本書為“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材、“十五”國家級規劃教材及北京市高等教育精品教材。
本書2004年問世,2009年再版,眾多讀者與同行給予了關注與支持,并對教材提出了建設性意見。本次修訂,仍保持原教材的總體結構和特色風格,僅對部分內容進行了刪減、調整和補充。刪除了部分工程上已少用的內容和計算方法,補充了反映化工學科現狀及新進展的內容,并更換了少量的例題與習題,更加突出工程特色。此外,對一些專業術語進行了規范化處理。
本次修訂工作由各章、節的原執筆者完成,分別為北京化工大學楊祖榮(緒論、蒸發、結晶)、劉麗英(流體流動與輸送機械、固體干燥、膜分離)、劉偉(氣體吸收、吸附)、丁忠偉(傳熱)、蘇海佳(蒸餾)及開封大學陶穎(非均相物系分離)。
衷心感謝清華大學蔣維鈞教授對本教材的審閱,同時也感謝北京化工大學化工原理教研室的同事和同行們在本書修訂過程中給予的支持和幫助。
鑒于筆者學識有限,書中難免有不妥之處,懇請讀者批評指正。
編者 本書為“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材、“十五”國家級規劃教材及北京市高等教育精品教材。
本書2004年問世,2009年再版,眾多讀者與同行給予了關注與支持,并對教材提出了建設性意見。本次修訂,仍保持原教材的總體結構和特色風格,僅對部分內容進行了刪減、調整和補充。刪除了部分工程上已少用的內容和計算方法,補充了反映化工學科現狀及新進展的內容,并更換了少量的例題與習題,更加突出工程特色。此外,對一些專業術語進行了規范化處理。
本次修訂工作由各章、節的原執筆者完成,分別為北京化工大學楊祖榮(緒論、蒸發、結晶)、劉麗英(流體流動與輸送機械、固體干燥、膜分離)、劉偉(氣體吸收、吸附)、丁忠偉(傳熱)、蘇海佳(蒸餾)及開封大學陶穎(非均相物系分離)。
衷心感謝清華大學蔣維鈞教授對本教材的審閱,同時也感謝北京化工大學化工原理教研室的同事和同行們在本書修訂過程中給予的支持和幫助。
鑒于筆者學識有限,書中難免有不妥之處,懇請讀者批評指正。
編者
2014年元月
第一版前言
本書是教育部為普通高等院校組織編寫的“十五”國家級規劃教材及北京市高等教育精品教材立項項目。
本書重點介紹化工單元操作的基本原理、計算方法和典型設備。在編寫過程中,力爭系統完整,并做到深入淺出,注重理論聯系實際,突出工程觀點和研究方法,同時反映出新技術的發展。各章中設有“過程強化與展望”一節,介紹過程的強化措施及該過程的發展方向。為便于學習,各章首有“本章學習要求”,明確本章應掌握、熟悉與了解的內容;各章末附有思考題和習題。本書可作為化工類及相關專業(包括化工、石油、生物化工、食品、制藥、材料、輕紡、冶金、環境工程等)的化工原理教材,也可供有關部門的技術人員參考。
為了配合教與學,我們還出版了與本書配套的《化工原理學習輔導》和《化工原理電子教案》。前者主要介紹各章節重點,難點解析,部分習題解答及工程案例,自測練習及部分研究生入學試卷等;后者為全部章節電子教案(powerpoint及部分多媒體素材)及習題詳解。以供學生和教師使用。
本書主編楊祖榮,副主編劉麗英、劉偉。參加編寫工作的有北京化工大學楊祖榮(緒論、蒸發、結晶),劉麗英(流體流動與輸送機械、固體干燥、膜分離),劉偉(氣體吸收、吸附)、蘇海佳(傳熱、蒸餾)及開封大學陶穎(非均相物系分離)。
