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《化工原理第三版》为教育部普通高等教育“十一五”**级规划教材,2005年江苏省高等学校精品教材。
《化工原理第三版》介绍化工及其相近工业生产中常见“单元操作”的原理、设备和工艺计算方法,以及必需的流体流动、传热和传质学基础知识。全书以全国高校化工原理课程教学指导委员会制订的“化工原理课程教学基本要求”为依据,编有流体流动、流体输送机械、颗粒流体力学基础与机械分离、传热及换热器、蒸发、气体吸收、液体蒸馏、塔设备、液液萃取及固体干燥等章。此外,根据科技应用情况,还编入吸附与膜分离技术两章。《化工原理第三版》重视物理概念,强调方法论,注重教学法,注意对学生工程观点和分析、解决问题能力的培养。
《化工原理第三版》可作为高等院校化工类及相关专业的本科教材、高职教育及培训教材,也可供相关部门的生产、设计、研究人员参考。

绪论1
习题5
复习思考题5
第1章流体流动7
1.1概述7
1.1.1流体及其特征7
1.1.2连续介质模型7
1.1.3流体力学与流体流动7
1.2流体静力学8
1.2.1流体静压强8
1.2.2流体密度9
1.2.3流体静力学基本方程9
1.2.4U形压差计11
1.3流体流动的基本概念13
1.3.1流体在流道中的流量与流速13
1.3.2定态与非定态流动13
1.3.3流线14
1.3.4流体黏度14
1.3.5流动型态16
1.3.6流体在圆直管内流动的流速侧形与流动阻力18
1.4流体流动过程的物料衡算与机械能衡算19
1.4.1连续性方程19
1.4.2理想流体流动的机械能守恒19
1.4.3真实流体流动的机械能守恒23
1.5圆直管内流体层流时的流速分布与阻力计算25
1.6圆直管内湍流的流速分布与阻力计算27
1.6.1涡流黏度与圆直管内湍流的流速分布27
1.6.2流体沿壁流动的速度边界层28
1.6.3量纲分析方法29
1.6.4摩擦系数图32
1.6.5流体沿程阻力计算33
1.6.6局部阻力计算34
1.6.7流体流过非圆形截面管道的阻力计算36
1.7管路计算37
1.7.1管路的分类和管路计算图表37
1.7.2简单管路计算40
1.7.3并联管路计算43
1.7.4分支管路计算44
1.7.5变密度流体的简单管路计算45
1.8流速与流量测定47
1.8.1毕托管47
1.8.2文丘里流量计48
1.8.3孔板流量计49
1.8.4转子流量计50
本章主要符号51
习题52
复习思考题57

第2章流体输送机械62
2.1概述62
2.1.1流体输送机械的作用62
2.1.2离心泵与离心式风机简介62
2.1.3离心力场中流体修正压强的分布规律63
2.2离心泵操作性能的基本方程65
2.2.1速度三角形65
2.2.2欧拉方程66
2.3实际离心泵的性能曲线67
2.3.1离心泵操作性能参量67
2.3.2离心泵的各项效率分析68
2.3.3各种叶片类型离心泵的操作性能比较69
2.3.4实测的离心泵性能曲线70
2.3.5转速改变或叶轮切削对离心泵性能曲线的影响70
2.3.6液体性质对离心泵特性的影响72
2.4离心泵的操作72
2.4.1灌泵及对汲入管路的要求72
2.4.2离心泵的工作点72
2.4.3离心泵的串联操作74
2.4.4离心泵的并联操作74
2.5离心泵的安装高度限制76
2.5.1离心泵的安装高度问题76
2.5.2气蚀现象76
2.5.3离心泵正常操作必须满足的条件76
2.5.4离心泵*大安装高度计算77
2.6离心泵的类型与选型78
2.6.1离心泵的类型78
2.6.2离心泵的选型80
2.7离心式风机81
2.7.1使用风机的目的及离心式风机的分类81
2.7.2离心式风机主要性能参量与性能曲线81
2.7.3离心式风机选型计算82
2.8其他类型的泵与风机84
2.8.1往复泵84
2.8.2隔膜泵86
2.8.3齿轮泵86
2.8.4旋涡泵86
2.8.5罗茨鼓风机87
2.8.6纳氏泵87
2.8.7水环真空泵87
2.8.8喷射泵88
本章主要符号88
习题89
复习思考题91

