化工原理

本書介紹化工及其相近工業生產中常見“單元操作”的原理、設備和工藝計算方法，以及必需的流體流動、傳熱和傳質學基礎知識。全書共12章，包括流體流動、流體輸送機械、顆粒流體力學基礎與機械分離、傳熱及換熱器、蒸發、氣體吸收、液體蒸餾、塔設備、液液萃取、固體乾燥、吸附及膜分離技術。

本書可作為高等院校化工類及相關專業的本科教材及企業培訓教材，也可供相關部門的生產、設計、研究人員參考。

緒論

習題

複習思考題

第1章　流體流動

1.1概述

1.1.1流體及其特徵

1.1.2連續介質模型

1.1.3流體力學與流體流動

1.2流體靜力學

1.2.1流體靜壓強

1.2.2流體密度

1.2.3流體靜力學基本方程

1.2.4U形壓差計

1.3流體流動的基本概念

1.3.1流體在流道中的流量與流速

1.3.2定態與非定態流動

1.3.3流線

1.3.4流體黏度

1.3.5流動型態

1.3.6流體在圓直管內流動的流速側形與流動阻力

1.4流體流動過程的物料衡算與機械能衡算

1.4.1連續性方程

1.4.2理想流體流動的機械能守恆

1.4.3真實流體流動的機械能守恆

1.5圓直管內流體層流時的流速分佈與阻力計算

1.6圓直管內湍流的流速分佈與阻力計算

1.6.1渦流黏度與圓直管內湍流的流速分佈

1.6.2流體沿壁流動的速度邊界層

1.6.3量綱分析方法

1.6.4摩擦係數圖

1.6.5流體沿程阻力計算

1.6.6局部阻力計算

1.6.7流體流過非圓形截面管道的阻力計算

1.7管路計算

1.7.1管路的分類和管路計算圖表

1.7.2簡單管路計算

1.7.3並聯管路計算

1.7.4分支管路計算

1.7.5變密度流體的簡單管路計算

1.8流速與流量測定

1.8.1畢託管

1.8.2文丘里流量計

1.8.3孔板流量計

1.8.4轉子流量計

本章主要符號

習題

複習思考題

第2章　流體輸送機械

2.1概述

2.1.1流體輸送機械的作用

2.1.2離心泵與離心式風機簡介

2.1.3離心力場中流體修正壓強的分佈規律

2.2離心泵操作性能的基本方程

2.2.1速度三角形

2.2.2歐拉方程

2.3實際離心泵的性能曲線

2.3.1離心泵操作性能參量

2.3.2離心泵的各項效率分析

2.3.3各種葉片類型離心泵的操作性能比較

2.3.4實測的離心泵性能曲線

2.3.5轉速改變或葉輪切削對離心泵性能曲線的影響

2.3.6液體性質對離心泵特性的影響

2.4離心泵的操作

2.4.1灌泵及對汲入管路的要求

2.4.2離心泵的工作點

2.4.3離心泵的串聯操作

2.4.4離心泵的並聯操作

2.5離心泵的安裝高度限制

2.5.1離心泵的安裝高度問題

2.5.2氣蝕現象

2.5.3離心泵正常操作必須滿足的條件

2.5.4離心泵最大安裝高度計算

2.6離心泵的類型與選型

2.6.1離心泵的類型

2.6.2離心泵的選型

2.7離心式風機

2.7.1使用風機的目的及離心式風機的分類

2.7.2離心式風機主要性能參量與性能曲線

2.7.3離心式風機選型計算

2.8其他類型的泵與風機

2.8.1往複泵

2.8.2隔膜泵

2.8.3齒輪泵

2.8.4旋渦泵

2.8.5羅茨鼓風機

2.8.6納氏泵

2.8.7水環真空泵

2.8.8噴射泵

本章主要符號

習題

複習思考題

第3章　顆粒流體力學基礎與機械分離

3.1固體顆粒的幾何特性與篩分分析

3.1.1單顆粒的幾何特性

3.1.2篩分分析與顆粒群的幾何特性

3.2流體通過固定床層的流動

3.2.1固定床結構的一維簡化模型

3.2.2數學模型中模型參數的估值

3.3懸浮液濾餅過濾

3.3.1懸浮液濾餅過濾的操作特點

3.3.2懸浮液濾餅過濾的物料衡算

3.3.3過濾速率基本方程式

3.3.4間歇式過濾設備

3.3.5葉濾機的過濾、洗滌過程計算和最大產率問題

3.3.6板框式壓濾機的過濾、洗滌過程計算和最大產率問題

3.3.7過濾常量的測定

3.3.8先恆速后恆壓過濾

3.3.9連續式過濾設備

3.3.10過濾操作的改進

3.4顆粒沉降與沉降分離設備

3.4.1重力沉降速度

3.4.2重力沉降室

3.4.3離心沉降速度

