化學工程基礎（第二版）

成書過程

修訂過程

該教材按照教育部化學類專業教學指導委員會制定的普通高等學校本科化學和套用化學專業化學工程基礎教學基本要求，在第一版的基礎上修訂而成。該次修訂對第一版中的不妥之處予以修正；部分章節和習題作了適當增刪；對於以算術平均值代替對數平均值的問題，結合數學推導和形勢的發展，提出了不必再做替代的看法，使教材內容儘可能做到與時俱進。

該教材得到華中師範大學教務處和化學學院領導的支持。同時，編者參考了相關的文獻資料。

出版工作

2007年8月，該教材由化學工業出版社出版。

出版社工作人員

責任編輯	文字編輯	裝幀設計	責任校對
劉俊之	汲永臻	張輝	洪雅姝

內容簡介

全書共10章，主要論述化學工程中典型單元操作及化學反應工程——典型反應器基本原理及其套用。包括，化學工業與化學工程、流體流動過程、傳熱、蒸發、吸收、精餾、萃取、新型分離技術、乾燥和化學反應工程學——反應器基本原理。

教材目錄

第一章化學工業與化學工程1

第一節化學工業概述1

一、化學工業的重要性及其發展1

二、化學工業的分類及其特點1

三、化工產品的市場及其前景3

第二節化學工程的發展趨勢4

一、化學工程的興起與發展4

二、化學工程的前沿研究領域5

第三節化工過程與單元操作7

一、化工過程簡介7

二、化工單元操作8

三、常用基本概念9

第四節化工過程開發簡介10

一、化工過程開發的基本要求10

二、化學實驗與化工生產過程的聯繫與區別10

三、化工過程開發步驟11

四、化工過程開發最最佳化概念13

第五節化工數據14

一、化工數據的分類14

二、單位與單位制15

三、單位換算15

第二章流體流動過程16

第一節概述16

第二節流體靜力學基本方程式16

一、流體的熱力學屬性16

二、流體靜力學基本方程式18

三、流體靜力學基本方程式的討論19

四、流體靜力學基本方程式的套用19

第三節流體流動的基本方程式21

一、流體的流動屬性21

二、流體的運動狀態22

三、連續性方程式23

四、伯努利方程式23

第四節管內流體流動現象27

一、牛頓黏性定律與流體的黏度27

二、流體流動的內部結構28

第五節管內流體流動的阻力31

一、流體在直管中的流動阻力31

二、流體在非圓形管內的流動阻力33

三、局部阻力34

第六節管路計算35

一、簡單管路35

二、複雜管路37

第七節流量的測量40

一、孔板流量計40

二、文丘里流量計42

三、測速管42

四、轉子流量計43

第八節流體輸送機械44

一、離心泵44

二、其他類型的化工用泵52

三、泵的選擇55

四、氣體輸送機械55

習題61

第三章傳熱65

第一節概述65

一、熱量傳遞的三種基本方式65

二、傳熱過程在化工生產中的套用66

三、傳熱學與熱力學的關係66

第二節熱傳導66

一、熱傳導方程67

二、傳導傳熱計算68

第三節對流傳熱73

一、對流傳熱分析73

二、壁面和流體間的對流傳熱速率73

三、管內湍流流動的傳熱膜係數75

四、管外湍流流動的傳熱膜係數77

五、大空間內自然對流的傳熱膜係數78

第四節輻射傳熱79

一、基本概念79

二、斯特藩玻耳茲曼定律79

三、克希霍夫定律80

四、兩固體間的相互輻射81

五、設備熱損失的計算82

第五節傳熱計算83

一、換熱器的熱負荷計算84

二、傳熱平均溫度差的計算84

三、總傳熱係數92

四、效率——傳熱單元數法96

第六節熱交換器98

一、間壁式換熱器的類型98

二、板式換熱器100

三、換熱器發展概況101

第七節傳熱過程的強化103

一、換熱器熱交換過程的強化103

二、強化技術及能耗研究104

第八節管殼式換熱器的設計與選用105

一、確定設計方案的基本原則105

二、設計內容105