本書承蒙清華大學蔣維鈞教授審閱,并提出了許多寶貴意見。本書在編寫過程中,編者的同事們給予了熱情的關心、支持和幫助,在此向他們表示深切的謝意。
鑒于編者水平有限,書中不妥之處懇請讀者批評指正。
編者
2004年5月
第二版前言
自本書第一版問世以來,廣大讀者和同行給予了許多關注、鼓勵和支持,并對書中的不足之處提出了寶貴的修改意見。另外,近幾年來化工技術快速發展,化工及相關專業人才的培養目標也發生了一些變化。以上原因促使我們對本書第一版教材內容進行了修訂和補充。在修訂過程中,更加強調體現化工原理課程的工程特色,以培養讀者解決工程實際問題的能力為目標。對各章節,在內容論述和例題選編方面,更加突出工程中設計型和操作型問題的區別和聯系。同時,對第3章的內容做了較大的調整。
本書主編楊祖榮教授,副主編劉麗英、劉偉。參加編寫工作的有楊祖榮(緒論、蒸發、結晶)、劉麗英(流體流動與輸送設備、固體干燥、膜分離)、丁忠偉(傳熱)、劉偉(氣體吸收、吸附分離)、蘇海佳(蒸餾)及開封大學陶穎(非均相物系分離)。
作者十分感謝清華大學蔣維鈞教授審閱本書,并提出許多寶貴意見,同時,感謝北京化工大學化工原理教研室的同事在修訂工作所給予的支持和幫助。
編者
2009年2月于北京
緒論
0.1化工生產過程與單元操作
0.1.1化工生產過程
0.1.2單元操作
0.2《化工原理》課程的性質、內容
及任務
0.3單元操作中常用的基本概念和觀點
第1章流體流動與輸送機械/
1.1流體基本性質
1.1.1連續介質的假定
1.1.2流體的壓縮性
1.1.3作用在流體上的力
1.1.4質量力與密度
1.1.5壓力 緒論
0.1化工生產過程與單元操作
0.1.1化工生產過程
0.1.2單元操作
0.2《化工原理》課程的性質、內容
及任務
0.3單元操作中常用的基本概念和觀點
第1章流體流動與輸送機械/
1.1流體基本性質
1.1.1連續介質的假定
1.1.2流體的壓縮性
1.1.3作用在流體上的力
1.1.4質量力與密度
1.1.5壓力
1.1.6剪切力與黏度
1.2流體靜力學
1.2.1靜壓力特性
1.2.2流體靜力學基本方程
1.3流體動力學
1.3.1流體的流量與流速
1.3.2定態流動與非定態流動
1.3.3定態流動系統的質量衡算
1.3.4定態流動系統的機械能衡算
1.4流體流動的內部結構
1.4.1流體的流動型態
1.4.2流體在圓管內的速度分布
1.5流體流動阻力
1.5.1直管阻力
1.5.2局部阻力
1.5.3流體在管路中的總阻力
1.6管路計算
1.6.1簡單管路
1.6.2復雜管路
1.7流速與流量的測量
1.7.1測速管
1.7.2孔板流量計
1.7.3文丘里流量計
1.7.4轉子流量計
1.8流體輸送機械
1.8.1離心泵
1.8.2其他類型化工用泵
1.8.3氣體輸送機械
思考題
習題
本章符號說明
參考文獻
第2章非均相物系分離/
2.1概述
2.1.1非均相物系分離在工業
生產中的應用
2.1.2顆粒與顆粒群的特性
2.2顆粒沉降
2.2.1顆粒在流體中的沉降過程
2.2.2重力沉降及設備
2.2.3離心沉降及設備
2.3過濾
2.3.1概述
2.3.2過濾基本方程式
2.3.3過濾設備
2.4非均相物系分離過程強化與展望
2.4.1沉降過程的強化
2.4.2過濾過程的強化
2.4.3過濾技術展望
思考題
習題
本章符號說明
參考文獻
閱讀參考文獻
第3章傳熱/
