化工单元操作(陈桂娥)

《化工单元操作》主要内容包括化工生产认知、流体输送过程及操作、非均相物系分离过程及操作、传热过程及操作、蒸发过程及操作、吸收过程及操作、精馏过程及操作、干燥过程及操作、化工生产综合实训。尤其注重强化学生实际应用能力的培养，按照项目化教学要求编写，每个项目含若干化工生产典型单元操作工作任务，主要由任务引入、相关知识、任务实施、讨论与拓展四大部分组成，融理论、仿真、实操为一体，使得理论与实践结合更为紧密。教材的编排便于理实一体化课程组织实施项目化教学。《化工单元操作》可作为化工、石油化工、材料工程等专业本科和中职学生的教材，亦也可作为成人高校及相关企业职工的培训教材。

陈桂娥，上海应用技术学院化学与环境学院，副教授，教研室主任，主要教学经历

1993-现在上海应用技术学院从事“化工原理”、“化工原理实验”、“化工课程设计”、“生产实习”和“认识实习”等课程教学工作。

论文

[1].Gui-E Chen, Li Sun, Zhen-Liang Xu, Hu Yang, Hui-Hong Huang, and Yan-Jun
Liu. Surface modification of poly (vinylidene fluoride) membrane with
hydrophilic and anti-fouling performance via a two-step polymerization. KoreanJ.
Chem. Eng., DOI: 10.1007/s11814-015-0105-z

[2].Gui-E Chen, Yan-Jun Liu, Zhen-Liang Xu, Deng Hu, Hui-Hong Huang, Li Sun.
Preparation and characterization of the composite nanofiltration membrane from
cyclen and Trimesoyl Chloride by interfacial polymerization. J ApplPolymSci,
20150411. DOI: 10.1002/APP.42345

[3].Gui-E Chen, Yan-Jun Liu, Zhen-Liang Xu, Yong-Jian Tang, Hui-Hong Huang, Li
Sun. Fabrication and characterization of a novel nanofiltration membrane by the
interfacial polymerization of 1,4-Diaminocyclohexane (DCH) and trimesoyl
chloride (TMC).RSC Advances, 2015, 5(51):40742-40752. DOI:10.1039/C%RA02560E

专利：

[1].4,7,10-四氮杂环十二烷及其纳滤膜的制备方法. 专利，201410573813X

[2].一种羧基化氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合超滤膜及制备方法.
专利，2014102411959

[3].一种改性聚偏氟乙烯微孔膜的制备方法. 专利，2014105770722

[4].一种抗污染亲水性聚偏氟乙烯膜的改性方法. 专利，2014102534446

[5].大分子疏水性单体聚四氢呋喃二丙烯酸酯及其制备方法. 专利，2014101020731

 

