Solicitar un resumen de los puntos de conocimiento de los principios de la ingeniería química

1. Mecánica de fluidos y su transporte

1. Operación unitaria: proceso de una sola operación de cambios físicos y químicos, como filtración, destilación y extracción.

2. Cuatro conceptos básicos: balance de materia, balance de energía, relación de equilibrio y velocidad de proceso.

3. Ley de viscosidad de Newton: F=±τA=±μAdu/dy, (F: esfuerzo cortante; A: área; μ: viscosidad; du/dy: gradiente de velocidad).

4. Dos tipos de flujo: flujo laminar y flujo turbulento. El criterio para la forma del flujo es el número de Reynolds Re=duρ/μ; flujo laminar-2000-transición-4000-flujo turbulento.

5. Ecuación de continuidad: A1u1=A2u2; ecuación de Bernoulli: gz+p/ρ+1/2u2=C.

6. Resistencia del fluido = resistencia en el camino + resistencia local: caída de presión en el camino: Δpf = λlρu2/2d, resistencia en el camino: Hf = Δpf/ρg = λl

u2/2dg (λ: coeficiente de fricción); λ=64/Re en flujo laminar, λ=F(Re, ε/d) en flujo turbulento, (ε: rugosidad de la pared de la tubería hf=ξu2); /2g, (ξ: coeficiente de resistencia local, el método de cálculo es diferente en diferentes situaciones)

7. Caudalímetro: caudalímetro de presión variable (tubo taquímetro, caudalímetro de orificio, caudalímetro venturi de sección transversal); .

8. Parámetros principales de la bomba centrífuga: flujo, presión, eficiencia, potencia del eje; punto de trabajo (proporcione una altura de instalación consistente (fenómeno de cavitación, tolerancia de cavitación); diámetro y altura); maquinaria de transporte de gas: ventilador, soplador, compresor, bomba de vacío.

2. Separación mecánica heterogénea

1. Sedimentación de partículas: velocidad de sedimentación laminar Vt=(ρp-ρ)gdp2/18μ, (ρp-ρ: diferencia de densidad de partículas y fluido, μ: viscosidad del fluido); sedimentación por gravedad (cámara de sedimentación, H/v=L/u, multicapa; espesante, sedimentación con el fin de obtener una suspensión espesa (separador ciclónico);

2. Filtración: filtración en profundidad y filtración de la torta de filtración (de uso común, los coadyuvantes de filtración aumentan la rigidez y la porosidad de la torta de filtración); clasificación: filtración por prensa, filtración centrífuga, velocidad de filtración intermitente, continua; Ecuación: u=(Δp/Lμ)ε3/5a2(1-ε)2, (ε: relación de vacíos de la torta de filtración; a: área superficial específica de las partículas; L: espesor de capa).

3. Transferencia de calor

1. Métodos de transferencia de calor: conducción de calor (ley de Fourier), transferencia de calor por convección (ley de enfriamiento de Newton), transferencia de calor por radiación (cuarta ley de potencia); Método de intercambio: transferencia de calor de partición, transferencia de calor mixta, transferencia de calor del cuerpo de almacenamiento de calor (calentamiento y enfriamiento periódicos del cuerpo de almacenamiento de calor).

2. Ley de Fourier: dQ= -λdA, (Q: tasa de conducción de calor; A: área isotérmica; λ: coeficiente proporcional;

La relación entre λ); y temperatura :λ=λ0(1+at), (a: coeficiente de temperatura).

3. Conducción de calor en diferentes circunstancias: pared plana monocapa: Q=(t1-t2)/[b/(CmA)]=diferencia de temperatura/resistencia térmica, (b: espesor de pared; Cm =( λ1-λ2)/2);

Pared plana multicapa: Q=(t1-tn+1)/ [bi /(λiA)]; -t2) /[b/(λAm)], (A: área lateral del cilindro, C=

(A2-A1)/ln(A2/A1)); (t1 -t n+1)/ [1/λi [ln(ri+1/ri) ].

4. Tipos de transferencia de calor por convección: transferencia de calor por convección forzada (energía mecánica adicional), transferencia de calor por convección natural (causada por la diferencia de temperatura), transferencia de calor por condensación de vapor (pared fría), transferencia de calor por ebullición líquida (caliente). pared), los dos primeros no tienen cambio de fase y los dos últimos tienen cambio de fase la ley de enfriamiento de Newton: dQ=hdAΔt, (Δt>0; h: coeficiente de transferencia de calor).

