前言
本書由北京化工大學(xué)化工原理教學(xué)團(tuán)隊(duì)精心組織編寫,目的是為了滿足各類高等院校少學(xué)時(shí)化工原理課程教學(xué)的需要,面向非化學(xué)工程類專業(yè)學(xué)生。本書第一版自1987年問世至今已有三十年,被眾多高等院校采用并受到廣大讀者好評(píng)。本書第二版獲化學(xué)工業(yè)出版社第一屆優(yōu)秀暢銷書獎(jiǎng),第三版獲第八屆中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)優(yōu)秀教材一等獎(jiǎng),第四版被評(píng)為“十二五”普通高等教育本科國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。
多年的教學(xué)實(shí)踐表明,本書原有的章節(jié)體系已能很好地滿足教學(xué)需求,但為了在內(nèi)容上與時(shí)俱進(jìn),反映化學(xué)工程的最新進(jìn)展,并考慮讀者的不同側(cè)重,本次修訂對(duì)部分內(nèi)容做了刪減、修改和增補(bǔ)。本次再版的一個(gè)重要特色是增配了過程原理、重點(diǎn)單元設(shè)備原理及結(jié)構(gòu)的動(dòng)畫或視頻二維碼,讀者可掃碼觀看;對(duì)部分例題和習(xí)題進(jìn)行了更新,增加了部分綜合性工程案例題;對(duì)書中插圖進(jìn)行了重新制作,并采用雙色印刷,使重點(diǎn)內(nèi)容更加醒目。此外,本次再版對(duì)原配套的教學(xué)課件與習(xí)題解答也進(jìn)行了修訂,方便任課教師使用。
本書主編王志魁先生已于2012年以87歲高齡仙逝。王先生多年來致力于化學(xué)工程專業(yè)的教學(xué)工作,對(duì)化工原理課程教學(xué)的發(fā)展做出了卓越貢獻(xiàn)。特別是在傳質(zhì)與分離的單元操作方面形成了獨(dú)特的教學(xué)觀點(diǎn),如將傳遞理論和工程實(shí)際緊密地結(jié)合,幫助學(xué)生培養(yǎng)以工程觀點(diǎn)為主的思維方法;注重典型單元操作的設(shè)計(jì)型和操作型問題,加強(qiáng)理論和實(shí)際的聯(lián)系,使學(xué)生能正確地分析復(fù)雜的工程問題,提高解決實(shí)際問題的能力。王先生將寶貴的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Y(jié)在教材中,并為本書的修訂與完善孜孜不倦工作多年。在本書第五版出版之際,謹(jǐn)向王志魁先生為教書育人所做出的貢獻(xiàn)表示敬意!
本次再版的修訂工作由北京化工大學(xué)向陽(yáng)、王宇完成,劉麗英、劉偉審閱。書中二維碼鏈接的主要設(shè)備及原理素材資源由北京東方仿真軟件技術(shù)有限公司提供技術(shù)支持。
由于編者學(xué)識(shí)有限,雖經(jīng)努力,難免有不足之處,懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編者
2017年8月
第一版前言
本教材是根據(jù)化學(xué)工業(yè)部教育司關(guān)于增編高等院校少學(xué)時(shí)《化工原理》教材的要求而編寫的。
1982年以來,北京化工學(xué)院根據(jù)本院某些專業(yè)的特點(diǎn),以精選內(nèi)容、突出重點(diǎn)、理論聯(lián)系實(shí)際、便于教學(xué)為原則,自編了一套教學(xué)學(xué)時(shí)少(簡(jiǎn)稱少學(xué)時(shí))的《化工原理》教材,在本院已使用幾屆,并曾為十余所兄弟院校有關(guān)專業(yè)選用。本教材即在此基礎(chǔ)上并按化工部教育司的要求作了適當(dāng)修改而成。
1984年11月化學(xué)工業(yè)部教育司為本教材(少學(xué)時(shí)《化工原理》)召開了評(píng)審會(huì),參加會(huì)議的有北京工業(yè)學(xué)院、吉林化工學(xué)院、沈陽(yáng)化工學(xué)院、大連工學(xué)院、天津大學(xué)、河北化工學(xué)院、青島化工學(xué)院、華東化工學(xué)院、武漢化工學(xué)院、四川輕化工學(xué)院、廣西工學(xué)院、北京化工學(xué)院十二所院校的代表;浙江大學(xué)、南京化工學(xué)院和華南工學(xué)院提出了書面意見。會(huì)議認(rèn)為教材的編寫目的明確,并具有一定的教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ),適用于少學(xué)時(shí)《化工原理》課程的教學(xué)需要,有一定的適應(yīng)面和實(shí)際意義;考慮到教材的適用范圍,并提出增加沉降與過濾的內(nèi)容。會(huì)后根據(jù)所確定的編寫原則和代表們提出的具體意見作了適當(dāng)修改和增刪。
