《化工原理》(上、下冊,第二版)是根據(jù)教育部制定的普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)中化工類專業(yè)知識體系和核心課程體系建議而編寫。本書以單元操作為主線,以工程應(yīng)用為背景,借鑒美國的Unit Operations of Chemical Engineering教材,以及國內(nèi)同類教材編寫,強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際,注重培養(yǎng)學(xué)生的知識綜合運(yùn)用能力和工程觀。
《化工原理》(上、下冊,第二版)重點(diǎn)介紹化工及相近工業(yè)中常用的單元操作基本原理、“三傳”過程、計算方法及典型單元設(shè)備,并簡單介紹了近年來發(fā)展起來的新型分離技術(shù)基本原理及工業(yè)應(yīng)用。教材分為上、下兩冊,上冊包括:緒論、流體流動、流體輸送機(jī)械、非均相物系分離、傳熱與換熱設(shè)備、蒸發(fā)和附錄;下冊包括:蒸餾、吸收、塔式氣液傳質(zhì)設(shè)備、液液萃取、干燥。
本書可作為高等學(xué);ぁ⑹、材料、生物、制藥、輕工、食品、環(huán)境等專業(yè)本科生教材,也可供化工及相關(guān)專業(yè)工程技術(shù)人員參考。
1.《化工原理》(上下冊)第 一版于2008年出版,已在廣大師生中使用十多年時間,獲得了較好的反響。
2.《化工原理》作者在總結(jié)近十多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對教材進(jìn)行了全面的修訂,使內(nèi)容更適應(yīng)新工科教學(xué)改革的新形勢。
3.《化工原理》(第二版)結(jié)合國內(nèi)外教學(xué)現(xiàn)狀,增加了新的單元操作設(shè)備,并對例題、思考題和習(xí)題進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)充。
前言
化工原理作為化學(xué)工程學(xué)科最重要的核心課程之一,已有近一個世紀(jì)的歷史;ぴ硎且1923年問世的Unit Operations of Chemical Engineering(化工單元操作)理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來的,具有很強(qiáng)的理論與工程實(shí)踐性。隨著20世紀(jì)70年代化學(xué)工程學(xué)與其他學(xué)科的交叉滲透,出現(xiàn)了許多新的學(xué)科和邊緣學(xué)科,涉及單元操作的化工原理課程與其他學(xué)科如生物工程、食品工程、材料科學(xué)與工程、制藥工程、環(huán)境工程、能源工程、精細(xì)化工及應(yīng)用化學(xué)等領(lǐng)域相互重疊,成為大化工類最重要的學(xué)科基礎(chǔ)課程之一。為了適應(yīng)21世紀(jì)高層次化工技術(shù)人才的培養(yǎng),我們根據(jù)普通高等學(xué)校本科專業(yè)教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)中化工類專業(yè)知識體系和核心課程體系建議,并兼顧不同學(xué)科的發(fā)展需要,對本書進(jìn)行修訂。在編寫過程中力求達(dá)到系統(tǒng)完整,注重理論與工程實(shí)際相聯(lián)系。
本書第一版自2008年出版以來獲得了較好的反響。在這十多年間,新的化工操作和單元設(shè)備不斷被開發(fā)出來。為了適應(yīng)新工科教學(xué)改革形勢,我們在總結(jié)十多年教材使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對教材進(jìn)行了全面的修訂,對教材中原有的疏漏之處進(jìn)行了訂正;結(jié)合國內(nèi)外教學(xué)現(xiàn)狀,對教材順序進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整,增加了新的單元操作設(shè)備,刪去了新分離技術(shù)一章,并對思考題和習(xí)題進(jìn)行了必要的調(diào)整和補(bǔ)充,以適應(yīng)新時期教改要求。
全書分上、下兩冊出版,由華南理工大學(xué)組織編寫。上冊第一版由鐘理、伍欽、馬四朋主編,其中鐘理編寫了流體流動、傳熱與換熱設(shè)備和附錄,伍欽編寫了緒論與蒸發(fā),馬四朋編寫了流體輸送機(jī)械,賴萬東和鐘理編寫了非均相物系分離。下冊第一版由鐘理、伍欽、曾朝霞主編,其中鐘理編寫了蒸餾,伍欽編寫了干燥及新分離技術(shù),曾朝霞編寫了吸收、塔式氣液傳質(zhì)設(shè)備及液-液萃取,華南理工大學(xué)研究生張騰云、謝偉立、朱斌參加了資料收集和文字整理工作。