5. Tasa de absorción A + reflectividad R + transmitancia D = 1; cuerpo negro A = 1, cuerpo espejo R = 1, cuerpo transmisor de calor D = 1, cuerpo gris A + R = 1; energía E=Eλdλ, (Eλ: energía radiante monocromática; λ: longitud de onda

Cuarta ley potencia: E=C(T/100)4=εC0(T/100)4, (C: Gray); constante de radiación del cuerpo; C0: constante de radiación del cuerpo negro; ε=C/C0: emisividad o negrura;

Transferencia de calor por radiación de dos objetos: Q1-2=C1-2φA[(T1/100) 4 -(T2/100)4], (φ: coeficiente de ángulo; A: área de radiación; C1-2=1/[(1/C1)+(1/C2)-(1/C0)])

6. Ecuación de la tasa de transferencia de calor total: dQ=KmdA, (dQ: tasa de transferencia de calor del microelemento; Km: coeficiente de transferencia de calor total; A: área de transferencia de calor

1/K=); 1/h1+bA1/λAm+A1/h2A2, (h1, h2: coeficiente de transferencia de calor de la superficie del fluido frío y caliente).

7. Intercambiador de calor: intercambiador de calor con camisa, intercambiador de calor de tubos enrollados, intercambiador de calor de mangas, intercambiador de calor de tubos y tubos.

IV.Destilación

1. Clasificación de la destilación: modo de operación: destilación continua, destilación intermitente; requisitos de separación: destilación simple, destilación de equilibrio (destilación flash), rectificación, destilación especial; presión: destilación a presión normal, destilación a presión, componentes de destilación al vacío: destilación de dos componentes y destilación de múltiples componentes (destilación), torres de destilación de uso común;

2. Equilibrio de fase gas-líquido de una solución de dos componentes: ecuación del punto de burbuja del líquido: xA=[p-pB(t)]/[pA(t)-pB(t)], (xA : fracción molar líquida del componente A; p

(t): función de la presión con respecto a la temperatura ecuación del punto de rocío del gas: yA=pA/p=[pA(t)/p]×[); p-pB( t)]/[pA(t)-pB(t)];

Constante de equilibrio KA=yA/xA, solución ideal: KA=p°A/p, es decir, la suma de la presión de vapor saturado de los componentes y la relación de presión total

Volatilidad: υA=pA/xA, volatilidad relativa: αAB=υA/υB, y finalmente se puede derivar la ecuación de equilibrio gas-líquido : y=αx/[1+(a-1) x]; Diagrama de fases de equilibrio gas-líquido: diagrama p-x (isotérmico)

, diagrama t-x(y) (isobárico), diagrama x-y.

3. Destilación de equilibrio: qn(F), xF se calienta hasta tF por encima del punto de burbuja, se vaporiza a presión reducida, la temperatura alcanza la temperatura de equilibrio te, las dos fases se equilibran qn(D), yD y qn(W) , xW;

Balance de materia: yD=qxW/(q-1)-xF/(q-1), (tasa de licuefacción: q=qn(W)/qn( F));

Balance de calor: tF=te+(1-q)γ/Cp,m, (Cp,m: capacidad calorífica molar a presión constante de la solución original; γ: calor latente molar de vaporización de la solución original); relación de equilibrio: yD=αxW/[1+(α-1)xW].

4. Destilación simple: Continuar calentando hasta que la composición del líquido de la caldera y la composición del destilado alcancen el nivel especificado: ln[n(F)/n(W)]=

{ln(xF/xW)-αln[(1-xF)/(1-xW)]}/(α-1) Balance de materia total: n(F)=n(W)+n; (D) ;Saldo de componentes volátiles: n(F)xF

=n(W)xW+n(D)xD Derivación: xD= [n(F)xF-n(W)xW] /[n(F)-n(W)].

5. Destilación: vaporización parcial múltiple y condensación parcial (continua, intermitente), se adoptan diferentes operaciones de presión para diferentes puntos de burbuja y el número de placas se registra de arriba a abajo.

