《化工原理》(第四版)覆蓋化工單元操作的主要內(nèi)容,包括流體流動、流體輸送、非均相分離、傳熱、蒸發(fā)、精餾、吸收、萃取、干燥、流態(tài)化與氣力輸送。對第三版每章學(xué)習(xí)要求、中英文關(guān)鍵詞、相關(guān)知識背景和工業(yè)實(shí)用實(shí)例等做了補(bǔ)充,使體系更加完整,內(nèi)容更具有趣味性;將虛擬化工原理課堂以線上資源的方式與紙質(zhì)教材配套,以便于讀者通過自學(xué)加深對相關(guān)知識的理解;同時本書配有兩種網(wǎng)絡(luò)增值服務(wù):《化工原理》習(xí)題解答和《化工原理》教學(xué)課件。本書可作為大學(xué)本科60~90學(xué)時化工原理課程教材,適用于化工、應(yīng)用化學(xué)、制藥、材料、生物工程、食品工程、環(huán)境工程、造紙、冶金等專業(yè)。也可供自考學(xué)生、高職學(xué)生等選用。
本書曾獲中國石油和化學(xué)工業(yè)優(yōu)秀出版物獎·教材獎一等獎;
本書內(nèi)容簡明扼要,適合少學(xué)時;
本書配有習(xí)題解答、教學(xué)課件與化工設(shè)備動畫,增加了趣味性,并擴(kuò)充了知識;
本書還配有與化工原理相關(guān)的知識背景、科學(xué)家介紹、新技術(shù)、工程應(yīng)用實(shí)例等;
新版增加風(fēng)洞原理、熱流及等溫邊界條件時的對流傳熱系數(shù)、相變傳熱等內(nèi)容;
新版每章增加了新設(shè)備圖,并配有原理演示動畫,讀者可掃描二維碼觀看。
化工原理是一門關(guān)于化學(xué)加工過程的技術(shù)基礎(chǔ)課,它為過程工業(yè)(包括化工、輕工、醫(yī)藥、食品、環(huán)境、材料、冶金等工業(yè)部門) 提供科學(xué)基礎(chǔ),是化工生產(chǎn)、化工設(shè)計(jì)等技術(shù)類崗位的基礎(chǔ)知識;ぴ碚n程主要研究化工生產(chǎn)中單元操作的基本原理及其設(shè)備的設(shè)計(jì)、操作與調(diào)節(jié),以傳遞過程原理和研究方法論為主線,研究各個物理加工過程的基本規(guī)律、典型設(shè)備的設(shè)計(jì)方法、過程的操作和調(diào)節(jié)原理;卧僮鲗⒃诰G色低碳、智能化、大數(shù)據(jù)融合等方面深度發(fā)展,以智能化工廠的建設(shè)促進(jìn)綠色化工和低碳化工。
本書版于2006 年出版,第二版于2009 年出版,第三版于2015 年出版,至今已有十五年,得到了廣大教師和讀者的認(rèn)同。第二版和第三版分別于2010 年、2016年兩次榮獲中國石油和化學(xué)工業(yè)優(yōu)秀出版物獎· 教材一等獎。本書的整體特點(diǎn)是單元操作過程中的數(shù)學(xué)解析簡明清晰,將工藝新算法引入若干新型化工設(shè)備及原理;本書趣味性強(qiáng),從源于生活的事例入手逐步展開科學(xué)原理的講解,引入貼近生產(chǎn)的化工例題;配備數(shù)字化教學(xué)資源,將化工設(shè)備動畫、虛擬課堂以在線資源的方式與教材互聯(lián)。
本書內(nèi)容是基于中山大學(xué)化工原理化工基礎(chǔ) 等課程精編而成。早期,祁存謙教授帶領(lǐng)年輕教師團(tuán)隊(duì)在化工設(shè)備動畫庫、虛擬化工實(shí)驗(yàn)、化工原理試題庫、虛擬化工原理課堂、雙語教學(xué)等多媒體教學(xué)方面做了積極的努力與嘗試,取得了全國矚目的成績。1997 年12 月《化工基礎(chǔ)試題庫》獲全國優(yōu)秀CAI 軟件三等獎、2002 年9月《虛擬化工實(shí)驗(yàn)》獲第六屆全國多媒體教育軟件大獎賽二等獎、2003 年12 月《化工設(shè)備動畫庫》軟件獲第七屆全國教育軟件大獎賽三等獎。
