化工原理

前言

　　本書是普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材。可作為化工類及相關(guān)專業(yè)（包括化工、石油、生物工程、制藥、材料、冶金、環(huán)保等專業(yè)）的教材，也可供有關(guān)部門的技術(shù)人員參考?！　”緯攸c介紹化工單元操作的基本原理、計算方法和典型設(shè)備。在編寫過程中，力爭保證系統(tǒng)完整，并做到深入淺出，注重理論聯(lián)系實際，突出工程觀點和研究方法，同時反映新技術(shù)。各章中增加“過程強(qiáng)化與展望”一節(jié)，介紹過程的強(qiáng)化措施及該過程的發(fā)展方向。為便于學(xué)習(xí)，各章首有本章學(xué)習(xí)要求，明確本章應(yīng)掌握、了解與熟悉的內(nèi)容；各章末附有思考題和習(xí)題；同時還附有輔導(dǎo)光盤，內(nèi)容有各章重點內(nèi)容綱要，主要設(shè)備的二維、三維動畫，部分附錄、附表，模擬試卷等，便于學(xué)生自學(xué)?！　”緯捎玫奈锢砹糠栔饕罁?jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，但為使用方便，部分符號仍沿用習(xí)慣用法?！　”緯骶帡钭鏄s，副主編劉麗英、劉偉。參加編寫工作的有北京化工大學(xué)楊祖榮（緒論、蒸發(fā)、結(jié)晶）、劉麗英（流體流動與輸送設(shè)備、膜分離）、劉偉（吸收、吸附）、開封大學(xué)陶穎（非均相分離、精餾）及重慶工業(yè)高等技術(shù)學(xué)校賈云（傳熱、干燥）。　　本書承蒙北京聯(lián)合大學(xué)唐小恒教授主審，他提出了許多寶貴意見。在編寫過程中，編者的同事們給予了熱情的關(guān)心、支持和幫助，在此向他們表示深切的謝意。

內(nèi)容概要

本書是普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材，重點介紹化工單元操作的基本原理、計算方法和典型設(shè)備。全書共八章，包括緒論、流體流動與輸送設(shè)備、非均相物系分離、傳熱、蒸發(fā)、吸收、蒸餾、干燥及其他分離技術(shù)。每章均編有適量的例題，章首有本章學(xué)習(xí)要求，章末附有思考題和習(xí)題。    本書理論聯(lián)系實際，強(qiáng)調(diào)工程觀點，在闡明基本原理的基礎(chǔ)上，注重各化工單元的基本操作方法，同時適當(dāng)介紹本學(xué)科的新進(jìn)展。內(nèi)容深入淺出，突出重點，并附有輔導(dǎo)學(xué)習(xí)光盤，便于自學(xué)。本書作為化工及相關(guān)專業(yè)高職高專或成教的教材，也可供化工及相關(guān)部門技術(shù)人員參考。