三、管殼式換熱器的選用105

習題106

第四章蒸發109

第一節概述109

一、蒸發操作及特點109

二、蒸發操作的經濟性及多效蒸發流程110

第二節蒸發過程計算112

一、蒸發過程的傳熱係數112

二、濃縮熱和溶液的焓濃圖112

三、溶液的沸點和傳熱溫度差損失112

第三節單效蒸發計算114

一、水分蒸發量115

二、加熱蒸汽消耗量115

三、蒸發器的傳熱面積116

第四節多效蒸發計算117

第五節蒸發器的類型與選擇121

一、蒸發器的類型121

二、蒸發器的性能比較與選型126

三、蒸發器的改進與研究126

習題127

第五章吸收128

第一節概述128

一、吸收在化工生產中的套用128

二、吸收劑的選擇128

三、吸收設備與吸收操作129

第二節吸收過程的相平衡關係129

一、氣體在液體中的溶解度129

二、亨利定律130

三、相平衡關係在吸收過程中的套用132

第三節吸收過程機理133

一、物質在單相中的擴散134

二、雙膜理論135

第四節傳質速率方程136

一、氣相傳質速率方程137

二、液相傳質速率方程137

三、總傳質速率方程137

四、總傳質係數與膜傳質係數的關係138

第五節填料吸收塔計算141

一、物料衡算與操作線方程141

二、吸收劑用量的確定143

三、填料塔塔徑的計算145

四、填料層高度的計算145

第六節填料塔148

一、填料塔的構造和填料148

二、填料塔的流體力學特性150

三、填料塔的附屬檔案152

習題156

第六章精餾158

第一節概述158

第二節雙組分溶液的氣液相平衡158

一、雙組分溶液的氣液相平衡159

二、相對揮發度161

第三節簡單蒸餾和平衡蒸餾163

一、簡單蒸餾163

二、平衡蒸餾163

第四節精餾基本原理164

第五節雙組分連續精餾塔的計算165

一、全塔物料衡算166

二、精餾段物料衡算和精餾段操作線方程167

三、提餾段物料衡算和提餾段操作線方程167

四、加料板的物料衡算與熱量衡算168

五、理論塔板數的計算172

六、塔板效率與實際塔板數180

七、塔高、塔徑及板壓降的計算181

第六節間歇精餾183

一、餾出液濃度維持恆定的操作183

二、回流比維持恆定的操作184

第七節特殊精餾184

一、恆沸精餾184

二、萃取精餾185

第八節精餾塔及其選擇186

一、有溢流裝置的板式塔187

二、無溢流裝置的板式塔189

三、新型塔板189

四、精餾裝置的選擇191

習題191

第七章萃取194

第一節概述194

一、液液萃取簡介194

二、萃取過程的適用性與經濟性195

三、萃取技術在工業上的套用195

四、萃取劑的選擇與發展196

五、萃取基本流程196

第二節三元體系的液液平衡關係197

一、三角形坐標197

二、槓桿規則198

三、三角形相圖199

第三節萃取過程的計算202

一、單級萃取的計算202

二、多級錯流萃取的計算203

三、多級逆流萃取的計算205

第四節液液萃取設備及其選擇208

一、混合澄清萃取器209

二、離心式萃取設備210

三、塔式萃取設備210

四、液液萃取設備的選擇213

習題213

第八章新型分離技術215

第一節膜分離技術215

一、膜分離技術的發展215

二、膜及膜分離技術的定義和分類216

三、膜過濾的基本概念217

四、膜過濾的基本理論218

五、膜組件的結構及其特點219

六、超濾和反滲透的套用221

第二節超臨界流體萃取221

一、超臨界流體的性質222

二、超臨界流體萃取過程223

三、國產超臨界二氧化碳萃取裝置生產工藝224

四、超臨界流體萃取的套用225

第九章乾燥227

第一節概述227

一、乾燥過程的目的和套用227