绪论 1

0.1课程内容和任务1

0.2单元操作的分类和特点1

0.2.1单元操作的分类1

0.2.2单元操作的特点2

0.3课程中常用的研究方法2

0.4课程中常用的基本概念3

0.5单位与单位换算4

0.5.1SI制（国际单位制）4

0.5.2工程单位制和英单位制5

0.5.3物理量单位换算5

0.6量纲和经验公式变换6

0.6.1量纲6

0.6.2经验公式变换6

思考题7

习题7

第1章  流体流动 9

本章符号说明9

1.1流体性质和管道设计10

1.1.1流体的物理性质10

1.1.2管径计算与选择12

1.1.3连续稳态流动流体的物料衡算13

1.1.4化工常用管子、管件和阀门14

1.2流体流动系统中的机械能衡算16

1.2.1流体机械能衡算式16

1.2.2流体静力学17

1.2.3管内流体机械能损失的测定21

1.2.4满足输送要求的位差或压差确定21

1.2.5输送机械提供能量的计算22

1.2.6流量测量23

1.3管内流体流动的机械能损失26

1.3.1流体流动类型和雷诺数26

1.3.2层流的摩擦阻力28

1.3.3量纲分析法分析机械能损失29

1.3.4局部摩擦阻力损失32

1.3.5管路系统中总机械能损失的计算33

1.3.6阻力对管内流体流动的影响35

1.4管路的安装与操作37

1.5管路计算及案例分析37

1.5.1简单管路计算38

1.5.2复杂管路计算39

思考题41

习题43

第2章  流体输送机械 47

本章符号说明47

2.1离心泵48

2.1.1离心泵的工作原理48

2.1.2离心泵的性能参数49

2.1.3离心泵的工作点与流量调节51

2.1.4离心泵类型和选用53

2.1.5离心泵的吸上高度54

2.2化工中常用的其他类型泵57

2.2.1往复泵57

2.2.2旋转泵58

2.2.3旋涡泵59

2.3化工中常用的气体输送机械60

2.3.1离心式通风机60

2.3.2离心式鼓风机和离心式压缩机63

2.3.3旋转式鼓风机和旋转式压缩机64

2.3.4往复式压缩机64

2.3.5真空泵66

2.4离心泵的操作67

2.4.1离心泵的使用67

2.4.2日常维护68

2.5案例分析68

思考题69

习题70

第3章  过滤与沉降 72

本章符号说明72

3.1化工中的过滤操作和常用设备73

3.1.1板框压滤机73

3.1.2叶滤机74

3.1.3转筒真空过滤机75

3.1.4离心过滤机76

3.2过滤过程的工艺计算77

3.2.1过滤的速度方程77

3.2.2过滤过程的物料衡算78

3.2.3恒压过滤时间与滤液的关系79

3.2.4过滤常数的测定79

3.2.5洗涤过程的计算82

3.2.6过滤机生产能力82

3.3重力沉降85

3.3.1重力沉降速度85

3.3.2影响沉降速度的其他因素88

3.3.3降尘室89

3.3.4沉降槽90

3.3.5分级器91

3.4离心沉降92

3.4.1惯性离心力作用下的沉降速度93

3.4.2旋风分离器94

3.5板框压滤机的操作97

3.5.1开车前的准备97

3.5.2开停车步骤98

3.5.3事故分析98

3.6案例分析99

3.6.1案例199

3.6.2案例2101

思考题102

习题102

第4章  传热 104

本章符号说明104

4.1化工中的传热操作及常用换热设备105

4.1.1夹套换热器105

4.1.2蛇管换热器106

4.1.3喷淋式换热器106

4.1.4套管换热器106

4.1.5列管式换热器107

4.1.6平板式换热器108

4.1.7螺旋板式换热器109

4.1.8翅片管换热器109

4.1.9板翅式换热器109

4.2载热体和间壁式换热器的热量衡算110

4.2.1化工中常用载热体110

4.2.2换热器热负荷计算112

4.2.3间壁换热器的传热速率113

4.3热传导113

4.3.1导热基本方程式113

4.3.2热导率114

4.3.3平壁的定态导热114

4.3.4圆筒壁的定态导热115

4.4对流传热117

4.4.1对流传热方程式118

4.4.2影响对流传热(给热)系数的主要因素118

4.4.3传热过程中常用到的准数119

4.4.4流体管内强制对流的传热系数关联式119

4.4.5流体管外强制对流时的传热系数关联式121

4.4.6蒸气冷凝时的对流传热系数123

4.4.7液体沸腾时的传热系数124

4.5间壁式换热器的传热计算125

4.5.1传热平均温度差Δtm的计算125

4.5.2总传热系数129

4.5.3传热面积的计算与操作核算132

4.5.4传热单元数法135

4.5.5非定态传热计算示例138

4.5.6列管式换热器的选用139

4.6辐射传热142

4.6.1物体对热辐射的性能表现142

4.6.2物体的辐射能力143

4.6.3物体间的辐射传热144

4.6.4辐射和对流的联合传热145

4.6.5保温层材料的选择146

4.7传热的操作147

4.7.1传热操作的开工准备147

4.7.2传热操作的开停车147

4.7.3传热操作的故障及处理148

4.7.4传热操作的日常维护和检修149

4.7.5传热操作的安全技术149

4.8案例分析150

4.8.1案例1150

4.8.2案例2153

思考题155

习题156

第5章  蒸发 158