隨著化學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展以及化工原理教學(xué)方法和內(nèi)容的改進(jìn),本教材逐步增加了一些研究方向的內(nèi)容、一些化工歷史及背景知識、一些著名化工科學(xué)家事跡,并配有化工設(shè)備動畫,進(jìn)一步增加教材的趣味性和知識面,凸顯新工科特點(diǎn)。
本書第四版是在第三版基礎(chǔ)上修訂完成的,編寫的基本思想與體系延續(xù)了第三版。第四版補(bǔ)充了每章學(xué)習(xí)要求、中英文主題詞、相關(guān)知識背景和工業(yè)應(yīng)用實(shí)例等,使體系更加完整、內(nèi)容更具有可讀性。本次修訂的主要內(nèi)容有: 在第4 章 傳熱 中增加了流體有相變時對流傳熱系數(shù)的計(jì)算 一節(jié),以增加沸騰和冷凝傳熱的知識點(diǎn);在第7 章 吸收 中增加了三傳類比的基礎(chǔ)理論說明,以使讀者更清楚地理解傳遞過程的實(shí)驗(yàn)規(guī)律;在書末增加主要符號表,以方便讀者查閱相關(guān)符號;將虛擬化工原理課堂 以線上資源的方式與紙質(zhì)教材配套,以便于讀者自學(xué)及加深對相關(guān)知識的理解。
同時本書配有其他兩種網(wǎng)絡(luò)增值服務(wù):《化工原理》習(xí)題解答和《化工原理》教學(xué)課件,讀者可通過掃描封底二維碼獲取。
為了更好地傳承,祁存謙教授力薦青年教師莫冬傳副教授擔(dān)綱本次修訂工作,楊祖金副教授提出了部分修訂意見,羅佳利博士參加了部分編寫工作,全書由呂樹申教授統(tǒng)稿。在此,謹(jǐn)向?yàn)楸緯、二版編寫做出貢獻(xiàn)的丁楠副教授表示感謝。
由于作者能力有限,望讀者繼續(xù)提出寶貴意見和修改建議。另外,本書擬在后續(xù)版本中進(jìn)一步充實(shí)工程實(shí)例,誠邀各位同行參與并提供素材。
呂樹申 莫冬傳 祁存謙
2021 年8 月于中山大學(xué)
緒論 1
0.1 化工原理在化學(xué)化工領(lǐng)域的地位 1
0.2 化學(xué)工程發(fā)展四階段 1
0.3 相關(guān)教材的發(fā)展 3
0.4 衡算方程和過程速率 3
第1 章 流體流動 5
本章學(xué)習(xí)要求 5
1.1 流體流動現(xiàn)象 5
1.1.1 流體流動問題的引出 5
1.1.2 流體的幾個重要性質(zhì)參數(shù) 6
1.1.3 牛頓黏性定律 7
1.1.4 流體流動類型 9
1.1.5 層流速度分布式的推導(dǎo) 10
1.1.6 層流平均流速與流速 11
1.2 流體質(zhì)量衡算連續(xù)性方程 11
1.3 流體能量衡算伯努利方程 12
1.3.1 伯努利方程的導(dǎo)出 12
1.3.2 流體靜力學(xué)方程應(yīng)用舉例 14
1.3.3 真空規(guī)測壓原理推導(dǎo) 15
1.3.4 伯努利方程應(yīng)用舉例 16
1.3.5 伯努利方程在工廠中的應(yīng)用實(shí)例 18
1.4 流體流動阻力計(jì)算 21
1.4.1 圓形直管阻力公式 21
1.4.2 層流時摩擦因數(shù)的計(jì)算 22
1.4.3 烏氏黏度計(jì)的原理 23
1.4.4 量綱分析法 24
1.4.5 湍流時摩擦因數(shù)的計(jì)算 25
1.4.6 局部阻力的計(jì)算 26
1.4.7 流體阻力計(jì)算舉例 28
1.5 管路計(jì)算 29
1.5.1 簡單管路計(jì)算 29