書籍目錄

緒論第一章  流體流動與輸送設(shè)備  第一節(jié)  流體靜力學(xué)    1―1―1  密度    1―1―2  壓力    1―1―3  流體靜力學(xué)平衡方程  第二節(jié)  流體動力學(xué)    1―2―1  流體的流量與流速    1―2―2  定態(tài)流動與非定態(tài)流動    1―2―3  定態(tài)流動系統(tǒng)的質(zhì)量守恒――連續(xù)性方程    1―2―4  定態(tài)流動系統(tǒng)的機(jī)械能守恒――柏努利方程  第三節(jié)  管內(nèi)流體流動現(xiàn)象    1―3―1  流體的粘度    1―3―2  流體的流動型態(tài)    1―3―3  流體在圓管內(nèi)的速度分布  第四節(jié)  流體流動阻力    1―4―1  流體在直管中的流動阻力    1―4―2  局部阻力    1―4―3  流體在管路中的總阻力  第五節(jié)  管路計算    1―5―1  簡單管路    1―5―2  復(fù)雜管路  第六節(jié)  流速與流量的測量    1―6―1  測速管    1―6―2  孔板流量計    1―6―3  文丘里流量計    1―6―4  轉(zhuǎn)子流量計  第七節(jié)  流體輸送設(shè)備    1―7―1  離心泵    1―7―2  其他類型化工用泵    1―7―3  氣體輸送設(shè)備  思考題  習(xí)題  主要符號說明  參考文獻(xiàn)第二章  非均相物系分離  第一節(jié)  概述    2―1―1  非均相分離在工業(yè)中的應(yīng)用    2―1―2  顆粒與顆粒群的特性  第二節(jié)  顆粒沉降    2―2―1  顆粒在流體中的沉降過程    2―2―2  重力沉降及設(shè)備    2―2―3  離心沉降及設(shè)備  第三節(jié)  過濾    2―3―1  概述    2―3―2  過濾基本方程式    2―3―3  過濾設(shè)備  第四節(jié)  過程強(qiáng)化與展望    2―4―1  沉降過程的強(qiáng)化    2―4―2  過濾過程的強(qiáng)化    2―4―3  過濾技術(shù)展望  思考題  習(xí)題  主要符號說明  參考文獻(xiàn)第三章  傳熱  第一節(jié)  概述    3―1―1  傳熱過程在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用    3―1―2  傳熱基本方式    3―1―3  工業(yè)換熱方式和典型傳熱設(shè)備  第二節(jié)  熱傳導(dǎo)    3―2―1  傅里葉定律及導(dǎo)熱系數(shù)    3―2―2  平壁的熱傳導(dǎo)    3―2―3  圓筒壁的熱傳導(dǎo)  第三節(jié)  對流傳熱    3―3―1  對流傳熱分析    3―3―2  牛頓冷卻定律及對流傳熱系數(shù)    3―3―3  對流傳熱中量綱分析法的應(yīng)用    3―3―4  流體無相變時的對流傳熱系數(shù)    3―3―5  流體有相變時的對流傳熱系數(shù)  第四節(jié)  傳熱計算    3―4―1  熱負(fù)荷計算    3―4―2  總傳熱速率方程    3―4―3  總傳熱系數(shù)    3―4―4  平均溫度差法    3―4―5  壁溫的計算  第五節(jié)  輻射傳    3―5―1  熱輻射的基本概念    3―5―2  物體的輻射能力    3―5―3  兩固體間的輻射傳熱    3―5―4  輻射和對流的聯(lián)合傳熱  第六節(jié)  換熱器    3―6―1  換熱器的分類    3―6―2  列管換熱器的結(jié)構(gòu)及選用    3―6―3  其他常用換熱器  第七節(jié)  過程強(qiáng)化與展望  思考題  習(xí)題  主要符號說明  參考文獻(xiàn)第四章  蒸發(fā)  第一節(jié)  概述  第二節(jié)  單效蒸發(fā)與真空蒸發(fā)    4―2―1  單效蒸發(fā)設(shè)計計算    4―2―2  蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力與生產(chǎn)強(qiáng)度  第三節(jié)  多效蒸發(fā)    4―3―1  加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性    4―3―2  多效蒸發(fā)    4―3―3  多效蒸發(fā)效數(shù)的限制  第四節(jié)  蒸發(fā)設(shè)備    4―4―1  蒸發(fā)器    4―4―2  蒸發(fā)器的選型    4―4―3  蒸發(fā)裝置的附屬設(shè)備和機(jī)械  第五節(jié)  過程和設(shè)備的強(qiáng)化與展望  思考題  習(xí)題  主要符號說明  參考文獻(xiàn)第五章  氣體吸收  第一節(jié)  概述    5―1―1  化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過程    5―1―2  相組成表示法    5―1―3  氣體吸收過程    5―1―4  氣體吸收過程的應(yīng)用    5―1―5  吸收劑的選用    5―1―6  吸收過程的分類  第二節(jié)  氣液相平衡關(guān)系    5―2―1  氣體在液體中的溶解度    5―2―2  相平衡關(guān)系在吸收過程中的應(yīng)用  第三節(jié)  單相傳質(zhì)    5―3―1  定態(tài)的一維分子擴(kuò)散    5―3―2  