清華大學化學工程系列教材·化學工程基礎

《清華大學化學工程系列教材·化學工程基礎(第2版)》可用作高等院校工科有關專業及理科化學和應用化學專業“化工基礎”課程的教材，也可供上述專業從事設計、開發和運行的科技人員參考。

《清華大學化學工程系列教材·化學工程基礎(第2版)》為清華大學“化工原理”課程所用教材，在清華大學多個院系使用多年。《清華大學化學工程系列教材·化學工程基礎(第2版)》分7章，包括流體的流動與輸送、傳熱過程和傳熱設備、精餾、吸收、氣液傳質設備、化學反應工程學和膜分離過程。為便於學生理解和掌握課程內容，《清華大學化學工程系列教材·化學工程基礎(第2版)》中提供了典型的例題和習題。書末附有做化工習題常用的物性參數圖表及管子、泵、通風機的部分規格。

緒論

1 流體的流動與輸送

1.1 概述

1.2 流體靜力學方程

1.2.1 流體的性質

1.2.2 流體的壓強

1.2.3 流體靜力學基本方程

1.2.4 流體靜力學方程的應用

1.3 流體流動的基本方程

1.3.1 流量與流速

1.3.2 粘度

1.3.3 流體流動的類型及其判斷

1.3.4 流動邊界層

1.3.5 流體穩定流動時的連續性方程

1.3.6 流體流動過程的能量守恆和轉化(伯努利方程式)

1.4 流速與流量的測量

1.4.1 測速管

1.4.2 孔板流量計

1.4.3 轉子流量計

1.5 流體流動時的阻力

1.5.1 管路的沿程阻力

1.5.2 非圓形管內的流體阻力

1.5.3 局部阻力

1.5.4 烏氏粘度計測粘度的原理

1.6 管路計算

1.6.1 管路計算的類型和基本方法

1.6.2 簡單管路的計算

1.6.3 複雜管路的計算

1.7 兩相流動

1.7.1 球形顆粒在流體中運動時的阻力

1.7.2 曳力係數與雷諾數的關係

1.7.3 重力沉降

1.7.4 固體流態化

1.8 流體輸送設備

1.8.1 離心泵

1.8.2 離心壓縮機

1.8.3 往複壓縮機和往複泵

1.8.4 其他常用流體輸送設備

習題

討論題

本章符號說明

2 傳熱過程和傳熱設備

2.1 概述

2.1.1 化工生產中的傳熱

2.1.2 熱傳遞的基本方式

2.1.3 熱量衡算

2.1.4 穩定與不穩定傳熱

2.2 熱傳導

2.2.1 基本概念與傅里葉定律

2.2.2 熱導率

2.2.3 通過平壁的穩定熱傳導

2.2.4 通過圓筒壁的穩定熱傳導

2.3 對流傳熱

2.3.1 基本概念與牛頓冷卻定律

2.3.2 用量綱分析法求無相變時流體的給熱係數α

2.3.3 管內強制對流時的給熱係數

2.3.4 大空間自然對流傳熱

2.3.5 保溫層的臨界直徑

2.4 輻射傳熱

2.4.1 基本概念與定律

2.4.2 物體間的輻射傳熱

2.4.3 對流和輻射的聯合傳熱

2.5 熱交換過程的傳熱計算

2.5.1 熱交換器的傳熱機理和傳熱基本方程式

2.5.2 總傳熱係數

2.5.3 傳熱的平均溫度差

2.5.4 傳熱面積的計算

2.5.5 熱交換設備

2.5.6 熱交換過程的強化途徑

習題

討論題

本章符號說明

3 精餾

3.1 傳質分離過程

3.1.1 混合物的類型。分離方法和分離目的

3.1.2 混合物組成的表示方法

3.1.3 精餾概述

3.2 雙組分溶液的氣液相平衡

3.2.1 氣液平衡時的自由度

3.2.2 氣相為理想氣體。液相為理想溶液時的氣液平衡

3.2.3 液相為非理想溶液的氣液平衡簡介

3.3 平衡蒸餾和簡單蒸餾

3.3.1 平衡蒸餾(閃蒸)

3.3.2 簡單蒸餾

3.4 雙組分連續精餾的分析和計算

3.4.1 精餾原理

3.4.2 精餾過程的物料衡算

3.4.3 精餾段操作線方程

3.4.4 理論塔板和理論塔板數

3.4.5 迴流比的影響和選擇

3.4.6 理論塔板數的簡捷演演算法

3.4.7 實際塔板數與塔板效率

3.4.8 連續精餾裝置的熱量衡算

3.4.9 兩組分精餾過程的幾種特殊情況

3.5 間歇精餾

3.5.1 迴流比恆定的間歇精餾

3.5.2 餾出液組成恆定的間歇精餾

3.6 兩組分精餾的操作型計算與操作

3.6.1 兩組分精餾的操作型計算

3.6.2 連續精餾操作條件的優化

3.7 特殊精餾

3.7.1 恆沸精餾

3.7.2 萃取精餾

3.7.3 加鹽精餾和加鹽萃取精餾

3.7.4 水蒸氣蒸餾

習題

討論題

本章符號說明

4 吸收

4.1 概述

4.2 氣液相平衡

4.2.1 氣液平衡關係(溶解度曲線)

