《化工原理》介紹了資源化工(包括傳統化工及相關專業)所涉及的主要化工單元操作的基本原理、計算方法和典型設備,涵蓋了質量傳遞、熱量傳遞和動量傳遞的基本內容。全書共分11章,包括緒論、流體流動與輸送機械、傳熱、蒸餾、氣體吸收、顆粒性質及流態化、干燥、非均相物系的分離、蒸發、液一液萃取和資源化工其他單元操作。除緒論外,每章都選編了適當的思考題和習題。《化工原理》強調基本概念和基本原理,淡化煩瑣的推導過程,強調應用、設備選型,致力于解決工程實際問題。
《化工原理》可作為高等學校化工原理課程(48~100學時)的教材,其教學內容可根據不同的專業側重進行節選,也可以作為科研、設計和企業科技人員的參考書。
資源化工“單元操作”最新歸納總結,強調基本概念和基本原理,淡化煩瑣的推導過程,強調應用、設備選型,致力于解決工程實際問題。
隨著各種資源的日益減少,采用現代科學技術尋找和開發資源是資源化工(包括傳統化工及相關專業)迅猛發展的源動力。將資源化工方面的“單元操作”進一步歸納總結,從而指導資源化工方面的生產和操作,是我們編寫面向資源化工的《化工原理》教材的主旨。
本書除了包含傳統化工原理中的內容,如流體流動與輸送機械、傳熱、蒸餾、氣體吸收、干燥、蒸發等外,還增加了資源化工中常用的過程,如粉碎與篩分、乳化、起泡、消泡、攪拌、泡沫分離、浸出、色譜分離等。本書對傳統化工原理中的內容進行了更新和強化,如液一液萃取中增加反膠團萃取和雙水相萃取,蒸餾中增加反應精餾、加鹽精餾和高溫精餾(如鉛鋅精餾)等;“顆粒性質及流態化”一章中不僅介紹了傳統化工原理中的A類顆粒的流態化,還介紹了C類顆粒的流態化特性。
本書強調基本概念和基本原理,淡化煩瑣的推導過程,強調應用、設備選型,致力于解決工程實際問題。
本書可作為高等學校化工原理課程(48~100學時)的教材,尤其適用于化學工程與工藝、冶金、礦物加工、應用化學、制藥工程、材料、生物工程、食品工程、環境工程、造紙等專業,不同的專業可以選擇不同的章節組合進行教學。也可供相關企業技術人員參考。
本書由中南大學、東北大學、江西理工大學、蘭州交通大學、中國礦業大學5所高校的一線教師共同編寫,周濤任主編,王暉任副主編。參加編寫工作的有周濤(緒論,第5章,附錄)、邱運仁(第1章,10.4節)、印萬忠(第2章)、滿瑞林(第3章)、周永華(第4章)、陳早明(第6章)、王暉(第7章,10.1、10.5、10.6節)、金一粟(第8章)、符劍剛(第9章,10.7節)、張香蘭(10.2、10.9節)、張玉潔(10.3節)、蔣崇文(10.8節)。最后由周濤負責統稿工作。
由于編者水平有限,本書錯誤之處在所難免,敬請讀者批評指正。
前言
第0章 緒論
0.1 資源化工過程與單元操作
0.2 化工過程中的幾個基本概念
0.3 單元操作常用物理量和單位
0.4 本課程的性質、內容和任務
第1章 流體流動與輸送機械
1.1 流體流動的基本概念
1.1.1 流體的密度
1.1.2 流體的比體積
1.1.3 流體的黏度
1.2 流體靜力學
1.2.1 靜止流體的壓強
1.2.2 靜力學基本方程
1.2.3 靜力學方程的應用
1.3 流體動力學
1.3.1 流量與流速
1.3.2 定態流動與非定態流動
1.3.3 連續性方程
1.3.4 伯努利方程
1.4 流體流動現象
1.4.1 雷諾實驗
1.4.2 流動類型