Tasa de recuperación de componentes volátiles en la parte superior de la torre: ηD=qn(D)xD/qn(F)xF×100%, tasa de recuperación de componentes no volátiles en la caldera: ηW=qn(W)(1 -xW)/[qn( F)(1-xF)]×100%;

Balance total de materia en la sección de rectificación: qn(V)=qn(D)+qn(L); de componentes volátiles en la sección de rectificación Calcular: qn(V)yn+1=qn(D)xD+qn(L)xn (V: el volumen de vapor ascendente de cada capa; D: el volumen de destilado de cabeza; L: el volumen de líquido descendente de cada placa; yn +1: fracción molar de componentes volátiles en el vapor que sube desde la placa n+1; xn: fracción molar de componentes volátiles en el líquido que cae de la placa n), ecuación de línea operativa de la destilación; sección: yn+1 =Rxn/(R+1)

+xD/(R+1), (relación de reflujo R= qn(L)/qn(D)); p>Sección de desbroce Balance de materia total: qn(L')=qn(V')+qn(W) Balance de componentes volátiles en la sección de desbroce: qn(L')x'm=qn(V')y'm+ 1); +qn(W)xW

;(W: volumen de líquido de la caldera), ecuación de la línea operativa de la sección de extracción: y'm+1= qn(L')x'm/qn(V') -qn (W)xW/qn(V');

Balance de materia total: qn(F)+qn(V')+qn(L)=qn(V)+qn(L '), multiplicado por cada valor de entalpía Hx es el balance de calor, qn(V)=qn(V')+(1-q)qn(F), (parámetro del estado térmico de la alimentación de destilación q=(HV-HF)/(HV-HL) , es decir, la relación entre el calor necesario para convertir una unidad de materia prima líquida en vapor saturado y el calor latente de una unidad de materia prima líquida

Ecuación de alimentación: y=qx/(q); -1)- xF/(q-1); Cálculo de platos teóricos por método plato por plato y método gráfico, el número de platos teóricos disminuye a medida que aumenta la relación de reflujo R, método analítico: el número de platos teóricos en total. reflujo Nmin={lg[xD(1- xw)/[xw(1-xD)]]}/lgam-1, (am: volatilidad media de toda la torre

Relación de reflujo mínima Rmin); =(xD-yq)/(yq-xq), (xq, yq: cuando se alimenta), Ractual = (1,1-2,0) Rmin La eficiencia total de la torre ET es la relación entre el número teórico de placas y el número real de placas;

Destilación intermitente: la destilación por lotes, alimentando una vez y esperando que el líquido del hervidor alcance la composición especificada, liberando el líquido residual y agregando materiales nuevamente, se utiliza para separar materiales con pequeñas cantidades y alta pureza. requisitos La cantidad de materiales vaporizados en cada lote de destilación n (V) =

(R+1)n(D), el tiempo requerido τ=n(V)/qn(V); destilación: destilación azeotrópica (agregar el tercer componente para formar un nuevo punto de ebullición constante, aumentando la volatilidad relativa)

, destilación extractiva (agregando un tercer componente, aumentando la volatilidad relativa), adición de sal, destilación extractiva, destilación molecular (para alto peso molecular, alto punto de ebullición, compuestos orgánicos con alta viscosidad y estabilidad térmica extremadamente pobre).

5. Absorción

1. Requisitos para los absorbentes: alta solubilidad para solutos, baja solubilidad para otros componentes, fácil regeneración, no volátil, baja viscosidad, no corrosivo, no tóxico Es venenoso, no inflamable, de bajo precio y la tasa de absorción η=(mA aparte/mA in)×100%≈[

(y1-y2)/y1]×100%, ( y1, y

2: La fracción molar de A en el gas mezclado que entra y sale de la torre).

3. Ley de Henry en solución diluida: c*A=HpA, (c*A: solubilidad; H: coeficiente de solubilidad; pA: presión parcial de la fase gaseosa); fracción molar de soluto líquido en la fase; E: coeficiente de Henry; y*=mx, (constante de equilibrio m=E/p=ρs/HMs, (ρs, Ms: densidad del disolvente puro y masa molecular relativa).

4. Ley de Fike: jA=-DABdcA/dz, (jA: velocidad de difusión; DAB: coeficiente de difusión del componente A en el componente B; dcA/dz: gradiente de concentración del componente A en la dirección de difusión sobre z

Velocidad de difusión esimolecular: NA= jA=D(pA,1-pA,2)/RTz; Difusión unidireccional: NA=D(pA,1-pA,2)p/RTz;

pB,m, (p/pB,m: factor de deriva, pB,m=

(pB,2-pB,1)/ln(pB ,2/pB, 1), es decir, el promedio logarítmico); de manera similar, NA=D(cA,1-cA,2)c/zcB,m.