第3章颗粒流体力学基础与机械分离94
3.1固体颗粒的几何特性与筛分分析94
3.1.1单颗粒的几何特性94
3.1.2筛分分析与颗粒群的几何特性95
3.2流体通过固定床层的流动99
3.2.1固定床结构的一维简化模型99
3.2.2数学模型中模型参数的估值100
3.3悬浮液滤饼过滤100
3.3.1悬浮液滤饼过滤的操作特点100
3.3.2悬浮液滤饼过滤的物料衡算101
3.3.3过滤速率基本方程式102
3.3.4间歇式过滤设备103
3.3.5叶滤机的过滤、洗涤过程计算和*大产率问题105
3.3.6板框式压滤机的过滤、洗涤过程计算和*大产率问题107
3.3.7过滤常量的测定108
3.3.8先恒速后恒压过滤110
3.39连续式过滤设备111
3.3.10过滤操作的改进113
3.4颗粒沉降与沉降分离设备114
3.4.1重力沉降速度114
3.4.2重力沉降室118
3.4.3离心沉降速度119
3.4.4旋风分离器120
3.5固体流态化125
3.5.1固体流态化现象125
3.5.2固体流态化的流体力学特性127
本章主要符号130
习题131
复习思考题133

第4章传热及换热器136
4.1概述136
4.1.1传热在化工生产中的应用136
4.1.2加热介质与冷却介质136
4.1.3传热的基本方式136
4.1.4冷、热流体热交换形式137
4.1.5传热速率与热通量138
4.1.6定态传热与非定态传热138
4.2热传导138
4.2.1热传导的基本概念138
4.2.2傅里叶定律139
4.2.3热导率139
4.2.4平壁的热传导140
4.2.5圆筒壁的热传导142
4.3对流传热概述144
4.3.1给热和给热的类型144
4.3.2给热速率与给热系数145
4.4无相变流体的给热146
4.4.1影响给热的因素146
4.4.2温度边界层146
4.4.3与给热有关的特征数及特征数关联式的确定方法147
4.4.4流体在管内强制对流给热149
4.4.5流体在管外强制对流给热152
4.4.6大空间自然对流给热154
4.5有相变流体的给热155
4.5.1蒸汽冷凝给热155
4.5.2液体沸腾给热159
4.6辐射传热161
4.6.1辐射传热的基本概念与定律161
4.6.2固体壁面间的辐射传热164
4.6.3对流与辐射并联传热167
4.7串联传热过程计算167
4.7.1传热速率方程168
4.7.2热量衡算168
4.7.3传热系数169
4.7.4换热器的平均温度差171
4.7.5传热效率法176
4.8换热器180
4.8.1间壁式换热器180
4.8.2换热器传热过程的强化186
4.8.3列管式换热器设计与选型原则186
本章主要符号193
习题193
复习思考题197

第5章蒸发200
5.1蒸发设备201
5.1.1蒸发器201
5.1.2蒸发辅助设备204
5.2单效蒸发206
5.2.1溶液沸点和温度差损失206
5.2.2单效蒸发的计算207
5.3多效蒸发211
5.3.1多效蒸发操作流程211
5.3.2多效蒸发的计算212
5.3.3多效蒸发效数的限制221
5.4蒸发器生产能力和生产强度221
5.4.1生产能力221
5.4.2生产强度222
5.4.3提高生产强度的途径222
5.5蒸发操作的其他节能措施 223
5.5.1额外蒸汽引出223
5.5.2二次蒸汽的再压缩223
5.5.3冷凝水热量的利用224
本章主要符号224
习题224

第6章气体吸收226
6.1概述226
6.1.1吸收与传质226
6.1.2物理吸收与化学吸收226
6.1.3吸收与解吸227
6.1.4溶剂的选择227
6.2气液相平衡227
6.2.1平衡溶解度图 227
6.2.2过程方向判断与过程推动力230
6.3分子扩散231
6.3.1分子扩散速率——费克定律231
6.3.2分子扩散传质速率231
6.3.3组分在气相中的分子扩散系数235
6.3.4组分在液相中的分子扩散系数236
6.4对流传质237
6.4.1吸收过程中溶质气体由气相转移至液相的过程237
6.4.2吸收机理模型237
6.4.3对流传质速率239
6.4.4总传质系数240
6.5在填料塔中低浓度气体吸收过程的计算241
6.5.1填料塔简介242
6.5.2低浓度气体吸收的特点242
6.5.3物料衡算——操作线方程242
6.5.4填料层高度的计算式242
6.5.5传质单元高度的计算244
6.5.6传质单元数的计算245
6.5.7填料吸收塔的设计型计算247
6.5.8填料吸收塔的操作型计算251
6.59其他吸收流程253
6.6气体解吸255
6.6.1气体解吸的特点与常用的解吸方法255
6.6.2逆流气体解吸塔的计算255
6.7高浓度气体吸收255
6.7.1高浓度气体吸收的特点255
6.7.2高浓度气体吸收过程计算256
本章主要符号258
习题259
复习思考题261

