本书为江苏省教育厅立项建设的精品教材,力求吸取同类教材的优点。
本书主要内容包括化工单元操作的基本概念、原理、工艺计算和操作技术。其特色是以工作任务为主线,按照认知规律和工作程序把单元操作的原理、设备、工艺计算、操作分析融合起来,**介绍了流体流动与输送、传热、蒸馏、蒸发、吸收、干燥等单元操作。此外,还对吸附、萃取、混合、膜分离技术、超临界流体萃取等单元操作在化工生产中的应用进行了简单介绍。
本书可作为高职高专化工类及相关专业教材,也可供化工企业技术人员参考。

**章 流体输送
学习目标
1.了解:流体流动规律和流体输送操作在化工生产中的重要性;实际生产中常见流体输送方式及其应用的场合;计量泵、螺杆泵、鼓风机、真空泵等输送机械的工作原理、特性及应用范围。
2.理解:连续性方程、柏努利方程、静力学基本方程的物理意义;流体阻力产生的原因和确定方法,流体的流动类型及判断依据,流体流动中边界层的概念,管内流体速度的分布规律;各种流量计工作原理、基本结构、性能和流量计算方法及选用原则;往复泵的结构、工作原理、性能参数、特性曲线、操作要点及应用,离心通风机的工作原理,性能参数及使用注意事项。
3.掌握:管路布置的原则、管道直径的确定方法;连续性方程、柏努利方程、静力学基本方程式及其应用;流体输送方式选择的原则及其有关的计算;离心泵的结构、工作原理、性能参数及其影响因素、安装高度的计算方法、安装和操作要点、选型步骤;往复式压缩机的工作原理、基本计算及使用操作要点。
**节 概述
化工生产过程所处理的物料,包括原料、中间体和产品,绝大多数是流体(气体和液体),或者是包括流体在内的非均相混合物。按照化工生产工艺要求,物料通常要从一个地方输送到另一个地方,从上一道工序转移到下一道工序,从一个设备送往另一个设备,逐步完成各种物理变化和化学变化,才能得到所需要的化工产品。因此,要完成化工生产过程,必须要解决流体输送(transportation of fluid)问题。另一方面,化工生产中的传热、传质及化学反应过程多数是在流体流动状况下进行的,流体的流动状况对这些过程的操作费用和设备费用有着很大的影响,关系到化工产品的生产成本和经济效益。因此,流体流动规律是本课程的重要基础,流体输送问题是化工生产必须解决的基本问题。
化工生产中要解决的流体输送问题主要有三大类:一是将流体从低位送到高位;二是将流体从低压设备送往高压设备;三是从一个地方送到很远的另一个地方,*常见的还是这几类输送问题的综合。为了完成工艺要求的流体输送任务,可从生产实际出发采取不同的输送方式。流体的输送方式有以下四种。 化工单元过程及操作是化工类及相关专业一门重要的专业基础课,旨在通过对该门课程的学习,使学生能够运用单元操作的原理、分析方法处理工程实际问题,进行装置操作。本教材为江苏省教育厅立项建设的精品教材,力求在吸取同类教材优点的基础上编出一本符合高等职业教育特点、遵循学生的认知规律、趣味性强,并与生产实际结合密切的教材,为此,本教材进行了以下尝试。
1案例贯穿于各单元操作的始终。为便于学生的理解,各单元操作一般采用日常生活中能够接触到的实际例子引入,辅之以典型生产案例。本教材以工作任务为主线,按照认知规律和工作程序把单元操作的原理、设备、有关计算、操作分析融合起来,更加符合培养生产一线技术应用型人才的需要。
2努力培养学生的工程观点。除典型案例来自于生产实际外,例题的选取和有关问题的分析皆来自于生产实际,使学生通过这些例题了解有关原理、概念、公式的实际应用,做到学以致用。此外,各章之后也增加了一些需要学生查找资料或实地调查才能解决的习题,以培养学生解决实际问题的能力。
3图文结合,直观生动。教材中插有丰富的实物和设备内部、外观图,增强直观生动性和趣味性,**学生自主学习。
4加强专业英文词汇的学习。各章重要的专业词汇**次出现时均有对应的英文翻译,使学生在学习单元操作知识的同时,也学习了相应的英文词汇。
本教材由吴红主编,参加编写人员有吴红(第三、四、六章)、徐忠娟(**章)、田华(第二章)、刘郁(第五、七章)、张旭光(第八章),全书由吴红统稿。教材的编写得到有关企业的专家李毅、王家俊提供的部分案例支持,主审周立雪教授对教材的编写给予了大力支持与指导,冷士良、潘文群、张传梅、蒋丽芬、汤立新、简华对教材进行了初审并提出了很多宝贵的建议,在此向他们表示深深的谢意。
本教材是化工原理教材建设的有益尝试,因编者水平有限,不当之处在所难免,敬希指正。
编者
2008年5月

**章流体输送1
**节概述1
第二节流体输送管路基本组成及其安装3
一、化工管路基本构件的选择3
二、化工管路的标准11
三、管路直径的确定13
四、化工管路的工程安装16
第三节流体输送方式的选择19
一、生产案例19
二、稳定流动与不稳定流动19
三、流体稳定流动时流速的变化规律——连续性方程20
四、流体稳定流动时能量的变化规律——柏努利方程21
五、常见流体输送问题的分析与处理——柏努利方程的应用27
第四节流体流动参数的测量47
一、压力测量47
二、液位测量50
三、流量测量51
第五节流体输送机械的选择、安装及操作57
一、液体输送机械57
二、气体输送机械82
本章注意点93
本章主要符号说明93
思考题94
习题95

