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第1章 绪论 1

1.1化学工程学的形成与发展 1

1.2化学工程学的性质、任务、内容和研究方法 2

1.2.1化学工程学的性质和任务 2

1.2.2化学工程学的内容 2

1.2.3化学工程学的研究方法 3

1.2.4本课程的学习目的 3

1.3化学工程学的基本规律 4

1.3.1物料衡算 4

1.3.2能量衡算 5

1.3.3平衡关系 6

1.3.4过程速率 6

1.4化学与化工生产 6

1.4.1从实验室研究到工业化生产 6

1.4.2化工开发过程及步骤 7

1.5化学工程学的发展趋势 8

1.5.1化工过程与系统工程结合 8

1.5.2化学工程与材料科学结合 9

1.5.3化学工程与信息工程结合 9

1.5.4化工过程的绿色化 9

第2章 流体的流动过程与输送机械 10

2.1流体静力学基本方程式 10

2.1.1密度和比容 10

2.1.2压强 11

2.1.3流体静力学基本方程式及应用 12

2.2流体流动基本规律 15

2.2.1流量与流速 16

2.2.2定态流动与非定态流动 17

2.2.3理想流体与实际流体 17

2.2.4连续性方程 18

2.2.5伯努利方程 18

2.2.6伯努利方程的应用 21

2.3流体流动阻力 24

2.3.1牛顿黏性定律与流体的黏度 24

2.3.2流体的流动现象 26

2.3.3流体管内流动阻力的计算 29

2.4管路计算 37

2.4.1管路计算的类型和基本方法 37

2.4.2简单管路 38

2.4.3复杂管路 38

2.5流速和流量的测量 39

2.5.1测速管 39

2.5.2孔板流量计 41

2.5.3文丘里流量计 42

2.5.4转子流量计 43

2.6流体输送机械 44

2.6.1离心泵 45

2.6.2往复压缩机 51

习题 54

第3章 热量传递 58

3.1概述 58

3.1.1传热过程在化工生产中的应用 58

3.1.2传热的基本方式 58

3.1.3定态传热与非定态传热 60

3.1.4载热体及其选择 60

3.1.5工业中的换热方式 61

3.1.6传热速率与热通量 62

3.2热传导 63

3.2.1傅里叶定律 63

3.2.2导热系数 63

3.2.3平壁热传导 64

3.2.4圆筒壁的定态热传导 67

3.3对流传热 69

3.3.1对流传热机理 69

3.3.2对流传热基本方程 70

3.3.3对流传热分系数 70

3.3.4对流传热分系数准数关联式 72

3.4传热计算 75

3.4.1热量衡算式及热负荷的计算 75

3.4.2总传热速率方程 76

3.4.3总传热系数的计算 77

3.4.4传热平均温度差的计算 80

3.5传热设备——换热器 85

3.5.1间壁式换热器 85

3.5.2强化传热的途径 87

习题 90

第4章 气体吸收 93

4.1概述 93

4.1.1气体吸收过程 93

4.1.2吸收过程的分类 94

4.1.3吸收剂的选择 95

4.1.4吸收操作的流程 95

4.2吸收的气、液相平衡关系 95

4.2.1气体在液体中的溶解度 95

4.2.2亨利定律 96

4.2.3相平衡关系与吸收过程中的关系 98

4.3吸收速率方程 99

4.3.1单一相内物质的传递 100

4.3.2双膜理论 103

4.3.3吸收速率方程 104

4.4填料吸收塔的计算 109

4.4.1吸收剂用量的计算 109

4.4.2填料层高度的计算 113

4.4.3吸收塔塔径的计算 119

4.5填料塔 120

4.5.1填料塔结构简介 120

4.5.2填料 120

4.5.3填料塔内的流体力学性能 122

4.5.4填料塔的附件 124

4.5.5强化吸收过程的措施 125

4.6其他气体分离技术简介 126

4.6.1变压吸附技术 126

4.6.2膜分离技术 127

习题 129

第5章 蒸馏 131

5.1概述 131

5.1.1蒸馏过程的分类 131

5.1.2蒸馏分离的特点 132

5.2双组分溶液的气、液相平衡 132

5.2.1相律 133

5.2.2双组分理想体系的气、液相平衡 133

5.2.3双组分非理想体系的气、液相平衡 136

5.3简单蒸馏和平衡蒸馏 138

5.3.1简单蒸馏 138

5.3.2平衡蒸馏 139

5.4精馏 139

5.4.1精馏原理 139

5.4.2精馏操作流程 141

5.5双组分连续精馏的计算 142

5.5.1恒摩尔流假定 142

5.5.2物料衡算与操作线方程 143

5.5.3进料热状态对精馏操作的影响 145

5.5.4理论板层数的计算 149

5.5.5回流比的选择 152

5.5.6理论板数的简捷计算法 157

5.5.7实际塔板数和塔板效率 158

5.6间歇精馏 159

5.6.1回流比恒定时的间歇精馏 159

5.6.2馏出液组成恒定时的间歇精馏 160

5.7特殊精馏 160

5.7.1恒沸精馏 161

5.7.2萃取精馏 162

5.8板式塔 163

5.8.1塔板的类型及性能评价 163

5.8.2板式塔的结构与性能 165

5.8.3板式塔工艺尺寸的计算 168

习题 168

第6章 工业反应器设计基础 171

6.1化学反应和工业反应器 171

6.1.1化学反应的分类 171

6.1.2工业反应器的基本类型 171

6.2工业反应器的操作方式 174

