化工原理上册

关于化工原理上册第一二到六章的思维导图，主要内容有第一章流体流动、第二章流体输送机械、第三章非均相混合物分离及固体流态化等。

化工原理

• 第一章 流体流动
  • 1.流体的重要性质
    • 前提是流体连续介质假定
    • 密度
      • 气体
        • 单一
          • 查表
          • 气体状态方程（ρ= PM / RT）
        • 混合
          • 气体状态方程（ρ= PM / RT） （M n = m 1 x 1 + m 2 x 2 +……+ m n x n M n 平均分子量， x n 摩尔分率）
      • 液体
        • 单一
          • 查表
        • 混合
    • 粘性
      • 定义
        • 流体具有流动性 在流体流动时，运功快的流体层对运动慢的流体层施加拖拽力，运功慢的流体层对运动快的流体层施加滞阻力。流体所具有的的这种抵抗两层流体相对运动的性质称为流体的粘性。
      • 牛顿粘性定律
        • 剪切力和内摩擦力看书
      • 流体的粘度
        • 液体的粘度随着温度的升高而减小，气体的粘度随着温度的升高而增大
        • 流体的粘性可用粘度与密度的比值来表示，称为运动粘度
          • 单位
            • SI中为m2/s
            • 物理单位制中为cm2/s或者斯托克斯St （1St=100cst=10-4m2/s）
        • 计算
          • 单一
            • 查表
          • 混合
            • 经验公式计算
        • 单位
    • 比体积
    • 流体静力学
      • 作用在流体上的力
        • 质量力
        • 表面力
      • 静止流体的压力特性
        • 1.流体静压力的方向沿作用面的内法线方向，即垂直指向作用面。 2.静止流体中任意一点的静压力的大小与作用面的方位无关即任意一点上各方向的尽压力均相同。所以流体静压力为标量。
        • 表压=绝对压力-大气压力 真空度=大气压力-绝对压力 真空度=-表压
      • 流体静力学方程
        • 形式
        • 物理意义
          • 总能量守恒
          • 能量可以相互转换
        • 特点：
          • 静力学方程特点 当容器液面上方压力Po一定时，静止液体内部任一点压力p的大小与液体本身密度和该点距液面深度有关。因此静止的连续的同一液体处子同一水平面上各点的压力都相等
            • 等压面原理（p=p 0 +ρg h ）
              • 注意三个条件
                • 连续
                • 静止
                • 同一介质
        • 应用
          • 书上有例题
          • U 型管压差计
          • 液封高度的计算
          • 液位计
          • 等压面的选取、 单位要统一
    • 流体动力学
      • 流体流动概述
        • 流动体系分类
          • 按流体流动过程中流速等物理量是否随时间变化
            • 定态流动（任一固定点所有物理量不随时间变化）
              • 连续生产过程中一般为定态流动
            • 非定态流动（任一固定点所有物理量随时间变化）
          • 按流速所依赖的空间维数不同
            • 一维流动（流体在等截面圆管内做定态流动）
            • 多维流动（流体在矩形通道内做定态流动）
          • 按照流体和壁面的相对关系
        • 流量
          • 体积流量
            • 单位为m3/s
          • 质量流量
            • 单位为kg/s
        • 平均流速u
          •  
          • 流速：管中心＞管壁面处
      • 雷诺数
        • 雷诺数：雷诺实验表明，流体的流动形态不仅取决于流体的流速u还与流体的密度ρ、粘度μ和流道几何尺寸（如圆管直径d）有关。若将这些影响流动形态的量组合为形式则用该数值的大小可判断流体的流动形态，这一数群称为雷诺数。用Re表示。 Re= 在计算Re时，上式中的各物理量需采用相同的单位制，但不管采用哪一种单位制，其数值都是一样的，且其量纲为一。Re是量纲为一的或量纲为一的数群。 Re中的u和d称为流体流动的特征速度和特征尺寸。 当Re＜2000式流动为层流形态，称为层流区。 当Re在2000~4000范围内时，流动可能是层流形态，也可能是湍流形态，称为过渡区。 当Re>4000 时流动一般呈现湍流形态，或称为湍流区。
      • 当量直径
        • 对于非圆形管道，Re中的特征尺寸可用流量的当量直径de代替圆管直径d
        • • A是流道的截面积 Lp是流道的润湿周边长度
      • 流体流动的形态
