《化學工程基礎》(第三版)根據(jù)高等學校理科化學、應用化學專業(yè)化學工程基礎教學基本要求編寫。為適應工科少學時環(huán)境工程、生物工程、制藥工程等專業(yè)的需要做了相應修訂。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應用。內(nèi)容包括化學工業(yè)與化學工程、流體流動過程、沉降與過濾、傳熱、蒸發(fā)、吸收、精餾、萃取、新型分離技術、干燥和化學反應工程學反應器基本原理�！痘瘜W工程基礎》(第三版)可作為高等學校理科化學、應用化學以及工科少學時環(huán)境、生物、制藥工程等專業(yè)的基礎課程教材，亦可供從事化學應用研究人員和上述專業(yè)從事設計、開發(fā)、運行的工程技術人員參考。
前言《化學工程基礎》為教育部普通高等教育十一五國家級規(guī)劃教材。自《化學工程基礎》(第二版)2007年問世以來，使用了近十年，教材幾乎年年重印，這次修訂是作者在聽取了廣大同行和學生意見和建議的基礎上進行的。本次修訂的指導思想是：教材必須以提高學生的科學素養(yǎng)為宗旨，以培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力為重點，為促使學生變被動式接收學習為主動探究式學習為突破口，不斷加強基礎，拓寬學生知識面，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力，堅持以生為本，注重闡述重要概念和規(guī)律的形成背景、問題提出和解決的過程，重思路的編寫思想和安排，力求使新版教材更有利于培養(yǎng)理工科院校學生的思維方法和創(chuàng)新能力。既保持原有特色，又與時俱進，力求使其成為一本真正有用的、受廣大讀者喜愛的好教材�！痘瘜W工程基礎》(第三版)根據(jù)應用型本科辦學的定位，以更好地適應化學、應用化學、環(huán)境工程、生物工程及制藥工程等專業(yè)的專業(yè)基礎課程教學需要。第三版教材刪減少學時教學過程較少使用的內(nèi)容，修改個別繁復內(nèi)容。通過修訂，力求做到概念準確、表述正確、數(shù)字精確。增補沉降和過濾等單元操作內(nèi)容。這樣既便于理工科院校師生選擇教材，又能達到科學性、先進性和適用性的統(tǒng)一。在系統(tǒng)介紹單元操作知識的基礎上，加強單元操作共性與特殊性的綜合分析，介紹過程或典型設備的強化、優(yōu)化途徑，以利于拓寬理工科院校學生分析和解決工程實際問題的思路，增強工程觀念和創(chuàng)新意識。《化學工程基礎》(第三版)各章除開篇教學基本要求予以保留外，在每章結(jié)束處增加圖示小結(jié)，并在相關章節(jié)安排適量工程背景的實例和習題。此外，與本書配套的《化學工程基礎全程導學與習題詳解》、《化學工程基礎實驗》等教材均早已出版。在第三版教材修訂編寫過程中，華中師范大學化學學院領導和同行給予了大力支持和關注，在此深表感謝。再次對本書引用的文獻資料的作者和單位表示衷心感謝。誠望廣大讀者不吝賜教，并提出寶貴的意見和建議。李德華2017年4月第二版前言本書于2000年由化學工業(yè)出版社出版以后，在國內(nèi)一些高等院校經(jīng)過近八年的使用，得到了廣大讀者及同行的充分肯定，并獲得許多有益的建議和支持。值此本書被列為教育部普通高等教育十一五國家級規(guī)劃教材之際，作者仍將按照教育部化學類專業(yè)教學指導委員會制定的普通高等學校本科化學和應用化學專業(yè)化學工程基礎教學基本要求，修訂和進一步完善教材內(nèi)容。在高等院校理科化學和應用化學專業(yè)教學大綱、教學計劃的指導下，為突出教材內(nèi)容的規(guī)范性、適用性和創(chuàng)新性，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(nèi)容創(chuàng)新，以體現(xiàn)教材的應用性；例題盡可能解析詳實、針對性強，以利于學生逐步突破難點；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。