化工原理知識點提要

 流體力學及其輸送
1.單元操作╃·₪：物理化學變化的單個操作過程✘↟·↟☁，如過濾☁╃•▩↟、蒸餾☁╃•▩↟、萃取↟│₪│◕。
2.四個基本概念╃·₪：物料衡算☁╃•▩↟、能量衡算☁╃•▩↟、平衡關係☁╃•▩↟、過程速率↟│₪│◕。
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)↟│₪│◕。
4.兩種流動形態╃·₪：層流和湍流↟│₪│◕。流動形態的判據雷諾數Re=duρ/μ；層流—2000—過渡—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+區域性阻力；範寧公式╃·₪：沿程壓降╃·₪：Δpf=λlρu2/2d✘↟·↟☁，沿程阻力╃·₪：Hf=Δpf/ρg=λl u2/2dg(λ╃·₪：摩擦係數)；層流時λ=64/Re✘↟·↟☁，湍流時λ=F(Re✘↟·↟☁，ε/d)✘↟·↟☁，(ε╃·₪：管壁粗糙度)；區域性阻力hf=ξu2/2g✘↟·↟☁，(ξ╃·₪：區域性阻力系數✘↟·↟☁，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☁╃•▩↟、文丘裡流量計)；變截面流量計↟│₪│◕。
8.離心泵主要引數╃·₪：流量☁╃•▩↟、壓頭☁╃•▩↟、效率☁╃•▩↟、軸功率；工作點(提供與所需水頭一致)；安裝高度(氣蝕現象✘↟·↟☁，氣蝕餘量)；泵的型號(泵口直徑和揚程)；氣體輸送機械╃·₪：通風機☁╃•▩↟、鼓風機☁╃•▩↟、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澱)；離心沉降(旋風分離器)↟│₪│◕。
2.過濾╃·₪：深層過濾和濾餅過濾(常用✘↟·↟☁，助濾劑增加濾餅剛性和空隙率)；分類╃·₪：壓濾☁╃•▩↟、離心過濾✘↟·↟☁，間歇☁╃•▩↟、連續；濾速的康採尼方程╃·₪：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(對蓄熱體的週期性加熱☁╃•▩↟、冷卻)↟│₪│◕。
2.傅立葉定律╃·₪：dQ= -λdA ✘↟·↟☁，(Q╃·₪：熱傳導速率；A╃·₪：等溫面積；λ╃·₪：比例係數； ╃·₪：溫度梯度)；
λ與溫度的關係╃·₪：λ=λ0(1+at)✘↟·↟☁，(a╃·₪：溫度係數)↟│₪│◕。
3.不同情況下的熱傳導╃·₪：單層平壁╃·₪：Q=(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.對流傳熱型別╃·₪：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)✘↟·↟☁，前兩者無相變✘↟·↟☁，後兩者有相變；牛頓冷卻定律╃·₪：dQ=hdAΔt✘↟·↟☁，(Δt＞0；h╃·₪：傳熱係數)↟│₪│◕。
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╃·₪：單色輻射能；λ╃·₪：波長)；
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╃·₪：發射率或黑度)；