        • 雷诺数：雷诺实验表明，流体的流动形态不仅取决于流体的流速u还与流体的密度ρ、粘度μ和流道几何尺寸（如圆管直径d）有关。若将这些影响流动形态的量组合为形式则用该数值的大小可判断流体的流动形态，这一数群称为雷诺数。用Re表示。 Re= 在计算Re时，上式中的各物理量需采用相同的单位制，但不管采用哪一种单位制，其数值都是一样的，且其量纲为一。Re是量纲为一的或量纲为一的数群。 Re中的u和d称为流体流动的特征速度和特征尺寸。 当Re＜2000式流动为层流形态，称为层流区。 当Re在2000~4000范围内时，流动可能是层流形态，也可能是湍流形态，称为过渡区。 当Re>4000 时流动一般呈现湍流形态，或称为湍流区。
        • 层流
          • 特点
            • 质点在轴线方向作分层流动， 层次分明， 互不混合 R e ： ＜2000
          • 数学分析
            • 速度分布： 抛物线
            • 平均速度与最大速度的关系 u 平均 = 0.5 u 最
        • 湍流
          • 特点
            • 流体质点在轴线和各个方向运动， 质点混合。 Re： ＞4000
          • 数学分析
            • 速度分布： 中心大， 两端小， 中心附近均匀， Re 越大， 顶部越平
            • 平均速度与最大速度的关系 u 平均 = 0.8 u 最大
      • 流体流动的基本方程
        • 连续性方程
          • 对管路的任意截面：
            • 表示在稳态流动系统中，流体流经各截面的质量流量不变，流速随管道中密度和截面积而变化
          • 对于不可压缩流体，ρ为常数，上式可简化为：
            • 说明不可压缩流体各截面的质量流量和体积流量都相等
          • 对于圆形管道：
        • 伯努利方程
• 第三章 非均相混合物分离及固体流态化
  • 概述
    • 均相物系和非均相物系
    • 非均相物系分类
    • 连续相与分散相
    • 非均相物系分离的目的
      • 回收有用物质
      • 净化物料
      • 环境保护的需要
    • 非均相物系的分离方法
      • 沉降过滤气体湿法净制
      • 电子除尘
  • 颗粒及颗粒床层的特性.
    • 颗粒的特征
      • 特征尺寸
        • 球形颗粒
          • 用直径作为特征长度
        • 非球形颗粒
          • ppt p12
          • 当量直径
            • 体积当量直径
            • 表面积当量直径
            • 比表面积当量直径
            • 形状系数
              • 子主题
      • 颗粒群的特性
        • 颗粒分布
        • 平均粒径
        • 粒子的密度
    • 颗粒床层的特征
      • 床层空隙率
      • 床层的比表面积
      • 床层的各向同性
  • 沉降分离原理及方法
    • 重力沉降
      • 重力沉降速度基本方程：
      • 阻力系数
      • 影响沉降速度的因素
        • 颗粒直径
        • 粘度
        • 干扰沉降的影响
        • 器壁效应的影响
        • 颗粒形状
      • 球形颗粒沉降速度的计算
        • ppt38
        • 试差法
        • 无量纲淑群判别法
        • 摩擦数群法
      • 非球形颗粒的自由沉降速度
      • 重力沉降设备
        • 沉降室
        • 沉降槽
    • 离心沉降
      • 离心沉降速度
      • 旋风分离器的结构与操作原理
        • 构造
          • 进气管、上筒体、下锥体和中央升气管等
        • 原理
        • 特点
      • 旋风分离器的性能
        • 含尘气体处理量VS
          • VS=ui Bh
        • 临界直径dC
        • 分离效率
          • 子主题
        • 分效率
          • 子主题
        • 压强降
          • 子主题
      • 旋风分离器的型式
        • CCT
      • 旋风分离器的选用和计算
      • 旋液分离器
  • 过滤分离原理及设备
    • 过滤
      • 过滤操作的基本概念
        • 过滤：以某种多孔物质为介质，在外力作用下， 使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而使固体颗粒 被截留在介质上，从而实现固、液分离的单元操作。
      • 过滤方式
        • 饼层过滤
        • 深床过滤
      • 过滤介质（使清液通过，节流和支撑滤饼）
        • 织物过滤
        • 粒状过滤
        • 多孔固体介质
      • 滤饼的压缩性和助滤性
        • 不可压缩滤饼
