《化工原理》课程教学资源：基本概念、主要公式集

《化工原理》基本概念、主要公式 第一章 基本概念 连续性假定质点拉格朗日法欧拉法定态流动轨线与流线系统与控制体粘性的物理本质 质量守恒方程静力学方程总势能理想流体与实际流体的区别可压缩流体与不可压缩流体的区别 牛顿流体与非牛顿流体的区别伯努利方程的物理意义动量守恒方程平均流速动能校正因子 均匀分布均匀流段层流与湍流的本质区别稳定性与定态性边界层边界层分离现象因次 雷诺数的物理意义泊谡叶方程因次分析实验研究方法的主要步骤摩擦系数完全湍流粗糙管 局部阻力当量长度毕托管驻点压强孔板流量计转子流量计的特点 非牛顿流体的特性(塑性、假塑性与涨塑性、触变性与震凝性、粘弹性) 重要公式 牛顿粘性定律z=g dy 静力学方程+x1g=2+2g 机械能守恒式+z;g+"+b=P2+2:g+"2+h 动量守恒ΣFx=qm(u2x-u1x) 雷诺数Re=如_lG 阻力损失h.-2lu2 局部阻力b=5 当量直径d=以 孔板流量计q=C04,4 AP=R(P-P)g 第二章 基本概念: 管路特性方程输送机械的压头或扬程离心泵主要构件离心泵理论压头的影响因素叶片后弯原因 气缚现象离心泵特性曲线离心泵工作点离心泵的调节手段汽蚀现象必需汽蚀余量(NPSH)r 离心泵的选型(类型、型号)正位移特性往复泵的调节手段离心泵与往复泵的比较(流量、压头) 通风机的全压、动风压真空泵的主要性能参数 重要公式 8(4+5) 管路特性H +Az+∑ Pg 泵的有效功率P=P8q1H

《化工原理》基本概念、主要公式 第一章 基本概念： 连续性假定 质点 拉格朗日法 欧拉法 定态流动 轨线与流线 系统与控制体 粘性的物理本质 质量守恒方程 静力学方程 总势能 理想流体与实际流体的区别 可压缩流体与不可压缩流体的区别 牛顿流体与非牛顿流体的区别 伯努利方程的物理意义 动量守恒方程 平均流速 动能校正因子 均匀分布 均匀流段 层流与湍流的本质区别 稳定性与定态性 边界层 边界层分离现象 因次 雷诺数的物理意义 泊谡叶方程 因次分析实验研究方法的主要步骤 摩擦系数 完全湍流粗糙管 局部阻力当量长度 毕托管 驻点压强 孔板流量计 转子流量计的特点 非牛顿流体的特性(塑性、假塑性与涨塑性、触变性与震凝性、粘弹性) 重要公式： 牛顿粘性定律 dy du τ = µ 静力学方程 z g p z g p 2 2 1 1 + = + ρ ρ 机械能守恒式 e hf u z g p h u z g p + + + = + + + 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 ρ ρ 动量守恒 ( ) ΣFX = qm u2X − u1X 雷诺数 µ µ duρ dG Re = = 阻力损失 2 2 u d l hf = λ ? ? ? ? d q d u h V f ∞ ∞ 层流 Re 64 λ = 或 2 32 d ul hf ρ µ = 局部阻力 2 2 u hf = ζ 当量直径 Π = A e 4 d 孔板流量计 ρ ∆P = 2 qV C0A0 ， ∆P = R(ρ i − ρ)g 第二章 基本概念： 管路特性方程 输送机械的压头或扬程 离心泵主要构件 离心泵理论压头的影响因素 叶片后弯原因 气缚现象 离心泵特性曲线 离心泵工作点 离心泵的调节手段 汽蚀现象 必需汽蚀余量(NPSH)r 离心泵的选型(类型、型号) 正位移特性 往复泵的调节手段 离心泵与往复泵的比较(流量、压头) 通风机的全压、动风压 真空泵的主要性能参数 重要公式： 管路特性 2 2 4 8( ) e Vq d g d l z g p H π λ ζ ρ + + ∆ + Σ ∆ = 泵的有效功率 Pe = ρgqV He 1

