化工单元操作(第2版化学工程与工艺应用型本科建设系列教材普通高等教育规划教材)

绪论1
0.1课程内容和任务1
0.2单元操作的分类和特点1
0.2.1单元操作的分类1
0.2.2单元操作的特点2
0.3常用的研究方法2
0.4常用的基本概念3
0.5单位与单位换算4
0.5.1SI制(国际单位制)4
0.5.2工程单位制和英单位制5
0.5.3物理量单位换算5
0.6量纲和经验公式变换6
0.6.1量纲6
0.6.2经验公式变换6
思考题7
习题8

第1章流体流动9
本章符号说明9
1.1流体性质和管道设计10
1.1.1流体的物理性质10
1.1.2管径计算与选择12
1.1.3连续稳态流动流体的物料衡算13
1.1.4化工常用管子、管件和阀门14
1.2流体流动系统中的机械能衡算16
1.2.1流体机械能衡算式16
视频：伯努利方程的物理意义17
1.2.2流体静力学17
1.2.3管内流体机械能损失的测定21
1.2.4满足输送要求的位差或压差确定21
1.2.5输送机械提供能量的计算22
1.2.6流量测量24
1.3管内流体流动的机械能损失26
1.3.1流体流动类型和雷诺数26
1.3.2层流的摩擦阻力28
1.3.3量纲分析法分析机械能损失29
1.3.4局部摩擦阻力损失32
1.3.5管路系统中总机械能损失的计算33
1.3.6阻力对管内流体流动的影响35
1.4管路的安装与操作37
1.5管路计算及案例分析37
1.5.1简单管路计算38
1.5.2复杂管路计算39
思考题41
习题43

第2章流体输送机械47
本章符号说明47
2.1离心泵48
2.1.1离心泵的工作原理48
视频：离心泵48
视频：离心泵的气缚48
2.1.2离心泵的性能参数49
2.1.3离心泵的工作点与流量调节51
2.1.4离心泵类型和选用53
2.1.5离心泵的吸上高度54
视频：离心泵的汽蚀55
2.2化工中常用的其他类型泵57
2.2.1往复泵57
视频：齿轮泵58
2.2.2旋转泵58
2.2.3旋涡泵59
2.3化工中常用的气体输送机械60
2.3.1离心式通风机60
2.3.2离心式鼓风机和离心式压缩机64
2.3.3旋转式鼓风机和旋转式压缩机64
视频：罗茨鼓风机工作原理64
2.3.4往复式压缩机65
视频：往复式压缩机的工作原理65
2.3.5真空泵66
视频：水环真空泵67
2.4离心泵的操作67
2.4.1离心泵的使用67
2.4.2日常维护68
2.5案例分析69
思考题70
习题70

第3章过滤与沉降72
本章符号说明72
3.1化工中的过滤操作和常用设备73
3.1.1板框压滤机73
视频：板框过滤机的工作原理73
3.1.2叶滤机74
3.1.3转筒真空过滤机75
视频：转筒真空过滤机76
3.1.4离心过滤机76
3.2过滤过程的工艺计算77
3.2.1过滤的速度方程77
3.2.2过滤过程的物料衡算78
3.2.3恒压过滤时间与滤液的关系79
3.2.4过滤常数的测定80
3.2.5洗涤过程的计算82
3.2.6过滤机生产能力83
3.3重力沉降86
3.3.1重力沉降速度86
3.3.2影响沉降速度的其他因素89
3.3.3降尘室90
视频：降尘室的工作原理90
3.3.4沉降槽91
3.3.5分级器92
3.4离心沉降93
3.4.1惯性离心力作用下的沉降速度94
3.4.2旋风分离器95
视频：旋风分离器95
3.5板框压滤机的操作99
3.5.1开车前的准备99
3.5.2开停车步骤99
3.5.3事故分析99
3.6案例分析101
3.6.1案例1101
3.6.2案例2102
思考题103
习题104