分子擴(kuò)散系數(shù)    5―3―3  單相對流傳質(zhì)機(jī)理    5―3―4  單相對流傳質(zhì)速率方程  第四節(jié)  相際對流傳質(zhì)及總傳質(zhì)速率方程    5―4―1  雙膜理論    5―4―2  吸收過程的總傳質(zhì)速率方程  第五節(jié)  吸收塔的計算    5―5―1  物料衡算和操作線方程    5―5―2  吸收劑用量與最小液氣比    5―5―3  吸收塔填料層高度的計算    5―5―4  吸收塔塔徑的計算    5―5―5  吸收塔的操作型計算    5―5―6  解吸及其計算    5―5―7  強(qiáng)化吸收過程的措施  第六節(jié)  填料塔    5―6―1  填料塔與填料    5―6―2  填料塔的流體力學(xué)性能    5―6―3  填料塔的附件  思考題  習(xí)題  主要符號說明  參考文獻(xiàn)第六章  蒸餾  第一節(jié)  概述    6―1―1  蒸餾操作在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用    6―1―2  蒸餾操作的依據(jù)    6―1―3  蒸餾過程的分類  第二節(jié)  雙組分物系的氣液相平衡    6―2―1  理想物系的氣液相平衡    6―2―2  非理想物系的氣液相平衡    6―2―3  揮發(fā)度及相對揮發(fā)度  第三節(jié)  簡單蒸餾和平衡蒸餾    6―3―1  簡單蒸餾    6―3―2  平衡蒸餾  第四節(jié)  精餾    6―4―1  精餾原理    6―4―2  精餾操作流程  第五節(jié)  雙組分連續(xù)精餾的計算    6―5―1  理論板的概念與恒摩爾流的假設(shè)    6―5―2  全塔物料衡算    6―5―3  操作線方程    6―5―4  進(jìn)料熱狀況的影響及q線方程    6―5―5  理論板層數(shù)的計算    6―5―6  最小回流比、回流比及其選擇    6―5―7  理論板層數(shù)的簡捷計算法    6―5―8  精餾裝置的熱量衡算  第六節(jié)  間歇精餾    6―6―1  恒回流比操作    6―6―2  恒餾出液組成操作  第七節(jié)  恒沸精餾與萃取精餾    6―7―1  恒沸精餾     6―7―2  萃取精餾  第八節(jié)  板式塔    6―8―1  板式塔的結(jié)構(gòu)    6―8―2  板式塔的流體力學(xué)性能    6―8―3  塔板負(fù)荷性能圖    6―8―4  全塔效率與單板效率    6―8―5  塔高及塔徑計算  第九節(jié)  過程的強(qiáng)化與展望    6―9―1  蒸餾過程的節(jié)能技術(shù)    6―9―2  新蒸餾過程的開發(fā)  思考題  習(xí)題  主要符號說明  參考文獻(xiàn)第七章  干燥  第一節(jié)  概述    7―1―1  干燥過程的分類及應(yīng)用    7―1―2  干燥過程進(jìn)行的條件  第二節(jié)  濕空氣的性質(zhì)及濕度圖    7―2―1  濕空氣的性質(zhì)    7―2―2  濕度圖及應(yīng)用  第三節(jié)  干燥過程的物料衡算與熱量衡算    7―3―1  干燥過程的物料衡算    7―3―2  干燥過程的熱量衡算    7―3―3  干燥器出口空氣狀態(tài)的確定  第四節(jié)  干燥速率和干燥時間    7―4―1  物料中所含濕分的性質(zhì)    7―4―2  干燥速率和干燥速率曲線    7―4―3  恒定干燥條件下干燥時間的計算  第五節(jié)  干燥器    7―5―1  干燥器的性能要求及選用原則    7―5―2  工業(yè)常用于燥器  第六節(jié)  過程強(qiáng)化與展望  思考題  習(xí)題  主要符號說明  參考文獻(xiàn)第八章  其他分離技術(shù)  第一節(jié)  結(jié)晶    8―1―1  概述    8―1―2  結(jié)晶原理    8―1―3  結(jié)晶器簡介    8―1―4  強(qiáng)化與展望  第二節(jié)  吸附分離    8―2―1  概述    8―2―2  吸附劑及其特性    8―2―3  吸附平衡    8―2―4  吸附過程與吸附速率的控制    8―2―5  吸附操作    8―2―6  吸附過程的強(qiáng)化與展望  第三節(jié)  膜分離    8―3―1  概述    8―3―2  膜與膜組件    8―3―3  反滲透    8―3―4  超濾與微濾    8―3―5  氣體分離  思考題  主要符號說明  參考文獻(xiàn)附錄   一、常用物理量的單位與量綱   二、某些氣體的重要物理性質(zhì)   三、某些液體的重要物理性質(zhì)   四、干空氣的物理性質(zhì)（101.3kPa）   五、水及蒸汽的物理性質(zhì)    1.水的物理性質(zhì)    2.水在不同溫度下的粘度    3.飽和水蒸氣表（按溫度排列）    4.飽和水蒸氣表（按壓力排列）   六、粘度    1.液體粘度共線圖    2.氣體粘度共線圖   七、導(dǎo)熱系數(shù)    1.固體導(dǎo)熱系數(shù)    2.某些液體導(dǎo)熱系數(shù)    3.氣體導(dǎo)熱系數(shù)共線圖（101.3kPa）   八、比熱容    1.液體比熱容共線圖    2.氣體比熱容共線圖（101.3kPa）   九、液體汽化熱共線圖   十、管子規(guī)格   十一、離心泵規(guī)格（摘錄）    1.IS型單級單吸離心泵規(guī)格    2.Y型離心油泵規(guī)格   十二、換熱器系列（摘錄）   十三、無機(jī)物水溶液在大氣壓下的沸點

