化工单元操作及设备（冷士良）（第三版）

《化工单元操作及设备》第一版为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，第二版为“十二五”职业教育国家规划教材，本次在前两版的基础上进行修订。 全书分上下两篇，上篇包括流体输送、传热和冷冻，下篇包括非均相物系分离、蒸馏、气体吸收、干燥、蒸发、结晶、萃取、新型单元操作和分离方法的选择等。每章为一个模块，结构为：学习目标（思维导图）、生产实际案例引入、知识与技能、思考题、习题、自测题和符号说明，便于师生开展探究式、项目式、理实一体等学习创新活动。书中还通过二维码的形式融入了动画、视频等信息化资源，便于自主学习。 本书可作为高等职业教育化工技术类各专业及相关专业的教材，也可作为化工职业资格培训教材，还可供各类化工应用型人才及教师参考。

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绪论1 0.1化工让生活更美好1 0.2化工生产过程2 0.3化工单元操作3 0.4本课程的性质、内容和学习成果4 0.5本课程解决问题的主要方法5 0.5.1物料衡算5 0.5.2能量衡算6 0.5.3平衡关系6 0.5.4过程速率7 0.6单位的正确使用7 思考题8 自测题8 上篇 第1章流体输送10 1.1概述11 1.1.1流体输送在化工生产中的应用11 1.1.2常见流体输送方式12 1.1.3流体的物理性质及测定12 1.2输送任务的表达17 1.2.1流量与流速17 1.2.2流量方程式18 1.2.3连续性方程19 1.3化工管路20 1.3.1化工管路的构成与标准化21 1.3.2化工管路的布置与安装24 1.4伯努利方程及其应用26 1.4.1伯努利方程26 1.4.2伯努利方程的应用28 1.5流体输送时的流动阻力34 1.5.1流体阻力产生的原因34 1.5.2流体阻力计算34 1.5.3管路设计时减少流体阻力的措施42 1.6流量测量43 1.6.1孔板流量计43 1.6.2文丘里流量计45 1.6.3转子流量计45 1.7流体输送设备46 1.7.1离心泵46 1.7.2其他类型泵57 1.7.3往复式压缩机61 1.7.4离心式压缩机63 1.7.5其他气体压送机械65 1.8流体输送节能技术简介67 思考题68 习题68 自测题72 本章主要符号说明74 第2章传热76 2.1概述77 2.1.1传热在化工生产中的应用77 2.1.2传热过程的类型77 2.1.3载热体及其选择77 2.1.4工业换热方法78 2.2传热的基本方式79 2.2.1传导传热79 2.2.2对流传热79 2.2.3辐射传热79 2.3间壁传热80 2.3.1总传热速率方程及其应用80 2.3.2传热速率81 2.3.3传热推动力的计算83 2.3.4传热系数的获取方法87 2.3.5强化与削弱传热98 2.3.6传热计算举例102 2.4换热器104 2.4.1换热器的分类104 2.4.2间壁式换热器简介105 2.4.3列管式换热器的型号与系列标准111 2.4.4列管式换热器的选用与设计原则111 2.4.5换热器的使用与维护114 2.5换热与节能116 2.5.1采用集成设计技术和建立联合装置116 2.5.2采用气电或热电联产技术116 2.5.3合理利用低温热能和蒸汽117 2.5.4采用新型节能技术117 2.5.5换热系统气阻的危害案例分析117 思考题117 习题118 自测题119 本章主要符号说明121 第3章冷冻122 3.1概述122 3.1.1工业生产中的冷冻操作122 3.1.2人工制冷方法122 3.2压缩制冷基本原理123 3.2.1单级压缩蒸发制冷的工作过程123 3.2.2操作温度的选择124 3.2.3多级压缩制冷125 3.3冷冻能力127 3.3.1冷冻能力的表示127 3.3.2标准冷冻能力127 3.4冷冻剂与载冷体128 3.4.1冷冻剂128 3.4.2载冷体129 3.5压缩制冷装置130 3.5.1压缩机131 3.5.2冷凝器131 3.5.3蒸发器131 3.5.4节流膨胀阀132 思考题133 自测题133 本章主要符号说明133 下篇 