1.5.2 適宜管徑選擇 30
1.5.3 并聯(lián)管路計(jì)算 31
1.5.4 分支管路計(jì)算 32
1.5.5 供水計(jì)算舉例 32
1.6 流量測量 35
1.6.1 孔板流量計(jì)原理及示例 35
1.6.2 轉(zhuǎn)子流量計(jì)原理及示例 38
1.6.3 測速管原理及示例 40
習(xí)題 41
本章關(guān)鍵詞中英文對照 43
第2 章 流體輸送 44
本章學(xué)習(xí)要求 44
2.1 離心泵及其計(jì)算 45
2.1.1 離心泵構(gòu)造及原理 45
2.1.2 離心泵參數(shù)與特性曲線 46
2.1.3 離心泵選擇與示例 48
2.1.4 離心泵的安裝高度及計(jì)算舉例 49
2.1.5 離心泵的工作點(diǎn)及調(diào)節(jié)舉例 50
2.1.6 離心泵的并聯(lián)與串聯(lián) 52
2.2 流體輸送設(shè)備和流體流動習(xí)題課 53
2.2.1 流體輸送設(shè)備的種類及原理 53
2.2.2 流體流動習(xí)題課 57
習(xí)題 60
本章關(guān)鍵詞中英文對照 61
第3 章 非均相分離 63
本章學(xué)習(xí)要求 63
3.1 重力沉降 64
3.1.1 重力沉降速度及計(jì)算舉例 64
3.1.2 降塵室計(jì)算 67
3.2 離心沉降 69
3.2.1 離心沉降速度和分離因數(shù) 69
3.2.2 旋風(fēng)分離器及計(jì)算舉例 70
3.3 過濾 71
3.3.1 過濾操作與過濾基本方程式 71
3.3.2 恒壓過濾方程及計(jì)算舉例 73
3.4 膜分離 75
3.5 沉降過濾設(shè)備 77
習(xí)題 80
本章關(guān)鍵詞中英文對照 80
第4 章 傳熱 82
本章學(xué)習(xí)要求 82
4.1 換熱器類型及傳熱平衡方程 83
4.1.1 換熱器類型 83
4.1.2 傳熱平衡方程 83
4.2 熱傳導(dǎo) 84
4.2.1 傅里葉定律 84
4.2.2 平壁穩(wěn)定熱傳導(dǎo)與熱導(dǎo)率的測定 85
4.2.3 圓筒壁穩(wěn)定熱傳導(dǎo)計(jì)算 86
4.3 對流傳熱 88
4.3.1 牛頓冷卻定律 88
4.3.2 流體無相變時對流傳熱系數(shù)計(jì)算 89
4.3.3 流體有相變時對流傳熱系數(shù)的計(jì)算 90
4.4 綜合傳熱計(jì)算 94
4.4.1 導(dǎo)熱與對流聯(lián)合傳熱公式推導(dǎo) 94
4.4.2 導(dǎo)熱與對流聯(lián)合傳熱計(jì)算舉例 97
4.4.3 強(qiáng)化傳熱的途徑 99
4.4.4 熱管設(shè)計(jì)原理與計(jì)算 99
4.4.5 絕熱保溫技術(shù) 101
4.5 輻射傳熱 102
4.5.1 輻射傳熱概述 102
4.5.2 輻射傳熱計(jì)算舉例 103
4.5.3 對流與輻射聯(lián)合傳熱計(jì)算 104
4.6 傳熱設(shè)備與習(xí)題課 106
4.6.1 傳熱設(shè)備的種類與原理 106
4.6.2 傳熱習(xí)題課 108
習(xí)題 111
本章關(guān)鍵詞中英文對照 113
第5 章 蒸發(fā) 114
本章學(xué)習(xí)要求 114
5.1 單效蒸發(fā) 115
5.1.1 單效蒸發(fā)衡算方程 115
5.1.2 蒸發(fā)器傳熱面積 116
5.1.3 蒸氣壓下降引起沸點(diǎn)升高 117
5.1.4 溶液靜壓力引起沸點(diǎn)升高 118
5.2 多效蒸發(fā) 119
5.2.1 多效蒸發(fā)概述 119
5.2.2 多效蒸發(fā)流程 119