為滿足化學和應用化學專業(yè)的教學需要，方便教師選擇教學內(nèi)容，作者首先在《化學工程基礎》教材三傳一反的內(nèi)容上增加了蒸發(fā)和干燥兩個單元操作，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(fā)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(zhì)量傳遞過程，以及以干燥操作為基礎的熱、質(zhì)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。并在化學反應工程學一章，盡量反映其利用理論推演、結(jié)合工程實踐、研究化學反應在工業(yè)上實現(xiàn)時所必須克服的傳遞和流動等因素對化學反應結(jié)果的影響，建立數(shù)學模型應用于反應器的設計放大和操作控制。以期為培養(yǎng)學生的工程方法論、工程能力、技術經(jīng)濟觀念及將實驗室科研成果開發(fā)放大和技術創(chuàng)新打下良好基礎。與本書配套使用的實驗課程教材也即將出版。本書此次修訂仍貫徹以下初衷：文字敘述力求嚴謹、清晰、突出重點，以利于教學和不同層次讀者自學。對第一版中的不妥之處予以修正；部分章節(jié)和習題作了適當增刪；對于以算術平均值代替對數(shù)平均值的問題，結(jié)合數(shù)學推導和形勢的發(fā)展，提出了不必再做替代的看法，使教材內(nèi)容盡可能做到與時俱進。然而，作者雖盡力修訂本書，但難免掛一漏萬，書中疏漏之處，敬祈讀者不吝賜教。本書得到華中師范大學教務處和化學學院領導的支持，在此表達誠摯的謝意。對書中引用文獻資料的作者和單位，謹表衷心感謝。歡迎使用本書的同行及廣大讀者批評指正。李德華2007年4月
李德華，華中師范大學化學學院，教授，主要教學經(jīng)歷：1969年畢業(yè)于華中師范大學，留校后任教。先后從事過無機化學、物理化學等課程的教學及研究工作。1980～1981年在華東化工學院化學工程系學習化學工程、化學反應工程、計算機程序設計等課程，并擔任化學工程系無工70班化學工程實驗教學及教輔工作。自1982年起一直在華中師范大學化學系從事化學工程基礎、化工基礎實驗、計算機在化學中的應用、化工過程開發(fā)、化工原理仿真實驗和綠色化學等課程的本科生、研究生的教學及科研工作。曾任華中師范大學化學學院化學工程教研室主任、學院教學委員會委員；湖北省化學化工學會化學工程專業(yè)委員會副主任；中國計算機學會會員�，F(xiàn)擔任華中師范大學化學學院教學督導，并在華中師范大學漢口分校及武漢生物工程學院任教。主要教學、科學研究、實踐經(jīng)歷多年從事化學化工的教學科研工作，開展了 HZ-8605高溫重載潤滑脂中試研究開發(fā)和中試技術轉(zhuǎn)讓工作，曾獲國家科委科技成果完成者證書和湖北省化學化工學會獎；進行了連續(xù)氯化法制氯化鋇橫向聯(lián)合、小試技術開發(fā)轉(zhuǎn)讓，獲得湖北省化學化工學會獎；研制計算機輔助定性分析與元素周期律教學軟件，通過了教育部高教司組織的鑒定，并在全國高校推廣使用。參加 九五國家重點科技攻關96-750項目02子專題研制工作，為該項目傳質(zhì)工程負責人；參加教育部面向21世紀教改計劃立項項目研究工作JS040A和JS178B兩項；曾獲湖北省教學成果二等獎和華中師范大學優(yōu) 秀教學成果一等獎各1項；主持研制的化學工程基礎多媒體CAI課件，獲湖北省教育廳全省普通高等學校優(yōu) 秀多媒體教學課件三等獎1項；獲華中師范大學教師全員教學競賽一等獎1項；獲華中師范大學校級優(yōu) 秀教學和優(yōu) 秀教學成果獎多項。