第1章 设计导论 1
1．1引言 1
1．2设计的性质 1
1．2．1设计目标（需求） 2
1．2．2数据采集 2
1．2．3可能的设计解决方案的创立 2
1．2．4选择 3
1．3化工生产过程的剖析 4
1．4化工设计工程的组织 5
1．5工程文档 7
1．6规范和标准 8
1．7工厂安全（设计系数） 9
1．8单位系统 10
1．9自由度和设计变量 设计问题的机械表示法 11
1．9．1信息流量和设计变量 11
1．9．2设计变量的选择 13
1．9．3信息流向和设计问题的结构 14
1．10优化 17
1．10．1通用步骤 17
1．10．2简单模型 18
1．10．3多变量问题 19
1．10．4线性规划 20
1．10．5动态规划 20
1．10．6间歇式和连续式过程的优化 20
参考文献 21
术语 22
习题 22
第2章 物料平衡基础 24
2．1概述 24
2．2质能方程 24
2．3质量守恒 24
2．4用于表示组成的单位 25
2．5化学计量学 26
2．6系统边界的选择 27
2．7计算基准的选择 29
2．8独立组分数 29
2．9流量和组成的约束条件 30
2．10一般代数法 31
2．11关联组分 32
2．12过量试剂 33
2．13转化率和产率 34
2．14再循环过程 36
2．15 净化 38
2．16分流 39
2．17非稳态计算 39
2．18物料平衡问题的一般步骤 41
参考文献（扩展阅读） 42
术语 42
习题 42
第3章 能量衡算基础（和能量利用） 45
3．1概述 45
3．2能量守恒 45
3．3能量的形式（每单位质量或物料） 45
3．3．1势能 45
3．3．2动能 46
3．3．3内能 46
3．3．4功 46
3．3．5热量 46
3．3．6电能 46
3．4能量平衡 46
3．5比焓的计算 49
3．6平均比热容 50
3．7压力对比热容的影响 52
3．8混合物的焓 53
3．9焓-浓图 54
3．10反应热 56
3．11标准生成热 59
3．12燃烧热 59
3．13气体压缩与膨胀 60
3．13．1莫利尔图 61
3．13．2多边压缩与膨胀 62
3．13．3多级压缩机 64
3．13．4电力驱动 70
3．14能量平衡计算 70
3．15 非稳态能量平衡 76
3．16能量回收 77
3．16．1热交换 78
3．16．2换热器网络 78
3．16．3废热锅炉 79
3．16．4高温反应器 79
3．16．5低级燃料 80
3．16．6高压过程物流 82
3．16．7热泵 83
3．17过程整合和夹点技术 84
3．17．1夹点技术 85
3．17．2题解表法 87
3．17．3换热器网络 89
3．17．4最低换热器数 91
3．17．5阈值问题 92
3．17．6多夹点和多动力设施 93
3．17．7过程集成：其他过程操作的集成 93
参考文献 96
术语 97
习题 99
第4章 工艺流程图 102
4．1概述 102
4．2流程图的表示法 102
4．2．1方框图 102
4．2．2图形表示法 103
4．2．3物流流速的表示法 103
4．2．4收录信息 103
4．2．5设计规划图 104
4．2．6数据精度 108
4．2．7计算基础 108
4．2．8间歇式过程 108
4．2．9动力服务设施 108
4．2．10设备标识 108
4．2．11计算机辅助作图 108
4．3手工流程图计算 109
4．3．1流程图计算基础 110
4．3．2单个单元的流程图计算 110
4．4计算机辅助流程图 129
4．5全稳态模拟程序 129
4．6再循环物流的手工计算 132
4．6．1分流分率概念 132
4．6．2方法举例 134
4．6．3估计分流分率系数的准则 141
参考文献 143
术语 144
习题 144
第5章 管道仪表 149
5．1概述 149
5．2管道仪表流程图 149
5．2．1符号和规划图 149
5．2．2基本符号 150
5．3阀门选择 151
5．4泵 153
5．4．1泵的选择 153
5．4．2管道的压降 154
5．4．3泵吸液体的功率条件 158
5．4．4离心泵特性曲线 160
5．4．5系统曲线（工作曲线） 160
5．4．6净正吸入压头（NPSH） 161
5．4．7泵和其他杆轴的密封 163
5．5管道系统的机械设计 164
