化工單元操作

化工單元操作的種類很多，每個單元操作均包含十分豐富的內容。本書精選了十一個典型的化工單元操作按項目進行介紹，包括流體輸送、非均相混合物的分離、物料換熱、蒸發操作、蒸餾操作、氣體吸收與解吸、液-液萃取、溶液結晶、物料乾燥、吸附、膜分離技術。每個項目均有複習思考題，其中計算題附有答案。書末有附錄，供解題時查數據使用。

本教材在編寫過程中根據現代職教理念，圍繞高職教育培養目標，立足於學生崗位職業能力的培養並結合化工企業技術人員培訓的實際需要對課程內容進行了重新整合，以化工單元操作崗位工作過程為主線，把技能訓練和知識的掌握貫穿於以工作任務為載體的項目教學中，更加註重學生工作過程知識的獲取和崗位能力的培養，更突出了教材的“職業性、實用性、適用性”特色，並配有豐富的數字資源，以利於學生學習。

本書是高職化工類及其相近專業的一門主幹課程教材，也是煤化工生產企業職工培訓的核心課程教材，同時也可作為其他相關專業，如石油、生物工程、製藥、冶金、環境工程等專業以及化工生產企業職工培訓的教材或參考書。

緒　論 001

思政目標001

學習目標001

一、課程的性質、作用及任務 001

二、化工單元操作及分類 002

三、化工單元操作過程中的基本規律 002

四、單位制及單位換算 004

五、學習本課程要注意的問題及培養的能力 005

複習思考題005

項目一　流體輸送 007

思政目標007

學習目標007

生產案例008

任務一　流體輸送方式的選擇008

一、設備輸送 009

二、壓送和真空抽料 009

三、高位槽送料 009

任務二　流體輸送管路的選擇與安裝010

一、流體輸送管路的分類 010

二、管路的構成 010

三、管路直徑的確定 015

四、管路的連接方式 016

五、管路的佈置與安裝 017

六、管路常見故障及處理 018

任務三　流體力學基本方程的應用018

一、流體的主要物理量 018

二、靜力學基本方程式及應用 024

三、連續性方程及應用 025

四、伯努利方程式及應用 026

任務四　流體主要參數的測定030

一、流體靜壓強的測量 031

二、液位的測量 032

三、液封高度的確定 034

四、流速的測量 034

五、流量的測量 035

任務五　流體阻力的計算038

一、流體流動類型及判定 038

二、流體阻力的來源及分類 040

三、管內流體阻力計算 040

四、降低管路系統流動阻力的途徑與措施 046

任務六　離心泵的操作與維護046

一、離心泵的基本結構和工作原理 047

二、離心泵的性能參數及特性曲線 048

三、離心泵工作點的確定與流量調節 051

四、離心泵的汽蝕現象與安裝高度 054

五、離心泵的組合操作 057

六、離心泵的類型及選擇 058

七、離心泵的安裝、操作及維護 060

八、離心泵常見故障及處理措施 061

任務七　往復泵的操作與維護062

一、往復泵結構與工作原理 062

二、往復泵的類型及特性 063

三、往復泵的流量調節 063

四、往復泵的操作與維護 064

五、往復泵常見故障及處理方法 064

任務八　其他化工用泵的操作與維護065

一、旋渦泵 065

二、屏蔽泵 066

三、齒輪泵 067

四、計量泵 068

五、隔膜泵 068

六、螺桿泵 069

七、液下泵 069

八、水環真空泵 069

任務九　離心式通風機的操作與維護070

一、離心式通風機構造和工作原理 070

二、離心式通風機性能參數及特性曲線 070

三、離心式通風機的類型與選擇 072

任務十　鼓風機的操作與維護073

一、離心式鼓風機 073

二、羅茨鼓風機 076

任務十一　往復式壓縮機的操作與維護077

一、往復式壓縮機 077

二、離心式壓縮機 082

複習思考題085

項目二　非均相混合物的分離 089

思政目標089

學習目標089

生產案例089

任務一　沉降分離操作090

一、重力沉降分離 090

二、離心沉降分離 095

任務二　過濾分離操作098

一、過濾操作的基本知識 099

二、過濾設備的操作與維護 100

任務三　離心機的操作與維護105

一、沉降式離心機 105

二、過濾式離心機 106

任務四　靜電分離操作108

一、靜電除塵器 108

二、靜電除霧器 110

任務五　氣體的其他淨制分離操作110

一、袋濾器 110

二、文丘裏除塵器 111

三、泡沫塔 112

四、湍球塔 112

複習思考題112

項目三　物料換熱 114

思政目標114

學習目標114

生產案例114

任務一　傳熱基礎的認知115

一、傳熱基本方式 115