本章符号说明158

5.1化工中的蒸发操作及常用蒸发设备159

5.1.1循环式蒸发器160

5.1.2单程型蒸发器161

5.2蒸发过程溶液沸点的确定163

5.2.1因溶质存在溶液蒸气压下降而引起的沸点升高163

5.2.2因液柱压头引起的溶液沸点升高165

5.2.3因流动阻力产生压降引起的沸点升高165

5.3单效蒸发的计算166

5.3.1物料衡算166

5.3.2热量衡算166

5.3.3蒸发器传热面积的计算167

5.3.4蒸发操作的调节169

5.4多效蒸发及提高加热蒸汽利用率的其他措施170

5.4.1多效蒸发的流程170

5.4.2多效蒸发与单效蒸发的比较171

5.4.3多效蒸发的效数限制172

5.4.4引出额外蒸汽为他用热源172

5.4.5热泵蒸发173

5.4.6冷凝水自蒸发的应用174

5.5蒸发的操作174

5.5.1蒸发操作的开工准备174

5.5.2蒸发操作的开停车175

5.5.3蒸发操作的故障及处理175

5.5.4蒸发操作的安全技术176

5.6案例分析176

5.6.1案例1177

5.6.2案例2178

思考题179

习题180

第6章  吸收 181

本章符号说明181

6.1化工中的吸收操作182

6.1.1吸收分离的依据182

6.1.2吸收操作的分类183

6.1.3吸收操作在化工中的应用183

6.1.4吸收操作的流程183

6.1.5吸收剂选择原则185

6.1.6吸收操作需要解决的基本问题185

6.2气液相平衡185

6.2.1气体在液体中的溶解度185

6.2.2亨利定律186

6.2.3气液相平衡在吸收中的应用188

6.3吸收过程速率189

6.3.1吸收机理189

6.3.2吸收速率方程189

6.3.3总吸收系数与膜系数关系191

6.4吸收塔计算192

6.4.1吸收塔物料衡算192

6.4.2吸收剂用量的确定193

6.4.3填料层高度的基本计算式195

6.4.4传质单元高度概念196

6.4.5传质单元数的解析计算196

6.4.6传质单元数的其他求解法199

6.4.7吸收的操作型计算示例201

6.4.8解吸塔的计算204

6.4.9理论塔板数的计算206

6.5填料塔206

6.5.1填料塔的结构与操作206

6.5.2填料特性206

6.5.3常用填料207

6.5.4气、液两相逆流通过填料层的流动状况209

6.5.5填料塔直径的计算210

6.5.6填料塔的主要附件212

6.6吸收塔的操作和调节214

6.7吸收塔的操作技术215

6.7.1装填料215

6.7.2设备的清洗机填料的处理216

6.7.3系统的开车216

6.7.4系统的停车216

6.7.5正常操作要点217

6.7.6吸收塔操作正常维护要点217

6.7.7吸收塔常见的异常现象及处理方法217

6.8案例分析218

6.8.1案例1218

6.8.2案例2221

思考题222

习题223

第7章  蒸馏 225

本章符号说明225

7.1概述226

7.1.1蒸馏分离的依据226

7.1.2蒸馏过程的分类227

7.1.3精馏操作的工程问题228

7.2双组分溶液的气液平衡229

7.2.1理想物系的泡点方程和露点方程229

7.2.2相平衡的温度组成图(t-x-y图)230

7.2.3相平衡的气液组成关系图(y-x图)231

7.2.4相对挥发度与相平衡组成关系表达式232

7.3精馏操作过程234

7.3.1精馏原理234

7.3.2理论板概念与恒摩尔流假设235

7.3.3精馏段与提馏段两塔段的气液流量关系236

7.4双组分物系连续精馏的计算237

7.4.1全塔物料衡算237

7.4.2确定理论塔板数的途径238

7.4.3精馏段任意两相邻板间气、液的组成关系238

7.4.4提馏段任意相邻两板间气、液的组成关系239

7.4.5理论塔板数的逐板计算法240

7.4.6精馏段与提馏段两操作线交点的轨迹方程242

7.4.7理论塔板数的图解法(McCabe-Thiele法)242

7.4.8直接蒸汽加热的精馏塔理论塔板数计算244

7.4.9塔板效率与实际塔板数245

7.4.10填料层的理论板当量高度246

7.4.11冷凝器和再沸器247

7.5精馏操作条件参数选择247

7.5.1精馏操作压强的确定247

7.5.2进料热状态的影响247

7.5.3操作回流比的选择249

7.5.4理论塔板数的简捷计算251

7.6精馏的操作型计算252

7.7连续精馏的操作261

7.8间歇精馏的操作262

7.9板式塔262

7.9.1塔板结构与气液接触状态262

7.9.2应避免的操作现象与操作负荷性能图263

7.9.3塔径的确定264

7.9.4塔高的确定265

7.9.5塔板类型简介267

7.10精馏塔的开停车操作和调节技术268

7.10.1精馏塔的开工准备268

7.10.2精馏塔的开车操作272

7.10.3精馏塔的停车操作273

7.10.4精馏的操作与调节273

7.10.5精馏的操作故障及处理275

7.10.6精馏塔的日常维护和检修276

7.10.7精馏塔的节能277

7.10.8精馏操作的安全技术278

7.11案例分析280

7.11.1案例1280

7.11.2案例2282

思考题288

习题289

第8章  萃取 291

本章符号说明291

8.1化工中的萃取操作292