本教材可供大學(xué)本科80~120學(xué)時(shí)《化工原理》課程的教學(xué)選用,如:“高分子材料”、“橡膠工程與塑料工程”、“高分子材料加工機(jī)械”、“腐蝕與防護(hù)”、“化工生產(chǎn)過程自動(dòng)化”、“化學(xué)工業(yè)管理工程”、“化工工業(yè)分析”等專業(yè)。本教材包括流體流動(dòng)、流體輸送機(jī)械、傳熱、吸收、蒸餾、干燥、沉降與過濾等章,刪除了一般“化工原理”教材中的蒸發(fā)、萃取和流態(tài)化等內(nèi)容。編寫時(shí)注意了加強(qiáng)基礎(chǔ)、理論聯(lián)系實(shí)際和以工程觀點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)分析問題;力求保持其系統(tǒng)性和完整性。
編寫過程中,許多兄弟院校從事《化工原理》課程教學(xué)的同志,提供意見、介紹資料;北京化工學(xué)院各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和傳遞工程教研室的同志們,在工作上給予各種協(xié)助和支持,在此一并表示感謝。由于水平有限,經(jīng)驗(yàn)不足,缺點(diǎn)錯(cuò)誤在所難免,歡迎批評(píng)指正。
編者
1985年7月
第四版前言
本教材是根據(jù)各類高等院校少學(xué)時(shí)《化工原理》課程教學(xué)需要而編寫的。自1985年問世,經(jīng)1998年再版與2005年第三版至今,已有二十余年。受到了各高等院校廣泛采用及廣大讀者的歡迎。本教材第二版獲化學(xué)工業(yè)出版社第一屆(1993~1998年度)優(yōu)秀暢銷書獎(jiǎng),第三版獲第八屆中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)優(yōu)秀教材一等獎(jiǎng)。
本教材經(jīng)眾多院校的教學(xué)實(shí)踐表明,教材的章節(jié)體系與內(nèi)容尚能滿足教學(xué)需要。本次修訂基本上保持第三版的原有框架,對(duì)部分內(nèi)容做了刪除、修改或增補(bǔ)。修訂的基本原則是精益求精,對(duì)于基本概念與基礎(chǔ)理論的闡述,注重其科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性、系統(tǒng)性、先進(jìn)性及實(shí)用性。在文字?jǐn)⑹黾肮酵茖?dǎo)方面,力求簡(jiǎn)潔易懂。
為了滿足課堂教學(xué)需要,第四版教材配有電子教學(xué)課件與習(xí)題解答,供任課教師使用。
參加第四版教材編寫者有王志魁、劉麗英、劉偉。編者學(xué)識(shí)有限,難免存在不妥,懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編者
2010年2月
緒論
一、化工過程與單元操作1
二、“化工原理”課程的性質(zhì)與任務(wù)2
三、物理量的單位與量綱3
四、混合物含量的表示方法5
五、單元操作中常用的基本概念9
習(xí)題10
本章符號(hào)說明10
第一章流體流動(dòng)
第一節(jié)流體靜力學(xué)11
一、流體的壓力12
二、流體的密度與比體積12
三、流體靜力學(xué)基本方程式14
四、流體靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用15
第二節(jié)管內(nèi)流體流動(dòng)的基本方程式19
一、流量與流速19
二、穩(wěn)態(tài)流動(dòng)與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)21
三、連續(xù)性方程式21
四、伯努利方程式22
五、實(shí)際流體機(jī)械能衡算式24
第三節(jié)管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象26
一、黏度26
二、流體流動(dòng)類型與雷諾數(shù)29
三、流體在圓管內(nèi)的速度分布31
第四節(jié)管內(nèi)流體流動(dòng)的摩擦阻力損失34
一、直管中流體摩擦阻力損失的測(cè)定35
二、層流的摩擦阻力損失計(jì)算35
三、湍流的摩擦阻力損失37
四、非圓形管的當(dāng)量直徑41
五、局部摩擦阻力損失43
六、管內(nèi)流體流動(dòng)的總摩擦阻力損失計(jì)算44
第五節(jié)管路計(jì)算46
一、簡(jiǎn)單管路46
二、復(fù)雜管路51
第六節(jié)流量的測(cè)定53
一、測(cè)速管53
二、孔板流量計(jì)55
三、轉(zhuǎn)子流量計(jì)58
四、濕式氣體流量計(jì)60
思考題60
習(xí)題61
本章符號(hào)說明67
第二章流體輸送機(jī)械
第一節(jié)離心泵68
一、離心泵的工作原理69
二、離心泵的主要部件69
三、離心泵的主要性能參數(shù)71
四、離心泵的特性曲線72