二、工業換熱方法 115

三、傳熱速率 116

四、載熱體 117

五、穩定傳熱和非穩定傳熱 117

任務二　導熱過程的計算及其應用117

一、傅里葉定律及熱導率 117

二、平壁穩定熱傳導過程的計算 119

三、圓筒壁穩定熱傳導過程計算 121

任務三　對流傳熱過程分析及其應用123

一、對流傳熱過程分析 123

二、對流傳熱速率方程 124

三、對流傳熱係數及影響因素 125

四、對流傳熱係數的獲取 126

五、流體有相變時的對流傳熱過程分析 127

任務四　間壁換熱過程分析及計算129

一、熱量衡算 129

二、平均温度差計算 130

三、傳熱係數的獲取 132

四、污垢熱阻 134

五、強化傳熱的途徑 134

任務五　換熱設備的選擇136

一、間壁式換熱器的分類 136

二、列管換熱器的型號及選用 140

任務六　列管換熱器的操作與維護141

一、列管換熱器的基本操作 141

二、列管換熱器的正確使用及注意事項 142

三、列管換熱器常見故障及處理方法 143

四、換熱器的維護與清洗 143

複習思考題144

項目四　蒸發操作 147

思政目標147

學習目標147

生產案例147

任務一　蒸發操作及其流程的識讀148

一、蒸發操作及其分類 148

二、蒸發操作的流程 149

任務二　單效蒸發有關參數的計算150

一、水分蒸發量 151

二、加熱蒸汽消耗量 151

三、蒸發器傳熱面積 152

任務三　蒸發設備的選擇153

一、蒸發器的結構及分類 154

二、蒸發器的附屬設備 156

三、蒸發器的選擇 157

任務四　蒸發設備的運行與操作158

一、蒸發器的生產強度及影響因素 158

二、蒸發操作的經濟性 159

三、蒸發系統的日常運行及開停車操作 160

複習思考題161

項目五　蒸餾操作 163

思政目標163

學習目標163

生產案例164

任務一　雙組分氣-液相平衡關係分析 164

一、蒸餾的理論基礎 164

二、雙組分理想溶液氣-液相圖分析 166

三、雙組分非理想溶液氣-液相圖分析 167

四、氣液相平衡方程 168

任務二　蒸餾過程分析170

一、簡單蒸餾 170

二、平衡蒸餾 171

三、精餾 171

任務三　連續精餾過程的計算173

一、全塔物料衡算 173

二、操作線方程 175

三、進料狀況對操作線的影響 177

四、塔板數的計算 180

五、適宜迴流比的選擇 184

任務四　蒸餾設備及其選擇186

一、板式塔的結構及氣液傳質過程分析 186

二、工業上常用的板式塔 188

三、板式塔的選擇 190

任務五　板式精餾塔的操作與控制191

一、氣-液相負荷對精餾操作的影響 191

二、板式精餾塔的操作 192

三、板式精餾塔的操作控制 193

四、精餾設備常見的操作故障與處理 194

複習思考題195

項目六　氣體吸收與解吸 199

思政目標199

學習目標199

生產案例199

任務一　吸收流程與裝置的認識200

一、吸收的基本流程及其選擇 200

二、用水吸收空氣中CO2流程的識讀 202

任務二　吸收劑的選擇204

一、吸收劑選擇的依據 204

二、工業上常用的吸收劑 204

任務三　吸收過程分析204

一、氣液相平衡分析 204

二、氣-液相平衡關係在吸收過程中的應用 209

三、吸收機理分析 210

四、吸收速率方程 211

五、吸收過程的控制 213

六、提高吸收速率的途徑 214

任務四　吸收劑消耗量的確定214

一、全塔物料衡算和操作線方程 214

二、吸收劑用量的確定 216

任務五　填料吸收塔直徑和填料層高度的確定218

一、填料吸收塔直徑的確定 218

二、填料層高度的確定 219

任務六　解吸及其他類型的吸收操作224

一、解吸操作 224

二、其他類型的吸收 225

任務七　吸收設備及其選型226

一、吸收設備的一般要求 226

二、常見吸收設備的結構和特點 226

三、填料吸收塔 228

任務八　吸收塔的操作與調節234

一、吸收塔操作的主要控制因素 234

二、強化吸收過程的措施 235

三、吸收塔的調節 236

四、吸收系統常見設備的操作故障與處理 236

五、吸收系統常見操作故障與處理 238

複習思考題239

項目七　液-液萃取 241

思政目標241

學習目標241

生產案例241

任務一　液-液萃取過程分析 242

一、液-液萃取的基本原理 242

二、液-液相平衡 243

三、萃取劑的選擇 244

任務二　萃取流程的識讀245

一、單級萃取流程 245

二、多級萃取流程 245