第4章传热106
本章符号说明106
4.1化工中的传热操作及常用换热设备107
4.1.1夹套换热器107
4.1.2蛇管换热器108
4.1.3喷淋式换热器108
4.1.4套管换热器108
视频：套管换热器工作状态109
4.1.5列管式换热器109
视频：固定管板式换热器结构109
视频：浮头式换热器110
视频：U形管式换热器110
4.1.6平板式换热器110
视频：平板式换热器110
4.1.7螺旋板式换热器111
视频：螺旋板式换热器111
4.1.8翅片管换热器111
4.1.9板翅式换热器111
4.2载热体和间壁式换热器的热量衡算112
4.2.1化工中常用载热体112
4.2.2换热器热负荷计算114
4.2.3间壁换热器的传热速率与热流密度115
4.3热传导115
4.3.1导热基本方程式115
4.3.2热导率116
4.3.3平壁的定态导热116
4.3.4圆筒壁的定态导热118
4.4对流传热120
4.4.1对流传热方程式120
4.4.2影响对流传热(给热)系数的主要因素120
4.4.3传热过程中常用到的准数121
4.4.4流体管内强制对流的传热系数关联式121
4.4.5流体管外强制对流的传热系数关联式123
4.4.6蒸气冷凝时的对流传热系数125
4.4.7液体沸腾时的传热系数126
4.5间壁式换热器的传热计算128
4.5.1传热平均温度差Δtm的计算128
4.5.2总传热系数132
4.5.3传热面积的计算与操作核算135
4.5.4传热单元数法137
4.5.5非定态传热计算示例140
4.5.6列管式换热器的选用142
4.6辐射传热145
4.6.1物体对热辐射的性能表现145
4.6.2物体的辐射能力146
4.6.3物体间的辐射传热147
4.6.4辐射和对流的联合传热148
4.6.5保温层材料的选择149
4.7传热的操作150
4.7.1传热操作的开工准备150
4.7.2传热操作的开停车151
4.7.3传热操作的故障及处理152
4.7.4传热操作的日常维护和检修152
4.7.5传热操作的安全技术152
4.8案例分析153
4.8.1案例1153
4.8.2案例2156
思考题158
习题159

第5章蒸发161
本章符号说明161
5.1化工中的蒸发操作及常用蒸发设备162
5.1.1循环式蒸发器163
5.1.2单程型蒸发器164
5.2蒸发过程溶液沸点的确定166
5.2.1因溶质存在溶液蒸气压下降而引起的沸点升高166
5.2.2因液柱压头引起的溶液沸点升高168
5.2.3因流动阻力产生压降引起的沸点升高168
5.3单效蒸发的计算169
5.3.1物料衡算169
5.3.2热量衡算169
5.3.3蒸发器传热面积的计算170
5.3.4蒸发操作的调节172
5.4多效蒸发及提高加热蒸汽利用率的其他措施174
5.4.1多效蒸发的流程174
5.4.2多效蒸发与单效蒸发的比较174
5.4.3多效蒸发的效数限制175
5.4.4引出额外蒸汽为他用热源176
5.4.5热泵蒸发176
5.4.6冷凝水自蒸发的应用177
5.5蒸发的操作177
5.5.1蒸发操作的开工准备177
5.5.2蒸发操作的开停车178
5.5.3蒸发操作的故障及处理179
5.5.4蒸发操作的安全技术179
5.6案例分析179
5.6.1案例1180
5.6.2案例2181
思考题182
习题183