3.1概述
3.1.1傳熱在化工生產中的應用
3.1.2工業生產中的加熱劑和冷卻劑
3.1.3傳熱設備中冷、熱流體的接觸方式
3.1.4傳熱學中一些基本概念
3.2熱傳導
3.2.1熱傳導機理簡介
3.2.2熱傳導速率的表達--傅里葉定律
3.2.3熱導率
3.2.4單層平壁的定態熱傳導
3.2.5單層圓筒壁的定態熱傳導
3.2.6通過多層壁的定態熱傳導
3.3對流傳熱
3.3.1對流傳熱過程分析
3.3.2對流傳熱速率--牛頓冷卻定律
3.3.3對流傳熱系數的實驗研究方法
3.3.4流體無相變時的對流傳熱系數經驗關聯式
3.3.5蒸氣冷凝傳熱
3.3.6液體沸騰傳熱
3.4傳熱過程計算
3.4.1換熱器的熱量平衡方程
3.4.2總傳熱系數
3.4.3總傳熱速率方程
3.4.4總傳熱速率方程與熱量平衡方程的聯用
3.4.5平均傳熱溫差的計算
3.4.6傳熱過程的設計型計算
3.4.7傳熱過程的操作型計算
3.4.8設備壁溫的計算
3.5輻射傳熱
3.5.1熱輻射的基本概念
3.5.2物體的輻射能力
3.5.3兩固體間的輻射傳熱
3.5.4對流-輻射聯合傳熱
3.6換熱器
3.6.1間壁式換熱器
3.6.2列管式換熱器的設計與選型中相關條件的選擇
3.6.3列管式換熱器的選型計算
3.7傳熱過程的強化
3.7.1換熱器中傳熱過程的強化
3.7.2換熱網絡的優化
3.7.3換熱器中污垢的產生、阻垢和清洗
思考題
習題
本章符號說明
參考文獻
第4章蒸發/
4.1概述
4.1.1蒸發操作及其在工業中的應用
4.1.2蒸發操作的特點
4.1.3蒸發操作的分類
4.2單效蒸發與真空蒸發
4.2.1單效蒸發流程
4.2.2單效蒸發設計計算
4.2.3蒸發器的生產能力與生產強度
4.3多效蒸發
4.3.1加熱蒸汽的經濟性
4.3.2多效蒸發
4.3.3多效蒸發效數的限制
4.4蒸發設備
4.4.1蒸發器
4.4.2蒸發器的選型
4.4.3蒸發裝置的附屬設備和機械
4.5蒸發過程和設備的強化與展望
思考題
習題
本章符號說明
參考文獻
閱讀參考文獻
第5章氣體吸收/
5.1概述
5.1.1化工生產中的傳質過程
5.1.2相組成表示法
5.1.3氣體吸收過程
5.1.4氣體吸收過程的應用
5.1.5吸收劑的選用
5.1.6吸收操作的分類
5.2吸收過程的氣-液相平衡關系
5.2.1氣體在液體中的溶解度
5.2.2相平衡關系在吸收過程中的應用
5.3單相內傳質
5.3.1單相內物質的分子擴散
5.3.2分子擴散系數
5.3.3單相對流傳質機理
5.3.4單相內對流傳質速率方程
5.4相際對流傳質及總傳質速率方程
5.4.1雙膜理論
5.4.2吸收過程的總傳質速率方程
5.5吸收塔的計算
5.5.1物料衡算和操作線方程
5.5.2吸收劑用量與最小液-氣比
5.5.3吸收塔填料層高度的計算
5.5.4吸收塔塔徑的計算
5.5.5吸收塔的操作型計算
5.5.6解吸及其計算
5.6填料塔
5.6.1填料
5.6.2填料塔的流體力學性能
5.6.3填料塔的附件
5.6.4強化吸收過程的措施
5.6.5填料塔分離技術新進展
思考題
習題
本章符號說明
參考文獻
閱讀參考文獻
第6章蒸餾/
6.1概述
6.2雙組分溶液的汽-液平衡
6.2.1理想溶液的汽-液平衡
6.2.2溫度組成圖(t-x-y圖)
6.2.3氣液平衡圖(x-y圖)
6.2.4揮發度與相對揮發度
6.2.5非理想溶液的汽-液平衡