第7章液体蒸馏264
7.1概述264
7.1.1蒸馏原理与蒸馏操作264
7.1.2闪蒸265
7.2双组分物系的气液相平衡266
7.2.1理想物系的气液相平衡266
7.2.2非理想物系的气液相平衡270
7.3双组分简单蒸馏272
7.4双组分液体连续精馏273
7.4.1精馏原理与过程分析273
7.4.2基本型连续精馏塔的设计型计算280
7.4.3基本型连续精馏塔的操作型计算287
7.4.4其他类型的连续精馏289
7.5双组分间歇精馏294
7.5.1间歇精馏过程特点294
7.5.2xD恒定的间歇精馏294
7.5.3R恒定的间歇精馏296
7.6特殊精馏297
7.6.1萃取精馏297
7.6.2恒沸精馏298
7.6.3反应精馏299
7.6.4分子蒸馏300
本章主要符号303
习题303
复习思考题306

第8章塔设备309
8.1填料塔309
8.1.1填料塔简介309
8.1.2填料的种类与特性310
8.1.3填料层内气液逆流的流体力学特性314
8.1.4填料层内的气液传质317
8.1.5填料塔的附属设备321
8.2板式塔综述323
8.2.1板式塔的气液流动类型323
8.2.2几种主要板式塔型简介323
8.3筛板塔325
8.3.1筛板塔的结构325
8.3.2筛板塔正常操作的气液流量范围328
8.3.3筛板塔的设计334
8.4浮阀塔337
8.4.1浮阀塔的结构337
8.4.2浮阀塔正常操作的气液流量范围337
8.5塔板效率339
8.5.1塔板效率的不同表示方法及其应用339
8.5.2提高塔器操作传质效果须注意的问题340
8.5.3总板效率的经验图线341
本章主要符号342
习题342
复习思考题343

第9章液液萃取344
9.1概述344
9.1.1液液萃取原理344
9.1.2工业萃取过程344
9.1.3萃取过程的经济性345
9.2液液相平衡原理345
9.2.1三角形相图345
9.2.2三角形相图在单级萃取中的应用348
9.3萃取过程计算350
9.3.1萃取级内过程的数学描述350
9.3.2多级错流萃取351
9.3.3多级逆流萃取353
9.3.4连续接触逆流萃取356
9.4萃取设备357
9.4.1常用萃取设备358
9.4.2萃取设备的选择362
9.5萃取过程的新进展364
9.5.1超临界流体萃取364
9.5.2反胶束萃取365
9.5.3双水相萃取365
本章主要符号367
习题367

第10章固体干燥369
10.1湿空气的性质和湿度图370
10.1.1湿空气的性质370
10.1.2湿空气的IH图及其应用374
10.2干燥过程的物料衡算和热量衡算377
10.2.1物料衡算377
10.2.2热量衡算378
10.2.3干燥器出口空气状态的确定379
10.2.4干燥器的热效率和干燥效率381
10.3干燥速率和干燥时间383
10.3.1物料中所含水分的性质383
10.3.2干燥速率及其影响因素384
10.3.3恒定干燥条件下干燥时间的计算388
10.4干燥器389
10.4.1干燥器的主要型式390
10.4.2干燥器设计原则与举例395
本章主要符号399
习题400
复习思考题402

第11章吸附404
11.1概述404
11.1.1吸附现象及其工业应用404
11.1.2常用吸附剂405
11.2吸附平衡406
11.2.1吸附等温线406
11.2.2单一气体(或蒸汽)的吸附平衡408
11.2.3液相吸附平衡409
11.3吸附机理和吸附速率410
11.3.1吸附机理410
11.3.2吸附速率410
11.3.3吸附的传质速率方程410
11.4吸附设备与吸附过程计算411
11.4.1固定床吸附器与固定床吸附过程计算411
11.4.2移动床吸附器与移动床吸附过程计算416
本章主要符号418