兩物體輻射傳熱╃·₪：Q1-2=C1-2φA[(T1/100)4-(T2/100)4]✘↟·↟☁，(φ╃·₪：角係數；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╃·₪：總傳熱係數；A╃·₪：傳熱面積)；
1/K=1/h1+bA1/λAm+A1/h2A2✘↟·↟☁，(h1✘↟·↟☁，h2╃·₪：熱☁╃•▩↟、冷流體表面傳熱係數)↟│₪│◕。
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╃·₪：操作方式╃·₪：連續蒸餾☁╃•▩↟、間歇蒸餾；對分離的要求╃·₪：簡單蒸餾☁╃•▩↟、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╃·₪：液態泡點方程╃·₪：xA=[p-pB(t)]/[pA(t)-pB(t)]✘↟·↟☁，(xA╃·₪：液態組分A的摩爾分數；p (t)╃·₪：壓強關於溫度的函式)；
氣態露點方程╃·₪：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；
揮發度╃·₪：υA=pA/xA✘↟·↟☁，相對揮發度╃·₪：αAB=υA/υB✘↟·↟☁，終可匯出氣液平衡方程╃·₪：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)；平衡關係╃·₪：yD=αxW/[1+(α-1)xW]↟│₪│◕。
4.簡單蒸餾╃·₪：持續加熱至釜液組成和餾出液組成達到規定時停止；
關係式╃·₪：ln[n(F)/n(W)]= /(α-1)；
總物料衡算╃·₪：n(F)=n(W)+n(D)；易揮發組分衡算╃·₪：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)✘↟·↟☁，泡點不同採取不同的壓力操作✘↟·↟☁，塔板數從上至下記；
塔頂易揮發組分回收率╃·₪：ηD=qn(D)xD/qn(F)xF×100%✘↟·↟☁，
釜中不易揮發組分回收率╃·₪：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組分的摩爾分數；xn╃·₪：第n塊板下降的液體中易揮發組分的摩爾分數)✘↟·↟☁，
精餾段操作線方程╃·₪：yn+1=Rxn/(R+1) +xD/(R+1)✘↟·↟☁，(迴流比R= qn(L)/qn(D))；
提餾段段總物料衡算╃·₪：qn(L’)=qn(V’)+qn(W)；提餾段易揮發組分衡算╃·₪：qn(L’)x’m=qn(V’)y’m+1 +qn(W)xW ；(W╃·₪：釜液量)✘↟·↟☁，提餾段操作線方程╃·₪：y’m+1= qn(L’)x’m/qn(V’)-qn(W)xW/qn(V’)；
總的物料衡算╃·₪：qn(F)+qn(V’)+qn(L)=qn(V)+qn(L’)✘↟·↟☁，乘上各焓值Hx即為熱量衡算✘↟·↟☁，qn(V)=qn(V’)+(1-q)qn(F)✘↟·↟☁，(精餾進料熱狀態引數q=(HV-HF)/(HV-HL)✘↟·↟☁，即單位原料液變為飽和蒸汽所需要的熱量與單位原料液潛熱之比)；
進料方程╃·₪：y=qx/(q-1)-xF/(q-1)；理論塔板的計算逐板法和圖解法✘↟·↟☁，迴流比R增大理論塔板數減小✘↟·↟☁，解析法╃·₪：全迴流理論塔板數Nmin=/lgam-1✘↟·↟☁，(am╃·₪：全塔平均揮發度)；