4.2.2 亨利定律

4.2.3相平衡與吸收過程的關係

4.3 傳質機理和傳質速率

4.3.1 分子擴散

4.3.2 對流擴散

4.4 兩相間的傳質

4.4.1 雙膜理論

4.4.2 吸收傳質速率方程

4.4.3 其他傳質理論簡介

4.5 吸收塔的設計及計算

4.5.1 吸收塔的物料衡算及操作線方程

4.5.2 吸收劑的選擇和用量

4.5.3 塔徑的確定

4.5.4 吸收塔填料層高度的計算

4.5.5 理論級數與塔高的計算

4.5.6 吸收過程的操作型計算

4.5.7 解吸

4.6 多組分吸收與化學吸收

4.6.1 多組分吸收

4.6.2 化學吸收

習題

討論題

本章符號說明

5 氣液傳質設備

5.1 填料塔

5.1.1 填料塔結構

5.1.2 填料

5.1.3 填料塔的附件

5.1.4 填料塔的流體力學特性

5.1.5 填料塔的傳質與塔高的計算

5.2 板式塔

5.2.1 板式塔結構

5.2.2 常用塔板類型

5.2.3 板式塔主要工藝尺寸的計算

習題

本章符號說明

6 化學反應工程學

6.1 概述

6.1.1 化學反應器的作用

6.1.2 化學反應工程學的研究對象與方法

6.2 基本反應器

6.2.1 化學反應器的類型

6.2.2 幾種典型的基本反應器

6.3 物料在反應器內的流動模型

6.3.1 全混流模型

6.3.2 平推流模型

6.3.3 軸向返混模型

6.3.4 多釜串聯流動模型

6.4 均相反應器的計算

6.4.1 間歇釜式反應器

6.4.2 連續操作的管式反應器

6.4.3 連續操作的攪拌釜

6.4.4 多釜串聯反應器

6.5 理想均相反應器的優化選擇

6.5.1 以生產強度為優化目標選擇反應器

6.5.2 以產率和選擇性為優化目標選擇反應器

6.6 物料停留時間分佈和流動模型

6.6.1 物料返混合停留時間分佈

6.6.2 停留時間分佈的測定方法

6.6.3 理想反應器的停留時間分佈

6.6.4 停留時間分佈在非理想流動均相反應器中的應用和計算

6.7 非理想流動反應器內的流動模型——擴散模型

6.7.1 擴散模型

6.7.2 擴散模型參數的確定

6.8 氣固相催化反應器

6.8.1 固定床催化反應器

6.8.2 流化床催化反應器

習題

本章符號說明

7 膜分離過程

7.1 膜分離概述

7.1.1 膜分離概況

7.1.2 膜分離機理

7.1.3 膜的種類和結構

7.1.4 膜分離組件

7.2 微濾

7.3 超濾

7.4 納濾和反滲透

7.5 氣體分離

7.6 滲透汽化

7.7 電滲析

習題

本章符號說明

本書配套多媒體課件簡介

附錄

附錄1 化工常用法定計量單位

附錄2 常用單位的換算

附錄3 某些氣體的重要物理性質

附錄4 某些液體的重要物理性質

附錄5 干空氣的物理性質(101.33kPa)

附錄6 水的物理性質

附錄7 飽和水蒸氣表(按溫度排列)

附錄8 飽和水蒸氣表(按壓強排列)

附錄9 一些有機物的蒸氣壓

附錄10 常用固體材料的密度和比熱容

附錄11 某些固體材料的熱導率

附錄12 某些液體的熱導率

附錄13 某些氣體和蒸氣的熱導率

附錄14 管內流體常用流速範圍

附錄15 列管換熱器的傳熱係數的參考值

附錄16 壁面污垢的熱阻

附錄17 管子規格(摘錄)

附錄18 泵規格（摘錄）

附錄19 4-72型離心通風機規格(摘錄)

附錄20 某些工業管道的絕對粗糙度

附錄21 泰勒標準篩的規格

附錄22 換熱器規格(摘錄)

參考文獻

本書第1版1999年由清華大學出版社出版，已由清華大學多個院系及不少兄弟院校使用多年，作者感謝讀者、同行及專家對本教材的厚愛，承蒙高度評價：“該教材概念清楚，內容全面，重點突出，闡述嚴謹。在保證化學工程學科特徵的前提下，在內容的深度和廣度上能夠力求符合培養目標的需要。”

由於科學技術的發展和教學的需要，第2版更新和增加了部分內容，適當介紹一些新近發展的技術，拓寬了課程覆蓋面，以為學生髮展提供了空間，激發學習興趣。第2版繼續保持各章自成體系，適應不同領域、不同層次、不同教學時數教學的特點，賦予使用者較大的機動性，使用者可根據教學要求進行選用。

第2版對第1版內容進行了修訂，並新增了第7章膜分離過程，更新了部分附錄。第2章傳熱過程和傳熱設備、第3章精餾及部分附錄的更新整理由陰金香負責完成，其餘工作由林愛光負責完成。

在再版過程中，作者參考了國內外有關書籍及教材，並引用了其中的一些材料和數據，在此向各書的作者和出版社表示深深的謝意。

本書第1版問世以來，承蒙許多讀者和同行的支持和鼓勵，並提出不少有益的意見和建議，在此表示衷心的感謝。

編者感謝清華大學化工原理教研室的同事在修訂過程中給予的大力支持和幫助；出版過程中得到清華大學出版社有關負責人、審稿人和編輯的關心和支持，對此表示感謝。

本書有配套教材《化學工程基礎學習指引和習題解答》（清華大學出版社，林愛光，2003），還有配套教學軟體《化學工程基礎多媒體課件》（清華大學出版社，林愛光等，2006）。這些將有益於對本書內容的深入理解與掌握。

由於編者水平有限，書中不妥之處在所難免，敬請讀者批評指正。