化工原理

前言

2007年7月，教育部高等學(xué)?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)和化學(xué)工業(yè)出版社在北京召開了“化學(xué)工程與工藝專業(yè)應(yīng)用型本科教學(xué)研討會(huì)”。本書是根據(jù)會(huì)議有關(guān)教材編寫的原則與要求，結(jié)合授課教師在長(zhǎng)期教學(xué)過程中的心得與體會(huì)，針對(duì)化工及其相關(guān)專業(yè)的需求，從教材的科學(xué)性、實(shí)用性、通用性、趣味性等多方面考慮，進(jìn)行規(guī)劃和編寫的。本書將化工單元操作按傳遞過程的共性歸類，重點(diǎn)介紹化工單元操作的基本原理、典型設(shè)備及其計(jì)算，力求系統(tǒng)完整，選材、編排科學(xué)合理，敘述深入淺出；注重理論聯(lián)系實(shí)際，突出應(yīng)用、突出重點(diǎn)、突出工程觀點(diǎn)和研究方法，并能反映本學(xué)科領(lǐng)域的新技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)。本書內(nèi)容包括流體流動(dòng)，流體輸送機(jī)械與攪拌，過濾、沉降與流態(tài)化，傳熱，蒸發(fā)，結(jié)晶，吸收，蒸餾，氣液傳質(zhì)設(shè)備，萃取，干燥，其他分離技術(shù)共十二章以及緒論和附錄。每章編人較多的例題，章末附有思考題和習(xí)題。此外，本書還將陸續(xù)配套出版實(shí)驗(yàn)教材、學(xué)習(xí)指導(dǎo)書，免費(fèi)向選用本教材的學(xué)校提供習(xí)題解答、課程電子教案、多媒體課件，并建設(shè)課程網(wǎng)站，以便讀者自學(xué)和系統(tǒng)學(xué)習(xí)。授課學(xué)時(shí)根據(jù)不同專業(yè)的需求，可在70～120學(xué)時(shí)之間選擇。本書由西北大學(xué)、四川大學(xué)、吉林化工學(xué)院、西北工業(yè)大學(xué)、西安科技大學(xué)、西安石油大學(xué)、西安理工大學(xué)、昆明理工大學(xué)共八所院校的教師共同編寫。各章分別由馬曉迅（緒論、第1章）、王玉琪（第2章）、曾慶榮（第3章）、郭曉濱（第4章）、顧麗莉（第5章）、劉廣鈞（第6章）、夏素蘭、余徽（第7章）、趙彬俠（第8章）、褚雅志（第9章）、倪炳華（第10章）、黃英（第11章）、薛偉明（第12章）編寫。附錄根據(jù)出處，由各章參編人員編寫。全書由馬曉迅、王玉琪、趙彬俠、郭曉濱負(fù)責(zé)統(tǒng)稿。編者誠(chéng)摯感謝北京化工大學(xué)楊祖榮教授為本書審稿并提出寶貴意見，感謝參編學(xué)校的教師與研究生在本書的編寫過程中給予的支持和幫助！由于編者學(xué)識(shí)與水平有限，書中不妥之處在所難免，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正，以助日后完善。

內(nèi)容概要

　　《化工原理》重點(diǎn)介紹化工單元操作的基本原理、典型設(shè)備及其計(jì)算，力求突出應(yīng)用、突出重點(diǎn)、突出工程特色。內(nèi)容包括流體流動(dòng)，流體輸送機(jī)械與攪拌，過濾、沉降與流態(tài)化，傳熱，蒸發(fā)，結(jié)晶，吸收，蒸餾，氣液傳質(zhì)設(shè)備，萃取，干燥，其他分離技術(shù)共十二章以及緒論和附錄。每章編入較多的例題，章末附有思考題和習(xí)題?！　　痘ぴ怼愤m用于化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)、生物工程、高分子材料與工程、制藥工程、過程裝備與控制工程、食品工程、環(huán)境工程、輕化工程、冶金工程等專業(yè)的本科學(xué)生，亦可作為自考、成人教育、高職高專的教材以及設(shè)計(jì)及生產(chǎn)單位技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