8.1.1萃取操作在化工中的应用292

8.1.2萃取的操作流程293

8.1.3萃取剂的选择原则293

8.1.4萃取操作中的工程问题294

8.2液-液相平衡294

8.2.1三角形相图上的表示方法294

8.2.2杠杆原则295

8.2.3溶解度曲线与平衡连接线296

8.2.4辅助曲线和临界混溶点297

8.2.5分配系数与分配曲线298

8.2.6温度对相平衡关系的影响300

8.2.7选择性系数300

8.3萃取过程计算301

8.3.1萃取剂与稀释剂为部分互溶体系302

8.3.2萃取剂与稀释剂为完全不溶体系307

8.4液-液萃取设备308

8.4.1逐级接触式萃取设备308

8.4.2微分接触式萃取设备309

8.4.3萃取设备的选择311

8.5萃取操作312

8.5.1萃取装置的操作规程312

8.5.2操作过程的注意事项313

8.5.3不正常现象原因及处理方法313

8.5.4事故处理313

8.6案例分析314

8.6.1案例1314

8.6.2案例2314

思考题315

习题316

第9章  干燥 317

本章符号说明317

9.1化工中的干燥操作及常压干燥设备317

9.1.1厢式干燥器318

9.1.2气流干燥器319

9.1.3沸腾床干燥器319

9.1.4喷雾干燥器320

9.1.5转筒干燥器321

9.2湿空气的性质和湿焓图321

9.2.1湿空气性质322

9.2.2湿空气的湿焓图(H-I图)325

9.2.3H-I图的应用325

9.3固体干燥的平衡关系327

9.3.1物料含水量的表示方法327

9.3.2平衡水分与干燥平衡曲线328

9.3.3结合水分与非结合水分328

9.3.4平衡曲线的应用329

9.4干燥过程的物料衡算和热量衡算330

9.4.1干燥过程的物料衡算330

9.4.2干燥过程的热量衡算331

9.4.3干燥过程的热效率η332

9.4.4干燥介质条件的影响与确定334

9.5干燥速度与干燥时间334

9.5.1干燥曲线335

9.5.2干燥速度曲线335

9.5.3干燥过程分析336

9.5.4恒速阶段干燥时间计算336

9.5.5降速阶段干燥时间计算336

9.6柱式干燥塔的操作337

9.6.1开机准备337

9.6.2停车过程338

9.6.3事故分析与处理338

9.6.4安全操作注意事项338

9.7案例分析339

9.7.1案例1339

9.7.2案例2340

思考题343

习题344

附录 346

附录1单位换算系数346

附录2基本物理常数349

附录3水的物理性质350

附录4某些气体的重要物理性质350

附录5某些液体的重要物理性质351

附录6某些有机液体的相对密度(液体密度与4℃水的密度之比)353

附录7饱和水蒸气(以温度为准)354

附录8饱和水蒸气(以压强为准)355

附录9水在不同温度下的黏度356

附录10液体黏度共线图357

附录11气体黏度共线图(常压下用)359

附录12某些液体的热导率360

附录13某些固体物质的黑度360

附录14固体材料的热导率361

附录15常用固体材料的密度和比热容362

附录16气体热导率共线图(101.3kPa)363

附录17液体的比热容共线图365

附录18气体的比热容共线图( 101.325kPa)367

附录19液体比汽化热共线图369

附录20液体表面张力共线图370

附录21某些气体溶于水的亨利系数372

附录22双组分溶液的汽液相平衡数据372

附录23管子规格373

附录24IS型离心泵规格375

附录25热交换器系列标准(摘自JB/T 4714—1992、JB/T
4715—1992)379

附录26部分三元组分体系的平衡数据380

参考文献 382

 

“化工原理”是化工类和材料、制药、轻工、生物、环境等许多工科专业学生必修的一门基础课程。我国不少高校已编写出版了各具特色的优秀的《化工原理》教材，但大多数教材篇幅都较大，其深广度和教学侧重点与应用型本科的要求不尽相同。

《化工单元操作》是遵照上海市*关于上海市高校“应用型本科专业建设”的要求，为适应应用型本科层次的学生学习化工原理而编写的教材。依据本层次是培养在生产线工作的应用型人才的目标需要，并为适应教学课时(110～120)，本书在立足清晰阐明基本概念和基础理论的基础上，力求内容简明扼要，学以致用，重点介绍化工生产中普遍应用的多种化工单元操作，从生产现场实况出发，以提出问题—分析问题—解决问题的认知顺序，结合实用实例和例题，由感性到理性组织教材，强调工程观念，注重实践问题分析，并强调化工安全及环保的理念，对某些尚欠成熟的理论，暂不详论或仅指出其由来及趋向，以确保教材之侧重点，亦激发学生继续探索求知的兴趣。

《化工单元操作》可作为高等院校化工及有关专业的教材，也可作为高职高专职业教育的化工原理课程的教学参考用书。

本书由陈桂娥、俞俊、石勇、顾静芳任主编。绪论、第3章、第8章、第9章、附录由陈桂娥编写，第1章、第2章由俞俊编写，第4章、第5章由石勇编写，第6章、第7章由顾静芳编写。在编写过程中，得到了苏友福老师的大力支持和帮助，毛海舫教授对本书的内容选取与编排处理提出了许多中肯的宝贵意见和建议，研究生孔亚芳对此书的编排提供很多帮助，在此一并表示感谢。由于编者学识水平所限，书中不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。

编者

2018年5月