化工單元操作

緒論 1
0.1課程內容和任務1
0.2單元操作的分類和特點1
0.2.1單元操作的分類1
0.2.2單元操作的特點2
0.3課程中常用的研究方法2
0.4課程中常用的基本概念3
0.5單位與單位換算4
0.5.1SI制（國際單位制）4
0.5.2工程單位制和英單位制5
0.5.3物理量單位換算5
0.6量綱和經驗公式變換6
0.6.1量綱6
0.6.2經驗公式變換6
思考題7
習題7

第1章 流體流動 9
本章符號說明9
1.1流體性質和管道設計10
1.1.1流體的物理性質10
1.1.2管徑計算與選擇12
1.1.3連續(xù)穩(wěn)態(tài)流動流體的物料衡算13
1.1.4化工常用管子、管件和閥門14
1.2流體流動系統(tǒng)中的機械能衡算16
1.2.1流體機械能衡算式16
1.2.2流體靜力學17
1.2.3管內流體機械能損失的測定21
1.2.4滿足輸送要求的位差或壓差確定21
1.2.5輸送機械提供能量的計算22
1.2.6流量測量23
1.3管內流體流動的機械能損失26
1.3.1流體流動類型和雷諾數26
1.3.2層流的摩擦阻力28
1.3.3量綱分析法分析機械能損失29
1.3.4局部摩擦阻力損失32
1.3.5管路系統(tǒng)中總機械能損失的計算33
1.3.6阻力對管內流體流動的影響35
1.4管路的安裝與操作37
1.5管路計算及案例分析37
1.5.1簡單管路計算38
1.5.2復雜管路計算39
思考題41
習題43

第2章 流體輸送機械 47
本章符號說明47
2.1離心泵48
2.1.1離心泵的工作原理48
2.1.2離心泵的性能參數49
2.1.3離心泵的工作點與流量調節(jié)51
2.1.4離心泵類型和選用53
2.1.5離心泵的吸上高度54
2.2化工中常用的其他類型泵57
2.2.1往復泵57
2.2.2旋轉泵58
2.2.3旋渦泵59
2.3化工中常用的氣體輸送機械60
2.3.1離心式通風機60
2.3.2離心式鼓風機和離心式壓縮機63
2.3.3旋轉式鼓風機和旋轉式壓縮機64
2.3.4往復式壓縮機64
2.3.5真空泵66
2.4離心泵的操作67
2.4.1離心泵的使用67
2.4.2日常維護68
2.5案例分析68
思考題69
習題70

第3章 過濾與沉降 72
本章符號說明72
3.1化工中的過濾操作和常用設備73
3.1.1板框壓濾機73
3.1.2葉濾機74
3.1.3轉筒真空過濾機75
3.1.4離心過濾機76
3.2過濾過程的工藝計算77
3.2.1過濾的速度方程77
3.2.2過濾過程的物料衡算78
3.2.3恒壓過濾時間與濾液的關系79
3.2.4過濾常數的測定79
3.2.5洗滌過程的計算82
3.2.6過濾機生產能力82
3.3重力沉降85
3.3.1重力沉降速度85
3.3.2影響沉降速度的其他因素88
3.3.3降塵室89
3.3.4沉降槽90
3.3.5分級器91
3.4離心沉降92
3.4.1慣性離心力作用下的沉降速度93
3.4.2旋風分離器94
3.5板框壓濾機的操作97
3.5.1開車前的準備97
3.5.2開停車步驟98
3.5.3事故分析98
3.6案例分析99
3.6.1案例199
3.6.2案例2101
思考題102
習題102

