化工原理

本書圍繞動量、熱量和質量三大傳遞過程的基本原理、基本定律與應用,以傳遞過程的速率(速度)為重點,從過程衡算、速率和平衡三個方面闡述了化工單元操作的基本原理、計算方法及典型設備,內容包括流體流動、流體輸送機械、非均相物系的分離和固體流態化、熱量傳遞、蒸餾、氣體吸收、蒸發和乾燥。 ^[1] 

緒論1

0.1“化工原理”課程性質與目標1

0.1.1課程的性質1

0.1.2課程學習的目標1

0.2“化工原理”課程研究對象與特點2

0.2.1研究對象——單元操作2

0.2.2單元操作的分類2

0.2.3單元操作的特點2

0.3物理量單位制與量綱2

0.3.1單位制2

0.3.2物理量的量綱3

0.4“化工原理”課程研究的手段與方法4

0.4.1研究手段4

0.4.2學習與處理問題的方法6

第1章流體流動8

1.1流體靜力學8

1.1.1密度8

1.1.2流體的靜壓強10

1.1.3流體靜力學基本方程式11

1.2流體動力學16

1.2.1流量與流速16

1.2.2連續性方程17

1.2.3柏努利方程18

1.3流體流動現象28

1.3.1流體的黏度28

1.3.2流體的流動類型與雷諾數30

1.3.3流體在圓管內的速度分佈31

1.3.4邊界層33

1.4流體流動阻力34

1.4.1流體在直管中的流動阻力34

1.4.2局部阻力40

1.4.3流體在管路中的總能量損失43

1.5管路計算44

1.5.1簡單管路44

1.5.2複雜管路47

1.6流速與流量測量49

1.6.1皮託測速計50

1.6.2文丘裏流量計51

1.6.3孔板流量計52

1.6.4轉子流量計52

習題54

第2章流體輸送機械60

2.1概述60

2.2離心泵61

2.2.1離心泵的基本結構61

2.2.2離心泵的工作原理63

2.2.3離心泵的主要性能參數64

2.2.4離心泵的特性曲線65

2.2.5離心泵的管路特性曲線與工作點67

2.2.6離心泵的安裝高度71

2.2.7離心泵的類型和選用及安裝操作74

2.3其他類型液體輸送機械76

2.3.1往復泵76

2.3.2計量泵78

2.3.3隔膜泵80

2.3.4齒輪泵81

2.3.5螺桿泵82

2.4氣體輸送機械84

2.4.1真空泵84

2.4.2壓縮機86

習題88

第3章非均相物系的分離和固體流態化92

3.1概述92

3.2顆粒及顆粒牀層的特性92

3.2.1單個顆粒的性質92

3.2.2混合顆粒的特性93

3.2.3顆粒牀層的特性94

3.2.4流體通過牀層流動的壓降95

3.3沉降96

3.3.1重力沉降96

3.3.2重力沉降設備101

3.3.3離心沉降104

3.3.4離心沉降設備105

3.4過濾112

3.4.1過濾的基本概念112

3.4.2過濾過程的物料衡算113

3.4.3過濾基本方程式114

3.4.4恆壓過濾117

3.4.5恆速過濾與先恆速後恆壓過濾119

3.4.6過濾常數的測定121

3.4.7濾餅的洗滌122

3.4.8過濾機及其生產能力122

3.5離心過濾129

3.5.1基本概念129

3.5.2離心過濾計算130

3.5.3離心過濾設備130

3.6固體流態化132

3.6.1牀層的流態化過程132

3.6.2流化牀類似液體的特性133

3.6.3流體通過流化牀的阻力133

3.6.4流化牀的流化類型與不正常現象134

3.6.5流化牀的操作範圍135

3.6.6流化牀的高度與直徑137

3.6.7氣力輸送的一般概念138

3.6.8氣力輸送的類型138

習題140

第4章熱量傳遞145

4.1概述145

4.1.1傳熱的三種基本方式145

4.1.2傳熱過程中冷、熱流體的接觸方式146 ^[1] 