6.3簡單蒸餾和平衡蒸餾
6.3.1簡單蒸餾
6.3.2平衡蒸餾
6.4精餾原理
6.4.1多次部分汽化、部分冷凝
6.4.2連續精餾裝置流程
6.4.3塔板的作用
6.4.4精餾過程的回流
6.5雙組分連續精餾塔的計算
6.5.1理論板的概念與恒摩爾流的假設
6.5.2全塔物料衡算
6.5.3操作線方程
6.5.4進料熱狀況的影響及q線方程
6.5.5理論塔板數的確定
6.5.6回流比的影響與選擇
6.5.7理論板數的簡捷計算
6.5.8精餾裝置的熱量衡算
6.5.9雙組分精餾的操作型計算
6.6間歇精餾
6.6.1維持餾出液濃度恒定的操作
6.6.2維持回流比恒定的操作
6.7恒沸精餾與萃取精餾
6.7.1恒沸精餾
6.7.2萃取精餾
6.8板式塔
6.8.1板式塔的結構特點和流體力學特性
6.8.2塔板的流體力學狀況
6.8.3塔板效率
6.8.4塔高和塔徑的計算
6.8.5塔板負荷性能圖
6.8.6板式塔的類型
6.9蒸餾過程的強化與展望
思考題
習題
本章符號說明
參考文獻
閱讀參考文獻
第7章固體干燥/
7.1概述
7.1.1物料的去濕方法
7.1.2物料的干燥方法
7.1.3對流干燥特點
7.2濕空氣的性質與濕度圖
7.2.1濕空氣的性質
7.2.2濕空氣的濕度圖及其應用
7.3固體物料的干燥平衡
7.3.1物料中水分含量的表示方法
7.3.2水分在氣-固兩相間的平衡
7.4干燥過程的計算
7.4.1干燥過程的物料衡算
7.4.2干燥過程的熱量衡算
7.4.3干燥系統的熱效率
7.4.4干燥器空氣出口狀態的確定
7.5干燥速率與干燥時間
7.5.1干燥速率
7.5.2恒定干燥條件下干燥時間的計算
7.6干燥器
7.6.1干燥器的基本要求與分類
7.6.2工業上常用的干燥器
7.6.3干燥器的選用
7.7固體干燥過程的強化與展望
7.7.1干燥過程強化
7.7.2干燥設備改進
7.7.3干燥技術展望
思考題
習題
本章符號說明
參考文獻
閱讀參考文獻
第8章其他分離技術/
8.1結晶
8.1.1概述
8.1.2結晶原理
8.1.3結晶器簡介
8.1.4結晶過程的強化與展望
8.2吸附分離
8.2.1概述
8.2.2吸附劑及其特性
8.2.3吸附平衡
8.2.4吸附速率
8.2.5吸附操作與裝置
8.2.6吸附過程的強化與展望
8.3膜分離
8.3.1概述
8.3.2膜與膜組件
8.3.3反滲透
8.3.4超濾與微濾
8.3.5氣體分離
8.3.6膜接觸器
思考題
本章符號說明
閱讀參考文獻
附錄
附錄一、常用物理量的單位與量綱
附錄二、某些氣體的重要物理性質
附錄三、某些液體的重要物理性質
附錄四、干空氣的物理性質
(101.3kPa)
附錄五、水及蒸汽的物理性質
1.水的物理性質
2.水在不同溫度下的黏度
3.飽和水蒸氣表(按溫度排列)
4.飽和水蒸氣表(按壓力排列)
附錄六、黏度
1.液體黏度共線圖
2.氣體黏度共線圖
附錄七、熱導率
1.固體熱導率
2.某些液體的熱導率
3.氣體熱導率共線圖(101.3kPa)
附錄八、比熱容
1.液體比熱容共線圖
2.氣體比熱容共線圖(101.3kPa)
附錄九、液體相變焓共線圖
附錄十、無機物水溶液的沸點
(101.3kPa)
附錄十一、管子規格
附錄十二、離心泵規格(摘錄)
附錄十三、換熱器系列(摘錄)
1.管殼式熱交換器系列標準(摘自
JB/T 4714、4715-92)
2.管殼式換熱器型號的表示方法