泵效率m= 最大允许安装高度H,1=p-PB-EH/1-I(NPSH,+0.1 A 风机全压换算p'r=pr 第三章 基本概念 搅拌目的搅拌器按工作原理分类混合效果调匀度分隔尺度宏观混合微观混合搅拌器的两个功能 旋浆式搅拌器、涡轮式搅拌器、大叶片低转速搅拌器特点及适用范围改善搅拌效果的工程措施(转速、 挡板、偏心、导流筒)搅拌器功率的影响因素搅拌功率的分配搅拌器的放大准则 第四章 基本概念 非球形颗粒的当量直径形状系数分布函数频率函数颗粒群平均直径的基准 床层比表面床层空隙率数学模型法的主要步骤架桥现象过滤速率基本方程 过滤常数及影响因素洗涤速率过滤机的生产能力τopt 叶滤机板框压滤机回转真空过滤机加快过滤速率的途径 重要公式 物料衡算:三个去向:滤液,滤饼中固体(1-6),滤饼中液体v钟6 K42 其中K 2△ 过滤速率基本方程 dt 20+p K42 恒速过滤 2+V 恒压过滤 V4+2VV= KA t 生产能力 回转真空过滤=x+-4 板框压滤机洗涤时间(q=0,S=0) △P_8"r APw A 第五章 基本概念 曳力(表面曳力、形体曳力)曳力系数斯托克斯定律区牛顿区(自由)沉降速度重力沉降室加隔板 离心分离因数旋风分离器主要评价指标总效率粒级效率分割直径dc流化床的特点(混合、 压降)两种流化现象聚式流化的两种极端情况起始流化速度带出速度气力输送 重要公式 斯托克斯沉降公式L,= d(Pp-p)8 yee 18g 重力降尘室生产能力qp=Al 除尘效率

泵效率 a e P P η = 最大允许安装高度 0 1 0 ] = − − Σ f − V g H g p g p H ρ ρ [ − [( ) + 0.5] NPSH r 风机全压换算 ρ ρ' ' p T = pT 第三章 基本概念： 搅拌目的 搅拌器按工作原理分类 混合效果 调匀度 分隔尺度 宏观混合 微观混合 搅拌器的两个功能 旋浆式搅拌器、涡轮式搅拌器、大叶片低转速搅拌器特点及适用范围 改善搅拌效果的工程措施(转速、 挡板、偏心、导流筒) 搅拌器功率的影响因素 搅拌功率的分配 搅拌器的放大准则 第四章 基本概念： 非球形颗粒的当量直径 形状系数 分布函数 频率函数 颗粒群平均直径的基准 床层比表面 床层空隙率 数学模型法的主要步骤 架桥现象 过滤速率基本方程 过滤常数及影响因素 洗涤速率 过滤机的生产能力 τopt 叶滤机 板框压滤机 回转真空过滤机 加快过滤速率的途径 重要公式： 物料衡算： 三个去向： 滤液V ，滤饼中固体V饼（1 − ε），滤饼中液体V饼ε 过滤速率基本方程 2( ) 2 V Ve KA d dV + = τ ， 其中 0φµ 1 2 r K −S ∆ = P 恒速过滤 τ 2 2 2 KA V +VVe = 恒压过滤 V τ 2 2 + 2VVe = KA 生产能力 Στ = V Q 回转真空过滤 e e q q n q = K + − ϕ 2 板框压滤机洗涤时间( = 0 , ) qe S = 0 τ µ µ τ V W VW W W 8 P P ∆ ∆ = 第五章 基本概念： 曳力(表面曳力、形体曳力) 曳力系数 斯托克斯定律区 牛顿区 (自由)沉降速度 重力沉降室加隔板 离心分离因数 旋风分离器主要评价指标 总效率 粒级效率 分割直径 dpc 流化床的特点(混合、 压降) 两种流化现象 聚式流化的两种极端情况 起始流化速度 带出速度 气力输送 重要公式： 斯托克斯沉降公式 µ ρ ρ 18 ( ) 2 d p p g t − u = ， Re p < 2 重力降尘室生产能力 qV = A底ut 除尘效率 进 进 出 C C − C η = 2

