化工原理

前言

本書依據(jù)各類高等院校少學時《化工原理》課程的教學需要而編寫，自1987年問世至今已十年有余。眾多院校教學實踐證明，教材章節(jié)體系、內容多少、深淺程度等尚能滿足教學需要。但由于科學技術的發(fā)展，單位制的改革，對教材質量的更高要求等原因，原版的某些內容已不能適應當前教學要求，決定再版修訂。修訂的原則仍以少學時《化工原理》課程教學需要為準，保留原有章節(jié)體系；全面采用法定計量單位，物性數(shù)據(jù)圖表的單位也相應改動；某些物理量名稱改用新名稱；離心泵、換熱器等設備規(guī)格采用新標準。為使基本概念與理論的表達更為嚴密、易懂，某些章節(jié)重新進行改寫；為了理論聯(lián)系工程實際，提高應用理論解決工程實際問題的能力，某些章節(jié)增補了適量例題、習題。本書第一版由王志魁主編，參加編寫人員有林義英、李云倩和崔應寧，主審莫錫榮。本版參加修訂人員有北京化工大學王志魁、李云倩和崔應寧，并由莫錫榮進行了審閱。本書自第一版發(fā)行以來，許多讀者提出了不少有益意見，在此表示感謝。由于編者學識水平所限，雖經(jīng)努力，仍不免有錯誤和不足之處，懇請讀者批評指正。

內容概要

本書以物料衡算、能量衡算、物系平衡關系、傳遞速率及經(jīng)濟核算觀點5個基本概念為基礎，介紹了主要化工單元操作的基本原理、計算方法及典型設備。全書除緒論外共分7章，分別為流體流動、流體輸送機械、沉降與過濾、傳熱、吸收、蒸餾、干燥。每章都編入適量的例題、習題及思考題。本次修訂基本保持了第三版的框架，對部分內容作了刪改，增補了習題；對基本概念、基本理論精益求精，文字敘述、公式推導簡潔易懂，突出重點，主次分明，便于自學。本書為便于教學配備了電子教學課件和習題解。    本書可作為高等學校少學時(70～100學時)化工原理課程的教材，也可供相關專業(yè)的高等職業(yè)學校以及科研、設計和生產(chǎn)部門的科技人員作為參考書。