第4章 傳熱 104
本章符號說明104
4.1化工中的傳熱操作及常用換熱設備105
4.1.1夾套換熱器105
4.1.2蛇管換熱器106
4.1.3噴淋式換熱器106
4.1.4套管換熱器106
4.1.5列管式換熱器107
4.1.6平板式換熱器108
4.1.7螺旋板式換熱器109
4.1.8翅片管換熱器109
4.1.9板翅式換熱器109
4.2載熱體和間壁式換熱器的熱量衡算110
4.2.1化工中常用載熱體110
4.2.2換熱器熱負荷計算112
4.2.3間壁換熱器的傳熱速率113
4.3熱傳導113
4.3.1導熱基本方程式113
4.3.2熱導率114
4.3.3平壁的定態(tài)導熱114
4.3.4圓筒壁的定態(tài)導熱115
4.4對流傳熱117
4.4.1對流傳熱方程式118
4.4.2影響對流傳熱(給熱)系數的主要因素118
4.4.3傳熱過程中常用到的準數119
4.4.4流體管內強制對流的傳熱系數關聯式119
4.4.5流體管外強制對流時的傳熱系數關聯式121
4.4.6蒸氣冷凝時的對流傳熱系數123
4.4.7液體沸騰時的傳熱系數124
4.5間壁式換熱器的傳熱計算125
4.5.1傳熱平均溫度差Δtm的計算125
4.5.2總傳熱系數129
4.5.3傳熱面積的計算與操作核算132
4.5.4傳熱單元數法135
4.5.5非定態(tài)傳熱計算示例138
4.5.6列管式換熱器的選用139
4.6輻射傳熱142
4.6.1物體對熱輻射的性能表現142
4.6.2物體的輻射能力143
4.6.3物體間的輻射傳熱144
4.6.4輻射和對流的聯合傳熱145
4.6.5保溫層材料的選擇146
4.7傳熱的操作147
4.7.1傳熱操作的開工準備147
4.7.2傳熱操作的開停車147
4.7.3傳熱操作的故障及處理148
4.7.4傳熱操作的日常維護和檢修149
4.7.5傳熱操作的安全技術149
4.8案例分析150
4.8.1案例1150
4.8.2案例2153
思考題155
習題156

第5章 蒸發(fā) 158
本章符號說明158
5.1化工中的蒸發(fā)操作及常用蒸發(fā)設備159
5.1.1循環(huán)式蒸發(fā)器160
5.1.2單程型蒸發(fā)器161
5.2蒸發(fā)過程溶液沸點的確定163
5.2.1因溶質存在溶液蒸氣壓下降而引起的沸點升高163
5.2.2因液柱壓頭引起的溶液沸點升高165
5.2.3因流動阻力產生壓降引起的沸點升高165
5.3單效蒸發(fā)的計算166
5.3.1物料衡算166
5.3.2熱量衡算166
5.3.3蒸發(fā)器傳熱面積的計算167
5.3.4蒸發(fā)操作的調節(jié)169
5.4多效蒸發(fā)及提高加熱蒸汽利用率的其他措施170
5.4.1多效蒸發(fā)的流程170
5.4.2多效蒸發(fā)與單效蒸發(fā)的比較171
5.4.3多效蒸發(fā)的效數限制172
5.4.4引出額外蒸汽為他用熱源172
5.4.5熱泵蒸發(fā)173
5.4.6冷凝水自蒸發(fā)的應用174
5.5蒸發(fā)的操作174
5.5.1蒸發(fā)操作的開工準備174
5.5.2蒸發(fā)操作的開停車175
5.5.3蒸發(fā)操作的故障及處理175
5.5.4蒸發(fā)操作的安全技術176
5.6案例分析176
5.6.1案例1177
5.6.2案例2178
思考題179
習題180