第12章膜分离技术420
12.1概述420
12.1.1膜的概念420
12.1.2膜分离技术发展简史420
12.1.3各种膜分离过程简介421
12.1.4膜分离设备422
12.2反渗透423
12.2.1反渗透过程423
12.2.2反渗透过程的操作427
12.2.3反渗透的应用429
12.3超滤和微滤430
12.3.1过程原理430
12.3.2过程与操作430
12.3.3应用432
12.4电渗析433
12.4.1电渗析原理433
12.4.2离子交换膜及其性质434
12.4.3电渗析设备与操作435
12.4.4电渗析的应用437
12.5其他膜过程439
12.5.1气体膜分离439
12.5.2渗透汽化439
12.5.3液膜分离技术441
本章主要符号442

附录444
1单位换算444
2水的物理性质447
3水在不同温度下的黏度448
4干空气的物理性质(p=101.3kPa)449
5饱和水蒸气(以温度为准)450
6饱和水蒸气(以压强为准)451
7某些无机物水溶液的表面张力
σ×103/(N/m)451
8某些有机液体的相对密度(液体密度与
4℃水的密度之比)452
9有机液体的表面张力共线图453
10液体黏度共线图455
11液体的比热容457
12蒸发潜热(汽化热)459
13气体黏度共线图(常压下用)460
14 101.3kPa压强下气体的比热容461
15某些液体的热导率462
16某些固体物质的黑度463
17某些固体材料的热导率464
18常用固体材料的密度和比热容465
19某些气体溶于水的亨利系数466
20某些二元物系的汽液平衡组成466
21管子规格467
22 IS型离心泵性能表469
23管壳式热交换器系列标准(摘录)473
24标准筛目474
参考文献475
……

本教材是南京工业大学化工原理教研室结合**精品课程建设,总结《化工原理》(第二版)教材使用五年来教学实践的基础上修订再版的。这次再版编者向同行及学生征询意见,认为第二版教材满足教学要求,故第三版教材在内容上保留了第二版教材的特点,只对少量文字或公式表达作了修订。为了指导学生复习,在大纲规定的各章内容介绍后,添加了“复习思考题”。
在内容已定的前提下,教材编写过程中,一方面注重优化学生的知识、能力和素质,另一方面注重如何指导学生学习好本课程。在过去很长的时间里,教师往往把**放在提高学生的计算能力上,无论是布置作业、考试或通过习题课作解题分析,大体都是围绕着解题方法开展,有忽视基本概念的倾向,当时有一种说法,“概念寓于计算题中”。这说法对不对呢?编者在许多年前做过一次试验。期中考试试卷计算题占50%,是非题占25%,简答题占25%。考试结果令人惊讶,计算题正确率高达85%,是非题正确率只达到50%,简答题往往未答中要点。此外,在一次研究生的面试中,教师请考生把管流的λ~ε/d~Re图画出定性示意图,结果学生在黑板上乱画一通。由此使编者想起了时钧院士常讲的一句话:“教化工原理,既要注重基本概念,又要注重计算方法”。并感到,只强调计算方法是不全面的,还应加强对概念的理解。
当前的全国工科化工原理试题库已经在均衡概念与计算两方面跨出了一步。试题库中设置了选择题、填空题、简答题等非计算类型的题型,就是加强对基本概念的考核。为了指导学生对概念的理解与掌握,编者在第三版教材中增加了“复习思考题”。有的思考题只问一个概念,不必计算,但有的思考题须经计算才能给出定量结果。这也可谓“寓计算于思考题中”,复习思考题与计算题是互补的。这些复习思考题并非各章知识点的罗列,也没有全面覆盖各章的内容,只是点出各章的**,提醒学生注意基本概念并重视计算与分析方法。
本书由(南京工业大学)管国锋、赵汝溥主编。各章编写人员有赵汝溥——绪论、流体流动、流体输送机械、颗粒流体力学基础与机械分离、塔设备,管国锋——传热及换热器、固体干燥、吸附、附录,李新(南京林业大学)——蒸发,居沈贵(南京工业大学)——气体吸收,武文良(南京工业大学)——液体蒸馏,顾正桂、林军(南京师范大学)——液液萃取,徐南平、邢卫红(南京工业大学)——膜分离技术。同时感谢南京工业大学化工原理教研室的同事在本书修订再版工作中给予的帮助。
前言之末,令人想起几句老话:“编者智浅才疏,书中谬误之处难免,还望读者不吝赐教。”此言因常见,不免有客套之嫌,但却恰恰表达了编者的心意,故沿用之,因编者认识到,读者的宝贵意见永远是教材建设的推动力。
本书另配有习题解,有需要者可与编者联系:guangf@njut.edu.cn。