① 求化工原理知識點提要
一、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、平衡關系、過程速率。
3.牛頓粘性定律:F=±τA=±μA/dy,(F:剪應力;A:面積;μ:粘度;/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=ρ/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+局部阻力;范寧公式:沿程壓降:Δpf=λlρu2/2d,沿程阻力:Hf=Δpf/ρg=λl
u2/2dg(λ:摩擦系數);層流時λ=64/Re,湍流時λ=F(Re,ε/d),(ε:管壁粗糙度);局部阻力hf=ξu2/2g,(ξ:局部阻力系數,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、文丘里流量計);變截面流量計。
8.離心泵主要參數: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;濾速的康采尼方程: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(對蓄熱體的周期性加熱、冷卻)。
2.傅立葉定律:dQ= -λdA ,(Q:熱傳導速率;A:等溫面積;λ:比例系數; :溫度梯度);
λ與溫度的關系:λ=λ0(1+at),(a:溫度系數)。
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.對流傳熱類型: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:傳熱系數)。
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:角系數;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:總傳熱系數;A:傳熱面積);
1/K=1/h1+bA1/λAm+A1/h2A2,(h1,h2:熱、冷流體表面傳熱系數)。
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):壓強關於溫度的函數); 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,最終可導出氣液平衡方程: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);平衡關系: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; 關系式:ln[n(F)/n(W)]=
{ln(xF/xW)-αln[(1-xF)/(1-xW)]}/(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),(精餾進料熱狀態參數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={lg[xD(1-xw)/[xw(1-xD)]]}/lgam-1,(am:全塔平均揮發度);
最小迴流比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指定組成後,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,y
2:進塔和出塔混合氣中A的摩爾分數)。
3.稀溶液中亨利定律:c*A=HpA,(c*A:溶解度;H:溶解度系數;pA:氣相分壓);p*A=ExA,(xA:液相中溶質摩爾分數;E:亨利系數);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)。
4.費克定律:jA=-DABdcA/dz,(jA:擴散速率;DAB:組分A在組分B中的擴散系數;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);
最小液氣比[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:傳質系數;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))。
6.填料塔:液體上進下出,氣體下進上出,其中設有液體在分布器,可使其均勻分布於填料表面,塔頂可按轉除末器。
六、乾燥
1.絕對濕度δ=0.622pV/(p-pV),(pV:水蒸汽分壓);相對濕度φ=
pV/pS,(pS:水蒸汽飽和分壓);濕焓I=Ig+δIv,(Ig:絕干空氣的焓;Iv:水蒸汽的焓)。
2.物料的干基濕含量X=m水/m絕干,是基濕含量ω=m水/m總×100%,ω=X/(1+X);物料分類:非吸濕毛細孔物料、吸濕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:絕對乾料的質量流量;qm,L:絕干空氣質量流量;qm,W:乾料蒸發出水分的質量流量),即濕物料減少水分等於干空氣中增加的水分;
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:對流表面傳熱系數;t:恆定乾燥條件下空氣平均溫度;tW:初始狀態空氣濕球溫度;r:飽和蒸汽冷凝潛熱);