五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)74
六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與安裝高度79
七、離心泵的類型與選用82
第二節(jié)其他類型化工用泵84
一、往復(fù)泵84
二、齒輪泵87
三、旋渦泵87
第三節(jié)氣體輸送機(jī)械88
一、離心式通風(fēng)機(jī)88
二、鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)91
三、真空泵95
思考題96
習(xí)題96
本章符號(hào)說明98
第三章沉降與過濾
第一節(jié)概述99
一、非均相物系的分離99
二、顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力100
第二節(jié)重力沉降101
一、沉降速度101
二、降塵室103
三、懸浮液的沉聚105
第三節(jié)離心沉降106
一、離心分離因數(shù)106
二、離心沉降速度107
三、旋風(fēng)分離器107
四、旋液分離器110
五、沉降式離心機(jī)110
第四節(jié)過濾112
一、懸浮液的過濾112
二、過濾速率基本方程式115
三、恒壓過濾117
四、過濾設(shè)備120
思考題124
習(xí)題125
本章符號(hào)說明126
第四章傳熱
第一節(jié)概述127
一、傳熱過程的應(yīng)用127
二、熱量傳遞的基本方式128
三、兩流體通過間壁換熱與傳熱速率方程式129
第二節(jié)熱傳導(dǎo)130
一、傅里葉定律130
二、熱導(dǎo)率131
三、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)133
四、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)136
第三節(jié)對(duì)流傳熱139
一、對(duì)流傳熱方程與對(duì)流傳熱系數(shù)139
二、影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素140
三、對(duì)流傳熱的特征數(shù)關(guān)系式141
四、流體無相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式142
五、流體有相變時(shí)的對(duì)流傳熱147
六、選用對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式的注意事項(xiàng)152
第四節(jié)兩流體間傳熱過程的計(jì)算153
一、熱量衡算153
二、傳熱平均溫度差154
三、總傳熱系數(shù)159
四、壁溫計(jì)算164
五、傳熱計(jì)算示例166
第五節(jié)熱輻射171
一、熱輻射的基本概念171
二、物體的輻射能力與斯蒂芬-波爾茲曼定律173
三、克;舴蚨175
四、兩固體間的輻射傳熱176
五、輻射與對(duì)流的聯(lián)合傳熱180
第六節(jié)換熱器180
一、換熱器的分類181
二、間壁式換熱器181
三、列管式換熱器選用計(jì)算中有關(guān)問題187
四、系列標(biāo)準(zhǔn)換熱器的選用步驟190
五、加熱介質(zhì)與冷卻介質(zhì)193
六、傳熱過程的強(qiáng)化194
思考題195
習(xí)題196
本章符號(hào)說明199
第五章吸收
第一節(jié)概述201
一、吸收操作的應(yīng)用202
二、吸收設(shè)備202
三、吸收操作的分類202
四、吸收劑的選擇203
第二節(jié)氣液相平衡204
一、平衡溶解度204
二、亨利定律205
三、氣液相平衡在吸收中的應(yīng)用208
第三節(jié)吸收過程的傳質(zhì)速率210
一、分子擴(kuò)散與費(fèi)克定律211
二、等摩爾逆向擴(kuò)散211
三、組分A通過靜止組分B的擴(kuò)散213
四、分子擴(kuò)散系數(shù)215
五、單相內(nèi)的對(duì)流傳質(zhì)217
六、兩相間傳質(zhì)的雙膜理論219
七、總傳質(zhì)速率方程221
八、傳質(zhì)速率方程式的各種表示形式223
第四節(jié)吸收塔的計(jì)算225
一、物料衡算與操作線方程225
二、吸收劑的用量與最小液-氣比226
三、填料層高度的計(jì)算229
四、吸收塔的操作計(jì)算237
五、解吸塔的計(jì)算240
第五節(jié)填料塔244
一、填料塔的結(jié)構(gòu)及填料性能244
二、氣液兩相在填料層內(nèi)的流動(dòng)247
三、塔徑的計(jì)算249
四、填料塔的附件250
思考題252
習(xí)題253
本章符號(hào)說明255
第六章蒸餾
第一節(jié)雙組分溶液的汽液相平衡258
一、溶液的蒸氣壓與拉烏爾定律258
二、理想溶液汽液相平衡259
三、非理想溶液汽液相平衡265