書籍目錄

緒論    一、化工過程與單元操作    二、《化工原理》課程的性質與任務    三、物理量的單位與量綱    四、混合物含量的表示方法    五、單元操作中常用的基本概念  習題  本章符號說明第一章  流體流動  第一節(jié)  流體靜力學    一、流體的壓力    二、流體的密度與比體積    三、流體靜力學基本方程式    四、流體靜力學基本方程式的應用  第二節(jié)  管內流體流動的基本方程式    一、流量與流速    二、穩(wěn)態(tài)流動與非穩(wěn)態(tài)流動    三、連續(xù)性方程式    四、伯努利方程式    五、實際流體機械能衡算式  第三節(jié)  管內流體流動現(xiàn)象    一、黏度    二、流體流動類型與雷諾數(shù)    三、流體在圓管內的速度分布  第四節(jié)  管內流體流動的摩擦阻力損失    一、直管中流體摩擦阻力損失的測定    二、層流的摩擦阻力損失計算    三、湍流的摩擦阻力損失    四、非圓形管的當量直徑    五、局部摩擦阻力損失    六、管內流體流動的總摩擦阻力損失計算  第五節(jié)  管路計算    一、簡單管路    二、復雜管路  第六節(jié)  流量的測定    一、測速管    二、孔板流量計    三、轉子流量計    四、濕式氣體流量計  思考題  習題  本章符號說明第二章  流體輸送機械  第一節(jié)  離心泵    一、離心泵的工作原理    二、離心泵的主要部件    三、離心泵的主要性能參數(shù)    四、離心泵的特性曲線    五、離心泵的工作點與流量調節(jié)    六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與安裝高度    七、離心泵的類型與選用  第二節(jié)  其他類型化工用泵    一、往復泵    二、齒輪泵    三、旋渦泵  第三節(jié)  氣體輸送機械    一、離心式通風機    二、鼓風機和壓縮機    三、真空泵  思考題  習題  本章符號說明第三章  沉降與過濾  第一節(jié)  概述    一、非均相物系的分離    二、顆粒與流體相對運動時所受的阻力  第二節(jié)  重力沉降    一、沉降速度    二、降塵室    三、懸浮液的沉聚  第三節(jié)  離心沉降    一、離心分離因數(shù)    二、離心沉降速度    三、旋風分離器    四、旋液分離器    五、沉降式離心機  第四節(jié)  過濾    一、懸浮液的過濾    二、過濾速率基本方程式    三、恒壓過濾    四、過濾設備  思考題  習題  本章符號說明第四章  傳熱  第一節(jié)  概述    一、傳熱過程的應用    二、熱量傳遞的基本方式    三、兩流體通過間壁換熱與傳熱速率方程式  第二節(jié)  熱傳導    一、傅里葉定律    二、熱導率    三、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導    四、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導  第三節(jié)  對流傳熱    一、對流傳熱方程與對流傳熱系數(shù)    二、影響對流傳熱系數(shù)的因素    三、對流傳熱的特征數(shù)關系式    四、流體無相變時對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗關聯(lián)式    五、流體有相變時的對流傳熱    六、選用對流傳熱系數(shù)關聯(lián)式的注意事項  第四節(jié)  兩流體間傳熱過程的計算    一、熱量衡算    二、傳熱平均溫度差    三、總傳熱系數(shù)    四、壁溫計算    五、傳熱計算示例  第五節(jié)  熱輻射    一、熱輻射的基本概念    二、物體的輻射能力與斯蒂芬?波爾茲曼定律    三、克?；舴蚨?   四、兩固體間的輻射傳熱    五、輻射與對流的聯(lián)合傳熱  第六節(jié)  換熱器    一、換熱器的分類    二、間壁式換熱器    三、列管式換熱器選用計算中有關問題    四、系列標準換熱器的選用步驟    五、加熱介質與冷卻介質    六、傳熱過程的強化  思考題  習題  本章符號說明第五章  吸收  第一節(jié)  概述    一、吸收操作的應用    二、吸收設備    三、吸收操作的分類    四、吸收劑的選擇  第二節(jié)  氣液相平衡    一、平衡溶解度    二、亨利定律    三、氣液相平衡在吸收中的應用  第三節(jié)  吸收過程的傳質速率    一、分子擴散與費克定律    二、等摩爾逆向擴散    三、組分A通過靜止組分B的擴散    四、分子擴散系數(shù)    五、單相內的對流傳質    六、兩相間傳質的雙膜理論    七、總傳質速率方程    八、傳質速率方程式的各種表示形式  第四節(jié)  吸收塔的計算    一、物料衡算與操作線方程    二、吸收劑的用量與最小液?