5. Ecuación de la línea de operación de la torre de absorción: qn(L)/qn(V)=(y1-y2)/(x1-x2), (qn(V): caudal molar de gas mixto binario; qn(L): caudal molar de la fase líquida y2)/(x*1-x2),qn(L)/qn(V)= (1,1-2,0) [qn(L)/qn(V)]min;

Llenado a baja concentración Altura de la torre h=qn(V) [dy/(y-y*)]/KyaS=qn(L)

[dx/(x*-x) ]/KxaS=NOGHOG=NOLHOL, (K: Coeficiente de transferencia de masa; S: área de la sección transversal de la torre; a: área de contacto efectiva por unidad de volumen de empaque; NOG=

[dy/(y-y*) ]: número total de unidades de transferencia de masa en la fase gaseosa; HOG =qn(V) /KyaS: altura total de la unidad de transferencia de masa en fase gaseosa

Cuando la línea de equilibrio de fases es una línea recta: NOG= ln[(1-S')(y1-mx2)/(y2-mx2)+S'] /(1-S'), NOL=ln[(1-A)(y1-mx2)/(y2-mx2 )+A]/(1-A), (factor de absorción: A=1/S'=

qm(V)/mqm(V)).

6. Torre empacada: el líquido entra y sale por la parte superior, y el gas entra y sale por la parte inferior. Hay un distribuidor para el líquido, que puede distribuirlo uniformemente en la superficie. del embalaje. La parte superior de la torre se puede girar para eliminar el polvo.

6. Secado

1. Humedad absoluta δ=0,622pV/(p-pV), (pV: presión parcial de vapor de agua φ=

pV/pS, (pS: presión parcial saturada del vapor de agua); entalpía húmeda I=Ig+δIv, (Ig: entalpía del aire absolutamente seco; Iv: entalpía del vapor de agua).

2. El contenido de humedad en base seca del material Clasificación: materiales porosos no higroscópicos, materiales porosos higroscópicos y materiales coloidales no porosos. Materiales y humedad: humedad total, humedad equilibrada, humedad libre, humedad libre; , humedad ligada.

3. Balance de materia en el proceso de secado: qm, c (X1-X2) = qm, L (δ2-δ1) = qm, W, (qm, c: caudal másico absoluto de materia seca ; qm , L: flujo másico de aire seco absoluto; qm, W: flujo másico de humedad evaporada de materiales secos), es decir, la reducción de humedad en materiales húmedos es igual al aumento de humedad en aire seco

Balance de calor: q=qD +qP=qm,L(I2-I0)+qm,c(I'2-I'1)+qL, (qD: calor del secador por unidad de tiempo; qP: calor del gas de precalentamiento por unidad de tiempo; qL: pérdida de calor por unidad de tiempo; I2: entalpía del aire que sale del secador; I0: entalpía del aire que entra al precalentador; I'2, I'1: entalpía de los materiales que entran y salen del secador), 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;

Eficiencia térmica del secador: η=qd/qP×100%, (qd=qm,L(1.01+1.88δ0)(t1-t2)).

4. Velocidad de secado U=h(t-tW)/rtw, (h: coeficiente de transferencia de calor de la superficie de convección; t: temperatura promedio del aire en condiciones de secado constantes; tW: temperatura de bulbo húmedo del aire en estado inicial; r: calor latente de condensación del vapor saturado);

Tiempo de etapa de secado a velocidad constante: τ1=qm,c(X1-Xc)/UcS, (Xc: contenido de humedad crítico; S: área de secado), secado a velocidad reducida Tiempo de etapa: τ2=qm,c(Xc-X*)ln[(Xc-X*)/(

X2-X*)]/UcS.

5. Clasificación del secador: secador de cámara, secador de túnel, secador de tambor, secador de cinta, secador de tambor, secador por aspersión, secador de lecho fluidizado, secador de flujo de aire, secado de alta frecuencia por microondas.

7. Nueva tecnología de separación

1. Extracción supercrítica: utilizando fluido supercrítico como agente de extracción (la densidad es cercana a la del líquido, la viscosidad es cercana a la del gas y el coeficiente de difusión está entre los dos) tiempo), tiene una fuerte selectividad y capacidad de disolución, y una gran tasa de transferencia de masa. El proceso se puede dividir en: método isotérmico, método isobárico y método de absorción por adsorción;

2. Tecnología de separación por membrana: microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración, ósmosis inversa, diálisis, electrodiálisis, separación por membrana de gas, gasificación osmótica (el soluto sufre un cambio de fase y luego pasa a través del estado de fase gaseosa). .