緒論0.1 化工原理的研究對(duì)象0.2 化工原理課程的內(nèi)容、性質(zhì)與任務(wù)0.3 基本概念與研究方法0.3.1 物料衡算0.3.2 熱量衡算0.3.3 平衡關(guān)系0.3.4 過程速率0.3.5 研究方法0.4 單位及單位換算0.4.1 國(guó)際單位制單位0.4.2 法定計(jì)量單位0.4.3 其他計(jì)量單位制的單位0.4.4 單位換算思考題習(xí)題參考文獻(xiàn)第1章 流體流動(dòng)1.1 概述1.2 流體基本性質(zhì)1.2.1 連續(xù)介質(zhì)的假定1.2.2 流體的壓縮性1.2.3 作用在流體上的力1.2.4 體積力和密度1.2.5 壓力和靜壓力1.2.6 剪力和黏度1.3 流體靜力學(xué)基本方程1.3.1 流體靜力學(xué)基本方程1.3.2 流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用1.4 流體流動(dòng)的基本方程1.4.1 流量與流速1.4.2 定態(tài)流動(dòng)與非定態(tài)流動(dòng)1.4.3 連續(xù)性方程1.4.4 伯努利方程式1.4.5 實(shí)際流體機(jī)械能衡算式1.4.6 伯努利方程式的應(yīng)用1.5 管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象1.5.1 流體流動(dòng)類型與雷諾數(shù)1.5.2 流體在圓管內(nèi)的速度分布1.5.3 邊界層的概念1.6 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力1.6.1 圓形直管中的流動(dòng)阻力1.6.2 局部阻力1.6.3 管內(nèi)流體流動(dòng)的總摩擦阻力損失計(jì)算1.7 管路計(jì)算1.7.1 簡(jiǎn)單管路1.7.2 復(fù)雜管路1.8 流速與流量測(cè)量1.8.1 測(cè)速管1.8.2 孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì)1.8.3 轉(zhuǎn)子流量計(jì)本章主要符號(hào)說明思考題習(xí)題參考文獻(xiàn)第2章 流體輸送機(jī)械與攪拌2.1 概述2.1.1 流體輸送機(jī)械的概念2.1.2 流體輸送機(jī)械的分類2.1.3 流體輸送機(jī)械的應(yīng)用2.2 離心泵2.2.1 離心泵的工作原理與主要構(gòu)件2.2.2 離心泵的基本方程2.2.3 離心泵的主要性能參數(shù)和特性曲線2.2.4 離心泵的可靠運(yùn)行2.2.5 離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)2.2.6 離心泵的類型與選用2.3 其他類型化工用泵2.3.1 往復(fù)泵2.3.2 回轉(zhuǎn)泵2.3.3 漩渦泵2.4 氣體輸送機(jī)械2.4.1 離心式通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)2.4.2 回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)2.4.3 往復(fù)壓縮機(jī)2.4.4 真空泵2.5 攪拌2.5.1 攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)2.5.2 混合機(jī)理2.5.3 攪拌功率2.5.4 攪拌器的放大本章主要符號(hào)說明思考題習(xí)題參考文獻(xiàn)第3章 過濾、沉降與流態(tài)化3.1 概述3.2 顆粒及顆粒床層的特性3.2.1 顆粒的特性3.2.2 流體流過顆粒床層的壓降3.3 過濾3.3.1 過濾設(shè)備3.3.2 過濾基本方程3.3.3 恒壓過濾3.3.4 恒速過濾與先恒速后恒壓過濾3.3.5 過濾常數(shù)的測(cè)定3.3.6 濾餅的洗滌3.3.7 過濾機(jī)的生產(chǎn)能力3.3.8 動(dòng)態(tài)過濾3.4 沉降分離3.4.1 重力沉降及設(shè)備3.4.2 離心沉降及設(shè)備3.5 離心機(jī)3.5.1 沉降離心機(jī)3.5.2 過濾離心機(jī)3.6 流態(tài)化3.6.1 流態(tài)化的基本概念3.6.2 流化床的主要特征3.6.3 流化床的操作范圍3.6.4 提高流化質(zhì)量的措施本章符號(hào)說明思考題習(xí)題參考文獻(xiàn)第4章 傳熱4.1 概述4.1.1 傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用4.1.2 