第6章吸收184
本章符号说明184
6.1化工中的吸收操作185
6.1.1吸收分离的依据185
6.1.2吸收操作的分类186
6.1.3吸收操作在化工中的应用186
6.1.4吸收操作的流程186
6.1.5吸收剂选择原则188
6.1.6吸收操作需要解决的基本问题188
6.2气液相平衡188
6.2.1气体在液体中的溶解度188
6.2.2亨利定律189
6.2.3气液相平衡在吸收中的应用191
6.3吸收过程速率192
6.3.1吸收机理192
6.3.2吸收速率方程192
6.3.3总吸收系数与膜系数关系194
6.4吸收塔计算195
6.4.1吸收塔物料衡算195
6.4.2吸收剂用量的确定196
6.4.3填料层高度的基本计算式198
6.4.4传质单元高度概念199
6.4.5传质单元数的解析计算199
6.4.6传质单元数的其他求解法202
6.4.7吸收的操作型计算示例204
6.4.8解吸塔的计算207
6.4.9理论塔板数的计算209
6.5填料塔209
6.5.1填料塔的结构与操作209
6.5.2填料特性209
视频：填料塔209
6.5.3常用填料210
6.5.4气、液两相逆流通过填料层的流动状况212
视频：填料塔工作原理212
6.5.5填料塔直径的计算213
6.5.6填料塔的主要附件215
6.6吸收塔的操作和调节217
6.7吸收塔的操作技术218
6.7.1装填料218
6.7.2设备的清洗机填料的处理219
6.7.3系统的开车219
6.7.4系统的停车219
6.7.5正常操作要点220
6.7.6吸收塔操作正常维护要点220
6.7.7吸收塔常见的异常现象及处理方法220
6.8案例分析221
6.8.1案例1221
6.8.2案例2224
思考题225
习题226

第7章蒸馏228
本章符号说明228
7.1概述229
7.1.1蒸馏分离的依据229
7.1.2蒸馏过程的分类230
7.1.3精馏操作的工程问题231
7.2双组分溶液的气液平衡232
7.2.1理想物系的泡点方程和露点方程232
7.2.2相平衡的温度组成图(t-x-y图)233
7.2.3相平衡的气液组成关系图(y-x图)234
7.2.4相对挥发度与相平衡组成关系表达式235
7.3精馏操作过程237
7.3.1精馏原理237
7.3.2理论板概念与恒摩尔流假设238
7.3.3精馏段与提馏段两塔段的气液流量关系239
7.4双组分物系连续精馏的计算240
7.4.1全塔物料衡算240
7.4.2确定理论塔板数的途径241
7.4.3精馏段任意两相邻板间气、液的组成关系241
7.4.4提馏段任意相邻两板间气、液的组成关系242
7.4.5理论塔板数的逐板计算法243
7.4.6精馏段与提馏段两操作线交点的轨迹方程245
7.4.7理论塔板数的图解法(McCabe-Thiele法)245
7.4.8直接蒸汽加热的精馏塔理论塔板数计算247
7.4.9塔板效率与实际塔板数248
7.4.10填料层的理论板当量高度249
7.4.11冷凝器和再沸器250
7.5精馏操作条件参数选择250
7.5.1精馏操作压强的确定250
7.5.2进料热状态的影响250
7.5.3操作回流比的选择252
7.5.4理论塔板数的简捷计算254
7.6精馏的操作型计算255
7.7连续精馏的操作264
7.8间歇精馏的操作265
7.9板式塔265
7.9.1塔板结构与气液接触状态266
视频：板式塔266
视频：板式塔结构266
7.9.2应避免的操作现象与操作负荷性能图266
7.9.3塔径的确定267
7.9.4塔高的确定269
7.9.5塔板类型简介270
视频：塔板类型271
7.10精馏塔的开停车操作和调节技术272
7.10.1精馏塔的开工准备272
7.10.2精馏塔的开车操作275
7.10.3精馏塔的停车操作276
7.10.4精馏的操作与调节277
7.10.5精馏的操作故障及处理279
7.10.6精馏塔的日常维护和检修280
7.10.7精馏塔的节能280
7.10.8精馏操作的安全技术281
7.11案例分析283
7.11.1案例1283
7.11.2案例2285
思考题292
习题292