4.1.3熱源、冷源及其選擇147

4.1.4間壁式換熱器的傳熱過程148

4.2熱傳導149

4.2.1有關熱傳導的基本概念149

4.2.2傅里葉定律150

4.2.3熱導率150

4.2.4平壁的熱傳導151

4.2.5圓筒壁的定態熱傳導153

4.3對流傳熱155

4.3.1對流傳熱過程分析156

4.3.2對流傳熱速率方程156

4.3.3影響對流傳熱係數的因素157

4.3.4對流傳熱係數關聯式的建立158

4.3.5無相變時的對流傳熱係數159

4.3.6冷凝時的對流傳熱係數162

4.3.7沸騰時的對流傳熱係數164

4.4傳熱過程的計算165

4.4.1熱量衡算165

4.4.2總傳熱速率方程與熱阻166

4.4.3平均温差的計算169

4.4.4傳熱面積的計算175

4.5熱輻射180

4.5.1基本概念180

4.5.2輻射能力和輻射基本定律181

4.5.3兩固體間的相互輻射182

4.6換熱器185

4.6.1蓄熱式換熱器185

4.6.2間壁式換熱器186

4.6.3列管式換熱器的設計和選用192

4.6.4傳熱過程的強化措施194

習題195

第5章蒸餾201

5.1概述201

5.1.1蒸餾分離的依據201

5.1.2蒸餾操作的分類202

5.2雙組分溶液的氣、液兩相平衡203

5.2.1相平衡條件和物系的自由度203

5.2.2拉烏爾(Raoult)定律204

5.2.3氣、液兩相平衡關係表達形式205

5.3簡單蒸餾與平衡蒸餾207

5.3.1簡單蒸餾207

5.3.2平衡蒸餾208

5.4精餾210

5.4.1精餾流程與原理210

5.4.2理論板假設和板效率211

5.4.3恆摩爾流假設212

5.4.4加料板與加料熱狀況213

5.5雙組分連續精餾塔的計算214

5.5.1物料衡算與操作線方程214

5.5.2雙組分精餾塔的設計型計算218

5.5.3雙組分精餾塔的操作型分析與計算226

5.5.4精餾塔的温度分佈與靈敏板230

5.6其他類型的連續精餾和精餾塔230

5.6.1直接蒸汽加熱的精餾塔230

5.6.2回收塔231

5.6.3多股加料的精餾塔232

5.6.4側線採出的精餾塔234

5.7間歇精餾過程234

5.7.1餾出液組成保持恆定的間歇精餾235

5.7.2迴流比保持恆定的間歇精餾237

5.8特殊精餾240

5.8.1萃取精餾240

5.8.2共沸精餾242

5.8.3反應精餾244

5.9板式塔246

5.9.1板式塔的類型247

5.9.2板式塔的流體力學性能250

5.9.3篩板塔的設計259

5.9.4板效率263

習題265

第6章氣體吸收272

6.1吸收基本概念273

6.1.1相組成表示法273

6.1.2氣體吸收的分類275

6.1.3吸收劑的選擇原則276

6.2氣、液相平衡關係與亨利定律276

6.2.1氣、液相平衡關係277

6.2.2亨利定律278

6.2.3相平衡關係在吸收過程中的應用280

6.3單相傳質281

6.3.1分子擴散281

6.3.2分子擴散係數285

6.3.3單相對流傳質機理287

6.4相際對流傳質及總傳質速率方程288

6.4.1相際間的對流傳質過程288

6.4.2吸收過程的總傳質速率方程290

6.5吸收塔的計算295

6.5.1物料衡算和操作線方程296

6.5.2吸收劑用量與最小液氣比297

6.5.3吸收塔塔徑的計算299

6.5.4吸收塔填料層高度的計算300

6.5.5吸收塔的設計型計算306

6.5.6強化吸收過程的措施307

6.6填料塔309

6.6.1填料與類型310

6.6.2填料塔的流體力學性能與操作特性314

6.6.3填料塔的內件317

習題319

第7章蒸發325

7.1概述325

7.1.1蒸發操作及其在工業中的應用325

7.1.2蒸發操作的特點326

7.1.3蒸發操作的分類326

7.2單效蒸發與真空蒸發327

7.2.1單效蒸發設計計算327

7.2.2蒸發器的生產能力與生產強度331

7.3多效蒸發332

7.3.1多效蒸發流程332

7.3.2多效蒸發的計算333

7.3.3蒸汽的經濟性與效數選擇338

7.4蒸發器339

7.4.1循環型蒸發器339

7.4.2單程型蒸發器342

7.4.3蒸發器的選型與附件345

7.4.4蒸發過程的強化347

習題348 ^[1] 