5．5．1壁厚：管道尺寸清单 164
5．5．2管架 165
5．5．3管道配件 165
5．5．4管道应力 165
5．5．5规划与设计 166
5．6管道尺寸的选择 166
5．7控制与仪表装置 173
5．7．1仪表 173
5．7．2仪表装置和控制目标 173
5．7．3自动控制方案 174
5．8典型的控制系统 174
5．8．1液面控制 174
5．8．2压力控制 175
5．8．3流量控制 175
5．8．4换热器 175
5．8．5级联控制 176
5．8．6比率控制 177
5．8．7蒸馏塔控制 177
5．8．8反应器控制 178
5．9报警系统和安全释放机构及互锁装置 179
5．10过程控制的计算机和微处理器 181
参考文献 181
术语 182
习题 184
第6章 成本核算和工程评价 186
6．1概述 186
6．2投资成本核算的精度和目的 186
6．3固定资本和营运资本 187
6．4成本逐增（通货膨胀） 187
6．5基建成本快速估算方法 189
6．5．1实际成本 189
6．5．2计步法 190
6．6成本估算的因子加算法 191
6．6．1 Lang因子 191
6．6．2详细的因子加算法 192
6．7设备进货成本估算 193
6．8因子加算法的小结 197
6．9营运成本 198
6．10工程的经济评估 206
6．10．1现金流量和现金流量图 206
6．10．2税金与折旧 207
6．10．3折现现金流量 207
6．10．4回报率计算 207
6．10．5折现现金流量回报率（DCFRR） 208
6．10．6投资回收时间 208
6．10．7通货膨胀的处理 208
6．10．8敏感性分析 208
6．10．9小结 209
6．11成本核算和工程评估的计算机辅助方法 212
参考文献 212
术语 212
习题 213
第7章 结构材料 216
7．1概述 216
7．2材料性能 216
7．3机械性能 217
7．3．1拉伸强度 217
7．3．2刚性 218
7．3．3韧性 218
7．3．4硬度 218
7．3．5疲劳 218
7．3．6蠕变 218
7．3．7温度对机械性能的影响 218
7．4耐腐蚀性 219
7．4．1均一腐蚀 219
7．4．2电化学腐蚀 220
7．4．3点蚀 221
7．4．4晶间腐蚀 221
7．4．5应力效应 221
7．4．6磨蚀-腐蚀 221
7．4．7高温氧化 222
7．4．8氢脆性 222
7．5耐腐蚀性的选择 222
7．6材料成本 223
7．7污染 223
7．8常用的结构材料 224
7．8．1钢铁 224
7．8．2不锈钢 225
7．8．3镍 227
7．8．4蒙乃尔合金 227
7．8．5铬镍铁合金 227
7．8．6哈斯特洛依合金 227
7．8．7铜和铜合金 227
7．8．8铝及其合金 227
7．8．9铅 228
7．8．10钛 228
7．8．11钽 228
7．8．12锆 228
7．8．13银 228
7．8．14金 228
7．8．15铂 228
7．9化工厂的塑料结构材料 228
7．9．1聚氯乙烯（PVC） 229
7．9．2聚烯烃 229
7．9．3聚四氟乙烯（PTFE） 229
7．9．4聚偏氟乙烯（PVDF） 230
7．9．5玻璃纤维强化塑料（GRP） 230
7．9．6橡胶 230
7．10陶瓷材料（硅酸盐材料） 230
7．10．1玻璃 231
7．10．2粗陶 231
7．10．3耐酸砖和瓦片 231
7．10．4耐火材料 231
7．11碳 231
7．12保护性涂层 232
7．13耐腐蚀设计 232
参考文献 232
参考书目 233
术语 233
习题 234
第8章 信息和数据设计 236
8．1概述 236
8．2生产过程的信息源 236
8．3物理性质的通用信息源 238
8．4工程数据的精度 239
8．5物理性质的预测 239
8．6密度 240
8．6．1液体 240
8．6．2气体和蒸气密度（比容） 241
8．7黏度 242
8．7．1液体 242
8．7．2气体 244
8．8热导率 245
8．8．1固体 245
8．8．2液体 245
8．8．3气体 245
8．8．4 混合物 246
8．9比热容 246
8．9．1固体和液体 246
8．9．2气体 248
8．10蒸发焓（潜热） 251
