目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 化學(xué)工程學(xué)的形成與發(fā)展 1
1.2 化學(xué)工程學(xué)的性質(zhì)、任務(wù)、內(nèi)容和研究方法 2
1.2.1 化學(xué)工程學(xué)的性質(zhì)和任務(wù) 2
1.2.2 化學(xué)工程學(xué)的內(nèi)容 2
1.2.3 化學(xué)工程學(xué)的研究方法 3
1.2.4 本課程的學(xué)習(xí)目的 3
1.3 化學(xué)工程學(xué)的基本規(guī)律 4
1.3.1 物料衡算 4
1.3.2 能量衡算 5
1.3.3 平衡關(guān)系 6
1.3.4 過(guò)程速率 6
1.4 化學(xué)與化工生產(chǎn) 6
1.4.1 從實(shí)驗(yàn)室研究到工業(yè)化生產(chǎn) 6
1.4.2 化工開(kāi)發(fā)過(guò)程及步驟 7
1.5 化學(xué)工程學(xué)的發(fā)展趨勢(shì) 8
1.5.1 化工過(guò)程與系統(tǒng)工程結(jié)合 8
1.5.2 化學(xué)工程與材料科學(xué)結(jié)合 9
1.5.3 化學(xué)工程與信息工程結(jié)合 9
1.5.4 化工過(guò)程的綠色化 9
第2章 流體的流動(dòng)過(guò)程與輸送機(jī)械 10
2.1 流體靜力學(xué)基本方程式 10
2.1.1 密度和比容 10
2.1.2 壓強(qiáng) 11
2.1.3 流體靜力學(xué)基本方程式及應(yīng)用 12
2.2 流體流動(dòng)基本規(guī)律 15
2.2.1 流量與流速 16
2.2.2 定態(tài)流動(dòng)與非定態(tài)流動(dòng) 17
2.2.3 理想流體與實(shí)際流體 17
2.2.4 連續(xù)性方程 18
2.2.5 伯努利方程 18
2.2.6 伯努利方程的應(yīng)用 21
2.3 流體流動(dòng)阻力 24
2.3.1 牛頓黏性定律與流體的黏度 24
2.3.2 流體的流動(dòng)現(xiàn)象 26
2.3.3 流體管內(nèi)流動(dòng)阻力的計(jì)算 29
2.4 管路計(jì)算 37
2.4.1 管路計(jì)算的類型和基本方法 37
2.4.2 簡(jiǎn)單管路 38
2.4.3 復(fù)雜管路 38
2.5 流速和流量的測(cè)量 39
2.5.1 測(cè)速管 39
2.5.2 孔板流量計(jì) 41
2.5.3 文丘里流量計(jì) 42
2.5.4 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 43
2.6 流體輸送機(jī)械 44
2.6.1 離心泵 45
2.6.2 往復(fù)壓縮機(jī) 51
習(xí)題 54
第3章 熱量傳遞 58
3.1 概述 58
3.1.1 傳熱過(guò)程在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 58
3.1.2 傳熱的基本方式 58
3.1.3 定態(tài)傳熱與非定態(tài)傳熱 60
3.1.4 載熱體及其選擇 60
3.1.5 工業(yè)中的換熱方式 61
3.1.6 傳熱速率與熱通量 62
3.2 熱傳導(dǎo) 63
3.2.1 傅里葉定律 63
3.2.2 導(dǎo)熱系數(shù) 63
3.2.3 平壁熱傳導(dǎo) 64
3.2.4 圓筒壁的定態(tài)熱傳導(dǎo) 67
3.3 對(duì)流傳熱 69
3.3.1 對(duì)流傳熱機(jī)理 69
3.3.2 對(duì)流傳熱基本方程 70
3.3.3 對(duì)流傳熱分系數(shù) 70
3.3.4 對(duì)流傳熱分系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式 72
3.4 傳熱計(jì)算 75
3.4.1 熱量衡算式及熱負(fù)荷的計(jì)算 75
3.4.2 總傳熱速率方程 76
3.4.3 總傳熱系數(shù)的計(jì)算 77
3.4.4 傳熱平均溫度差的計(jì)算 80
3.5 傳熱設(shè)備——換熱器 85
3.5.1 間壁式換熱器 85
3.5.2 強(qiáng)化傳熱的途徑 87
習(xí)題 90
第4章 氣體吸收 93
4.1 概述 93
4.1.1 氣體吸收過(guò)程 93
4.1.2 吸收過(guò)程的分類 94
4.1.3 吸收劑的選擇 95
4.1.4 吸收操作的流程 95
4.2 吸收的氣、液相平衡關(guān)系 95
4.2.1 氣體在液體中的溶解度 95
4.2.2 亨利定律 96
4.2.3 相平衡關(guān)系與吸收過(guò)程中的關(guān)系 98
4.3 吸收速率方程 99
4.3.1 單一相內(nèi)物質(zhì)的傳遞 100
4.3.2 雙膜理論 103
4.3.3 吸收速率方程 104
4.4 填料吸收塔的計(jì)算 109
4.4.1 吸收劑用量的計(jì)算 109
4.4.2 填料層高度的計(jì)算 113
4.4.3 吸收塔塔徑的計(jì)算 119
4.5 填料塔 120
