作線方程

y=-^-X+-L-X（/?='稱為回流比）

表示在一定操作條件下，由第n板下降的液相組成人與相鄰的n+1板的上升

蒸汽組成y.”間的關(guān)系。

2、提儲段操作線方程：

,L，w

_L'-WX,n~L'-WXw

表示在一定操作條件下，提儲段內(nèi)第m板下降的液相組成與第m+1板上升的

蒸汽組成間的關(guān)系。

四、進(jìn)料方程

1、進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)

L—L_Iv—IF

q

q表示進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)即Ikmol原料液變?yōu)轱柡驼魵馑璧臒崃?原料液的kmol

汽化潛熱。

2、q與V、V'及L、L'的關(guān)系

L,=L+qF

V'=V+(^-l)F

3、進(jìn)料方程(q線方程)

為兩操作線交點的軌跡

五、回流比

1、全回流

精儲塔塔頂上升的蒸汽經(jīng)全凝器冷凝后，冷凝液全部回流至塔內(nèi)，在全回流

下，D、W、F均為0

cL

R=—=oo

D

2、最小回流比

正常平衡曲線時最小回流比

XX

^min=D~q

X

凡ni+1D-yq

(XQq)為q線與平衡線交點的坐標(biāo)

六、塔高和塔徑

塔高：z=(Np-l)HlE=^~(Np為實際塔板數(shù)，E全塔效率，Ht板間距)

塔徑：。=產(chǎn)D：塔內(nèi)徑，u:空塔氣速，Vs:塔內(nèi)上升蒸汽的體積流

Vmi

量。

第六章吸收

一、亨利定律

1、以p「x,表示的平衡關(guān)系

p：=EX]E：亨利系數(shù)(Pa,kpa)；難溶氣體E很大，易溶氣

體E很??；對一定的氣體和一定的溶劑，E隨溫度升高而加大，體現(xiàn)出氣體的溶

解度隨溫度升高而減小的趨勢。

2、以p「c,表示的平衡關(guān)系

p；=￡G：摩爾濃度(kmol/m3)；H：溶解度系數(shù)(kmol/mMcpa)

H

易溶氣體H很大，難溶氣體的H很?。籋隨溫度升高而減小。

3、以y~x表示的平衡關(guān)系

y*=mxim：相平衡常數(shù)，m=—

P

二、吸收速率方程式

吸收速率=傳質(zhì)系數(shù)x傳質(zhì)推動力

1、膜吸收速率方程

(1)氣膜

以壓差(p.-p.Ai)為推動力：/=七仙-pAi)

以摩爾分率差(yA-yAi)表示推動力：NA=ky(yA-％)

(2)液膜

以摩爾濃度差(ci-c)為推動力：NA=kL(cAi-cA)

以摩爾分率差(xi-x)為推動力：NA=kx(xAi-xA)

2、總吸收速率方程

(p.-p,\*)表示總推動力：NA=KG(p-p*)

(cA*-cA)為總推動力：/=K/C*-C)

三、全塔物料衡算

在逆流操作的吸收塔內(nèi)，氣體自下而上、液體自上而下流動，塔頂11'、塔

底22'

V(Yt-Y2)=L(Xt-X2)

溶質(zhì)的吸收率或回收率：

四、吸收塔的操作線方程與操作線

Y=-X+(Yl-—Xl)或y=3X+(K-3X,)

y1y1y2y2

L/V稱為液氣比。

吸收操作中，吸收操作線必位于平衡線上方，即溶質(zhì)在氣相中的實際濃度總

是高于與之接觸的液相的平衡濃度即Y>Y*,Y-Y*就是吸收操作中的推動力；若操

作線位于平衡線的下方，則進(jìn)行脫吸操作。

五、吸收劑用量的確定

正常情況下最小液氣比：

(L/V)0M稱為最小液氣比，Xi*表示與Yi成平衡的吸收液濃度，若平衡關(guān)系滿足亨

利定律X,*=Y1/m

六、填料層高度

Z=HOGNOG

傳質(zhì)單元高度：

KyCiQ

In—L

△匕

5=竺?稱為脫吸因數(shù)，為平衡線的斜率m與操作線的斜率L/V的比值。S小于1

有利于提高溶質(zhì)的吸收率，出塔氣體與進(jìn)塔液體趨近平衡，需采用較大的液體量

使操作線斜率大于平衡線斜率（即S小于1）；若要獲得最濃的吸收液，必使出塔

液體與進(jìn)塔氣體趨近平衡，要求采用小的液體量使操作線斜率小于平衡線斜率（即

S大于1）o

第七章干燥

一、濕空氣的性質(zhì)

1、濕度H（濕含量）

H=0-622^kg水汽/心絕干氣

P-Pv

絕干空氣，H=o去濕能力最大；飽和空氣去濕能力為0

2、相對濕度中

。=&100%

Ps

絕干空氣①=0,去濕能力最大；飽和空氣中=1,無去濕能力。

3、比容（濕容積心）

以1kg絕干空氣為基準(zhǔn)的濕空氣的體積稱為濕空氣的比容，又稱濕容積UH

單位為：■濕空氣/kg絕干氣

4、比熱容CH

常壓下，將濕空氣中1kg絕干空氣及相應(yīng)的Hkg水氣的溫度升高或降低1℃

所需要或放出的熱量稱為比熱容CH表示,單位kj/kg絕干氣?°C。

CH=1.01+1.8827

5、焰I

以1kg絕干空氣為基準(zhǔn)的絕干空氣的焙與相應(yīng)Hkg水氣的焙之和為濕空氣的

焙I,單位，kj/kg絕干氣

/=(1.01+1.88〃)，+2490”

6、干球溫度t、與濕球溫度tW、絕熱飽和冷卻溫度心、露點td

二、濕物料的性質(zhì)

1、濕基含水量3

2、干基含水量X：X=—

1—69

三、干燥過程中的物料衡算

絕干空氣Z,與------------