        • 可压缩滤饼
    • 过滤基本方程式
      • 滤饼通过饼层的流动
        • 平均流速
      • 过滤速率
      • 滤饼的阻力
      • 过滤介质的阻力
      • 过滤基本方程式
    • 恒压过滤
    • 恒速过滤与先恒速后恒压过滤
      • 恒速过滤
        • 不可压缩池饼恒速过池时,其过滤压强与过滤时间呈线性关系
      • 先恒速后恒压过滤
        • 子主题
    • 过滤常数的测定
      • 恒压下K、qe、θe的测定
        • 图解法
        • 解析法
      • 压缩性指数s的测定
    • 过滤设备
      • 板框过滤机
      • 加压叶滤机
        • 置换洗涤法
        • 构造
        • 过滤
        • 洗涤
        • 特点
      • 转筒真空过滤机(连续过滤机)
        • 构造
        • 操作
        • 特点
    • 滤饼的洗涤
      • 洗涤滤饼的目的
        • 回收残留在滤饼中的滤液，或 者净化构成滤饼的颗粒状物料。
      • 加压叶滤机
        • 置换洗涤法
      • 板框过滤机
        • 横穿洗涤法
      • 洗涤时间的校正
    • 过滤机的生产能力
      • 间歇过滤机的生产能力
      • 连续过滤的生产能力
• 第五章 传热过程的基础
• 第二章 流体输送机械
  • 流体输送机械概述
    • 看书
    • 管路系统对流体输送机械的能量要求
      • 流体输送机械的功能是对流体做工以提高器机械能
    • 管路系统对输送机械的其他性能要求
  • 离心泵
    • 离心泵的工作原理
      • 离心泵的工作原理是依靠高速旋转的叶轮使叶片间的液体在惯性离心力的作用下自叶轮中心被甩向外周并获得能量，直接表现为静压能的提高。当液体自叶轮中心甩向外周的同时，叶轮中心形成低压区，在储槽液面与叶轮中心总势能差的作用下，致使液体被吸进叶轮中心。依靠叶轮的不断运转，液体便连续地被吸入和排除，从而达到输送液体的目的。
      • 气缚现象
        • 离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心万很小,叶轮中心处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样，离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。 离心泵无自吸力，所以在离心泵启动之前应该在离心泵内灌入被输送的液体。
    • 离心泵的基本结构
      • 供能
        • 叶轮
          • 作用
            • 将电动机的机械能传给液体，使液体的动能有所提高
          • 分类
            • 根据结构
              • 闭式叶轮
                • 叶片的内侧带有前后盖板,适于输送干净流体，效率较高
              • 开式叶轮
                • 没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒的液体悬浮物
              • 半开式叶轮
                • 只有后盖板,可用于输送浆料或含固体悬浮物的液体,效率较低
            • 根据吸液方式
              • 单吸式叶轮
                • 液体只能从叶轮一侧被吸入，结构简单
              • 双吸式叶轮
                • 相当于两个没有盖板的单吸式叶轮背靠背并在了一起，可以从两侧吸入液体,具有较大的吸液能力，而且可以较好的消除轴向推力
      • 转能
        • 泵壳
          • 作用
            • 汇集液体，作导出液体的通道
            • 能使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压
          • 导轮
            • 多级离心泵通常均安装导轮
            • 作用
              • 为了减少离开叶轮的液体直接进入泵壳时因冲击而引起的能量损失，在叶轮与泵壳之间，有时装置一个固定不动而带有叶片的导轮。导轮中的叶片使进入泵壳的液体逐渐转向。且流道连续扩大使部分动能有效的转化为静压能。
            • 安装要求
              • 导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能量损失减小，使动能向静压能的转换更为有利。
      • 轴封装置
        • 70%的故障是由轴承和密封引起的
        • 作用
          • 防止泵内高压液体从间隙漏出，或避免外界空气进入泵内。
        • 分类
          • 填料密封
          • 机械密封
            • 适用于密封要求较高的场合，比如酸，碱，易燃，易爆，有毒液体输送