1.4.3 邊界層的概念
1.5 管內流動阻力計算
1.5.1 化工管路
1.5.2 流體在管內流動阻力的計算
1.6 流量的測量
1.6.1 測速管
1.6.2 孔板流量計和文丘里流量計
1.6.3 轉子流量計
1.7 離心泵
1.7.1 離心泵的工作原理
1.7.2 離心泵的結構和應用
1.7.3 離心泵的主要性能參數和性能曲線
1.7.4 離心泵的工作點和流量調節
1.7.5 離心泵的氣蝕現象和安裝高度
1.7.6 離心泵的種類、型號、選用及操作
1.8 其他類型泵
1.8.1 往復泵
1.8.2 齒輪泵
1.8.3 螺桿泵
1.8.4 旋渦泵
1.8.5 軸流泵
1.9 氣體輸送裝置
1.9.1 離心通風機
1.9.2 鼓風機
1.9.3 壓縮機
1.9.4 真空泵
本章符號說明
復習與思考
習題
第2章 傳熱
2.1 概述
2.1.1 傳熱的基本方式
2.1.2 資源化工中的換熱
2.1.3 定態與非定態傳熱
2.2 熱傳導
2.2.1 平壁定態熱傳導
2.2.2 圓筒壁定態熱傳導
2.3 對流傳熱
2.3.1 對流傳熱的過程分析
2.3.2 對流傳熱基本方程
2.3.3 流體無相變時的對流傳熱
2.3.4 流體有相變時的對流傳熱
2.4 輻射傳熱
2.4.1 基本概念
2.4.2 輻射基本定律
2.4.3 兩固體間的輻射傳熱
2.4.4 輻射與對流聯合傳熱
2.5 傳熱計算
2.5.1 傳熱速率方程
2.5.2 傳熱過程計算舉例
2.6 換熱器
2.6.1 間壁式換熱器
2.6.2 傳熱過程的強化
2.6.3 列管式換熱器的設計與選擇
2.7 工業循環冷卻水系統
2.7.1 冷卻水系統
2.7.2 冷卻設備
本章符號說明
復習與思考
習題
第3章 蒸餾
3.1 概述
3.2 雙組分溶液的氣-液平衡
3.2.1 相律
3.2.2 溶液的蒸氣壓及拉烏爾定律
3.2.3 用相對揮發度表示的氣-液平衡關系
3.2.4 兩組分理想溶液的氣-液平衡相圖
3.2.5 兩組分非理想物系的氣-液平衡
3.3 蒸餾與精餾基本原理
3.3.1 平衡蒸餾與簡單蒸餾
3.3.2 精餾原理
3.4 精餾操作流程
3.4.1 連續精餾操作流程
3.4.2 間歇精餾操作流程
3.5 兩組分連續精餾的計算
3.5.1 理論板的概念以及恒摩爾流假定
3.5.2 物料衡算與操作線方程
3.6 進料熱狀況對操作線方程的影響
3.6.1 精餾塔的進料熱狀況
3.6.2 進料熱狀況參數
3.6.3 進料熱狀況對操作線方程的影響
3.7 理論板層數的計算與回流比的影響
3.7.1 理論板層數的計算
3.7.2 回流比的影響及其選擇
3.7.3 理論板的簡潔計算
3.8 連續精餾裝置的熱量衡算
3.8.1 冷凝器熱量衡算
3.8.2 再沸器的熱負荷
3.9 間歇精餾
3.9.1 回流比恒定時的間歇精餾
3.9.2 餾出液組成恒定時的間歇精餾
3.10 特殊蒸餾
3.10.1 恒沸精餾
3.10.2 萃取精餾
3.10.3 分子蒸餾
3.10.4 反應蒸餾
3.10.5 高溫精餾
3.11 板式塔
3.11.1 板式塔的結構
3.11.2 塔板的類型
3.11.3 板式塔的流體力學性能
3.11.4 塔板效率
3.11.5 塔高、塔徑計算
本章符號說明
復習與思考
習題
第4章 氣體吸收
4.1 概述