第8章乾燥351

8.1概述351

8.1.1物料的去濕方法351

8.1.2乾燥過程的分類351

8.1.3對流乾燥352

8.2濕空氣的性質與濕度圖352

8.2.1濕空氣的性質352

8.2.2濕空氣的濕度圖及其應用358

8.3乾燥過程的物料衡算與熱量衡算359

8.3.1濕物料中的含水量359

8.3.2乾燥過程的物料衡算360

8.3.3乾燥系統熱量衡算與熱效率361

8.4乾燥速率與乾燥時間362

8.4.1恆定乾燥條件下的乾燥速率363

8.4.2恆定乾燥條件下乾燥時間τ365

8.5乾燥器367

8.5.1乾燥器的基本要求367

8.5.2乾燥器的分類368

8.5.3常用的對流式乾燥器369

習題376

附錄380

附錄1常見物理量的單位和量綱380

附錄2某些氣體的重要物理性質383

附錄3某些液體的重要物理性質384

附錄4幹空氣的物理性質(101.3MPa)385

附錄5水的物理性質385

附錄6飽和水蒸氣表386

附錄7某些液體的熱導率388

附錄8某些固體材料的熱導率389

附錄9常用固體材料的密度和比熱容390

附錄10壁面污垢熱阻(污垢係數)390

附錄11液體與氣體黏度共線圖391

附錄12氣體熱導率共線圖(101.3kPa)394

附錄13液體比熱容共線圖394

附錄14離心泵規格(摘錄)396

附錄154-72型離心通風機規格(摘錄)399

附錄16管殼式換熱器總傳熱係數K的推薦值400

參考文獻402

電子教學課件和習題解答獲取方式402

主要設備及原理素材資源(建議在wifi環境下掃碼觀看)

柏努利方程的推導及物理意義18

各種閥門工作原理示意(1)42

各種閥門工作原理示意(2)42

測速計工作原理50

文丘裏流量計工作原理51

孔板流量計工作原理52

轉子流量計53

轉子流量計工作原理53

離心泵結構與部件61

葉輪樣式與結構62

離心泵工作原理63

汽蝕和氣縛現象71

多級離心泵工作原理74

單動往復泵工作原理76

雙動及三動往復泵工作原理與流量曲線76

隔膜泵工作原理80

齒輪泵工作原理81

螺桿泵工作原理82

水環式真空泵工作原理85

蒸汽噴射泵工作原理86

降塵室工作原理101

旋風分離器工作原理106

濾板和濾框123

板框壓濾機工作狀態123

葉濾機的構造126

迴轉真空過濾機127

三足式離心機結構131

卧式刮刀卸料離心機原理131

真空吸引式稀相輸送139

低壓壓送式稀相輸送139

蓄熱室原理146

套管式換熱器147

列管式換熱器147

逆流傳熱的温度變化曲線170

並流傳熱的温度變化曲線170

夾套式換熱器186

固定管板式換熱器188

具有補償圈的換熱器188

浮頭式換熱器189

U形管換熱器189

螺旋板式換熱器190

簡單蒸餾202

平衡蒸餾202

萃取精餾流程實例241

共沸精餾流程實例242

板式精餾塔247

板式精餾塔工作原理247

篩板結構249

吸收與解吸流程273

填料塔310

典型填料311

單效真空蒸發流程325

並流加料蒸發流程332

逆流加料蒸發流程333

平流加料蒸發流程333

中央循環管式蒸發器340

外加熱式蒸發器341

強制循環式蒸發器342

升膜蒸發器343

降膜蒸發器344

氣流乾燥器369

噴霧器結構371

噴霧乾燥器371

流化牀乾燥器373

單滾筒乾燥機374

雙滾筒乾燥機374 ^[1]