章節(jié)摘錄

　　第八章 其他分離技術(shù)　　第一節(jié) 結(jié)　　晶　　8-1-1概述　　固體物質(zhì)以晶體狀態(tài)從蒸氣、溶液或熔融的物質(zhì)中析出的過程稱為結(jié)晶。由于它是獲得純凈固態(tài)物質(zhì)的一種基本單元操作，且能耗也較低，故在化工、輕工、醫(yī)藥生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。例如化肥工業(yè)中，尿素、硝酸銨、氯化鉀的生產(chǎn)；輕工行業(yè)中，鹽、糖、味精的生產(chǎn)；醫(yī)藥行業(yè)中青霉素、鏈霉素等藥品的生產(chǎn)。近年來，精細(xì)化工、冶金工業(yè)、材料工業(yè)，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域，如生物技術(shù)中蛋白質(zhì)的制造、材料工業(yè)中超細(xì)粉的生產(chǎn)以及新材料工業(yè)中超純物質(zhì)的凈化等，都離不開結(jié)晶技術(shù)?！　〗Y(jié)晶過程可分為溶液結(jié)晶、熔融結(jié)晶、升華結(jié)晶和沉淀結(jié)晶。由于溶液結(jié)晶是工業(yè)中最常采用的結(jié)晶方法，故本節(jié)僅討論溶液結(jié)晶?！　?-1-2結(jié)晶原理　　一、晶體的基本特性　　晶體是一種其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點元素（原子、離子或分子）作三維有序排列的固態(tài)物質(zhì)。在良好的生成環(huán)境下晶體可形成多面體外形。晶體的外形稱為晶系，多面體的面稱為晶面，棱邊稱為晶棱。　　溶液結(jié)晶中，若結(jié)晶條件不同，則形成晶體的大小、形狀、甚至顏色等都可能不同。例如在良好的結(jié)晶條件下，可得到粗壯的粒狀晶體；若加快冷卻或蒸發(fā)速度則易形成針狀、薄片狀晶體；控制不同的結(jié)晶溫度，可得到不同顏色（如黃色或紅色的碘化汞晶體）；又如溶液中含有少量雜質(zhì)和人為添加物，也會導(dǎo)致晶體的明顯改變，因此工程上常用這種方法來控制結(jié)晶的形狀?！　《?、結(jié)晶過程的相平衡　　1．溶解度與溶解度曲線　　固體與其溶液間的相平衡關(guān)系，通常用固體在溶液中的溶解度來表示。溶解度是狀態(tài)函數(shù)，隨溫度和壓力而變。但大多數(shù)物質(zhì)在一定溶液中的溶解度主要隨溫度而變化，隨壓力的變化很小，?？珊雎裕嗜芙舛惹€常用溶質(zhì)在溶劑中的溶解度隨溫度而變化的關(guān)系來表示。圖8-1為某些無機(jī)鹽在水中的溶解度曲線?！　∥镔|(zhì)的溶解度曲線的特征會對結(jié)晶方法的選擇起決定作用。例如，對于溶解度隨溫度變化大的物質(zhì)，可采用變溫方法來結(jié)晶分離，對于溶解度隨溫度變化不大的物質(zhì)，則可采用蒸發(fā)結(jié)晶的方法來分離。此外，不同溫度下的溶解度數(shù)據(jù)還是計算結(jié)晶理論產(chǎn)量的依據(jù)。

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