任務三　萃取設備的操作246

一、萃取設備的類型 246

二、萃取設備的選用 250

三、影響萃取操作的主要因素 250

四、萃取塔的操作 251

任務四　超臨界萃取251

一、超臨界萃取的基本原理 251

二、超臨界萃取的流程 252

三、超臨界萃取的特點及其工業應用 253

複習思考題254

項目八　溶液結晶 256

思政目標256

學習目標256

生產案例256

任務一　結晶過程分析及計算257

一、結晶過程的基本原理 257

二、結晶過程的相平衡 258

三、結晶生成過程 259

四、結晶過程的物料衡算 260

任務二　結晶過程的操作與控制261

一、結晶操作的影響因素 261

二、結晶過程的操作控制 262

任務三　結晶方法與設備的選擇262

一、結晶方法的選擇 263

二、常用的結晶設備 263

複習思考題265

項目九　物料乾燥 267

思政目標267

學習目標267

生產案例267

任務一　乾燥過程的分析268

一、乾燥操作的分類 268

二、對流乾燥過程分析 269

任務二　濕空氣的性質及濕焓圖的應用270

一、濕空氣的性質 270

二、濕焓圖的識讀及其應用 274

任務三　濕物料的性質分析276

一、物料含水量的表示方法 276

二、物料中水分的性質 276

任務四　乾燥過程的計算277

一、物料衡算 277

二、熱量衡算 278

三、乾燥器的熱效率 279

四、乾燥速率及影響因素分析 280

任務五　乾燥設備及其操作282

一、乾燥器的基本要求及分類 282

二、常用對流乾燥器 282

三、非對流式乾燥器 285

四、乾燥器的選用原則 286

五、常用乾燥器的操作與維護 287

六、乾燥過程的節能措施 288

複習思考題289

項目十　吸　附 291

思政目標291

學習目標291

生產案例291

任務一　吸附過程分析293

一、吸附現象 293

二、吸附分類 293

三、物理吸附過程分析 293

任務二　吸附劑的選擇294

一、吸附劑的基本要求 294

二、工業上常用的吸附劑 294

三、吸附劑的性能 295

任務三　吸附平衡與吸附速率296

一、吸附平衡 296

二、吸附速率 297

任務四　吸附裝置的操作298

一、吸附方法的選擇 298

二、吸附裝置的操作 298

三、吸附過程的強化與展望 301

複習思考題302

項目十一　膜分離技術 304

思政目標304

學習目標304

生產案例304

任務一　膜分離過程分析306

一、膜分離過程及特點 306

二、膜及膜組件 307

任務二　反滲透過程分析309

一、反滲透原理 310

二、反滲透工藝流程 310

三、影響反滲透過程的因素 311

任務三　電滲析過程分析311

一、電滲析分離原理及特點 311

二、電滲析器構成與組裝方式 313

三、電滲析典型工藝流程 313

四、電滲析技術的工業應用 313

任務四　超濾與微濾過程分析315

一、超濾與微濾的基本原理 315

二、超濾膜與微濾膜 316

三、超濾與微濾操作流程 316

四、超濾與微濾的工業應用 318

任務五　氣體膜分離過程分析320

一、氣體膜分離原理 320

二、影響氣體膜分離效果的因素 320

三、氣體膜分離流程 321

四、氣體膜分離技術的應用 322

任務六　膜分離過程中的問題及處理323

一、壓密作用 323

二、水解作用 324

三、濃差極化與膜污染 324

複習思考題324

附　錄 326

附錄一　化工常用法定計量單位及單位換算326

附錄二　某些氣體的重要物理性質（101.3kPa）328

附錄三　某些有機液體的相對密度（液體密度與4℃時水的密度之比） 329

附錄四　某些液體的重要物理性質330

附錄五　部分無機鹽水溶液的沸點（101.3kPa）332

附錄六　某些固體材料的重要物理性質333

附錄七　水的重要物理性質334

附錄八　飽和水蒸氣表（按温度排列）335

附錄九　飽和水蒸氣表（按壓力排列）336

附錄十　幹空氣的熱物理性質（p =1.013×105 Pa） 337

附錄十一　水的黏度（0℃至100℃） 338

附錄十二　液體黏度共線圖339

附錄十三　氣體黏度共線圖340

附錄十四　氣體熱導率共線圖（101.3kPa）341

附錄十五　液體比熱容共線圖343

附錄十六　氣體比熱容共線圖（101.3kPa）344

附錄十七　液體汽化熱共線圖345

附錄十八　液體表面張力共線圖347

附錄十九　管子規格349

附錄二十　離心泵規格（摘錄）350

參考文獻 354