著作:①編著普通高等教育十一五國 家級規(guī)劃教材《化學工程基礎》（第二版），北京：化學工業(yè)出版社，2007年8月出版；②主編《化學工程基礎實驗》，北京：化學工業(yè)出版社，2008年9月出版；③編寫《化學工程基礎》，北京：化學工業(yè)出版社，2000年1月出版；④編著《綠色化學化工導論》，北京：科學出版社，2005年11月出版；⑤主編教育部師范教育司（專升本）教材《化工基礎與實驗》，北京：高等教育出版社，2002年7月出版；⑥參編教育部九五重點教材《化工過程開發(fā)概要》（第二版），北京：高等教育出版社，2002年4月出版；⑦參編高等化學試題庫 《化工基礎》（光盤版），北京：高等教育出版社，2002年5月出版；⑧參編面向21世紀課程教材《化工基礎》，北京：高等教育出版社，2002年6月出版；⑨參編《化工基礎實驗》，北京：高等教育出版社，2005年6月出版。
第一章化學工業(yè)與化學工程1
第一節(jié)化學工業(yè)概述1
一、化學工業(yè)的重要性及其發(fā)展1
二、化學工業(yè)的分類及其特點1
三、化工產(chǎn)品的市場及其前景3
第二節(jié)化學工程的發(fā)展趨勢3
一、化學工程的興起與發(fā)展4
二、化學工程的前沿研究領域5
第三節(jié)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7
三、常用基本概念8
第四節(jié)化工過程開發(fā)簡介10
一、化工過程開發(fā)的基本要求10
二、化學實驗與化工生產(chǎn)過程的聯(lián)系與區(qū)別10
三、化工過程開發(fā)步驟11
四、化工過程開發(fā)最優(yōu)化概念13
第五節(jié)化工數(shù)據(jù)14
一、化工數(shù)據(jù)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(jié)概述16
第二節(jié)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應用19
第三節(jié)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(tài)22
三、連續(xù)性方程式22
四、伯努利方程式23
第四節(jié)管內(nèi)流體流動現(xiàn)象27
一、牛頓黏性定律與流體的黏度27
二、流體流動的內(nèi)部結(jié)構(gòu)28
第五節(jié)管內(nèi)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(nèi)的流動阻力33
三、局部阻力34
第六節(jié)管路計算35
一、簡單管路35
二、復雜管路37
第七節(jié)流量的測量40
一、變壓頭流量計41
二、變截面流量計43
第八節(jié)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54
四、氣體輸送機械55
小結(jié)61
習題61
第三章沉降與過濾65
第一節(jié)概述65
第二節(jié)沉降65
一、重力沉降66
二、重力沉降設備68
三、離心沉降及設備71
第三節(jié)過濾73
一、過濾的基本概念74
二、過濾基本方程式76
三、恒壓過濾與恒速過濾78
四、過濾常數(shù)的測定80
五、過濾設備82
小結(jié)85
習題85
第四章傳熱86
第一節(jié)概述86
一、熱量傳遞的三種基本方式86
二、傳熱過程在化工生產(chǎn)中的應用87
三、傳熱學與熱力學的關系87
第二節(jié)熱傳導87
一、熱傳導方程88
二、傳導傳熱計算89
第三節(jié)對流傳熱94
一、對流傳熱分析94
二、壁面和流體間的對流傳熱速率94
三、管內(nèi)湍流流動的傳熱膜系數(shù)96
四、管外湍流流動的傳熱膜系數(shù)99
五、大空間內(nèi)自然對流的傳熱膜系數(shù)99
第四節(jié)輻射傳熱100
一、基本概念100
二、斯忒藩-玻耳茲曼定律101
三、克�；舴蚨�102