4.5.1 填料塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 120
4.5.2 填料 120
4.5.3 填料塔內(nèi)的流體力學(xué)性能 122
4.5.4 填料塔的附件 124
4.5.5 強(qiáng)化吸收過(guò)程的措施 125
4.6 其他氣體分離技術(shù)簡(jiǎn)介 126
4.6.1 變壓吸附技術(shù) 126
4.6.2 膜分離技術(shù) 127
習(xí)題 129
第5章 蒸餾 131
5.1 概述 131
5.1.1 蒸餾過(guò)程的分類 131
5.1.2 蒸餾分離的特點(diǎn) 132
5.2 雙組分溶液的氣、液相平衡 132
5.2.1 相律 133
5.2.2 雙組分理想體系的氣、液相平衡 133
5.2.3 雙組分非理想體系的氣、液相平衡 136
5.3 簡(jiǎn)單蒸餾和平衡蒸餾 138
5.3.1 簡(jiǎn)單蒸餾 138
5.3.2 平衡蒸餾 139
5.4 精餾 139
5.4.1 精餾原理 139
5.4.2 精餾操作流程 141
5.5 雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算 142
5.5.1 恒摩爾流假定 142
5.5.2 物料衡算與操作線方程 143
5.5.3 進(jìn)料熱狀態(tài)對(duì)精餾操作的影響 145
5.5.4 理論板層數(shù)的計(jì)算 149
5.5.5 回流比的選擇 152
5.5.6 理論板數(shù)的簡(jiǎn)捷計(jì)算法 157
5.5.7 實(shí)際塔板數(shù)和塔板效率 158
5.6 間歇精餾 159
5.6.1 回流比恒定時(shí)的間歇精餾 159
5.6.2 餾出液組成恒定時(shí)的間歇精餾 160
5.7 特殊精餾 160
5.7.1 恒沸精餾 161
5.7.2 萃取精餾 162
5.8 板式塔 163
5.8.1 塔板的類型及性能評(píng)價(jià) 163
5.8.2 板式塔的結(jié)構(gòu)與性能 165
5.8.3 板式塔工藝尺寸的計(jì)算 168
習(xí)題 168
第6章 工業(yè)反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 171
6.1 化學(xué)反應(yīng)和工業(yè)反應(yīng)器 171
6.1.1 化學(xué)反應(yīng)的分類 171
6.1.2 工業(yè)反應(yīng)器的基本類型 171
6.2 工業(yè)反應(yīng)器的操作方式 174
6.2.1 間歇操作 174
6.2.2 連續(xù)操作 174
6.2.3 半連續(xù)操作 175
6.3 反應(yīng)工程學(xué)基礎(chǔ)理論中的重要概念 175
6.3.1 化學(xué)熱力學(xué)的有關(guān)基本概念 175
6.3.2 化學(xué)動(dòng)力學(xué)的有關(guān)基本概念 180
6.3.3 傳遞工程學(xué)的有關(guān)基本概念 187
6.4 反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本方程 188
習(xí)題 189
第7章 均相反應(yīng)過(guò)程與理想反應(yīng)器 191
7.1 釜式反應(yīng)器 191
7.1.1 釜式反應(yīng)器的物料衡算式 191
7.1.2 間歇攪拌釜式反應(yīng)器 191
7.1.3 理想連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器 193
7.1.4 連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器的串聯(lián) 194
7.1.5 連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性 198
7.2 活塞流管式反應(yīng)器 200
7.2.1 活塞流反應(yīng)器的理想假設(shè) 200
7.2.2 活塞流反應(yīng)器的體積計(jì)算 200
7.3 理想均相反應(yīng)器的優(yōu)化選擇 202
7.3.1 以生產(chǎn)強(qiáng)度為優(yōu)化目標(biāo)選擇反應(yīng)器 202
7.3.2 以產(chǎn)率和選擇性為優(yōu)化目標(biāo)選擇反應(yīng)器 205
習(xí)題 207
第8章 停留時(shí)間分布與非理想反應(yīng)器的計(jì)算 209
8.1 停留時(shí)間分布函數(shù) 209
8.1.1 停留時(shí)間分布函數(shù)的定義 209
8.1.2 停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)定 212
8.1.3 停留時(shí)間分布的數(shù)學(xué)特征 215
8.1.4 理想反應(yīng)器的停留時(shí)間分布 217
8.2 非理想流動(dòng)模型及實(shí)際反應(yīng)器的計(jì)算 220
8.2.1 離析流模型 221
8.2.2 多釜串聯(lián)模型 221
8.2.3 軸向擴(kuò)散模型 224
8.2.4 非理想反應(yīng)器的計(jì)算 225