第二章传热99
**节概述99
一、传热案例99
二、传热概述100
第二节工业中的换热设备101
一、换热器的分类101
二、间壁式换热器的结构型式102
第三节工业保温107
一、保温材料的确定107
二、保温层厚度的确定109
第四节工业换热111
一、生产任务的确定111
二、载热体的确定114
三、换热面积的确定115
第五节换热器的操作与选用121
一、换热器的操作121
二、换热器的选用124
本章注意点129
本章主要符号说明130
思考题130
习题130

第三章蒸馏132
**节概述132
一、蒸馏案例133
二、蒸馏概述134
第二节蒸馏设备134
一、精馏流程134
二、精馏设备137
三、其他蒸馏方式140
第三节精馏过程分析142
一、进入精馏塔原料量和精馏塔塔径的确定143
二、再沸器内加热蒸汽消耗量的确定148
三、塔板数的确定150
四、进料热状态的影响及适宜加料位置的确定152
五、回流比的影响及适宜回流比的确定155
六、进料组成和流量的影响157
七、操作温度和操作压力的影响157
第四节精馏塔的操作158
一、精馏塔的开、停车158
二、精馏塔的运行调节159
三、精馏操作中不正常现象及处理
方法161
本章注意点162
本章主要符号说明163
思考题163
习题163

第四章吸收166
**节概述166
一、吸收案例166
二、吸收概述169
第二节吸收设备170
一、吸收流程170
二、吸收设备171
三、其他吸收方式177
第三节吸收过程分析178
一、吸收过程的限度178
二、吸收剂用量的确定181
三、吸收速率185
四、塔径的确定188
五、填料层高度的确定189
第四节吸收塔的操作191
一、填料吸收塔的开、停车191
二、吸收操作的调节192
三、吸收操作不正常现象及处理方法193
本章注意点193
本章主要符号说明193
思考题194
习题195

第五章非均相物系的分离197
**节概述197
一、非均相物系分离案例197
二、常见非均相物系的分离方法200
第二节沉降200
一、重力沉降设备及计算200
二、离心沉降设备及计算207
第三节过滤215
一、过滤设备215
二、过滤的基本知识219
第四节气体的其他净制方法与非均相物系分离方法的选择222
一、气体的其他分离方法与设备222
二、非均相物系分离方法的选择224
第五节转筒真空过滤机的操作225
一、开、停车225
二、正常操作226
三、转鼓真空过滤机操作常见异常现象与处理226
四、转鼓真空过滤机的使用与维护226
本章注意点226
本章主要符号说明227
思考题227
习题227

第六章固体干燥228
**节概述228
一、固体物料的去湿方法228
二、干燥案例229
三、干燥方法230
第二节干燥设备231
一、干燥流程231
二、干燥设备231
第三节湿空气的性质及湿物料中水分的性质235
一、湿空气的性质236
二、湿物料中水分的性质240
第四节干燥过程分析243
一、空气消耗量的确定243
二、干燥速率245
第五节干燥操作247
一、干燥操作条件分析247
二、常用干燥设备的使用与维护249
本章注意点251
本章主要符号说明251
思考题252
习题252

第七章蒸发253
**节概述253
第二节蒸发设备255
一、蒸发特点255
二、蒸发操作的分类255
三、蒸发流程256
四、常用的蒸发设备及适用的范围257
五、蒸发器的性能比较262
六、蒸发器的改进与研究262
七、蒸发器的辅助设备262
第三节蒸发计算263
一、单效蒸发的计算263
二、蒸发器的生产强度268
三、蒸发器的经济分析268
四、提高蒸发器生产能力的措施272
第四节蒸发操作273
一、开、停车273
二、工艺条件对蒸发操作的影响275
三、蒸发操作异常现象及处理275
本章注意点276
本章主要符号说明276
思考题277
习题277

第八章其他单元操作简介278
**节吸附278
一、应用案例278
二、吸附分离的基本原理278
三、吸附剂280
四、吸附分离工艺282
第二节液液萃取290
一、应用案例290
二、液液萃取的基本原理290
三、萃取剂的选择293
四、液液萃取设备294
五、萃取塔的操作297
第三节膜分离技术299
一、应用案例299
二、膜分离技术概述299
三、分离用膜302
四、膜分离设备的类型302
五、超滤、反渗透的工艺流程305
第四节混合、乳化306
一、混合306
二、乳化312
第五节破碎、筛分318
一、破碎318
二、筛分321
第六节超临界流体萃取简介323
一、超临界流体的性质324
二、超临界流体萃取过程的特点325
三、超临界流体萃取的工艺流程325
本章主要符号说明326
思考题327

附录328
一、单位换算系数328
二、常用化学元素的相对原子质量328
三、饱和水的物理性质329
四、饱和水蒸气表(按温度排列)330
五、饱和水蒸气表(按压力排列)331
六、干空气的热物理性质(p=101325×105Pa)332
七、液体饱和蒸汽压p°的Antoine(安托因)常数332
八、水在不同温度下的黏度333
九、固体材料的热导率333
十、某些液体的热导率334
十一、某些无机物水溶液的表面张力(dyn/cm)334
十二、某些有机液体的相对密度(液体密度与4℃水的密度之比)335
十三、有机液体的表面张力共线图337
十四、液体黏度共线图339
十五、液体的比热容341
十六、蒸发潜热(汽化热)343
十七、气体黏度共线图(常压下用)345
十八、1013kPa压力下气体的比热容347
十九、某些液体的热导率348
二十、管子规格349
二十一、IS型单级单吸离心泵规格(摘录)349
二十二、某些二元物系在1013kPa(绝压)下的汽液平衡组成352
参考文献354
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