熱量傳遞的基本方式4.1.3 冷熱流體熱交換的方式4.1.4 間壁式換熱器的傳熱過程4.1.5 傳熱速率與熱通量4.1.6 定態(tài)與非定態(tài)傳熱過程4.2 熱傳導(dǎo)4.2.1 傅里葉定律4.2.2 熱導(dǎo)率4.2.3 通過平壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)4.2.4 通過圓筒壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)4.3 對(duì)流傳熱4.3.1 對(duì)流傳熱過程分析4.3.2 對(duì)流傳熱速率方程4.3.3 影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素4.3.4 對(duì)流傳熱過程的量綱分析4.3.5 流體無(wú)相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)4.3.6 流體有相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)4.4 傳熱過程的計(jì)算4.4.1 熱量衡算4.4.2 總傳熱速率方程4.4.3 總傳熱系數(shù)4.4.4 平均溫差的計(jì)算4.4.5 傳熱面積的計(jì)算4.4.6 壁溫的計(jì)算4.4.7 傳熱單元數(shù)法4.5 熱輻射4.5.1 熱輻射的基本概念4.5.2 物體的輻射能力4.5.3 物體問的輻射能力4.5.4 輻射和對(duì)流聯(lián)合傳熱4.6 換熱器4.6.1 間壁式換熱器的類型4.6.2 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)和選型4.6.3 換熱器傳熱過程的強(qiáng)化本章符號(hào)說明思考題習(xí)題參考文獻(xiàn)第5章 蒸發(fā)5.1 概述5.1.1 蒸發(fā)過程的特點(diǎn)5.1.2 蒸發(fā)過程的分類5.2 單效蒸發(fā)5.2.1 單效蒸發(fā)流程5.2.2 單效蒸發(fā)的計(jì)算5.3 溫度差損失與總傳熱系數(shù)5.3.1 蒸發(fā)過程的溫度差損失5.3.2 蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)5.4 多效蒸發(fā)5.4.1 多效蒸發(fā)原理5.4.2 多效蒸發(fā)流程5.4.3 多效蒸發(fā)的計(jì)算5.5 蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)強(qiáng)度和效數(shù)的限制5.5.1 蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度5.5.2 多效蒸發(fā)效數(shù)的限制5.6 蒸發(fā)過程的其他節(jié)能方法5.6.1 額外蒸汽的引出5.6.2 熱泵蒸發(fā)5.6.3 冷凝水自蒸發(fā)的利用5.7 蒸發(fā)設(shè)備5.7.1 蒸發(fā)設(shè)備的結(jié)構(gòu)5.7.2 蒸發(fā)器的選型本章符號(hào)說明思考題習(xí)題參考文獻(xiàn)第6章 結(jié)晶6.1 概述6.2 結(jié)晶的基本原理6.2.1 溶解度6.2.2 過飽和溶液與介穩(wěn)區(qū)6.2.3 晶核的形成6.3 結(jié)晶動(dòng)力學(xué)6.3.1 生長(zhǎng)速率6.3.2 △L定律6.4 結(jié)晶操作與控制6.4.1 結(jié)晶的操作工藝6.4.2 結(jié)晶操作特性參數(shù)6.4.3 應(yīng)用6.5 結(jié)晶過程計(jì)算6.5.1 物料衡算6.5.2 熱量衡算6.6 結(jié)晶設(shè)備6.6.1 冷卻結(jié)晶器6.6.2 蒸發(fā)結(jié)晶器本章符號(hào)說明思考題習(xí)題參考文獻(xiàn)第7章 吸收7.1 概述7.1.1化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過程7.1.2 氣體吸收過程7.1.3 氣體吸收過程的應(yīng)用7.1.4 吸收劑的選擇7.2 吸收過程的氣液平衡關(guān)系7.2.1 氣體在液體中的溶解度7.2.2 亨利定律7.2.3 