第4章非均相物系分离136 4.1概述136 4.1.1非均相物系分离在化工生产中的应用136 4.1.2常见非均相物系分离的方法137 4.2沉降138 4.2.1重力沉降138 4.2.2离心沉降143 4.3过滤147 4.3.1过滤的基本知识147 4.3.2过滤设备150 4.4气体的其他净制方法153 4.4.1惯性除尘器153 4.4.2静电除尘器154 4.4.3文丘里除尘器154 4.4.4泡沫除尘器154 4.4.5袋滤器154 4.5非均相物系分离方法的选择155 4.5.1气体非均相物系155 4.5.2液体非均相物系155 思考题155 习题156 自测题156 本章主要符号说明158 第5章蒸馏159 5.1概述160 5.1.1蒸馏在化工生产中的应用160 5.1.2气液相平衡160 5.1.3精馏原理和流程165 5.2精馏的物料衡算165 5.2.1全塔物料衡算166 5.2.2精馏段物料衡算167 5.2.3提馏段物料衡算167 5.2.4加料板物料衡算168 5.3塔板数的确定169 5.3.1实际板数与板效率169 5.3.2理论板数的确定方法170 5.4连续精馏的操作分析174 5.4.1进料状况对精馏的影响174 5.4.2回流比的影响176 5.4.3操作温度及压力的影响177 5.5精馏过程的热量平衡与节能178 5.5.1热量衡算179 5.5.2节能措施180 5.6其他蒸馏方式182 5.6.1简单蒸馏182 5.6.2闪蒸182 5.6.3间歇精馏183 5.6.4多组分精馏183 5.6.5特殊精馏184 5.7精馏设备186 5.7.1板式塔186 5.7.2辅助设备189 5.8精馏塔的操作189 5.8.1操作步骤189 5.8.2不正常现象及处理190 思考题191 习题191 自测题192 本章主要符号说明194 第6章气体吸收195 6.1概述196 6.1.1气体吸收在化工生产中的应用196 6.1.2气体吸收的分类197 6.1.3吸收剂的选择198 6.2从溶解相平衡看吸收操作198 6.2.1气液相平衡关系198 6.2.2吸收条件205 6.2.3气液相平衡关系对吸收操作的意义206 6.3吸收速率207 6.3.1传质基本方式207 6.3.2双膜理论208 6.3.3吸收速率表示方法210 6.3.4影响吸收速率的因素213 6.4吸收的物料衡算215 6.4.1全塔物料衡算215 6.4.2吸收操作线217 6.4.3吸收剂用量218 6.5塔径的计算221 6.6填料层高度的确定222 6.6.1填料层高度的确定方法222 6.6.2填料层高度的计算225 6.7吸收操作分析229 6.7.1影响吸收操作的因素230 6.7.2吸收塔的操作234 6.8其他吸收与解吸235 6.8.1化学吸收235 6.8.2高浓度吸收236 6.8.3多组分吸收236 6.8.4解吸237 6.9吸收设备240 6.9.1填料塔240 6.9.2填料241 6.9.3辅助设备248 6.9.4填料塔的流体力学性能250 思考题251 习题252 自测题253 本章主要符号说明255 第7章干燥256 7.1概述257 7.1.1干燥在工业生产中的应用及干燥方法257 7.1.2对流干燥的条件和流程258 7.2湿空气的性质259 7.2.1湿度259 7.2.2相对湿度260 7.2.3比体积261 7.2.4比热容261 7.2.5比焓262 7.2.6干球温度262 7.2.7露点262 7.2.8湿球温度263 7.2.9绝热饱和温度263 7.3湿空气的湿度图264 7.3.1H-I图的构成264 7.3.2H-I图的应用266 7.4湿物料中水分的性质267 7.4.1湿物料含水量的表示方法267 7.4.2平衡水分与自由水分268 7.4.3结合水分与非结合水分268 7.5干燥过程的物料衡算269 7.5.1干燥产品流量G2269 7.5.2水分蒸发量W270 7.5.3空气消耗量L270 7.6干燥速率271 7.6.1干燥速率的定义271 7.6.2影响干燥速率的因素272 7.7干燥设备273 7.7.1对干燥设备的基本要求273 7.7.2干燥器的选择274 