3.4.4旋風分離器

3.5固體流態化

3.5.1固體流態化現象

3.5.2固體流態化的流體力學特性

本章主要符號

習題

複習思考題

第4章　傳熱及換熱器

4.1概述

4.1.1傳熱在化工生產中的應用

4.1.2加熱介質與冷卻介質

4.1.3傳熱的基本方式

4.1.4冷、熱流體熱交換形式

4.1.5傳熱速率與熱通量

4.1.6定態傳熱與非定態傳熱

4.2熱傳導

4.2.1熱傳導的基本概念

4.2.2傅里葉定律

4.2.3熱導率

4.2.4平壁的熱傳導

4.2.5圓筒壁的熱傳導

4.3對流傳熱概述

4.3.1給熱和給熱的類型

4.3.2給熱速率與給熱係數

4.4無相變流體的給熱

4.4.1影響給熱的因素

4.4.2溫度邊界層

4.4.3與給熱有關的特徵數及特徵數關聯式的確定方法

4.4.4流體在管內強制對流給熱

4.4.5流體在管外強制對流給熱

4.4.6大空間自然對流給熱

4.5有相變流體的給熱

4.5.1蒸汽冷凝給熱

4.5.2液體沸騰給熱

4.6輻射傳熱

4.6.1輻射傳熱的基本概念與定律

4.6.2固體壁面間的輻射傳熱

4.6.3對流與輻射並聯傳熱

4.7串聯傳熱過程計算

4.7.1傳熱速率方程

4.7.2熱量衡算

4.7.3傳熱係數

4.7.4換熱器的平均溫度差

4.7.5傳熱效率法

4.8換熱器

4.8.1間壁式換熱器

4.8.2換熱器傳熱過程的強化

4.8.3列管式換熱器設計與選型原則

本章主要符號

習題

複習思考題

第5章　蒸發

5.1單效蒸發

5.1.1溶液沸點和溫度差損失

5.1.2單效蒸發的計算

5.2多效蒸發

5.2.1多效蒸發操作流程

5.2.2多效蒸發的計算

5.2.3多效蒸發效數的限制

5.3蒸發器生產能力和生產強度

5.3.1生產能力

5.3.2生產強度

5.3.3提高生產強度的途徑

5.4蒸發操作的其他節能措施

5.4.1額外蒸汽引出

5.4.2二次蒸汽的再壓縮

5.4.3冷凝水熱量的利用

5.5蒸發設備

5.5.1蒸發器

5.5.2蒸發輔助設備

本章主要符號

習題

複習思考題

第6章　氣體吸收

6.1概述

6.1.1吸收與傳質

6.1.2物理吸收與化學吸收

6.1.3吸收與解吸

6.1.4溶劑的選擇

6.2氣液相平衡

6.2.1平衡溶解度圖

6.2.2過程方向判斷與過程推動力

6.3分子擴散

6.3.1分子擴散速率——費克定律

6.3.2分子擴散傳質速率

6.3.3組分在氣相中的分子擴散係數

6.3.4組分在液相中的分子擴散係數

6.4對流傳質

6.4.1吸收過程中溶質氣體由氣相轉移至液相的過程

6.4.2吸收機理模型

6.4.3對流傳質速率

6.4.4總傳質係數

6.5填料塔中低濃度氣體吸收過程的計算

6.5.1填料塔簡介

6.5.2低濃度氣體吸收的特點

6.5.3物料衡算——操作線方程

6.5.4填料層高度的計算式

6.5.5傳質單元高度的計算

6.5.6傳質單元數的計算

6.5.7填料吸收塔的設計型計算

6.5.8填料吸收塔的操作型計算

6.5.9其他吸收流程

6.6氣體解吸

6.6.1氣體解吸的特點與常用的解吸方法

6.6.2逆流氣體解吸塔的計算

6.7高濃度氣體吸收

6.7.1高濃度氣體吸收的特點

6.7.2高濃度氣體吸收過程計算

本章主要符號

習題

複習思考題

第7章　液體蒸餾

7.1概述

7.1.1蒸餾原理與蒸餾操作

7.1.2閃蒸

7.2雙組分物系的汽液平衡

7.2.1理想物系的汽液平衡

7.2.2非理想物系的汽液平衡

7.3雙組分簡單蒸餾

7.4雙組分液體連續精餾

7.4.1精餾原理與過程分析

7.4.2基本型連續精餾塔的設計型計算

7.4.3基本型連續精餾塔的操作型計算

7.4.4其他類型的連續精餾

7.5雙組分間歇精餾

7.5.1間歇精餾過程特點

7.5.2xD恆定的間歇精餾

7.5.3R恆定的間歇精餾

7.6特殊精餾

7.6.1萃取精餾

7.6.2共沸精餾

7.6.3反應精餾

7.6.4熱泵精餾

7.6.5分子蒸餾

本章主要符號

習題

複習思考題

第8章　塔設備

8.1填料塔

8.1.1填料塔簡介