流化床压降AP=(Pn-P)g P 第六章 基本概念 传热过程的三种基本方式载热体三种传热机理的物理本质间壁换热传热过程的三个步骤 傅里叶定律导热系数热阻推动力流动对传热的贡献牛顿冷却定律强制对流自然对流(加 热、冷却面的位置)关联式Nu=0.023Re0.8Prb的定性尺寸、定性温度,b的取值努塞尔数、普朗特数 的物理意义大容积自然对流的自动模化区液体沸腾的两个必要条件核状沸腾膜状沸腾临界点 沸腾给热的强化蒸汽冷凝的两种形式膜状冷凝给热系数α排放不凝性气体各种α的相对大小 斯蒂芬-波尔兹曼定律黑体黑度灰体克希霍夫定律角系数传热过程的控制步骤 传热操作线K与A的对应对数平均推动力逆流并流冷、热流体流动通道的主要选择原则 重要公式: 傅立叶定律q=- 牛顿冷却定律q=a(T-T) 努塞尔数 aλc 普朗特数 圆管内强制湍流a=0.023Re"Pr受热b=0.4,冷却b=0.3 传热系数 K dd, I*ad t 传热基本方程式Q=KA△m 热量衡算式Q=qm(Cn(T1-72)=qm2Cn2(1-12)或Q=qmr 第七章 基本概念: 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 重要公式 蒸发水量W=F(1--) 热量衡算Q=Dn=FC(t-t)+W+Q测 传热速率Q=K4(T-1) 溶液沸点【=t+△ 第八章 基本概念: 吸收的目的和基本依据主要操作费解吸方法选择吸收溶剂的主要依据相平衡常数及影响因素 费克定律扩散流JA浄物流N主体流动№M传递速率NA漂流因子(气、液)扩散系数的影响因素

流化床压降 g A m p p (ρ ρ ) ρ ∆P = − 第六章 基本概念： 传热过程的三种基本方式 载热体 三种传热机理的物理本质 间壁换热传热过程的三个步骤 傅里叶定律 导热系数 热阻 推动力 流动对传热的贡献 牛顿冷却定律 强制对流 自然对流(加 热、冷却面的位置) 关联式 Nu=0.023Re0.8Prb 的定性尺寸、定性温度，b 的取值 努塞尔数、普朗特数 的物理意义 大容积自然对流的自动模化区 液体沸腾的两个必要条件 核状沸腾 膜状沸腾 临界点 沸腾给热的强化 蒸汽冷凝的两种形式 膜状冷凝给热系数α 排放不凝性气体 各种α 的相对大小 斯蒂芬-波尔兹曼定律 黑体 黑度 灰体 克希霍夫定律 角系数 传热过程的控制步骤 传热操作线 K 与 A 的对应 对数平均推动力 逆流 并流 冷、热流体流动通道的主要选择原则 重要公式： 傅立叶定律 dn dt q = −λ 牛顿冷却定律 q = α(T −TW ) 努塞尔数 λ αl Nu = 普朗特数 λ Cpµ Pr = 圆管内强制湍流 b d 0.023 Re Pr λ 0.8 α = 受热 b=0.4,冷却 b=0.3 传热系数 2 2 1 2 1 1 1 1 1 1 d d R d d R K λ m α δ α + + + + = 传热基本方程式 m Q = KA∆t 2 1 1 2 ln t t t t tm ∆ ∆ ∆ − ∆ ∆ = 热量衡算式 ( ) ( ) 1 1 1 2 2 2 1 2 Q q C T T q C t t = m p − = m p − 或 Q q r = m1 第七章 基本概念： 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 重要公式： 蒸发水量 (1 ) 0 w w W = F − 热量衡算 Q = Dr0 = FC0 (t − t0 ) +Wr + Q损 传热速率 Q = KA(T − t) 溶液沸点 t = + ∆ 0 t 第八章 基本概念： 吸收的目的和基本依据 主要操作费 解吸方法 选择吸收溶剂的主要依据 相平衡常数及影响因素 费克定律 扩散流 JA 净物流 N 主体流动 NM 传递速率 NA 漂流因子 (气、液)扩散系数的影响因素 3