7.7.3常用的工业干燥器276 7.8干燥器的操作279 7.8.1干燥过程控制的参数279 7.8.2典型干燥器的操作281 7.9热泵干燥技术282 7.9.1热泵干燥原理282 7.9.2热泵干燥技术的特点282 7.9.3热泵干燥技术的前景283 思考题283 习题283 自测题284 本章主要符号说明285 第8章蒸发286 8.1概述286 8.1.1蒸发在工业生产中的应用286 8.1.2蒸发的类型与特点287 8.2单效蒸发288 8.2.1单效蒸发流程288 8.2.2单效蒸发计算288 8.3多效蒸发291 8.3.1多效蒸发对节能的意义291 8.3.2多效蒸发流程292 8.4蒸发设备293 8.4.1自然循环蒸发器293 8.4.2强制循环蒸发器295 8.4.3膜式蒸发器296 8.4.4浸没燃烧蒸发器297 8.5蒸发器的操作298 8.5.1蒸发操作的几个问题298 8.5.2典型蒸发器的操作298 思考题301 习题301 自测题301 本章主要符号说明303 第9章结晶304 9.1概述304 9.1.1结晶现象及其工业应用304 9.1.2固液体系相平衡305 9.1.3晶核的形成307 9.1.4晶体的成长308 9.2结晶方法309 9.2.1冷却结晶309 9.2.2蒸发结晶310 9.2.3真空冷却结晶310 9.2.4盐析结晶310 9.2.5反应沉淀结晶310 9.2.6升华结晶311 9.2.7熔融结晶311 9.3结晶设备与操作311 9.3.1常见结晶设备311 9.3.2结晶操作要求314 思考题315 习题315 自测题315 第10章萃取317 10.1概述317 10.1.1萃取在化工生产中的应用318 10.1.2萃取剂的选择319 10.1.3萃取操作流程320 10.2部分互溶物系的相平衡322 10.2.1部分互溶物系的相平衡原理322 10.2.2单级萃取在相平衡图上的表示329 10.3萃取设备334 10.3.1塔式萃取设备334 10.3.2萃取塔的操作339 10.4超临界流体萃取技术340 10.4.1超临界流体萃取技术的发展与特点340 10.4.2超临界流体萃取原理341 10.4.3超临界流体萃取过程简介343 10.4.4超临界流体萃取的工业应用344 思考题345 习题346 自测题346 本章主要符号说明348 第11章新型单元操作简介349 11.1膜分离349 11.1.1概述349 11.1.2膜分离装置与工艺351 11.1.3典型膜分离过程及应用355 11.2吸附357 11.2.1概述357 11.2.2吸附速率359 11.2.3吸附工艺简介359 11.3色谱分离技术362 11.3.1概述362 11.3.2色谱分配系数363 11.3.3柱色谱的分离过程及应用363 思考题365 第12章分离方法的选择366 12.1分离方法的比较366 12.2分离方法的选择367 12.2.1经济合理性367 12.2.2技术可行性367 12.2.3系统适应性367 12.2.4方法可靠性368 12.2.5公共安全性368 附录369 一、中华人民共和国法定计量单位（摘录）369 二、某些气体的重要物理性质370 三、某些液体的重要物理性质371 四、干空气的物理性质(101.33kPa)372 五、水的物理性质373 六、常用固体材料的密度和比热容374 七、饱和水蒸气(以温度为基准)375 八、饱和水蒸气(以压力为基准)376 九、某些液体的热导率378 十、某些气体和蒸气的热导率379 十一、某些固体材料的热导率380 十二、液体的黏度共线图381 十三、 101.33kPa压力下气体的黏度共线图383 十四、液体的比热容共线图385 十五、气体的比热容共线图(101.33kPa)387 十六、蒸发潜热（汽化热）共线图389 十七、某些有机液体的相对密度共线图391 十八、壁面污垢热阻(污垢系数)392 十九、离子泵的规格(摘录)393 二十、管壳式换热器系列标准(摘录)398 二十一、某些二元物系在101.3kPa(绝压)下的气液平衡组成401 二十二、热轧无缝钢管规格与质量402 二十三、冷拔无缝钢管规格与质量406 自测题参考答案408 参考文献412