6.2.1间歇操作 174

6.2.2连续操作 174

6.2.3半连续操作 175

6.3反应工程学基础理论中的重要概念 175

6.3.1化学热力学的有关基本概念 175

6.3.2化学动力学的有关基本概念 180

6.3.3传递工程学的有关基本概念 187

6.4反应器设计的基本方程 188

习题 189

第7章 均相反应过程与理想反应器 191

7.1釜式反应器 191

7.1.1釜式反应器的物料衡算式 191

7.1.2间歇搅拌釜式反应器 191

7.1.3理想连续搅拌釜式反应器 193

7.1.4连续搅拌釜式反应器的串联 194

7.1.5连续搅拌釜式反应器的热稳定性 198

7.2活塞流管式反应器 200

7.2.1活塞流反应器的理想假设 200

7.2.2活塞流反应器的体积计算 200

7.3理想均相反应器的优化选择 202

7.3.1以生产强度为优化目标选择反应器 202

7.3.2以产率和选择性为优化目标选择反应器 205

习题 207

第8章 停留时间分布与非理想反应器的计算 209

8.1停留时间分布函数 209

8.1.1停留时间分布函数的定义 209

8.1.2停留时间分布的实验测定 212

8.1.3停留时间分布的数学特征 215

8.1.4理想反应器的停留时间分布 217

8.2非理想流动模型及实际反应器的计算 220

8.2.1离析流模型 221

8.2.2多釜串联模型 221

8.2.3轴向扩散模型 224

8.2.4非理想反应器的计算 225

习题 227

第9章 多相催化反应 229

9.1工业催化简介 229

9.1.1固体催化剂 229

9.1.2工业催化剂的要求和特点 229

9.2气、固相催化反应动力学 230

9.2.1气、固相催化反应的历程 230

9.2.2表面动力学控制 231

9.2.3外扩散过程 234

9.2.4内扩散过程 236

9.2.5反应过程的控制阶段 240

9.3非等温过程 241

9.3.1操作温度的最优化 241

9.3.2热量衡算与绝热反应器 243

9.3.3绝热反应器的容积计算 245

9.4气、固相催化反应器 246

9.4.1固定床反应器 246

9.4.2流化床反应器 248

习题 249

第10章 合成氨工艺 251

10.1概述 251

10.1.1合成氨工业的重要性及发展概况 251

10.1.2合成氨主要原料及原则流程 252

10.2原料气的生产 253

10.2.1固体燃料气化法 254

10.2.2其他造气方法简介 256

10.3原料气的净化 258

10.3.1原料气的脱硫 258

10.3.2一氧化碳的变换 259

10.3.3二氧化碳的脱除 262

10.3.4原料气的精制 264

10.4氨的合成 265

10.4.1氨合成的热力学 265

10.4.2氨合成的动力学 267

10.4.3氨合成最佳工艺条件的确定 269

10.4.4氨合成流程 272

10.4.5氨合成的主要设备——合成塔 273

10.5氨的加工 275

10.5.1尿素概述 275

10.5.2合成原理和工艺条件 275

习题 278

第11章 硫酸生产工艺 279

11.1硫酸概述 279

11.1.1硫酸的性质 279

11.1.2硫酸的用途和产品规格 279

11.1.3硫酸工业发展概况 280

11.2生产硫酸的原料和生产原则流程 281

11.2.1生产硫酸的原料 281

11.2.2以硫铁矿为原料的接触法生产硫酸的原则流程 283

11.3二氧化硫炉气的生产 283

11.3.1硫铁矿焙烧原理 283

11.3.2焙烧工艺条件的确定 285

11.3.3固体流态化和沸腾焙烧炉 286

11.4二氧化硫炉气的净化与干燥 288

11.4.1净化的目的 288

11.4.2净化方法 289

11.4.3二氧化硫炉气的干燥 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平衡常数与平衡转化率 291

11.5.3催化剂与反应速率 293

11.5.4适宜工艺条件的确定 293

11.5.5二氧化硫转化流程 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响因素 298

11.6.2吸收成酸的工艺流程 299

11.7以硫磺为原料制硫酸 300

11.8硫酸生产中的“三废”治理和环境保护 302

11.8.1硫酸生产中余热的回收利用 302

11.8.2硫酸生产中的“三废”治理和环境保护 302

习题 305

第12章 化工过程开发 307

12.1概述 307

12.2化工过程开发内容 308

12.2.1化学工业在人类社会中的地位 308

12.2.2化工过程开发的特点 309

12.3化工过程开发基本方法 309

12.3.1实验研究方法 310

12.3.2数学模型方法 310

12.4化工过程开发主要步骤 311

12.4.1过程研究 311

12.4.2工程研究 313

12.5化工过程开发案例 313

习题 315

参考文献 315

附录 317

附录一 干空气的物理性质（101.3 kPa） 317

附录二IS型离心泵性能参数（摘录） 318

附录三 无缝钢管规格 319

附录四 水的物理性质 320

附录五 一些气体-水体系的亨利系数 321

附录六 乱堆瓷质拉西环的特性 321

附录七 物质的扩散系数（293 K，101.3 kPa） 322