5.3 蒸發(fā)設(shè)備 121
習(xí)題 122
本章關(guān)鍵詞中英文對照 123
第6 章 精餾 124
本章學(xué)習(xí)要求 124
6.1 傳質(zhì)過程概述 124
6.1.1 傳質(zhì)過程的引出 124
6.1.2 傳質(zhì)過程舉例 125
6.2 理想溶液的汽-液平衡 126
6.2.1 相平衡的引出 126
6.2.2 理想溶液及拉烏爾定律 127
6.2.3 t-x-y 圖與x-y 圖 127
6.2.4 汽-液平衡解析表達(dá)式及計(jì)算舉例128
6.3 簡單蒸餾及其計(jì)算 130
6.3.1 簡單蒸餾的裝置及原理 130
6.3.2 簡單蒸餾計(jì)算公式及舉例 130
6.4 精餾原理 132
6.4.1 多次簡單精餾 132
6.4.2 有回流的多次簡單蒸餾 132
6.4.3 提餾塔與中間進(jìn)料現(xiàn)代化精餾塔133
6.5 雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算 134
6.5.1 理論板與恒摩爾流假設(shè) 134
6.5.2 全塔物料衡算方程 135
6.5.3 精餾段操作線方程 135
6.5.4 提餾段操作線方程 137
6.5.5 進(jìn)料狀況參數(shù)及計(jì)算 137
6.5.6 進(jìn)料線方程 138
6.5.7 進(jìn)料方式對進(jìn)料線方程的影響 139
6.5.8 精餾計(jì)算舉例 140
6.5.9 理論塔板數(shù)的求法 140
6.6 回流比與吉利蘭圖 141
6.6.1 回流比的影響因素 141
6.6.2 全回流與小回流比 142
6.6.3 芬斯克公式推導(dǎo) 142
6.6.4 吉利蘭圖法求理論板數(shù) 143
6.7 實(shí)際板數(shù)與板效率 145
6.7.1 塔效率 145
6.7.2 莫弗里板效率 146
6.8 精餾設(shè)備及習(xí)題課 147
6.8.1 精餾設(shè)備 147
6.8.2 精餾習(xí)題課 147
習(xí)題 151
本章關(guān)鍵詞中英文對照 153
第7 章 吸收 154
本章學(xué)習(xí)要求 154
7.1 吸收過程概述 154
7.1.1 吸收定義與工業(yè)背景 154
7.1.2 吸收的用途與分類 155
7.2 吸收相平衡關(guān)系 156
7.2.1 氣體的溶解度曲線 156
7.2.2 亨利定律 157
7.2.3 亨利定律中系數(shù)之間的關(guān)系 158
7.3 傳質(zhì)系數(shù)與速率方程 159
7.3.1 分子擴(kuò)散與費(fèi)克定律 159
7.3.2 單相傳質(zhì)的層流膜模型 160
7.3.3 兩相間傳質(zhì)的雙膜模型 161
7.3.4 傳質(zhì)速率方程與傳質(zhì)系數(shù)之間的換算 162
7.3.5 氣膜控制與液膜控制 164
7.3.6 三傳比擬 165
7.4 吸收填料層高度計(jì)算 166
7.4.1 吸收塔物料衡算 166
7.4.2 小液氣比 166
7.4.3 物料衡算計(jì)算舉例 167
7.4.4 填料層高度基本計(jì)算式 167
7.4.5 傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù) 168
7.4.6 平均推動力法計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù) 169
7.4.7 吸收因數(shù)法計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù) 170