8.1.2填料的種類與特性

8.1.3填料層內氣液逆流的流體力學特性

8.1.4填料層內的氣液傳質

8.1.5填料塔的附屬設備

8.2板式塔綜述

8.2.1板式塔的氣液流動類型

8.2.2幾種主要板式塔型簡介

8.3篩板塔

8.3.1篩板塔的結構

8.3.2篩板塔正常操作的氣液流量範圍

8.3.3篩板塔的設計

8.4浮閥塔

8.4.1浮閥塔的結構

8.4.2浮閥塔正常操作的氣液流量範圍

8.5塔板效率

8.5.1塔板效率的不同表示方法及其應用

8.5.2提高塔器操作傳質效果須注意的問題

8.5.3總板效率的經驗圖線

本章主要符號

習題

複習思考題

第9章　液液萃取

9.1概述

9.1.1液液萃取原理

9.1.2工業萃取過程

9.1.3萃取過程的經濟性

9.2液液相平衡原理

9.2.1三角形相圖

9.2.2三角形相圖在單級萃取中的應用

9.3萃取過程計算

9.3.1萃取級內過程的數學描述

9.3.2多級錯流萃取

9.3.3多級逆流萃取

9.3.4連續接觸逆流萃取

9.4萃取設備

9.4.1常用萃取設備

9.4.2萃取設備的選擇

9.5萃取過程的新進展

9.5.1超臨界流體萃取

9.5.2反膠束萃取

9.5.3雙水相萃取

9.5.4絡合萃取

本章主要符號

習題

第10章　固體乾燥

10.1濕空氣的性質和濕度圖

10.1.1濕空氣的性質

10.1.2濕空氣的I-H圖及其應用

10.2乾燥過程的物料衡算和熱量衡算

10.2.1物料衡算

10.2.2熱量衡算

10.2.3乾燥器出口空氣狀態的確定

10.2.4乾燥器的熱效率和乾燥效率

10.3乾燥速率和乾燥時間

10.3.1物料中所含水分的性質

10.3.2乾燥速率及其影響因素

10.3.3恆定乾燥條件下乾燥時間的計算

10.4乾燥器

10.4.1乾燥器的主要型式

10.4.2乾燥器設計原則與舉例

10.5氣體的增濕與減濕

10.5.1增濕過程與減濕過程

10.5.2空氣調濕器與水冷卻塔

本章主要符號

習題

複習思考題

第11章　吸附

11.1概述

11.1.1吸附現象及其工業應用

11.1.2常用吸附劑

11.2吸附平衡

11.2.1吸附等溫線

11.2.2單一氣體(或蒸汽)的吸附平衡

11.2.3液相吸附平衡

11.3吸附機理和吸附速率

11.3.1吸附機理

11.3.2吸附速率

11.3.3吸附的傳質速率方程

11.4吸附設備與吸附過程計算

11.4.1固定床吸附器與固定床吸附過程計算

11.4.2移動床吸附器與移動床吸附過程計算

本章主要符號

第12章　膜分離技術

12.1概述

12.1.1膜的概念

12.1.2膜分離技術發展簡史

12.1.3各種膜分離過程簡介

12.1.4膜分離設備

12.2反滲透

12.2.1反滲透過程

12.2.2反滲透過程的操作

12.2.3反滲透的應用

12.3超濾和微濾

12.3.1過程原理

12.3.2過程與操作

12.3.3應用

12.4電滲析

12.4.1電滲析原理

12.4.2離子交換膜及其性質

12.4.3電滲析設備與操作

12.4.4電滲析的應用

12.5其他膜過程

12.5.1氣體分離膜

12.5.2滲透汽化

12.5.3液膜分離技術

本章主要符號

附錄

1.單位換算

2.水的物理性質

3.水在不同溫度下的黏度

4.干空氣的物理性質(p=101.3kPa)

5.飽和水蒸氣(以溫度為準)

6.飽和水蒸氣(以壓強為準)

7.某些無機物水溶液的表面張力σ×103/(N/m)

8.某些有機液體的相對密度(液體密度與4℃水的密度之比)

9.有機液體的表面張力共線圖

10.液體黏度共線圖

11.液體的比熱容

12.蒸發潛熱(汽化熱)

13.氣體黏度共線圖(常壓下用)

14. 101.3kPa壓強下氣體的比熱容

15.某些液體的熱導率

16.某些固體物質的黑度

17.某些固體材料的熱導率

18.常用固體材料的密度和比熱容

19.某些氣體溶於水的亨利係數

20.某些二元物系的汽液平衡組成

21.管子規格

22. IS型離心泵性能表

23.管殼式熱交換器系列標準(摘錄)

24.標準篩目

專業辭彙中英文對照

參考文獻