本書第二版也分上、下兩冊,上冊主要由鐘理和鄭大鋒修訂,下冊主要由鐘理和易聰華修訂,全書由鐘理統(tǒng)稿。
本書修訂過程中得到了華南理工大學(xué)教務(wù)處、化學(xué)與化工學(xué)院及化學(xué)工業(yè)出版社的大力支持,謹(jǐn)在此一并表示衷心感謝。
鑒于編者水平所限,書中不妥之處,希望讀者不吝指正。
編者
2020年3月
第一版前言
化工原理作為化學(xué)工程學(xué)科最重要的核心課程之一,已有近一個世紀(jì)的歷史;ぴ硎且1923年問世的Unit Operations of Chemical Engineering(化工單元操作)理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來的,具有很強(qiáng)的理論與工程實(shí)踐性。隨著20世紀(jì)70年代化學(xué)工程學(xué)與其他學(xué)科的交叉滲透,出現(xiàn)了許多新的學(xué)科和邊緣學(xué)科,涉及單元操作的化工原理課程越來越與其他學(xué)科如生物工程、食品工程、材料科學(xué)與工程、制藥工程、環(huán)境工程、能源工程、精細(xì)化工及應(yīng)用化學(xué)等領(lǐng)域相互重疊,成為大化工類最重要的學(xué)科基礎(chǔ)課程之一。為了適應(yīng)21世紀(jì)高層次化工技術(shù)人才的培養(yǎng),本書根據(jù)化工類專業(yè)人才培養(yǎng)方案及教學(xué)內(nèi)容體系要求和不同學(xué)科發(fā)展需要,在編寫過程中力求使系統(tǒng)完整,注重理論與工程實(shí)際相聯(lián)系。
本書的編寫以化學(xué)工程應(yīng)用為背景,以化工單元操作為主線,將動量、熱量與質(zhì)量傳遞的原理融合到化工原理及單元操作過程,參考與借鑒不同版本的化工原理教材和第七版的Unit Operations of Chemical Engineering著作,突出工程觀點(diǎn)和分析方法的同時,本書還增加了反映化工過程發(fā)展的新單元操作和新分離技術(shù)內(nèi)容,并對傳統(tǒng)的單元操作與新的強(qiáng)化技術(shù)耦合進(jìn)行了介紹。
為了便于學(xué)生的學(xué)習(xí),各章末附有習(xí)題與思考題,并給出答案以便自學(xué)。除了少數(shù)習(xí)題需用計算機(jī)求解外,幾乎所有的習(xí)題都可以用計算器求解。
本書可作為化學(xué)工程、石油化工、生物工程、食品工程、環(huán)境工程、制藥工程、材料、紡織、冶金、化工裝備及控制工程、應(yīng)用化學(xué)、精細(xì)化工、輕工造紙等學(xué)科化工原理課程的教材,也可供從事化學(xué)工程及相關(guān)領(lǐng)域的教學(xué)、科研、設(shè)計和生產(chǎn)單位的工程技術(shù)人員參考。
全書分上下兩冊出版,由華南理工大學(xué)編寫。
上冊由鐘理、伍欽、馬四朋任主編,其中鐘理編寫第1章流體流動、第4章傳熱與換熱設(shè)備,伍欽編寫緒論與第5章蒸發(fā),馬四朋編寫第2章流體輸送機(jī)械,賴萬東和鐘理編寫第3章非均相物系分離。
下冊由鐘理、伍欽、曾朝霞任主編,其中鐘理編寫第1章蒸餾,伍欽編寫第5章干燥及第6章新分離技術(shù),曾朝霞編寫第2章吸收、第3章塔式氣液傳質(zhì)設(shè)備及第4章液液萃取。全書由鐘理統(tǒng)稿。
本書在編寫過程中得到了華南理工大學(xué)教務(wù)處以及化學(xué)工業(yè)出版社的大力支持,編者的同事們給予了熱情的關(guān)心和支持,華南理工大學(xué)研究生張騰云、謝偉立、朱斌參加了資料收集和文字整理工作,謹(jǐn)在此一并表示衷心感謝。
鑒于編者水平所限,書中可能出現(xiàn)錯漏,希望讀者不吝指正,使本教材在使用過程中不斷得到改進(jìn)和完善。
編者
2008年元月于廣州
第1章蒸餾/1
1.1概述1
1.2雙組分溶液的汽液平衡關(guān)系2
1.2.1雙組分汽液平衡時的自由度2
1.2.2雙組分理想物系汽液平衡2
1.2.3雙組分理想物系汽液平衡相圖4
1.3平衡蒸餾和簡單蒸餾7
1.3.1平衡蒸餾7
1.3.2簡單蒸餾原理及其計算9
1.4精餾原理與流程11
1.4.1精餾原理11
1.4.2精餾塔和精餾操作流程12
1.5雙組分混合液連續(xù)精餾計算14
1.5.1理論板的概念與恒摩爾流的假設(shè)14
1.5.2物料衡算和操作線方程15
1.5.3進(jìn)料熱狀況的影響與q線方程18
1.5.4理論板數(shù)的求法20
1.5.5幾種特殊情況時理論板層數(shù)的計算25
1.5.6回流比的影響及其選擇30
1.5.7理論板層數(shù)簡捷法求算36
1.5.8板效率、實(shí)際塔板數(shù)和塔高與塔徑的計算38
1.5.9連續(xù)精餾過程再沸器和冷凝器的工藝計算40