7.4.8 吸收塔設(shè)計(jì)計(jì)算舉例 171
7.4.9 平衡線為曲線時填料層高度計(jì)算172
7.4.10 曲線擬合法計(jì)算舉例 174
7.5 吸收與解吸概要 175
7.5.1 吸收塔操作計(jì)算舉例 175
7.5.2 吸收與解吸的比較 175
7.5.3 解吸操作線與小氣液比 176
7.5.4 解吸塔填料層高度計(jì)算 177
7.6 吸收設(shè)備和習(xí)題課 178
7.6.1 吸收設(shè)備 178
7.6.2 吸收習(xí)題課 179
7.7 吸附分離 183
習(xí)題 186
本章關(guān)鍵詞中英文對照 187
第8 章 萃取 189
本章學(xué)習(xí)要求 189
8.1 萃取概念的引出 189
8.2 萃取溶解度曲線 190
8.2.1 三角形相圖表示法 190
8.2.2 直角坐標(biāo)表示法 190
8.3 錯流萃取與逆流萃取計(jì)算 192
8.3.1 錯流萃取公式推導(dǎo) 192
8.3.2 錯流萃取舉例 194
8.3.3 逆流萃取公式推導(dǎo) 195
8.3.4 萃取小溶劑用量 195
8.3.5 圖解法確定逆流萃取理論級數(shù) 196
8.3.6 解析法確定逆流萃取理論級數(shù) 196
8.3.7 逆流萃取計(jì)算舉例 198
8.4 萃取設(shè)備 198
習(xí)題 199
本章關(guān)鍵詞中英文對照 200
第9 章 干燥 201
本章學(xué)習(xí)要求 201
9.1 干燥過程概述 201
9.2 濕空氣性質(zhì)與溫濕圖 202
9.2.1 濕空氣的基本概念 202
9.2.2 濕空氣性質(zhì) 202
9.2.3 濕空氣T-H 圖繪制 208
9.2.4 T-H 圖的絕熱冷卻線 210
9.2.5 T-H 圖應(yīng)用舉例 211
9.2.6 三種類型濕度圖比較 213
9.3 物料衡算與熱量衡算 213
9.3.1 干燥器物料衡算及計(jì)算舉例 213
9.3.2 干燥器熱量衡算及計(jì)算舉例 215
9.3.3 干燥器的熱效率與干燥效率 218
9.4 干燥速率與干燥時間 219
9.4.1 物料所含濕分的性質(zhì) 219
9.4.2 干燥速率與速率曲線 220
9.4.3 恒速干燥速率計(jì)算 222
9.4.4 干燥時間及計(jì)算舉例 223
9.5 干燥器和習(xí)題課 225
9.5.1 干燥器種類及原理 225
9.5.2 干燥器的選型 229
9.5.3 干燥習(xí)題課 230
習(xí)題 233
本章關(guān)鍵詞中英文對照 235
第10 章 流態(tài)化與氣力輸送 236
本章學(xué)習(xí)要求 236
10.1 固體流態(tài)化 236
10.1.1 流態(tài)化現(xiàn)象 236
10.1.2 壓降與流速的關(guān)系 237
10.1.3 起始流化速度 238
10.1.4 流化床的帶出速度 239
10.2 氣力輸送概述 239
習(xí)題 240
本章關(guān)鍵詞中英文對照 240
附錄 241
附錄1 常用單位換算 241
附錄2 水的物理性質(zhì) 243
附錄3 飽和水蒸氣的物理性質(zhì)(按溫度排列) 244
附錄4 飽和水蒸氣的物理性質(zhì)(按壓力排列) 245
附錄5 干空氣的物理性質(zhì)(p=1.01325105Pa) 247
附錄6 IS型單級單吸離心泵規(guī)格(摘錄) 248
附錄7 金屬材料的某些性能 250
附錄8 某些液體的物理性質(zhì) 252
附錄9 某些氣體的物理性質(zhì) 254
主要符號表 255
參考文獻(xiàn) 258