恆速乾燥階段時間:τ1=qm,c(X1-Xc)/UcS,(Xc:臨界濕含量;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,擴散系數位於兩者之間),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)。
② 【求助】不知道物質沸點怎麼確定減壓蒸餾時的沸點
要合成一種物質,產物要用到減壓蒸餾,但是不知道這個產物的常壓沸點,有辦法確定減壓蒸餾時40mm汞柱的溫度么? 純物質的沸點與壓力有關,但不是線性關系。公式只能算出理論值。 :tiger24:小木蟲1985(站內聯系TA)這個可能需要慢慢試了,先把壓昌塵簡力降下來,然後慢慢升溫,收集不同溫度段留餾份,對各個餾份檢測,這個方法好像有點笨,但是應該可以解決問題xiazaibaobao(站內聯系TA)網上有個換算圖的,搜一下就知道了。不知道沸點也沒關系的,只要知道大概多少真空度多少溫度范圍就可以了。主餾分的蒸餾溫度都會穩定一段時間的。tjuwlh(站內聯系TA)Originally posted by 小木蟲1985 at 2010-08-31 09:45:43:這個可能需要慢慢試了,先把壓力降下來,然後慢慢升溫,收集不同溫度段留餾份,對兄埋各個餾份檢測,這個方法好耐褲像有點笨,但是應該可以解決問題 嗯,最後的反應液里有三種物質應該,其中兩個反應物的沸點知道而且量應該不多,按照你這樣估計能解決問題
③ 常減壓蒸餾溫度是怎麼換算的
T常=P常×T減/P簡=101325×T減/P簡
根據萬能公式:PV=nRT,題中情況n是氣體的量不變,R是常數,V是蒸餾瓶體積也不變。所以T常/T減=P常/P簡,得
T常=P常×T減/P簡=101325×T減/P簡
你的修改我沒怎麼看明白
④ 【求助】不知道物質沸點怎麼確定減壓蒸餾時的沸點
要合成一種物質,產物要用到減壓蒸餾,但是不知道這個產物的常壓沸點,有辦法確定減壓蒸餾時40mm汞柱的溫度么? 純物質的沸點與壓力有關,但不是線性關系。公式只能算出理論值。 :tiger24:小木蟲1985(站內聯系TA)這個可能需要慢慢試了,先把壓力降下來,然後慢慢升溫,收集不同溫度段留餾份,對各個餾份檢測,這個方法好像有點笨,但是應該可以解決問題xiazaibaobao(站內聯系TA)網上有個換算圖的,搜一下就知道了。不知道沸點也沒關系的,只要知道大概多少真空度多少溫度范圍就可以了。主餾分的蒸餾溫度都會穩定一段時間的。tjuwlh(站內聯系TA)Originally posted by 小木蟲1985 at 2010-08-31 09:45:43:這個可能需要慢慢試了,先把壓力降下來,然後慢慢升溫,收集不同溫度段留餾份,對各個餾份檢測,這個方法好像有點笨,但是應該可以解決問題 嗯,最後的反應液里有三種物質應該,其中兩個反應物的沸點知道而且量應該不多,按照你這樣估計能解決問題
⑤ 小白求助,關於減壓蒸餾的壓力換算
儀器安裝好後,先檢查系統是否漏氣,方法是:關閉毛細管,減壓至壓力穩專定後,夾住連接屬系統的橡皮管,觀察壓力計水銀柱有否變化,無變化說明不漏氣,有變化即表示漏氣。為使系統密閉性好,磨口儀器的所有介面部分都必須用真空油脂潤塗好,檢查儀器不漏氣後,加入待蒸的液體,量不要超過蒸餾瓶的一半,關好安全瓶上的活塞,開動油泵,調節毛細管導入的空氣量,以能冒出一連串小氣泡為宜。當壓力穩定後,開始加熱。液體沸騰後,應注意控制溫度,並觀察沸點變化情況。待沸點穩定時,轉動多尾接液管接受餾分,蒸餾速度以0.5~1滴/S為宜.蒸餾完畢,除去熱源,慢慢旋開夾在毛細管上的橡皮管的螺旋夾,待蒸餾瓶稍冷後再慢慢開啟安全瓶上的活塞,平衡內外壓力,(若開得太快,水銀柱很快上升,有沖破測壓計的可能),然後才關閉抽氣泵。
⑥ 什麼是燃料油
燃料油是廣泛用於電廠發電、船舶鍋爐燃料、加熱爐燃料、冶金爐和其它工業爐燃料。燃料油主要由石油的裂化殘渣油和直餾殘渣油製成的,其特點是粘度大,含非烴化合物、膠質、瀝青質多。
一般人把能夠作燃料的油品包括輕質的和重質的都叫做燃料油,這樣有些過於籠統,不易區別。在煉油行業內所謂的燃料油,是指一類專門用作各種類型工業燃燒設備(包括鍋爐等)燃料的油品,它並不包括汽油和輕柴油。
(6)減壓蒸餾溫度換算圖擴展閱讀:
雖然只是用作燃料燒掉,但是燃料油仍然要求符合一定的質量標准。其中很重要的一項就是黏度,燃料油的牌號就是按其黏度來劃分的。在燃燒設備中,燃料油都是在壓力下通過噴嘴噴入爐膛的。假如燃料油的黏度太小,它噴射的距離就會太近,容易引起局部過熱;假如黏度太大,就會使噴出的燃料油滴太大,很難燃燒完全,容易生成黑煙。
燃料油有好多品種,有的黏度較小,有的相當黏稠,但是就其多數而言,基本屬於比較黏稠的重質燃料。生產此類重質燃料油的主要原料是原油經過常壓和減壓蒸餾後留下的渣油。
參考資料:網路-燃料油
⑦ 在實驗室做減壓蒸餾。暴沸問題。
水沸騰了當然壓力上去了。
解決方法:
1 改進加熱部分,假如控制電路(溫控表),並使用更好控溫的加熱器(比如加熱帶)。
2 加大冷凝器面積。
3 適當加大容器溶積,實際上還是加大了氣體冷卻的空間和時間。合理安排冷凝器。
⑧ 常減壓蒸餾原理流程圖
原料油在蒸餾塔里按蒸發能力分成沸點范圍不同的油品(稱為餾分),這些油有的經調合、加添加劑後以產品形式出廠,相當大的部分是後續加工裝置的原料,因此,常減壓蒸餾又被稱為原油的一次加工。以下是我為大家整理的關於常減壓蒸餾原理流程圖,給大家作為參考,歡迎閱讀!