1.5.10精餾塔操作分析44
1.6雙組分間歇精餾46
1.6.1間歇精餾的過程與特點(diǎn)46
1.6.2塔頂餾出液組成xD恒定的間歇精餾計算47
1.6.3操作回流比R恒定的間歇精餾計算48
1.7多組分精餾基礎(chǔ)50
1.7.1多組分精餾流程的選擇50
1.7.2多組分的汽液平衡51
1.7.3多組分精餾的關(guān)鍵組分及物料衡算54
1.7.4回流比的確定56
1.7.5簡捷法確定理論板層數(shù)56
1.8特殊精餾57
1.8.1恒沸精餾57
1.8.2萃取精餾58
1.8.3熔鹽精餾和加鹽萃取精餾59
習(xí)題60
思考題63
第2章吸收/64
2.1吸收過程的氣液相平衡65
2.1.1氣體的溶解度65
2.1.2亨利定律66
2.1.3氣液相平衡在吸收過程的應(yīng)用69
2.1.4吸收劑的選擇70
2.2吸收過程的傳質(zhì)動力學(xué)70
2.2.1物質(zhì)在單一相內(nèi)的傳遞機(jī)理70
2.2.2對流傳質(zhì)77
2.2.3兩相間的傳質(zhì)79
2.3吸收過程的數(shù)學(xué)模型與速率方程79
2.3.1雙膜理論79
2.3.2溶質(zhì)滲透理論80
2.3.3表面更新理論80
2.3.4吸收速率方程式81
2.4吸收塔的計算86
2.4.1吸收塔的物料衡算與操作線方程86
2.4.2吸收劑用量的確定87
2.4.3塔徑的計算89
2.4.4填料層高度計算89
2.5吸收系數(shù)98
2.5.1吸收系數(shù)的測定98
2.5.2吸收系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式99
2.5.3吸收系數(shù)的特征數(shù)關(guān)聯(lián)式100
2.6解吸及其他條件下的吸收103
2.6.1解吸103
2.6.2高濃度氣體吸收104
2.6.3非等溫吸收105
2.6.4化學(xué)吸收105
習(xí)題106
思考題108
第3章塔式氣液傳質(zhì)設(shè)備/110
3.1板式塔110
3.1.1概述110
3.1.2塔板類型及板上的流體流動現(xiàn)象111
3.1.3常見溢流式塔板的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)113
3.1.4板式塔的工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計及流體力學(xué)驗(yàn)算119
3.1.5板式塔的塔板效率138
3.2填料塔140
3.2.1概述140
3.2.2填料的特性參數(shù)與種類141
3.2.3填料塔的流體力學(xué)特性145
3.2.4填料塔的計算149
習(xí)題152
思考題153
第4章液-液萃取/154
4.1萃取的相平衡與物料衡算的圖解規(guī)則155
4.1.1液-液相平衡155
4.1.2溫度對相平衡關(guān)系的影響160
4.1.3萃取過程在三角形相圖上的表示160
4.1.4萃取劑的選擇162
4.2萃取過程的計算165
4.2.1單級萃取的計算165
4.2.2多級錯流接觸萃取的計算169
4.2.3多級逆流接觸萃取的計算173
4.3液-液萃取設(shè)備179
4.3.1混合-澄清槽180
4.3.2塔式萃取設(shè)備181
4.3.3離心式萃取設(shè)備184
4.3.4液-液傳質(zhì)設(shè)備的流體流動和傳質(zhì)特性184
4.3.5萃取設(shè)備的選擇186
習(xí)題187
思考題190
第5章干燥/192
5.1概述192
5.1.1干燥的目的192
5.1.2干燥方法192
5.1.3對干燥過程的影響因素193
5.2濕空氣的性質(zhì)及應(yīng)用194
5.2.1濕空氣的性質(zhì)194
5.2.2濕空氣的焓-濕圖及應(yīng)用200
5.3濕物料的性質(zhì)205
5.3.1物料的濕含量205
5.3.2物料的分類205
5.3.3物料與水分的結(jié)合狀態(tài)206
5.4干燥過程的物料衡算和熱量衡算208
5.4.1物料衡算208
5.4.2熱量衡算209
5.4.3空氣通過干燥器時的狀態(tài)變化212
5.4.4干燥器的熱效率和干燥器節(jié)能216
5.5干燥動力學(xué)及干燥時間219
5.5.1干燥動力學(xué)試驗(yàn)220
5.5.2干燥時間的計算222
5.6干燥器228
5.6.1干燥器的分類和選擇228
5.6.2廂式干燥器和隧道干燥器229
5.6.3轉(zhuǎn)筒干燥器232
5.6.4帶式干燥器234
5.6.5轉(zhuǎn)鼓干燥器235
5.6.6噴霧干燥236
5.6.7流化床干燥239
5.6.8氣流干燥242
5.6.9微波和高頻干燥243
習(xí)題245
思考題247
參考文獻(xiàn)/248