8．11蒸气压 253
8．12扩散系数（扩散率） 253
8．12．1气体 254
8．12．2液体 255
8．13表面张力 256
8．14临界常数 258
8．15 反应焓和生成焓 260
8．16相平衡数据 260
8．16．1实验数据 260
8．16．2相平衡 260
8．16．3状态方程 261
8．16．4液相活度系数的相关性 262
8．16．5气-液平衡的预测 266
8．16．6烃类的K值 267
8．16．7酸-水体系 267
8．16．8高压下的气-液平衡 267
8．16．9液-液平衡 267
8．16．10设计计算的相平衡选择 269
8．16．11气体溶解度 270
8．16．12状态方程估算密度和比焓的用途 270
参考文献 272
参考书目：物理性质的一般来源 274
术语 275
习题 277
第9章 安全与防损措施 279
9．1概述 279
9．2本质安全和非本质安全 279
9．3危险因素 280
9．3．1毒性 280
9．3．2可燃性 282
9．3．3爆炸 283
9．3．4火源 283
9．3．5离子化辐射 284
9．3．6压力 285
9．3．7 温度偏移 286
9．3．8噪声 286
9．4道氏（Dow）火灾爆炸指数 287
9．4．1道氏F＆EI指数的计算 287
9．4．2潜在损失 290
9．4．3基本的预防保护措施 292
9．4．4蒙得失火、爆炸以及毒性指数 292
9．4．5小结 293
9．5风险和可操作性研究 295
9．5．1基本原理 296
9．5．2引导词的解释 296
9．5．3程序和步骤 297
9．6风险分析 300
9．7可接受风险和安全优先等级 301
9．8安全检查列表 302
9．9主要风险 304
参考文献 306
书目 307
习题 308
第10章 设备的选择、规格与设计 309
10．1概述 309
10．2分离过程 310
10．3固-固分离 310
10．3．1筛分（筛选）法 311
10．3．2液-固旋流 312
10．3．3水力分离器和大小分拣器（分级器） 312
10．3．4水簸机 313
10．3．5摇床 313
10．3．6分级离心机 313
10．3．7重介质分离器（沉浮工艺） 313
10．3．8浮选分离器 313
10．3．9磁力分离器 314
10．3．10静电分离器 314
10．4液-固（固-液）分离器 314
10．4．1增稠器和澄清器 315
10．4．2过滤 315
10．4．3离心 318
10．4．4水力旋风分离器（液体旋风分离器） 323
10．4．5加压（压榨） 326
10．4．6固体干燥 326
10．5溶解固体的分离 332
10．5．1蒸发器 332
10．5．2结晶 334
10．6液-液分离 336
10．6．1倾析器（沉降器） 336
10．6．2板式分离器 339
10．6．3聚结器 339
10．6．4离心分离器 340
10．7溶解液体的分离 340
10．8气-固分离（气体净化） 341
10．8．1重力沉降器（沉降室） 342
10．8．2撞击式气-液分离器 342
10．8．3离心分离器（旋风分离器） 342
10．8．4过滤器 347
10．8．5 湿式洗涤器（冲洗） 348
10．8．6静电沉淀器 348
10．9气-液分离器 349
10．9．1沉降速率 349
10．9．2立式分离器 349
10．9．3卧式分离器 350
10．10压碎和碾磨（粉碎）设备 352
10．11混合设备 354
10．11．1气体混合 354
10．11．2液体混合 354
10．11．3固体和浆料 358
10．12物料的传输和储藏 359
10．12．1气体 359
10．12．2液体 361
10．12．3固体 362
10．13反应器 363
10．13．1反应器的主要类型 363
10．13．2设计流程 365
参考文献 366
参考书目 368
术语 369
习题 371
第11章 分离塔（蒸馏、吸收和萃取） 373
11．1概述 373
11．2连续蒸馏：工艺描述 373
11．2．1回流 374
11．2．2进料定位 375
11．2．3塔压的选择 375
11．3连续蒸馏：基本原则 375
11．3．1塔板方程 375
11．3．2露点和泡点 376
