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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