4.2 氣、液相平衡
4.2.1 氣體在液體中的溶解度
4.2.2 亨利定律
4.2.3 相平衡與吸收過程的關系
4.3 吸收過程的速率
4.3.1 分子擴散與菲克定律
4.3.2 單相內對流傳質及兩相間傳質的雙膜理論
4.3.3 傳質速率方程
4.4 吸收塔的計算
4.4.1 物料衡算與操作線方程
4.4.2 吸收劑的用量與最小液氣比
4.4.3 填料層高度的計算
4.4.4 解吸塔的計算
4.5 其他類型的吸收
4.5.1 多組分吸收
4.5.2 化學吸收
4.5.3 高濃度氣體吸收
4.6 填料塔
4.6.1 填料塔的結構及填料特性
4.6.2 填料塔附件
……
第5章 顆粒性質及流態化
第6章 干燥
第7章 非均相物系的分離
第8章 蒸發
第9章 液-液萃取
第10章 資源化工其他單元操作
參考文獻
附錄
(2)無縫鋼管:無縫鋼管是石油和化工生產中使用最多的一種管型,分為熱軋和冷拔兩種。其特點是質量均勻、強度高。無縫鋼管廣泛用于壓強及溫度較高的物料輸送系統中,耐溫達435℃;如蒸氣、高壓水和高壓氣體等。
2)鑄鐵管
鑄鐵管常用于埋在地下的給水總管、煤氣管及污水管等,具有廉價、耐腐蝕性較強的優點。但因為比較笨重、強度低,故不宜在有壓力的條件下輸送易爆炸、有毒、有害及蒸氣一類的高溫流體。3)有色金屬管化工生產中常用的有色金屬管包括銅管、鉛管、鋁管等。銅管導熱性好且質量較小,適合制造換熱器。細的紫銅管常作為機械設備的潤滑系統或油壓系統的儀表管路。鉛管具有易于輾壓、鍛制或焊接的優點,且能抗硫酸及109,6以下鹽酸的腐蝕,故可作為這類物料的輸送管路。但鉛管機械強度差,較笨重且導熱率低。鋁的導熱性能良好,能代替昂貴的銅管用于制造換熱器。鋁的純度決定其耐腐蝕性,廣泛用于輸送濃硝酸、甲酸、乙酸等物料,但不耐堿。
4)非金屬管
非金屬管包括陶瓷管、水泥管、塑料管等由非金屬材質制成的管材。其中陶瓷管能耐酸堿,但性脆、強度低、不耐壓,多用于排除腐蝕性的污水。水泥管可用作地下水管、污水管,也可用于輸送無壓氣體。塑料管是化工生產中使用最多的非金屬管材,品種很多,最常用的有聚氯乙烯管、聚乙烯管、酚醛塑料及有機玻璃等塑料管。塑料管具有良好的耐腐蝕性而且質輕,但強度較低、耐熱性較差。除此之外,工業上還常用玻璃管和橡膠管作臨時性管道。
2.管件與閥門
1)管件
管件主要用于連接管子,以達到延長管路、分支或合流、改變流向等目的。圖1-9為幾種常用的管件與閥門。
管件的功能大致可分為以下五類:①改變管路流向,常用的有90。彎頭、45。彎頭等;②堵塞管路,常用的有管帽、絲堵(堵頭)、盲板等;③連接管路支路,常用的有三通、四通;④改變管路直徑,常用的有異徑管(大小頭)、內外螺紋管接頭(補芯)等;⑤延長管路,常用的有管箍(束節)、螺紋短節、活接頭、法蘭等。
2)閥門
閥門是工業生產中用來啟閉或調節管內流量的部件。常用的閥門包括以下幾類。
(1)閘門閥:通過控制體內閘門的升降啟閉閥門,閘板和流體流向相垂直,通道的大小通過改變閘板與閥座之間的相對位置改變,當閘板與閥座緊密貼合時可阻止介質通過。為了保證閥門關閉的密封性,通常在閘板和閥座上鑲嵌有密封圈,密封圈由耐蝕耐磨的金屬材料制成。
(2)單向閥:又稱止回閥,是靠流體啟閉,控制流體單向流動的閥門。多用于泵和壓縮機的管路,以及疏水器的排水管和其他不允許流體反向流動的場合。