四、兩固體間的相互輻射102
五、設備熱損失的計算104
第五節(jié)傳熱計算104
一、換熱器的熱負荷計算105
二、傳熱平均溫度差的計算106
三、總傳熱系數(shù)113
第六節(jié)熱交換器118
一、間壁式換熱器的類型118
二、板式換熱器119
三、換熱器發(fā)展概況121
第七節(jié)傳熱過程的強化123
一、換熱器熱交換過程的強化123
二、強化技術及能耗研究124
第八節(jié)管殼式換熱器的設計與選用125
一、確定設計方案的基本原則125
二、設計內(nèi)容125
三、管殼式換熱器的選用125
小結(jié)126
習題126
第五章蒸發(fā)129
第一節(jié)概述129
一、蒸發(fā)操作及特點129
二、蒸發(fā)操作的經(jīng)濟性及多效蒸發(fā)流程130
第二節(jié)蒸發(fā)過程計算132
一、蒸發(fā)過程的傳熱系數(shù)132
二、濃縮熱和溶液的焓濃圖132
三、溶液的沸點和傳熱溫度差損失132
第三節(jié)單效蒸發(fā)計算134
一、水分蒸發(fā)量135
二、加熱蒸汽消耗量135
三、蒸發(fā)器的傳熱面積136
第四節(jié)多效蒸發(fā)計算137
第五節(jié)蒸發(fā)器的類型與選擇141
一、蒸發(fā)器的類型141
二、蒸發(fā)器的性能比較與選型146
三、蒸發(fā)器的改進與研究147
小結(jié)147
習題147
第六章吸收149
第一節(jié)概述149
一、吸收在化工生產(chǎn)中的應用149
二、吸收劑的選擇149
三、吸收設備與吸收操作150
第二節(jié)吸收過程的相平衡關系150
一、氣體在液體中的溶解度150
二、亨利定律151
三、相平衡關系在吸收過程中的應用153
第三節(jié)吸收過程機理154
一、物質(zhì)在單相中的擴散155
二、雙膜理論156
第四節(jié)傳質(zhì)速率方程157
一、氣相傳質(zhì)速率方程158
二、液相傳質(zhì)速率方程158
三、總傳質(zhì)速率方程158
四、總傳質(zhì)系數(shù)與膜傳質(zhì)系數(shù)的關系159
第五節(jié)填料吸收塔計算163
一、物料衡算與操作線方程163
二、吸收劑用量的確定164
三、填料塔塔徑的計算166
四、填料層高度的計算166
第六節(jié)填料塔170
一、填料塔的構(gòu)造和填料170
二、填料塔的流體力學特性171
三、填料塔的附件174
小結(jié)177
習題177
第七章精餾180
第一節(jié)概述180
第二節(jié)雙組分溶液的氣液相平衡180
一、雙組分溶液的氣液相平衡181
二、相對揮發(fā)度183
第三節(jié)簡單蒸餾和平衡蒸餾185
一、簡單蒸餾185
二、平衡蒸餾185
第四節(jié)精餾基本原理186
第五節(jié)雙組分連續(xù)精餾塔的計算187
一、全塔物料衡算188
二、精餾段物料衡算和精餾段操作線方程189
三、提餾段物料衡算和提餾段操作線方程189
四、加料板的物料衡算與熱量衡算190
五、理論塔板數(shù)的計算194
六、塔板效率與實際塔板數(shù)202
七、塔高、塔徑及板壓降的計算203
第六節(jié)間歇精餾205
一、餾出液濃度維持恒定的操作205
二、回流比維持恒定的操作206
第七節(jié)特殊精餾206
一、恒沸精餾207
二、萃取精餾208
第八節(jié)精餾塔及其選擇208
一、有溢流裝置的板式塔208
二、無溢流裝置的板式塔211
三、新型塔板212
四、精餾裝置的選擇214
小結(jié)214
習題214
第八章萃取217
第一節(jié)概述217
一、液-液萃取簡介217
二、萃取過程的適用性與經(jīng)濟性218
三、萃取技術在工業(yè)上的應用218
四、萃取劑的選擇與發(fā)展219
五、萃取基本流程219
第二節(jié)三元體系的液-液平衡關系220
一、三角形坐標220