第6章 吸收 181
本章符號說明181
6.1化工中的吸收操作182
6.1.1吸收分離的依據182
6.1.2吸收操作的分類183
6.1.3吸收操作在化工中的應用183
6.1.4吸收操作的流程183
6.1.5吸收劑選擇原則185
6.1.6吸收操作需要解決的基本問題185
6.2氣液相平衡185
6.2.1氣體在液體中的溶解度185
6.2.2亨利定律186
6.2.3氣液相平衡在吸收中的應用188
6.3吸收過程速率189
6.3.1吸收機理189
6.3.2吸收速率方程189
6.3.3總吸收系數與膜系數關系191
6.4吸收塔計算192
6.4.1吸收塔物料衡算192
6.4.2吸收劑用量的確定193
6.4.3填料層高度的基本計算式195
6.4.4傳質單元高度概念196
6.4.5傳質單元數的解析計算196
6.4.6傳質單元數的其他求解法199
6.4.7吸收的操作型計算示例201
6.4.8解吸塔的計算204
6.4.9理論塔板數的計算206
6.5填料塔206
6.5.1填料塔的結構與操作206
6.5.2填料特性206
6.5.3常用填料207
6.5.4氣、液兩相逆流通過填料層的流動狀況209
6.5.5填料塔直徑的計算210
6.5.6填料塔的主要附件212
6.6吸收塔的操作和調節(jié)214
6.7吸收塔的操作技術215
6.7.1裝填料215
6.7.2設備的清洗機填料的處理216
6.7.3系統(tǒng)的開車216
6.7.4系統(tǒng)的停車216
6.7.5正常操作要點217
6.7.6吸收塔操作正常維護要點217
6.7.7吸收塔常見的異常現象及處理方法217
6.8案例分析218
6.8.1案例1218
6.8.2案例2221
思考題222
習題223

第7章 蒸餾 225
本章符號說明225
7.1概述226
7.1.1蒸餾分離的依據226
7.1.2蒸餾過程的分類227
7.1.3精餾操作的工程問題228
7.2雙組分溶液的氣液平衡229
7.2.1理想物系的泡點方程和露點方程229
7.2.2相平衡的溫度組成圖(t-x-y圖)230
7.2.3相平衡的氣液組成關系圖(y-x圖)231
7.2.4相對揮發(fā)度與相平衡組成關系表達式232
7.3精餾操作過程234
7.3.1精餾原理234
7.3.2理論板概念與恒摩爾流假設235
7.3.3精餾段與提餾段兩塔段的氣液流量關系236
7.4雙組分物系連續(xù)精餾的計算237
7.4.1全塔物料衡算237
7.4.2確定理論塔板數的途徑238
7.4.3精餾段任意兩相鄰板間氣、液的組成關系238
7.4.4提餾段任意相鄰兩板間氣、液的組成關系239
7.4.5理論塔板數的逐板計算法240
7.4.6精餾段與提餾段兩操作線交點的軌跡方程242
7.4.7理論塔板數的圖解法(McCabe-Thiele法)242
7.4.8直接蒸汽加熱的精餾塔理論塔板數計算244
7.4.9塔板效率與實際塔板數245
7.4.10填料層的理論板當量高度246
7.4.11冷凝器和再沸器247
7.5精餾操作條件參數選擇247
7.5.1精餾操作壓強的確定247
7.5.2進料熱狀態(tài)的影響247
7.5.3操作回流比的選擇249
7.5.4理論塔板數的簡捷計算251
7.6精餾的操作型計算252
7.7連續(xù)精餾的操作261
7.8間歇精餾的操作262
7.9板式塔262
7.9.1塔板結構與氣液接觸狀態(tài)262
7.9.2應避免的操作現象與操作負荷性能圖263
7.9.3塔徑的確定264
7.9.4塔高的確定265
7.9.5塔板類型簡介267
7.10精餾塔的開停車操作和調節(jié)技術268
7.10.1精餾塔的開工準備268
7.10.2精餾塔的開車操作272
7.10.3精餾塔的停車操作273
7.10.4精餾的操作與調節(jié)273
7.10.5精餾的操作故障及處理275
7.10.6精餾塔的日常維護和檢修276
7.10.7精餾塔的節(jié)能277
7.10.8精餾操作的安全技術278
7.11案例分析280
7.11.1案例1280
7.11.2案例2282
思考題288
習題289