小回流比Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)✘↟·↟☁，(xq✘↟·↟☁，yq╃·₪：進料時)✘↟·↟☁，R實=(1.1—2.0) Rmin；
全塔效率ET為理論塔板數與實際塔板數之比；
間歇精餾╃·₪：分批精餾✘↟·↟☁，一次進料待釜液達到組成後✘↟·↟☁，放出殘液✘↟·↟☁，再次加料✘↟·↟☁，用於分離量少而純度要求高的物料✘↟·↟☁，每批精餾氣化物質的量n(V )= (R+1)n(D)✘↟·↟☁，所需時間τ=n(V)/qn(V)；
特殊精餾╃·₪：恆沸精餾(加第三組分✘↟·↟☁，形成新的低恆沸物✘↟·↟☁，增大相對揮發度) ☁╃•▩↟、萃取精餾(加第三組分✘↟·↟☁，增大相對揮發度)☁╃•▩↟、加鹽萃取精餾☁╃•▩↟、分子蒸餾(針對高分子量☁╃•▩↟、高沸點☁╃•▩↟、高粘度☁╃•▩↟、熱穩定性極差的有機物)↟│₪│◕。


五☁╃•▩↟、吸收
1.吸收劑的要求╃·₪：對溶質的溶解度大✘↟·↟☁，對其他成分溶解度小☁╃•▩↟、易於再生☁╃•▩↟、不易揮發☁╃•▩↟、粘度低☁╃•▩↟、無腐蝕性☁╃•▩↟、無毒不易燃☁╃•▩↟、價低✘↟·↟☁，吸收率η=(mA除/mA進)×100%≈[ (y1-y2)/y1]×100%✘↟·↟☁，(y1✘↟·↟☁，y2╃·₪：進塔和出塔混合氣中A的摩爾分數)↟│₪│◕。
2.稀溶液中亨利定律╃·₪：c*A=HpA✘↟·↟☁，(c*A╃·₪：溶解度；H╃·₪：溶解度係數；pA╃·₪：氣相分壓)；p*A=ExA✘↟·↟☁，(xA╃·₪：液相中溶質摩爾分數；E╃·₪：亨利係數)；y*=mx✘↟·↟☁，(平衡常數m=E/p)；E=ρs/HMs✘↟·↟☁，(ρs✘↟·↟☁，Ms╃·₪：純溶劑密度和相對分子質量)↟│₪│◕。
3.費克定律╃·₪：jA=-DABdcA/dz✘↟·↟☁，(jA╃·₪：擴散速率；DAB╃·₪：組分A在組分B中的擴散係數；dcA/dz╃·₪：組分A在擴散方向z上的濃度梯度)；
等分子擴散速率╃·₪：NA= jA=D(pA,1-pA,2)/RTz；單向擴散╃·₪：NA=D(pA,1-pA,2)p/RTz pB,m✘↟·↟☁，(p/pB,m╃·₪：漂流因子✘↟·↟☁，pB,m= (pB,2-pB,1)/ln(pB,2/pB,1)✘↟·↟☁，即對數平均值)；同理✘↟·↟☁，NA=D(cA,1-cA,2)c/zcB,m↟│₪│◕。
5.吸收塔操作線方程╃·₪：qn(L)/qn(V)=(y1-y2)/(x1-x2)✘↟·↟☁，(qn(V)╃·₪：二元混合氣摩爾流量；qn(L)╃·₪：液相摩爾流量；x✘↟·↟☁，y╃·₪：任意一截面液氣相摩爾流量)；
小液氣比[qn(L)/qn(V)]min=(y1-y2)/(x*1-x2),qn(L)/qn(V)= (1.1—2.0) [qn(L)/qn(V)]min；
低濃度時填料塔高度h=qn(V) [dy/(y-y*)]/KyaS=qn(L) [dx/(x*-x)]/KxaS=NOGHOG=NOLHOL✘↟·↟☁，(K╃·₪：傳質係數；S╃·₪：塔截面積；a╃·₪：單位體積填料有效接觸面積；NOG= [dy/(y-y*)]╃·₪：氣相總傳質單元數；HOG =qn(V)/KyaS╃·₪：氣相總傳質單元高度)；
相平衡線為直線時╃·₪：NOG=ln[(1-S’)(y1-mx2)/(y2-mx2)+S’]/(1-S’)✘↟·↟☁，NOL=ln[(1-A)(y1-mx2)/(y2-mx2)+A]/(1-A)✘↟·↟☁，(吸收因數╃·₪：A=1/S’= qm(V)/mqm(V))↟│₪│◕。