習(xí)題 227
第9章 多相催化反應(yīng) 229
9.1 工業(yè)催化簡(jiǎn)介 229
9.1.1 固體催化劑 229
9.1.2 工業(yè)催化劑的要求和特點(diǎn) 229
9.2 氣、固相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 230
9.2.1 氣、固相催化反應(yīng)的歷程 230
9.2.2 表面動(dòng)力學(xué)控制 231
9.2.3 外擴(kuò)散過(guò)程 234
9.2.4 內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程 236
9.2.5 反應(yīng)過(guò)程的控制階段 240
9.3 非等溫過(guò)程 241
9.3.1 操作溫度的最優(yōu)化 241
9.3.2 熱量衡算與絕熱反應(yīng)器 243
9.3.3 絕熱反應(yīng)器的容積計(jì)算 245
9.4 氣、固相催化反應(yīng)器 246
9.4.1 固定床反應(yīng)器 246
9.4.2 流化床反應(yīng)器 248
習(xí)題 249
第10章 合成氨工藝 251
10.1 概述 251
10.1.1 合成氨工業(yè)的重要性及發(fā)展概況 251
10.1.2 合成氨主要原料及原則流程 252
10.2 原料氣的生產(chǎn) 253
10.2.1 固體燃料氣化法 254
10.2.2 其他造氣方法簡(jiǎn)介 256
10.3 原料氣的凈化 258
10.3.1 原料氣的脫硫 258
10.3.2 一氧化碳的變換 259
10.3.3 二氧化碳的脫除 262
10.3.4 原料氣的精制 264
10.4 氨的合成 265
10.4.1 氨合成的熱力學(xué) 265
10.4.2 氨合成的動(dòng)力學(xué) 267
10.4.3 氨合成最佳工藝條件的確定 269
10.4.4 氨合成流程 272
10.4.5 氨合成的主要設(shè)備——合成塔 273
10.5 氨的加工 275
10.5.1 尿素概述 275
10.5.2 合成原理和工藝條件 275
習(xí)題 278
第11章 硫酸生產(chǎn)工藝 279
11.1 硫酸概述 279
11.1.1 硫酸的性質(zhì) 279
11.1.2 硫酸的用途和產(chǎn)品規(guī)格 279
11.1.3 硫酸工業(yè)發(fā)展概況 280
11.2 生產(chǎn)硫酸的原料和生產(chǎn)原則流程 281
11.2.1 生產(chǎn)硫酸的原料 281
11.2.2 以硫鐵礦為原料的接觸法生產(chǎn)硫酸的原則流程 283
11.3 二氧化硫爐氣的生產(chǎn) 283
11.3.1 硫鐵礦焙燒原理 283
11.3.2 焙燒工藝條件的確定 285
11.3.3 固體流態(tài)化和沸騰焙燒爐 286
11.4 二氧化硫爐氣的凈化與干燥 288
11.4.1 凈化的目的 288
11.4.2 凈化方法 289
11.4.3 二氧化硫爐氣的干燥 290
11.5 二氧化硫的催化氧化 291
11.5.1 SO2催化氧化的基本原理 291
11.5.2 平衡常數(shù)與平衡轉(zhuǎn)化率 291
11.5.3 催化劑與反應(yīng)速率 293
11.5.4 適宜工藝條件的確定 293
11.5.5 二氧化硫轉(zhuǎn)化流程 296
11.6 三氧化硫的吸收成酸 298
11.6.1 吸收成酸的原理及影響因素 298
11.6.2 吸收成酸的工藝流程 299
11.7 以硫磺為原料制硫酸 300
11.8 硫酸生產(chǎn)中的“三廢”治理和環(huán)境保護(hù) 302
11.8.1 硫酸生產(chǎn)中余熱的回收利用 302
11.8.2 硫酸生產(chǎn)中的“三廢”治理和環(huán)境保護(hù) 302
習(xí)題 305
第12章 化工過(guò)程開(kāi)發(fā) 307
12.1 概述 307
12.2 化工過(guò)程開(kāi)發(fā)內(nèi)容 308
12.2.1 化學(xué)工業(yè)在人類社會(huì)中的地位 308
12.2.2 化工過(guò)程開(kāi)發(fā)的特點(diǎn) 309
12.3 化工過(guò)程開(kāi)發(fā)基本方法 309
12.3.1 實(shí)驗(yàn)研究方法 310
12.3.2 數(shù)學(xué)模型方法 310
12.4 化工過(guò)程開(kāi)發(fā)主要步驟 311
12.4.1 過(guò)程研究 311
12.4.2 工程研究 313
12.5 化工過(guò)程開(kāi)發(fā)案例 313
習(xí)題 315
參考文獻(xiàn) 315
附錄 317
附錄一 干空氣的物理性質(zhì)(101.3kPa) 317
附錄二 IS型離心泵性能參數(shù)(摘錄) 318
附錄三 無(wú)縫鋼管規(guī)格 319
附錄四 水的物理性質(zhì) 320
附錄五 一些氣體-水體系的亨利系數(shù) 321
附錄六 亂堆瓷質(zhì)拉西環(huán)的特性 321
附錄七 物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)(293K，101.3kPa) 322