第8章 萃取 291
本章符號說明291
8.1化工中的萃取操作292
8.1.1萃取操作在化工中的應用292
8.1.2萃取的操作流程293
8.1.3萃取劑的選擇原則293
8.1.4萃取操作中的工程問題294
8.2液-液相平衡294
8.2.1三角形相圖上的表示方法294
8.2.2杠桿原則295
8.2.3溶解度曲線與平衡連接線296
8.2.4輔助曲線和臨界混溶點297
8.2.5分配系數與分配曲線298
8.2.6溫度對相平衡關系的影響300
8.2.7選擇性系數300
8.3萃取過程計算301
8.3.1萃取劑與稀釋劑為部分互溶體系302
8.3.2萃取劑與稀釋劑為完全不溶體系307
8.4液-液萃取設備308
8.4.1逐級接觸式萃取設備308
8.4.2微分接觸式萃取設備309
8.4.3萃取設備的選擇311
8.5萃取操作312
8.5.1萃取裝置的操作規(guī)程312
8.5.2操作過程的注意事項313
8.5.3不正?，F象原因及處理方法313
8.5.4事故處理313
8.6案例分析314
8.6.1案例1314
8.6.2案例2314
思考題315
習題316

第9章 干燥 317
本章符號說明317
9.1化工中的干燥操作及常壓干燥設備317
9.1.1廂式干燥器318
9.1.2氣流干燥器319
9.1.3沸騰床干燥器319
9.1.4噴霧干燥器320
9.1.5轉筒干燥器321
9.2濕空氣的性質和濕焓圖321
9.2.1濕空氣性質322
9.2.2濕空氣的濕焓圖(H-I圖)325
9.2.3H-I圖的應用325
9.3固體干燥的平衡關系327
9.3.1物料含水量的表示方法327
9.3.2平衡水分與干燥平衡曲線328
9.3.3結合水分與非結合水分328
9.3.4平衡曲線的應用329
9.4干燥過程的物料衡算和熱量衡算330
9.4.1干燥過程的物料衡算330
9.4.2干燥過程的熱量衡算331
9.4.3干燥過程的熱效率η332
9.4.4干燥介質條件的影響與確定334
9.5干燥速度與干燥時間334
9.5.1干燥曲線335
9.5.2干燥速度曲線335
9.5.3干燥過程分析336
9.5.4恒速階段干燥時間計算336
9.5.5降速階段干燥時間計算336
9.6柱式干燥塔的操作337
9.6.1開機準備337
9.6.2停車過程338
9.6.3事故分析與處理338
9.6.4安全操作注意事項338
9.7案例分析339
9.7.1案例1339
9.7.2案例2340
思考題343
習題344

附錄 346
附錄1單位換算系數346
附錄2基本物理常數349
附錄3水的物理性質350
附錄4某些氣體的重要物理性質350
附錄5某些液體的重要物理性質351
附錄6某些有機液體的相對密度(液體密度與4℃水的密度之比)353
附錄7飽和水蒸氣(以溫度為準)354
附錄8飽和水蒸氣(以壓強為準)355
附錄9水在不同溫度下的黏度356
附錄10液體黏度共線圖357
附錄11氣體黏度共線圖(常壓下用)359
附錄12某些液體的熱導率360
附錄13某些固體物質的黑度360
附錄14固體材料的熱導率361
附錄15常用固體材料的密度和比熱容362
附錄16氣體熱導率共線圖(101.3kPa)363
附錄17液體的比熱容共線圖365
附錄18氣體的比熱容共線圖( 101.325kPa)367
附錄19液體比汽化熱共線圖369
附錄20液體表面張力共線圖370
附錄21某些氣體溶于水的亨利系數372
附錄22雙組分溶液的汽液相平衡數據372
附錄23管子規(guī)格373
附錄24IS型離心泵規(guī)格375
附錄25熱交換器系列標準(摘自JB/T 4714—1992、JB/T 4715—1992)379
附錄26部分三元組分體系的平衡數據380

參考文獻 382