11．3．3闪蒸平衡的计算 376
11．4蒸馏设计变量 378
11．5二元体系的设计方法 380
11．5．1基本方程 380
11．5．2 McCabe-Thiele法 381
11．5．3低浓度产品 383
11．5．4 Smoker方程 386
11．6多组分蒸馏：一般要素 389
11．6．1关键组分 390
11．6．2塔的数量和顺序 390
11．7多组分蒸馏：塔板简捷计算法和回流条件 391
11．7．1假二元体系 391
11．7．2 Smith-Brinkley方法 394
11．7．3经验算法 395
11．7．4非关键组分的分布（图表法） 397
11．8多组分体系：精确求解方法（计算机方法） 408
11．8．1 Lewis-Matheson方法 409
11．8．2 Thiele-Geddes方法 410
11．8．3松弛法 410
11．8．4线性代数法 410
11．9其他蒸馏体系 411
11．9．1间歇蒸馏 411
11．9．2水蒸气蒸馏 411
11．9．3反应蒸馏 412
11．10塔板效率 412
11．10．1板效率的预测 413
11．10．2 O’Connell’s关系 414
11．10．3 Van Winkle’s关系式 415
11．10．4 AIChE方法 416
11．10．5雾沫夹带 418
11．11塔尺寸的近似 419
11．12板式接触器 419
11．12．1板型的选择 420
11．12．2塔板构造 421
11．13板液压设计 423
11．13．1塔板设计步骤 424
11．13．2塔板面积 425
11．13．3塔径 425
11．13．4液流排布 426
11．13．5雾沫夹带 426
11．13．6漏液点 427
11．13．7堰顶液体的高度 427
11．13．8堰的尺寸 427
11．13．9孔的面积 428
11．13．10孔径 428
11．13．11孔间距 429
11．13．12液压梯度 429
11．13．13液体流程 429
11．13．14塔板压降 429
11．13．15 降液管设计［储备］ 430
11．14填充塔 438
11．14．1填料类型 439
11．14．2填充床高度 442
11．14．3传质单元高度（HTU）的预测 445
11．14．4塔径（容量） 448
11．14．5塔内部构造 453
11．14．6润湿速率 456
11．15 塔辅助设备 456
11．16溶剂萃取（液-液萃取） 457
11．16．1萃取装置 457
11．16．2萃取器的设计 458
11．16．3萃取塔 461
11．16．4超临界流体萃取 461
参考文献 461
术语 464
习题 469
第12章 换热设备 473
12．1概述 473
12．2基本的设计过程和理论 473
12．3总传热系数 475
12．4结垢因素（污垢因素） 477
12．5列管式换热器：结构细节 477
12．5．1换热器标准和法规 480
12．5．2换热管 480
12．5．3外壳 482
12．5．4管板设计图（换热管的计数） 482
12．5．5外壳类型（壳程） 483
12．5．6壳、管设计 484
12．5．7隔板 484
12．5．8支撑板和固定杆 485
12．5．9管板 485
12．5．10外壳和联管喷嘴 486
12．5．11流动诱导的管振动 486
12．6平均温差（温度驱动力） 486
12．7列管式换热器：一般设计的注意事项 490
12．7．1流体分配：壳或管 490
12．7．2壳体和管道流速 491
12．7．3流体温度 491
12．7．4压降 491
12．7．5流体物理性质 491
12．8管侧传热系数和压降（单相） 492
12．8．1传热 492
12．8．2管侧压降 495
12．9壳侧传热和压降（单相） 496
12．9．1流动模式 496
12．9．2设计方法 497
12．9．3 Kern法 497
12．9．4 Bell法 514
12．9．5外壳和管束结构 521
12．9．6结垢对压降的影响 523
12．9．7压降极限 523
12．10冷凝器 526
12．10．1传热的基本原理 526
12．10．2水平换热管外的冷凝作用 527
12．10．3立式换热管内外侧的冷凝作用 528
12．10．4水平换热管内的冷凝作用 531