第8章萃取295
本章符号说明295
8.1化工中的萃取操作296
8.1.1萃取操作在化工中的应用296
8.1.2萃取的操作流程297
8.1.3萃取剂的选择原则297
8.1.4萃取操作中的工程问题298
8.2液-液相平衡298
8.2.1三角形相图上的表示方法298
8.2.2杠杆原则299
8.2.3溶解度曲线与平衡连接线300
8.2.4辅助曲线和临界混溶点301
8.2.5分配系数与分配曲线302
8.2.6温度对相平衡关系的影响304
8.2.7选择性系数304
8.3萃取过程计算305
8.3.1萃取剂与稀释剂为部分互溶体系306
8.3.2萃取剂与稀释剂为完全不溶体系311
8.4液-液萃取设备312
8.4.1逐级接触式萃取设备312
8.4.2微分接触式萃取设备313
8.4.3萃取设备的选择315
8.5萃取操作316
8.5.1萃取装置的操作规程316
8.5.2操作过程的注意事项317
8.5.3不正常现象原因及处理方法317
8.5.4事故处理317
8.6案例分析318
8.6.1案例1318
8.6.2案例2318
思考题319
习题320

第9章干燥321
本章符号说明321
9.1化工中的干燥操作及常压干燥设备321
9.1.1厢式干燥器322
视频：厢式干燥器323
9.1.2气流干燥器323
视频：气流干燥器323
9.1.3沸腾床干燥器323
视频：沸腾床干燥器324
9.1.4喷雾干燥器324
视频：喷雾干燥器324
9.1.5转筒干燥器325
视频：转筒干燥器325
9.2湿空气的性质和湿焓图325
9.2.1湿空气性质326
9.2.2湿空气的湿焓图(H-I图)329
9.2.3H-I图的应用329
9.3固体干燥的平衡关系332
9.3.1物料含水量的表示方法332
9.3.2平衡水分与干燥平衡曲线332
9.3.3结合水分与非结合水分332
9.3.4平衡曲线的应用334
9.4干燥过程的物料衡算和热量衡算334
9.4.1干燥过程的物料衡算334
9.4.2干燥过程的热量衡算335
9.4.3干燥过程的热效率336
9.4.4干燥介质条件的影响与确定338
9.5干燥速度与干燥时间339
9.5.1干燥曲线339
9.5.2干燥速度曲线339
9.5.3干燥过程分析340
9.5.4恒速阶段干燥时间计算340
9.5.5降速阶段干燥时间计算341
9.6柱式干燥塔的操作342
9.6.1开机准备342
9.6.2停车过程342
9.6.3事故分析与处理343
9.6.4安全操作注意事项343
9.7案例分析343
9.7.1案例1343
9.7.2案例2345
思考题348
习题348

附录350
附录1单位换算系数350
附录2基本物理常数353
附录3水的物理性质354
附录4某些气体的重要物理性质354
附录5某些液体的重要物理性质355
附录6某些有机液体的相对密度(液体密度与4℃水的密度之比)357
附录7饱和水蒸气(以温度为准)358
附录8饱和水蒸气(以压强为准)359
附录9水在不同温度下的黏度360
附录10液体黏度共线图361
附录11气体黏度共线图(常压下用)363
附录12某些液体的热导率364
附录13某些固体物质的黑度364
附录14固体材料的热导率365
附录15常用固体材料的密度和比热容366
附录16气体热导率共线图(101.325kPa)367
附录17液体的比热容共线图369
附录18气体的比热容共线图( 101.325kPa)371
附录19液体比汽化热共线图373
附录20液体表面张力共线图374
附录21某些气体溶于水的亨利系数376
附录22双组分溶液的汽液相平衡数据376
附录23管子规格377
附录24IS型离心泵规格379
附录25热交换器系列标准(摘自JB/T 4714—1992、JB/T 4715—1992)383
附录26部分三元组分体系的平衡数据384

参考文献386