1、 基本概念
1.1飽和蒸汽壓
任何物質(氣態、液態和固態)的分子都在不停的運動,都具有向周圍揮發逃逸的本領,液體表面的分子由於揮發,由液態變為氣態的現象,我們稱之為蒸發。揮發到周圍空間的氣相分子由於分子間的作用力以及分子與容器壁之間的作用,使一部分氣體分子又返回到液體中,這種現象稱之為冷凝。在某一溫度下,當液體的揮發量與它的蒸氣冷凝量在同一時間內相等時,那麼液體與它液面上的蒸氣就建立了一種動態平衡,這種動態平衡稱為氣液相平衡。當氣液相達到平衡時,液面上的蒸氣稱為飽和蒸汽,而由此蒸氣所產生的壓力稱為飽和蒸汽壓,簡稱為蒸汽壓。蒸氣壓的高低表明了液體中的分子離開液面氣化或蒸發的能力,蒸氣壓越高,就說明液體越容易氣化。
在煉油工藝中,根據油品的蒸氣壓數據,可以用來計算平衡狀態下烴類氣相和液相組成,也可以根據蒸氣壓進行烴類及其混合物在不同壓力下的沸點換算、計算烴類液化條件等。
1.2氣液相平衡
處於密閉容器中的液體,在一定溫度和壓力下,當從液面揮發到空間的分子數目與同一時間內從空間返回液體的分子數目相等時,就與液面上的蒸氣建立了一種動態平衡,稱為氣液平衡。氣液平衡是兩相傳質的極限狀態。氣液兩相不平衡到平衡的原理,是氣化和冷凝、吸收和解吸過程的基礎。例如,蒸餾的最基本過程,就是氣液兩相充分接觸,通過兩相組分濃度差和溫度差進行傳質傳熱,使系統趨近於動平衡,這樣,經過塔板多級接觸,就能達到混合物組分的最大限度分離。
2、蒸餾方式
在煉油廠生產過程中,有多種形式蒸餾操作,但基本類型歸納起來主要有三種,即閃蒸、簡單蒸餾和精餾
2.1閃蒸(平衡汽化)
加熱液體混合物,達到一定的溫度和壓力,在一個容器的空間內,使之氣化,氣
液兩相迅速分離,得到相應的氣相和液相產物,此過程稱為閃蒸。當氣液兩相有足夠的接觸時間,達到了汽液平衡狀態,則這種氣液方式稱為平衡汽化。
2.2簡單蒸餾(漸次汽化)
液體混合物在蒸餾釜中被加熱,在一定壓力下,當溫度達到混合物的泡點溫度時,液體即開始氣化,生成微量蒸氣,生成的蒸氣當即被引出並經冷凝冷卻後收集起來,同時液體繼續加熱,繼續生成蒸氣並被引出。這種蒸餾方式稱為簡單蒸餾或微分蒸餾,藉助於簡單蒸餾,可以使原料中的輕、重組分得到一定程度的分離。
2.3精餾
精餾是分離混合物的有效手段,精餾有連續式和間歇式兩種,石油加工裝置中都採用連續式精餾,而間歇式一般用於小型裝置和實驗室。
連續式精餾塔一般分為兩段:進料段以上是精餾段,進料段以下是提餾段。精餾塔內裝有提供氣液兩相接觸的塔板和填料。塔頂送入輕組分濃度很高的液體,稱為塔頂迴流。塔底有再沸器,加熱塔底流出的液體以產生一定量的氣相迴流,塔底的氣相迴流是輕組分含量很低而溫度較高的氣體。氣相和液相在每層塔板或填料上進行傳質和傳熱,每一次氣液相接觸即產生一次新的氣液相平衡,使氣相中的輕組分和液相中的重組分分別得到提濃,最後在塔頂得到較純的輕組分,在塔底得到較濃的重組分,藉助於精餾,可以得到純度很高的產品。
實現精餾的必要條件有
(1)建立濃度梯度,液體混合物中各組分的相對揮發度有明顯差異是實現精餾過程的必要條件。
(2)合理的溫度梯度,塔頂加入輕組分濃度很高的迴流液體、塔底用加熱或汽提的方法產生熱的蒸氣。
(3)精餾塔內必須要有塔板或填料,它是提供氣液充分接觸的場所。