传质机理气液相际物质传递步骤有效膜理论与溶质渗透理论的结果差别传质速率方程式 传质阻力控制低浓度气体吸收特点物料衡算式建立操作线方程的依据传质单元数NOG 传质单元高度HoG返混最小液气比NoG的计算方法HoG的含义常用设备的HoG值HoG值测定 吸收剂三要素及对吸收结果的影响化学吸收与物理吸收的区别增强因子容积过程表面过程 重要公式 亨利定律p。=E,P2=HC;相平衡y=mx 费克定像J=O,dCA dz 传递速率NA=J4+MxA DC S C Ca-C 对流传质NA=k2(P-P)=k1(C1-C)=k,(y-y)=k(x1-x) 总传质系数K,= 传质速率方程式NA=K,(y-y)=K(x2-x) 吸收过程基本方程式H=HcNw=∫ d K, a y2 y-ye K, a Ay, m 对数平均推动力Aym= (y1-mx1)-(y2-m2) In/1-1 nX mG、y1-1 吸收因数法No1L mG nl( L y2 最小液气比 )m=” 物料衡算式G(y1-y2)=L(x1-x2) 第九章 基本概念 蒸馏的目的及基本依据主要操作费用双组份汽液平衡自由度泡点露点非理想物系 总压对相对挥发度的影响平衡蒸馏简单蒸馏连续精馏间歇精馏特殊精馏实现精馏的必要条件 理论板板效率恒摩尔流假设及主要条件回流比加料热状态参数q值的含义及取值范围 建立操作线的依据操作线为直线的条件最优加料位置挟点恒浓区的特征全回流芬斯克方程 最小回流比最适宜回流比灵敏板间歇精馏的特点恒沸精馏与萃取精馏的主要异同点 多组分精馏流程方案选择关键组分清晰分割法全回流近似法捷算法步骤 重要公式 相平衡常数K=y 相平衡方程y=1+(a-1)x 物料衡算 F=D+n Fx= Dxp tau

传质机理 气液相际物质传递步骤 有效膜理论与溶质渗透理论的结果差别 传质速率方程式 传质阻力控制 低浓度气体吸收特点 物料衡算式 建立操作线方程的依据 传质单元数 NOG 传质单元高度 HOG 返混 最小液气比 NOG 的计算方法 HOG 的含义 常用设备的 HOG 值 HOG 值测定 吸收剂三要素及对吸收结果的影响 化学吸收与物理吸收的区别 增强因子 容积过程 表面过程 重要公式： 亨利定律 pe = Ex ， pe = HC ； 相平衡 ye = mx 费克定律 dz dC J D A A = − AB 传递速率 ； A A Nx A N = J + ( ) A1 A2 Bm M A C C C D C N = − δ 1 2 2 1 ln B B B B Bm C C C C C − = 对流传质 N k ( p p ) k (C C) k ( y y ) k (x x) A = g − i = L i − = y − i = x i − 总传质系数 y x y k m k K + = 1 1 传质速率方程式 N K ( y y ) K (x x) A = y − e = x e − 吸收过程基本方程式 y m y y y e OG OG y y y K a G y y dy K a G H H N ∆ − = − = = ∫ 1 2 1 2 对数平均推动力 2 2 1 1 1 1 2 2 ln ( ) ( ) y mx y mx y mx y mx ym − − − − − ∆ = 吸收因数法 ln[(1 ) ] 1 1 2 2 1 2 L mG y mx y mx L mG L mG NOG + − − − − = 最小液气比 1 2 1 2 min ) x x y y G L e − − ( = 物料衡算式 G( ) ( ) 1 2 1 2 y − y = L x − x 第九章 基本概念： 蒸馏的目的及基本依据 主要操作费用 双组份汽液平衡自由度 泡点 露点 非理想物系 总压对相对挥发度的影响 平衡蒸馏 简单蒸馏 连续精馏 间歇精馏 特殊精馏 实现精馏的必要条件 理论板 板效率 恒摩尔流假设及主要条件 回流比 加料热状态参数 q 值的含义及取值范围 建立操作线的依据 操作线为直线的条件 最优加料位置 挟点恒浓区的特征 全回流 芬斯克方程 最小回流比 最适宜回流比 灵敏板 间歇精馏的特点 恒沸精馏与萃取精馏的主要异同点 多组分精馏流程方案选择 关键组分 清晰分割法 全回流近似法 捷算法步骤 重要公式： 相平衡常数 A A A x y K = 相平衡方程 x x y 1 + ( − 1) = α α 物料衡算 F = D + W Fx f = Dx D + WxW 4