氣液相際傳質(zhì)過程的方向、限度及推動(dòng)力7.3 擴(kuò)散與相內(nèi)傳質(zhì)7.3.1 相內(nèi)物質(zhì)的分子擴(kuò)散7.3.2 分子擴(kuò)散系數(shù)7.3.3 單相對(duì)流傳質(zhì)機(jī)理與傳質(zhì)速率方程7.4 相際對(duì)流傳質(zhì)7.4.1 對(duì)流傳質(zhì)理論7.4.2 總吸收速率方程7.5 吸收塔的計(jì)算7.5.1 物料衡算與吸收操作線方程7.5.2 吸收劑用量與最小液氣比7.5.3 填料層高度的基本計(jì)算式7.5.4 低濃度氣體吸收填料層高度的計(jì)算7.5.5 吸收塔的調(diào)節(jié)與操作型計(jì)算7.6 傳質(zhì)系數(shù)7.6.1 傳質(zhì)系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定7.6.2 傳質(zhì)系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式7.6.3 傳質(zhì)系數(shù)的特征數(shù)關(guān)聯(lián)式7.7 解吸及其他條件下的吸收7.7.1 解吸7.7.2 高濃度氣體吸收7.7.3 非等溫氣體吸收7.7.4 化學(xué)吸收本章符號(hào)說明思考題習(xí)題參考文獻(xiàn)第8章 蒸餾8.1 概述8.1.1 蒸餾過程的分類8.1.2 蒸餾分離的特點(diǎn)8.2 雙組分溶液的氣液平衡關(guān)系8.2.1 理想溶液的氣液平衡關(guān)系8.2.2 非理想溶液的氣液平衡關(guān)系8.3 簡(jiǎn)單蒸餾與平衡蒸餾8.3.1 簡(jiǎn)單蒸餾8.3.2 平衡蒸餾8.4 精餾8.4.1 精餾過程原理和條件8.4.2 連續(xù)精餾裝置流程8.5 雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算8.5.1 理論板的概念與恒摩爾流的假設(shè)8.5.2 物料衡算與操作線方程8.5.3 進(jìn)料熱狀況的影響與q線方程8.5.4 理論塔板數(shù)的計(jì)算8.5.5 回流比的影響及其選擇8.5.6 加料熱狀態(tài)的選擇8.5.7 雙組分精餾過程的其他類型8.5.8 精餾裝置的熱量衡算8.5.9 雙組分精餾的操作型計(jì)算8.6 間歇精餾8.6.1 間歇精餾的特點(diǎn)8.6.2 回流比恒定時(shí)間歇精餾的計(jì)算8.6.3 餾出液組成恒定時(shí)間歇精餾的計(jì)算8.7 恒沸精餾與萃取精餾8.7.1 恒沸精餾8.7.2 萃取精餾8.8 多組分精餾8.8.1 流程方案的選擇8.8.2 多組分物系的氣液平衡及應(yīng)用8.8.3 關(guān)鍵組分與物料衡算8.8.4 理論板數(shù)的計(jì)算本章符號(hào)說明思考題習(xí)題參考文獻(xiàn)第9章 氣液傳質(zhì)設(shè)備9.1 塔器的類型及其發(fā)展9.1.1 填料9.1.2 分配器9.1.3 傳質(zhì)元件9.1.4 發(fā)展途徑9.2 填料塔9.2.1 結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)內(nèi)容9.2.2 特征參數(shù)9.2.3 氣液州相流動(dòng)參數(shù)及特性9.2.4 HETP與填料段高度的確定9.2.5 液泛率與塔徑的確定9.2.6 壓降的計(jì)算-9.3 板式塔9.3.1 結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)程序9.3.2 基本概念與術(shù)語(yǔ)9.3.3 塔板效率9.3.4 液泛率及其控制9.3.5 水力學(xué)計(jì)算9.3.6 負(fù)荷性能圖9.4 塔器工藝設(shè)計(jì)9.4.1 工藝設(shè)計(jì)9.4.2 設(shè)計(jì)舉例本章符號(hào)說明思考題.