二、杠桿規(guī)則221
三、三角形相圖222
第三節(jié)萃取過程的計算225
一、單級萃取的計算225
二、多級錯流萃取的計算226
三、多級逆流萃取的計算228
第四節(jié)液-液萃取設備及其選擇232
一、混合-澄清萃取器232
二、離心式萃取設備233
三、塔式萃取設備233
四、液-液萃取設備的選擇236
小結(jié)237
習題237
第九章新型分離技術239
第一節(jié)膜分離技術239
一、膜分離技術的發(fā)展239
二、膜及膜分離技術的定義和分類240
三、膜過濾的基本概念241
四、膜過濾的基本理論242
五、膜組件的結(jié)構(gòu)及其特點243
六、超濾和反滲透的應用245
第二節(jié)超臨界流體萃取245
一、超臨界流體的性質(zhì)246
二、超臨界流體萃取過程247
三、國產(chǎn)超臨界二氧化碳萃取裝置生產(chǎn)工藝248
四、超臨界流體萃取的應用249
第十章干燥251
第一節(jié)概述251
一、干燥過程的目的和應用251
二、干燥過程的分類251
三、對流干燥的特點及流程252
第二節(jié)濕空氣的性質(zhì)和濕度圖253
一、濕空氣的性質(zhì)253
二、空氣的濕度圖258
三、濕度圖的用法259
第三節(jié)干燥過程的物料衡算和熱量衡算260
一、物料衡算260
二、熱量衡算262
三、干燥器出口空氣狀態(tài)的確定263
四、干燥器的熱效率和干燥效率264
第四節(jié)干燥速率和干燥時間265
一、物料與水分的結(jié)合狀態(tài)265
二、干燥速率及其影響因素266
三、恒定干燥條件下的干燥時間計算268
第五節(jié)干燥器及其選擇270
一、對干燥器的要求270
二、干燥器的分類271
三、工業(yè)常用的對流干燥器271
四、干燥器的選型274
小結(jié)275
習題275
第十一章化學反應工程學反應器基本原理277
第一節(jié)概述277
一、化學反應工程學的基本任務和研究方法277
二、化學反應過程和化學反應器的分類278
三、理想均相反應器284
第二節(jié)物料在反應器內(nèi)的流動模型286
一、理想流動模型286
二、非理想流動模型288
第三節(jié)理想均相反應器計算288
一、基本原理288
二、間歇反應器289
三、活塞流反應器291
四、全混流反應器296
五、多級全混流反應器298
第四節(jié)反應器型式和操作方法的評比與選擇301
一、反應器生產(chǎn)能力的比較301
二、反應產(chǎn)物收率的比較303
第五節(jié)非理想流動305
一、實際反應器對理想類型的偏離305
二、停留時間分布的表示方法306
三、停留時間分布的實驗測定306
四、停留時間分布的數(shù)字特征308
五、理想反應器中的停留時間分布309
六、非理想反應器中的停留時間分布311
七、停留時間分布曲線的應用314
第六節(jié)氣-固相催化反應器317
一、氣-固催化反應過程318
二、氣-固催化反應動力學318
三、固定床催化反應器簡介320
四、流化床反應器簡介322
小結(jié)324
習題324
附錄327
一、物理量的單位、量綱與換算327
二、水的重要物理性質(zhì)328
三、水在不同溫度下的黏度（0～100℃）329
四、飽和水蒸氣性質(zhì)（以溫度為準）330
五、飽和水蒸氣的性質(zhì)（以壓強為準）331
六、管子規(guī)格332
七、泵規(guī)格333
八、物質(zhì)的熱導率335
九、列管式換熱器總傳熱系數(shù)K的范圍336
十、某些氣體溶于水時的亨利系數(shù)337
十一、物質(zhì)的擴散系數(shù)338
十二、某些二元物系氣液平衡組成338
十三、干空氣的物理性質(zhì)(p=101.325kPa)339
參考文獻340
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