轻组分回收率mA=D 默弗里板效率Emyn-yn q线方程 塔内气液流率=L+qF=RD+q (1-q)F=(R+1)D-(1-q) R 精馏段操作方程y=R+1R+1 L 提馏段操作方程y==x 最小回流比R Je - xe 芬斯克方程 In a 第十章 基本概念 板式塔的设计意图对传质过程最有利的理想流动条件三种气液接触状态转相点 板式塔内主要的非理想流动板式塔的不正常操作现象筛板塔负荷性能图湿板效率全塔效率 操作弹性常用塔板类型板效率、全塔效率的测定填料的主要特性参数常用填料类型载点泛点 最小喷淋密度等板髙度⊕TP等板高度的测定填料塔与板式塔的比较 重要公式 全塔效率Er= N(不含釜) 填料塔高度H= N HETP 基本概念: 萃取的目的及原理溶剂的必要条件临界混溶点和点差点分配曲线分配系数 萃取相萃余相萃取液萃余液选择性系数操作温度对萃取的影响 单级萃取图解法错流萃取完全不互溶物系的逆流萃取最小溶剂比 分配系数 选择性系数B=y/x=y/-P VB/r8 x/(1-x 单级萃取F+S=R+E;Fxn+SzA=RxA+EyA;Ss=Rs+Eys 第十二章 基本概念: 溶液结晶操作的基本原理造成过饱和度方法晶习溶解度曲线超溶解度曲线溶液结晶的两个阶段 晶核的生成方式再结晶现象过饱和度对结晶速率的影响吸附现象物理吸附与化学吸附的区别 吸附分离的基本原理常用的吸附解吸循环常用吸附剂吸附等温线传质内扩散的四种类型 负荷曲线浓度波透过曲线透过点饱和点固定床吸附床高计算膜分离基本原理膜分离过程 分离过程对膜的基本要求膜分离推动力浓差极化阴膜阳膜气体混合物膜分离机理 重要公式

轻组分回收率 f D A Fx Dx η = 默弗里板效率 1 1 * + + − − = n n n n mV y y y y E q 线方程 1 − 1 − − = q x x q q y f 塔内气液流率 L = L + qF = RD + qF V = V − (1 − q)F = (R + 1)D − (1 − q)F 精馏段操作方程 1 + 1 + + = R x x R R y D 提馏段操作方程 V Wx x V L y W = − 最小回流比 e e D e y x x y R − − min = 芬斯克方程 lnα ) 1 1 ln( min W W D D x x x x N − − = 第十章 基本概念： 板式塔的设计意图 对传质过程最有利的理想流动条件 三种气液接触状态 转相点 板式塔内主要的非理想流动 板式塔的不正常操作现象 筛板塔负荷性能图 湿板效率 全塔效率 操作弹性 常用塔板类型 板效率、全塔效率的测定 填料的主要特性参数 常用填料类型 载点 泛点 最小喷淋密度 等板高度 HETP 等板高度的测定 填料塔与板式塔的比较 重要公式： 全塔效率 实际 不含釜 N N E T T ( ) = 填料塔高度 H = NT HETP 第十一章 基本概念： 萃取的目的及原理 溶剂的必要条件 临界混溶点 和点 差点 分配曲线 分配系数 萃取相 萃余相 萃取液 萃余液 选择性系数 操作温度对萃取的影响 单级萃取图解法 错流萃取 完全不互溶物系的逆流萃取 最小溶剂比 分配系数 A A A x y k = 选择性系数 /(1 ) /(1 ) / / 0 0 0 0 A A A A B B A A x x y y y x y x − − β = = 单级萃取 F + S = R + E ； Fx fA + Sz A = Rx A + Ey A； Sz S = Rx S + Ey S 第十二章 基本概念： 溶液结晶操作的基本原理 造成过饱和度方法 晶习 溶解度曲线 超溶解度曲线 溶液结晶的两个阶段 晶核的生成方式 再结晶现象 过饱和度对结晶速率的影响 吸附现象 物理吸附与化学吸附的区别 吸附分离的基本原理 常用的吸附解吸循环 常用吸附剂 吸附等温线 传质内扩散的四种类型 负荷曲线 浓度波 透过曲线 透过点 饱和点 固定床吸附床高计算 膜分离基本原理 膜分离过程 分离过程对膜的基本要求 膜分离推动力 浓差极化 阴膜 阳膜 气体混合物膜分离机理 重要公式： 5