12．10．5蒸气的冷凝过程 531
12．10．6平均温差 532
12．10．7脱过热和过冷 532
12．10．8混合物的冷凝作用 533
12．10．9冷凝器中的压降 535
12．11再沸器和蒸发器 539
12．11．1沸腾换热的理论基础 541
12．11．2池沸腾 542
12．11．3对流沸腾 544
12．11．4强制循环再沸器的设计 547
12．11．5热虹吸式再沸器 547
12．11．6釜式再沸器设计 554
12．12板式换热器 558
12．12．1垫片板式换热器 558
12．12．2焊接板换热器 564
12．12．3板翅式换热器 564
12．12．4螺旋式换热器 564
12．13直接接触式换热器 565
12．14翅管式换热器 566
12．15 套管换热器 567
12．16空冷式换热器 567
12．17明火加热器（熔炉和锅炉） 567
12．17．1基本结构 568
12．17．2设计 569
12．17．3传热 569
12．17．4压降 570
12．17．5过程侧的传热和压降 570
12．17．6烟道设计 570
12．17．7热效率 571
12．18容器的热传递 571
12．18．1夹套容器 571
12．18．2内部螺旋管 573
12．18．3搅拌容器 573
参考文献 576
书目 579
术语 580
习题 585
第13章 化工设备的机械设计 589
13．1概述 589
13．2压力容器的规范和标准 590
13．3基本原理和方程 590
13．3．1主应力 591
13．3．2断裂理论 591
13．3．3弹性稳定性 592
13．3．4旋转壳中的膜应力 592
13．3．5平板 596
13．3．6容器的膨胀 598
13．3．7次应力 599
13．4一般设计注意事项：压力容器 599
13．4．1设计压力 599
13．4．2设计温度 600
13．4．3材料 600
13．4．4设计应力（标准设计强度） 600
13．4．5焊接接头的效率和结构类目 601
13．4．6腐蚀裕量 601
13．4．7设计载荷 602
13．4．8最小壁厚 602
13．5内压薄壁容器的设计 602
13．5．1圆柱形和球形外壳 602
13．5．2封头和封盖 603
13．5．3平板盖的设计 604
13．5．4球形圆顶封盖的设计 604
13．5．5圆锥部分和端盖 605
13．6开口和分支的补偿 607
13．7承外压容器的设计 608
13．7．1圆柱形壳 608
13．7．2加强环的设计 610
13．7．3容器封盖 610
13．8承受组合载荷的容器设计 612
13．8．1重量载荷 615
13．8．2风载荷（高塔容器） 616
13．8．3地震载荷 617
13．8．4偏心荷载（高容器） 618
13．8．5扭矩 618
13．9容器支座 621
13．9．1鞍形支座 621
13．9．2裙支座 624
13．9．3托臂支座 629
13．10拴接法兰接头 630
13．10．1法兰类型和选择 630
13．10．2密封衬垫 631
13．10．3法兰面 632
13．10．4法兰设计 633
13．10．5标准法兰 635
13．11换热器管板 636
13．12焊接接头设计 638
13．13容器的疲劳评价 639
13．14压力试验 639
13．15 高压容器 640
13．15．1基本方程 640
13．15．2复合容器 642
13．15．3自应力加工 643
13．16液体储存容器 644
13．17离心机的机械设计 644
13．17．1离心机压力 644
13．17．2转鼓和心轴的运动：临界转速 645
参考文献 647
书目 648
标准 648
术语 649
习题 654
第14章 工厂选址的常规因素 657
14．1概述 657
14．2工厂选址和场地选择 657
14．3工地规划 659
14．4工艺过程的布局 660
14．5动力设施 663
14．6环境因素 664
14．6．1废物管理 665
14．6．2噪声 667
14．6．3视觉效应 667
14．6．4立法 667
14．6．5环境评价 667
参考文献 668
附录A 669
附录B 675
附录C 694
附录D 725
附录E 727
附录F 731
附录G 751
附录H 754