5.填料塔╃·₪：液體上進下出✘↟·↟☁，氣體下進上出✘↟·↟☁，其中設有液體在分佈器✘↟·↟☁，可使其均勻分佈於填料表面✘↟·↟☁，塔頂可按轉除末器↟│₪│◕。


六☁╃•▩↟、乾燥
1.溼度δ=0.622pV/(p-pV)✘↟·↟☁，(pV╃·₪：水蒸汽分壓)；相對溼度φ= pV/pS✘↟·↟☁，(pS╃·₪：水蒸汽飽和分壓)；溼焓I=Ig+δIv✘↟·↟☁，(Ig╃·₪：絕幹空氣的焓；Iv╃·₪：水蒸汽的焓)↟│₪│◕。
2.物料的幹基溼含量X=m水/m絕幹✘↟·↟☁，是基溼含量ω=m水/m總×100%✘↟·↟☁，ω=X/(1+X)；物料分類╃·₪：非吸溼毛細孔物料☁╃•▩↟、吸溼多孔物料和膠體無孔物料；物料與水分╃·₪：總水分☁╃•▩↟、平衡水分☁╃•▩↟、自由水分☁╃•▩↟、非結合水分☁╃•▩↟、結合水分↟│₪│◕。
3.乾燥過程物料衡算╃·₪：qm,c(X1-X2)=qm,L(δ2-δ1)=qm,W✘↟·↟☁，(qm,c╃·₪：乾料的質量流量；qm,L╃·₪：絕幹空氣質量流量；qm,W╃·₪：乾料蒸發出水分的質量流量)✘↟·↟☁，即溼物料減少水分等於幹空氣中增加的水分；
熱量衡算╃·₪：q=qD+qP=qm,L(I2-I0)+qm,c(I’2-I’1)+qL✘↟·↟☁，(qD╃·₪：單位時間乾燥器熱量；qP╃·₪：單位時間預熱氣熱量；qL╃·₪：單位時間熱損失；I2╃·₪：出乾燥器的空氣的焓；I0╃·₪：進預熱器的空氣的焓；I’2✘↟·↟☁，I’1╃·₪：進出乾燥器物料的焓)✘↟·↟☁，qD=qm,L(I1-I0) =qm,L(1.01+1.88δ0) (t1-t0)✘↟·↟☁，qD=qm,L(I2-I1)+qm,c(I’2-I’1)+qL；
乾燥器熱效率╃·₪：η=qd/qP×100%✘↟·↟☁，(qd=qm,L(1.01+1.88δ0) (t1-t2))↟│₪│◕。
4.乾燥速率U=h(t-tW)/rtw✘↟·↟☁，(h╃·₪：對流表面傳熱係數；t╃·₪：恆定乾燥條件下空氣平均溫度；tW╃·₪：初始狀態空氣溼球溫度；r╃·₪：飽和蒸汽冷凝潛熱)；
恆速乾燥階段時間╃·₪：τ1=qm,c(X1-Xc)/UcS✘↟·↟☁，(Xc╃·₪：臨界溼含量；S╃·₪：乾燥面積)✘↟·↟☁，
降速乾燥階段時間╃·₪：τ2=qm,c(Xc-X*)ln[(Xc-X*)/( X2-X*)]/UcS↟│₪│◕。
5.乾燥器分類╃·₪：廂式乾燥器☁╃•▩↟、隧道乾燥器☁╃•▩↟、轉筒乾燥器☁╃•▩↟、帶式乾燥器☁╃•▩↟、轉鼓乾燥器☁╃•▩↟、噴霧乾燥☁╃•▩↟、流化床乾燥器☁╃•▩↟、氣流乾燥器☁╃•▩↟、微波高頻乾燥↟│₪│◕。


七☁╃•▩↟、新型分離技術
1.超臨界萃取╃·₪：以超臨界流體作萃取劑(密度接近於液體✘↟·↟☁，而粘度接近於氣體✘↟·↟☁，擴散係數位於兩者之間)✘↟·↟☁，其具有很強的選擇性和溶解能力✘↟·↟☁，傳質速率大；流程可分為╃·₪：等溫法☁╃•▩↟、等壓法和吸附吸收法↟│₪│◕。
2.膜分離技術╃·₪：微濾☁╃•▩↟、超濾☁╃•▩↟、納濾☁╃•▩↟、反滲透☁╃•▩↟、透析☁╃•▩↟、電滲析☁╃•▩↟、氣膜膜分離☁╃•▩↟、滲透氣化(溶質發生相變化✘↟·↟☁，再透過側以氣相狀態存在)↟│₪│◕。