二、乾燥過程的分類227

三、對流乾燥的特點及流程228

第二節濕空氣的性質和濕度圖229

一、濕空氣的性質229

二、空氣的濕度圖234

三、濕度圖的用法235

第三節乾燥過程的物料衡算和熱量衡算236

一、物料衡算236

二、熱量衡算238

三、乾燥器出口空氣狀態的確定239

四、乾燥器的熱效率和乾燥效率240

第四節乾燥速率和乾燥時間241

一、物料與水分的結合狀態241

二、乾燥速率及其影響因素242

三、恆定乾燥條件下的乾燥時間計算244

第五節乾燥器及其選擇246

一、對乾燥器的要求246

二、乾燥器的分類246

三、工業常用的對流乾燥器247

四、乾燥器的選型250

習題250

第十章化學反應工程學——反應器基本原理252

第一節概述252

一、化學反應工程學的基本任務和研究方法252

二、化學反應過程和化學反應器的分類253

三、理想均相反應器259

第二節物料在反應器內的流動模型260

一、理想流動模型261

二、非理想流動模型263

第三節理想均相反應器計算263

一、基本原理263

二、間歇反應器264

三、活塞流反應器266

四、全混流反應器271

五、多級全混流反應器272

第四節反應器型式和操作方法的評比與選擇276

一、反應器生產能力的比較276

二、反應產物收率的比較277

第五節非理想流動280

一、實際反應器對理想類型的偏離280

二、停留時間分布的表示方法280

三、停留時間分布的實驗測定281

四、停留時間分布的數字特徵282

五、理想反應器中的停留時間分布284

六、非理想反應器中的停留時間分布286

七、停留時間分布曲線的套用289

第六節氣固相催化反應器291

一、氣固催化反應過程292

二、氣固催化反應動力學292

三、固定床催化反應器簡介295

四、流化床反應器簡介296

習題298

附錄301

一、物理量的單位、量綱與換算301

二、水的重要物理性質302

三、水在不同溫度下的黏度（0～100℃）303

四、飽和水蒸氣性質（以溫度為準）304

五、飽和水蒸氣的性質（以壓強為準）305

六、管子規格306

七、泵規格307

八、物質的熱導率309

九、列管式換熱器總傳熱係數K的範圍310

十、某些氣體溶於水時的亨利係數311

十一、物質的擴散係數312

十二、某些二元物系氣液平衡組成312

參考文獻314

（註：目錄排版順序為從左列至右列）

教學資源

該教材有配套教材——《化學工程基礎全程導學與習題詳解》和《化學工程基礎實驗》。

書名	書號	出版社	出版時間	作者
《化學工程基礎全程導學與習題詳解》	978-7-122-07875-9	化學工業出版社	2010年5月	李德華
《化學工程基礎實驗》	978-7-122-03394-9	化學工業出版社	2008年9月	李德華

教材特色

該教材在高等院校理科化學和套用化學專業教學大綱、教學計畫的指導下，從教與學兩個方面考慮，在教材編寫體例上著手：各章前安排教學基本要求；正文通過內容創新；例題儘可能解析詳實、針對性強；各章習題給出參考答案，從而做到既可滿足“教”本，又能滿足“學”與“練”之本。

作者首先在該教材“三傳一反”的內容上增加了蒸發和乾燥兩個單元操作，從而進一步充實“三傳”過程，形成以流體流動過程為基礎的動量傳遞過程，以傳熱和蒸發操作為基礎的熱量傳遞過程，以吸收、精餾、萃取和新型分離技術為基礎的質量傳遞過程，以及以乾燥操作為基礎的熱、質同時傳遞過程，以豐富和強化“一反”——化學反應工程學的概念和方法。並在化學反應工程學一章，儘量反映其利用理論推演、結合工程實踐、研究化學反應在工業上實現時所必須克服的傳遞和流動等因素對化學反應結果的影響，建立數學模型套用於反應器的設計放大和操作控制。

作者簡介

李德華，華中師範大學化學學院教師。