第二節(jié)蒸餾與精餾原理266
一、簡(jiǎn)單蒸餾與平衡蒸餾266
二、精餾原理267
第三節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算與分析269
一、全塔物料衡算270
二、恒摩爾流量的假設(shè)271
三、進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q272
四、操作線方程與q線方程275
五、理論板數(shù)計(jì)算280
六、回流比與進(jìn)料熱狀態(tài)對(duì)精餾過程的影響283
七、塔頂液相回流比的選擇286
八、理論板數(shù)的簡(jiǎn)捷計(jì)算法291
九、精餾塔的操作計(jì)算292
十、直接蒸汽加熱及兩股進(jìn)料的精餾塔297
第四節(jié)間歇精餾300
一、回流比恒定的操作301
二、餾出液組成恒定的操作301
第五節(jié)恒沸精餾與萃取精餾302
一、恒沸精餾302
二、萃取精餾303
第六節(jié)板式塔304
一、塔板結(jié)構(gòu)305
二、塔板上汽液兩相的流動(dòng)現(xiàn)象306
三、塔板效率309
四、塔高的確定311
五、塔徑的計(jì)算311
六、塔板類型313
思考題315
習(xí)題317
本章符號(hào)說明320
第七章干燥
第一節(jié)概述322
一、固體物料的去濕方法322
二、濕物料的干燥方法323
三、對(duì)流干燥過程的傳熱與傳質(zhì)324
第二節(jié)濕空氣的性質(zhì)及濕度圖324
一、濕空氣的性質(zhì)324
二、濕空氣的濕度圖及其應(yīng)用330
第三節(jié)干燥過程的物料衡算和熱量衡算333
一、干燥過程的物料衡算333
二、干燥過程的熱量衡算335
第四節(jié)物料的平衡含水量與干燥速率339
一、物料的干燥實(shí)驗(yàn)曲線339
二、物料的平衡含水量曲線341
三、恒定干燥條件下的干燥速率與干燥時(shí)間342
第五節(jié)干燥設(shè)備347
一、常用對(duì)流干燥器簡(jiǎn)介347
二、干燥器的選用351
思考題352
習(xí)題353
本章符號(hào)說明355
附錄
一、單位換算356
二、基本物理常數(shù)356
三、飽和水的物理性質(zhì)357
四、某些液體的物理性質(zhì)358
五、某些有機(jī)液體的相對(duì)密度(液體密度與4℃水的密度之比)359
六、飽和水蒸氣表(按溫度排列)360
七、飽和水蒸氣表(按壓力排列)361
八、干空氣的熱物理性質(zhì)(p=1.01325×105Pa)363
九、某些氣體的重要物理性質(zhì)363
十、液體飽和蒸氣壓p °的安托因(Antoine)常數(shù)364
十一、水在不同溫度下的黏度365
十二、液體黏度共線圖366
十三、氣體黏度共線圖 (101.325kPa)368
十四、固體材料的熱導(dǎo)率369
十五、某些液體的熱導(dǎo)率370
十六、氣體熱導(dǎo)率共線圖370
十七、液體比熱容共線圖372
十八、氣體比熱容共線圖(101.325kPa)374
十九、液體比汽化熱共線圖376
二十、液體表面張力共線圖377
二十一、管子規(guī)格379
二十二、IS型單級(jí)單吸離心泵規(guī)格(摘錄)380
二十三、熱交換器系列標(biāo)準(zhǔn)(摘錄)382
二十四、雙組分溶液的汽液相平衡數(shù)據(jù)384
二十五、常用化學(xué)元素的相對(duì)原子質(zhì)量384
參考文獻(xiàn)
主要設(shè)備及原理素材資源(建議在wifi環(huán)境下掃碼觀看)
伯努利方程的物理意義23
邊界層分離演示34
流體流過彎頭43
突然擴(kuò)大和縮小44
孔板流量計(jì)流動(dòng)狀態(tài)55
文丘里流量計(jì)流動(dòng)狀態(tài)58
離心泵69
離心泵的氣縛69
離心泵的汽蝕79
齒輪泵87
羅茨鼓風(fēng)機(jī)工作原理93
往復(fù)式壓縮機(jī)工作原理94
水環(huán)真空泵95
降塵室的工作原理103
旋風(fēng)分離器108
板框壓濾機(jī)120
轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)122
流體流過圓管和管束145
套管式換熱器工作狀態(tài)182
螺旋板式換熱器工作狀態(tài)183
板式換熱器工作狀態(tài)183
固定管板式換熱器186
浮頭式換熱器工作狀態(tài)187
U形管式換熱器工作狀態(tài)187
等摩爾逆向擴(kuò)散演示212
填料塔簡(jiǎn)介244
流體力學(xué)特征248
板式塔簡(jiǎn)介305
泡沫接觸狀態(tài)306
嚴(yán)重漏液308
液泛308
塔板類型313
廂式干燥器工作狀態(tài)347
轉(zhuǎn)筒干燥器工作狀態(tài)348
沸騰床干燥器工作狀態(tài)349
氣流干燥器工作狀態(tài)350
噴霧干燥器工作狀態(tài)350