習(xí)題參考文獻(xiàn)第10章 萃取10.1 概述10.2 液液萃取10.2.1 液液萃取流程10.2.2 部分互溶三元物系的液液萃取10.2.3 萃取劑的選擇10.2.4 萃取過程的計(jì)算10.2.5 液液萃取設(shè)備10.3 固液萃取10.3.1 有效成分的提取過程及機(jī)理10.3.2 常用提取劑和提取輔助劑10.3.3 浸取工藝流程及工藝參數(shù)10.3.4 提取設(shè)備10.4 超臨界流體萃取10.4.1 超臨界流體及萃取劑10.4.2 超臨界萃取原理10.4.3 超臨界萃取的特點(diǎn)10.4.4 超臨界萃取流程本章符號(hào)說明思考題習(xí)題參考文獻(xiàn)第11章 干燥11.1 概述11.2 濕空氣的性質(zhì)與濕度圖11.2.1 濕空氣的性質(zhì)11.2.2 濕含量的測(cè)定方法11.2.3 濕空氣的濕度圖及其應(yīng)用11.3 固體物料的F燥平衡11.3.1 濕物料的性質(zhì)11.3.2 干燥平衡及干燥平衡曲線11.4 f燥過程的物料衡算與熱量衡算11.4.1 物料衡算11.4.2 熱量衡算11.4.3 干燥系統(tǒng)的熱效率11.4.4 干燥器窄氣出口狀態(tài)的確定11.5 干燥速率與干燥時(shí)間11.5.1 干燥實(shí)驗(yàn)和干燥曲線11.5.2 干燥速率曲線及干燥過程分析11.5.3 干燥時(shí)間的計(jì)算11.6 干燥器11.6.1 干燥器的分類與基本要求11.6.2 工業(yè)上常用的干燥器11.6.3 干燥器的選型11.6.4 干燥器設(shè)計(jì)中操作條件的確定本章符號(hào)說明思考題……第12章 其他分離技術(shù)附錄

章節(jié)摘錄

插圖：0.3.5研究方法化工原理是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，在長(zhǎng)期的發(fā)展過程中，形成了兩種基本的研究方法：實(shí)驗(yàn)研究法和數(shù)學(xué)模型法。（1）實(shí)驗(yàn)研究法化工過程十分復(fù)雜，除極少數(shù)簡(jiǎn)單的問題可以用理論分析的辦法解決以外，都需要依靠實(shí)驗(yàn)研究加以解決?；ぱ芯康娜蝿?wù)和目的是通過小型實(shí)驗(yàn)、中間試驗(yàn)揭示過程的本質(zhì)和規(guī)律，然后用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)過程與設(shè)備的設(shè)計(jì)與改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)研究方法直接用實(shí)驗(yàn)尋求各變量之間的聯(lián)系，避免了方程的建立。但是，如果實(shí)驗(yàn)工作必須遍歷各種規(guī)格的設(shè)備和各種不同的物料，那么，這樣的實(shí)驗(yàn)將不勝其煩，而且失去了指導(dǎo)意義，因此必須建立實(shí)驗(yàn)研究的方法論。為此，實(shí)驗(yàn)研究方法一般以量綱分析和相似論為指導(dǎo)，依靠試驗(yàn)確定過程變量之間的關(guān)系，把各種因素的影響表示成為由若干個(gè)有關(guān)因素組成的、具有一定物理意義的無(wú)量綱數(shù)群的影響，以使實(shí)驗(yàn)結(jié)果在幾何尺寸上能“由小見大”，在物料品種方面能“由此及彼”，具有指導(dǎo)意義。（2）數(shù)學(xué)模型法數(shù)學(xué)模型法是一種半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法，它是在對(duì)實(shí)際.過程的機(jī)理進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，在把握過程本質(zhì)的前提下，對(duì)復(fù)雜的實(shí)際問題作出某些合理簡(jiǎn)化，建立能基本反映過程機(jī)理的物理模型，通過數(shù)學(xué)描述，得出數(shù)學(xué)模型，通過實(shí)驗(yàn)確定能反映過程特性的模型參數(shù)。由于數(shù)學(xué)模型法有理論指導(dǎo)，尤其是隨著計(jì)算機(jī)、計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展，使得復(fù)雜數(shù)學(xué)模型的求解成為可能，所以數(shù)學(xué)模型法正日益廣泛地被采用。實(shí)踐證明，上述研究方法是解決工程實(shí)際問題、發(fā)展化學(xué)工程學(xué)科的有效途徑，在本課程中成為聯(lián)系各單元操作的另一條主線。

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