    • 离心泵的主要性能参数
      • 流量
        • 指单位时间内排到管路系统的液体体积，一般用大Q表示。常用的单位为L/s,m3/s,m3/h
      • 压头（扬程）
        • 定义
          • 指不是离心泵对单位重量（1N）液体所提供的有效能量一般用h表示。单位为J/N或m。
        • 影响因素
          • 转速n
          • 流量q
          • 泵的结构（叶轮的直径，叶片的弯曲情况等）
        • 计算
          • 其中,h为两截面的垂直距离，Px为压力表读数，Pv为真空表读数的负值 忽略压头损失及动压头的差值，则H=h+(Px-Pv)/Pg
      • 效率，轴功率，有效功率
        • 轴功率N
          • 定义
            • 电动机输入泵轴的功率。用N表示，单位为J/s,W,Kw
          • 计算
        • 有效功率Ne
          • 定义
            • 单位时间内流体从泵的叶轮获得的能量。
          • 计算
            • • Ne是离心泵的有效功率，W H是离心泵的压头，m Q是离心泵的实际流量,m3/s 液体的密度，kg/m3
        • 效率
          • 定义
            • 离心泵工作时，泵内存在各种功率损失，致使从电动机输入的轴功率不能全部转变为液体的有效功率。两者之差即为泵内的损失功率,其大小用效率来衡量。
          • 计算公式
          • 离心泵能量损失的原因
            • 水力损失:泵内流体流动摩擦损失,使叶轮给出的能量不能全部被液体获得，仅获得有效扬程
            • 容积损失:泵内有部分高压液体泄漏到低压区，使排出的液体流量小于流经叶轮的流量而造成功率损失，又称为流量损失
            • 机械损失:泵轴与轴承之间的摩擦以及泵轴密封处的摩擦等造成的功率损失，称为机械损失
      • 离心泵的特性曲线
        • 离心泵的特性曲线
          • 概念
            • 表示离心泵的压头，效率和轴功率与流量之间关系的曲线，称为离心泵的特性曲线或离心泵的工作性能曲线。
          • 特性曲线
            • • H-Q曲线
                • H随Q的增大而减小
              • N-Q曲线
                • N随Q的增大而增大，当Q=0时，N最小，因此，启动离心泵时，应关闭出口阀，使电机的电流最小，以保护电机
              • • 曲线上的最高效率点即为泵的设计点,工程上也称为额定点,与之对应的流量称为额定流量，与最高效率点所对应的Q、H、N值称为最佳工况参数,实际生产中，—般取最高效率的92%范围内，如图所示波折号所示区域
        • 影响离心泵性能的因素
          • 液体物性的影响
            • 液体的密度
              • 扬程、流量、效率不变，轴功率改变
                • 离心泵的流量Q和压头H与液体密度无关。泵的效率也不随密度而改变，因此当液体密度改变时，H-Q及曲线基本不变化，但泵的功率与液体密度成正比。 需要指出: 1.液体的质量流量与液体密度成正比， 2.泵进、出口的压力差与密度成正比。
            • 液体的粘度
              • 粘度：
              • 当输送液体的粘度大于常温清水的粘度时
                • 泵大压头减小
                • 流量减小
                • 效率降低
                • 轴功率增大
              • 当输送液体的粘度大于20cst（厘斯）时
                • 需要按公式修正，看书
          • 离心泵的转速对特性曲线的影响（比例定律）
            • 适用条件是离心泵的转速变化不大于+-20%
            • 对同一型号泵、同一种液体，在效率不变的条件下，N-Q、H随n的变化有如下关系(当泵的转速变化小于20%，认为效率基本不变，故需验算)
          • 离心泵叶轮外径的影响（切割定律）
            • 使用条件是固定转速下，叶轮直径的切削不大于5%D2
            • 当离心泵的转速一定时，泵的基本方程式表明其流量压头与叶轮直径有关。对于同一型号的泵，可换用直径较小叶轮（除叶轮外径稍有变化外其他尺寸不变）此时蹦的流量，压头和轴功率与叶轮直径的近似关系为:
    • 离心泵在管路中的运行
      • 离心泵的安装高度
        • 离心泵的安装高度受到汽蚀现象的限制
        • 是指泵的入口距储槽液面的垂直距离
        • 汽蚀现象
          • 原理，看书102页
            • 首先要理解的是： 在固定温度下，当外压小于饱和蒸气压时，液体会加快蒸发使外压增加直到外压等于饱和蒸气压。 在固定压强下，当外压小于饱和蒸气压时，液体会加快蒸发使自身降温直到某一个温度的饱和蒸气压等于外压。