氣比    三、填料層高度的計算    四、吸收塔的操作計算    五、解吸塔的計算  第五節(jié)  填料塔    一、填料塔的結構及填料性能    二、氣液兩相在填料層內的流動    三、塔徑的計算    四、填料塔的附件  思考題  習題  本章符號說明第六章  蒸餾  第一節(jié)  雙組分溶液的汽液相平衡    一、溶液的蒸氣壓與拉烏爾定律    二、理想溶液汽液相平衡    三、非理想溶液汽液相平衡  第二節(jié)  蒸餾與精餾原理    一、簡單蒸餾與平衡蒸餾    二、精餾原理  第三節(jié)  雙組分連續(xù)精餾的計算與分析    一、全塔物料衡算    二、恒摩爾流量的假設    三、進料熱狀態(tài)參數(shù)q    四、操作線方程與q線方程    五、理論板數(shù)計算    六、回流比與進料熱狀態(tài)對精餾過程的影響    七、塔頂液相回流比的選擇    八、理論板數(shù)的簡捷計算法    九、精餾塔的操作計算    十、直接蒸汽加熱及兩股進料的精餾塔  第四節(jié)  間歇精餾    一、回流比恒定的操作    二、餾出液組成恒定的操作  第五節(jié)  恒沸精餾與萃取精餾    一、恒沸精餾    二、萃取精餾  第六節(jié)  板式塔    一、塔板結構    二、塔板上汽液兩相的流動現(xiàn)象    三、塔板效率    四、塔高的確定    五、塔徑的計算    六、塔板類型  思考題  習題  本章符號說明第七章  干燥  第一節(jié)  概述    一、固體物料的去濕方法    二、濕物料的干燥方法    三、對流干燥過程的傳熱與傳質  第二節(jié)  濕空氣的性質及濕度圖    一、濕空氣的性質    二、濕空氣的濕度圖及其應用  第三節(jié)  干燥過程的物料衡算和熱量衡算    一、干燥過程的物料衡算    二、干燥過程的熱量衡算  第四節(jié)  物料的平衡含水量與干燥速率    一、物料的干燥實驗曲線    二、物料的平衡含水量曲線    三、恒定干燥條件下的干燥速率與干燥時間  第五節(jié)  干燥設備    一、常用對流干燥器簡介    二、干燥器的選用  思考題  習題  本章符號說明附錄  一、單位換算  二、基本物理常數(shù)  三、飽和水的物理性質  四、某些液體的物理性質  五、某些有機液體的相對密度(液體密度與℃水的密度之比)  六、飽和水蒸氣表(按溫度排列)  七、飽和水蒸氣表(按壓力排列)  八、干空氣的熱物理性質(p=1.01325×105Pa)  九、某些氣體的重要物理性質  十、液體飽和蒸氣壓p°的Antoine(安托因)常數(shù)  十一、水在不同溫度下的黏度  十二、液體黏度共線圖  十三、氣體黏度共線圖(101.325kPa)  十四、固體材料的熱導率  十五、某些液體的熱導率(λ)/W·m-1·℃-1  十六、氣體熱導率共線圖  十七、液體比熱容共線圖  十八、氣體比熱容共線圖(101.325kPa)  十九、液體比汽化熱共線圖  二十、液體表面張力共線圖  二十一、管子規(guī)格  二十二、IS型單級單吸離心泵規(guī)格(摘錄)  二十三、熱交換器系列標準(摘錄)  二十四、雙組分溶液的汽液相平衡數(shù)據(jù)  二十五、常用化學元素的相對原子質量參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：一、化工過程與單元操作 化學工業(yè)是將自然界的各種物質經(jīng)過化學反應和物理方法處理，制造成生產(chǎn)資料和生活資料的工業(yè)。一種產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，從原料到成品往往需要幾個或幾十個加工過程。其中除了化學反應過程外，還有大量的物理加工過程，統(tǒng)稱為化工過程。化學工業(yè)產(chǎn)品種類繁多。各種產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，使用著各種各樣的物理加工過程。根據(jù)它們的操作原理，可以歸納為應用較廣的數(shù)個基本操作過程，如流體輸送、攪拌、沉降、過濾、熱交換、蒸發(fā)、結晶、吸收、蒸餾、萃取、吸附以及干燥等。例如，乙醇、乙烯及石油等生產(chǎn)過程中都采用蒸餾操作分離液體混合物，所以蒸餾為一個基本操作過程。又如合成氨、硝酸及硫酸等生產(chǎn)過程中，都采用吸收操作分離氣體混合物，所以吸收也是一個基本操作過程。又如尿素、聚氯乙烯及染料等生產(chǎn)過程中，都采用干燥操作以除去固體中的水分，所以干燥也是一個基本操作過程。此外，流體輸送和熱交換也為基本操作過程，應用更為廣泛。這些基本操作過程稱為單元操作（unit operation）。任何一種化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程都是由若干單元操作及化學反應過程組合而成的?；瘜W反應在反應器內進行；各個單元操作，也都在相應的設備（apparatus）中進行。例如，蒸餾操作是在蒸餾塔內進行的，吸收操作在吸收塔內進行，干燥操作在干燥器內進行，如圖0一1所示。不同的單元操作設備其結構有很大不同，為相應的單元操作過程提供必要的條件，使過程能有效地進行。在過程進行中，需要進行操作控制，根據(jù)規(guī)定的操作指標調節(jié)物料的進、出口流量以及內部的溫度、壓力、濃度及流動狀態(tài)等，使過程能以適當?shù)乃俾蔬M行，得到所規(guī)定流量的合格產(chǎn)品或中間產(chǎn)品。單元操作不僅用在化工生產(chǎn)中，而且在石油、冶金、輕工、制藥及原子能等工業(yè)及生物工程、環(huán)境保護工程中也廣泛應用。

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