          • 危害
            • 性能下降、噪声和震动、损害泵壳和叶轮
        • 离心泵的抗气蚀性能
          • 这里要看书p102，总结的不全
          • 允许汽蚀余量NPSH
            • 定义：为了防止气蚀现象发生，在离心泵的入口处液体的压头（静压头与动压头之和）必须大于操作温度下液体的饱和蒸汽压头一定数值。此数值极为离心泵的允许气蚀余量。
            • 影响因素:与吸液管路高度、管径等有关，而与泵本身无关
          • 临界汽蚀余量
          • 必须汽蚀余量
            • 定义:表示液体从泵入口流到叶轮内最低压力点K处的全部压头损失
          • 离心泵的最大安装高度
      • 离心泵的工作点
        • 将泵的特性方程和管路的特性方程联立解得的流量和压头即为泵的工作点
          • p103
      • 离心泵的流量调节
        • p105
        • 改变管路特性曲线--改变泵出口阀开度
          • 阀门关小时:管路局部阻力加大，管路特性曲线变陡，即工作点上移，流量减小
        • 改变泵的特性
          • 改变泵的转速或叶轮外缘尺寸均可改变泵的特性。
            • 泵的转速提高:工作点上移，流量增大
        • 离心泵的并联操作
          • 泵曲线
            • 扬程不变，流量加倍（与自身的一半相对比）
          • 低阻管路采用并联
        • 离心泵的串联操作
          • 泵曲线
            • 流量不变，扬程加倍(与自身的一半相对比)
          • 高阻管路采用串联
    • 离心泵的类型与选择
      • 类型
        • 水泵
          • IS型(单级多吸泵)
          • D型（多级泵）
          • Sh型（双吸泵）
        • 油泵（AY型）
        • 耐腐蚀泵（FM型）
        • 杂质泵（p型）
        • 屏蔽泵（无密封泵）
        • 磁力泵（C型）
      • 选择
        • 1.确定系统的流量与压头
        • 2.选择泵的类型与型号
        • 3.核算泵的轴功率
    • 离心泵的安装与操作
      • 1.实际安装高度要小于允许安装高度,并尽力减小吸入管路的流动阻力
      • 2.启动泵前要灌泵，并关闭出口阀，使启动功率最小；停泵前也应先关闭出口阀，以保护叶轮。
      • 3.定期检查维修
    • 其他类型化工用泵
      • p112
      • 往复泵
        • 双动泵
      • 计量泵
      • 隔膜泵
      • 回转泵
        • 齿轮泵
        • 螺杆泵
      • 旋涡泵
    • 气体输送机械
      • 用途
        • 气体输送
        • 产生高压气体
        • 产生真空
      • 特点
      • 离心通风机
        • 工作原理
        • 性能参数
        • 性能曲线
        • 选型
• 绪论
  • 对象
    • 单元操作
      • 定义
        • 定义：用来为化学反应过程创造适宜的条件或将反应产物制成纯净产品
      • 特点
        • 1.不改变其化学性质
        • 2.不同化工过程单元数目，名称排列熟悉不同
        • 3.相同的单元操作，其基本原理，设备相同
      • 分类
        • 流体动力过程
          • 流体输送，沉降，过滤，搅拌。
        • 传热过程
          • 换热，蒸发
        • 传质过程
          • 蒸馏，气体吸收，萃取，浸取，吸附，离子交换，膜分离。
        • 热质传递过程
          • 干燥，增（减）湿
      • 化工原理课程的研究方法
        • 1.实验研究法（经验法）
        • 数学模型法（半经验板理论方法）
  • 单位换算
    • 单位
      • 1基本单位 2.导出单位
      • 物理单位（CGS）
      • 工程单位
      • 国际单位（SI）
    • 单位换算
      • 有例题，看看就懂了
      • 物理量的单位换算
        • 是同一个物理量之间的换算，比如表示长度的单位cm 和 m 之间的换算
      • 经验公式（或数字公式）的单位换算
  • 理论基础 (化工过程的底层原理)
    • 三传
      • 热量传递（加热、冷却、蒸发、冷凝等，遵循热量传递基本规律）
      • 动量传递（流体输送、过滤、沉降、固体流态化等，遵循流体动力学基本规律）
      • 质量传递（蒸馏、吸收、萃取、干燥等，遵循质量传递基本规律）
      • 遵循各自的衡算方程
        • 热量衡算
        • 动量衡算
        • 质量衡算
    • 一反
      • 化学反应过程