具体描述
好的，这是一本关于化工过程原理的专著的简介，旨在深入探讨化工生产中的核心单元操作，并侧重于理论基础与实际应用的结合。 --- 书名：《化工过程原理：从基础理论到工业应用》 内容简介 本书《化工过程原理：从基础理论到工业应用》是一部系统阐述现代化工生产核心单元操作与过程控制的综合性教材与参考书。全书结构严谨，内容涵盖了化工工程学领域最关键的几个方面，旨在为化工、化学、材料、环境等相关专业的学生、研究人员以及工业工程师提供一套全面而深入的学习资源。 本书的编写遵循从微观到宏观，从理论到实践的逻辑递进。其核心目标是培养读者对复杂化工系统的分析能力、设计能力和优化能力，确保读者能够将所学的基本原理有效地应用于解决实际的工程问题。 第一部分：化工基础与物料衡算 本部分为全书的基石，重点在于建立读者对化工过程的宏观认识和量化分析框架。 化工基础概念与单位系统： 详细介绍了国际单位制（SI）在化工领域中的应用，强调了摩尔、质量、流量等基本概念的精确定义和换算方法。内容深入探讨了纯物质和混合物的热力学性质，包括相平衡的基本原理。 化工过程描述与图示： 系统地讲解了化工流程图（PFD）和管道及仪表流程图（P&ID）的绘制规范、符号系统及其在过程沟通中的作用。通过大量的实例，使读者掌握描述复杂生产线的基本语言。 物料衡算： 这是化工计算的核心。本章从最基础的质量守恒定律出发，详尽讨论了不含化学反应的单元操作（如分离、混合）中的物料衡算方法，包括对连串单元和循环系统的处理。重点分析了过量剂、转化率等关键工程指标的计算与意义。 反应工程基础与化学反应计量衡算： 引入化学反应带来的质量变化，阐述了反应热、平衡常数以及惰性组分对衡算的影响。对批次反应器和连续反应器的物料平衡进行了深入推导和应用实例分析。 第二部分：能量衡算与热力学应用 能量的有效管理是化工经济性的关键。本部分聚焦于热力学原理在化工过程中的应用。 热力学第一定律与能量衡算： 阐述了能量衡算的基本方程，包括对流体、固体、液体和气体的热容、焓值的计算。重点讨论了恒容、恒压过程中的热量传递与功的计算。 相平衡与热力学性质的确定： 深入探讨了气-液平衡（VLE）和液-液平衡（LLE）的理论基础，包括拉乌尔定律、理想溶液模型以及非理想溶液（如Wilson、NRTL模型）的应用。详细介绍了计算混合物焓、熵和吉布斯自由能的方法，为后续的传热和分离过程设计打下坚实基础。 工业锅炉与热交换网络： 结合实际工程案例，分析了蒸汽生成、热力循环的效率，并引入了现代流程工业中至关重要的热集成技术。详细介绍了传热设备（如管壳式换热器）的优化设计原理。 第三部分：动量传递与流体流动 流体的输送和流动特性是所有化工单元操作的先决条件。本部分着重于流体力学原理。 流体静力学与流体静力计算： 覆盖了压力测量、流体静力平衡以及浮力计算的基础知识。 流体动力学基础： 详细分析了雷诺数、流线、层流与湍流的判据。重点讨论了理想流体和真实流体的运动方程——欧拉方程和纳维-斯托克斯方程的简化形式在工程中的应用。 管内流动与压力降计算： 深入研究了粘性流体在管道中的流动特性，包括摩擦因子的确定（Moody图的应用），沿程和局部阻力损失的计算。对泵、压缩机等流体机械的选型和性能曲线分析进行了详尽的阐述。 非管道流动系统： 探讨了在非光滑管道、非牛顿流体（如高分子溶液、悬浮液）中的流动规律，以及涉及颗粒的流化床和气力输送现象。 第四部分：热量传递 热量在不同相体和介质间的转移是许多化工单元操作的核心驱动力。 传热基本原理： 分别对三种基本传热方式——导热、对流和辐射进行了深入的理论分析。导热部分引入了傅里叶定律，并求解了一维、二维稳态和非稳态导热问题的解析解。 对流传热： 重点分析了强制对流和自然对流，引入了Nusselt数、Prandtl数等无量纲关联式，并讲解了其在换热器设计中的应用。 传热设备设计与优化： 详细介绍了管壳式换热器、板式换热器的工作原理、几何结构设计参数的选择。关键内容包括：平均温差法（LMTD）和端点温度法（ETD）的应用，以及对换热器污垢因子的考虑。 相变传热： 涵盖了沸腾和冷凝过程中的传热机理，对蒸馏塔和冷凝器设计至关重要。 第五部分：传质操作（单元分离过程） 传质是化工生产中最复杂和最经济敏感的单元操作之一。本部分系统地介绍了气液、液液分离的理论与方法。 传质基础理论： 阐述了Fick扩散定律、对流扩散理论，并区分了均匀和非均匀体系中的扩散。引入了传质系数、渗透性等关键参数。 气液平衡与相体间传质： 详细分析了气液传质的驱动力，引入了亨利定律和溶解度参数，并解释了吸收因子和操作线的概念。 吸收与解吸： 系统介绍了固定床和板式塔在吸收塔设计中的应用。重点讲解了恒定吸收剂流量、恒定吸收因子的操作线分析，以及塔板效率的计算方法。 精馏（蒸馏）： 作为应用最广泛的分离技术，本章进行了深入探讨。从Raoult定律和Duhem定理出发，推导了易挥发组分和难挥发组分的VLE数据。详细讲解了McCabe-Thiele图解法、Ponchon-Savarit图解法，以及计算最小回流比、最小塔板数的方法。对带侧线操作、非理想混合物精馏进行了高级讨论。 液-液萃取与结晶概述： 简要介绍了萃取的原理、萃取塔的设计要素，并对工业上重要的结晶过程（包括成核与晶体生长）的初步热力学和动力学基础进行了概述，为后续的专业课程衔接做准备。 第六部分：过程控制与优化 现代化工过程的稳定运行离不开精确的自动控制系统。 过程控制基础： 介绍反馈控制、开环与闭环系统的概念。详细分析了一阶和二阶系统的动态响应特性，包括传递函数模型的建立。 控制器设计： 重点讲解了比例-积分-微分（PID）控制器的原理、参数整定方法（如Ziegler-Nichols法），以及在温度、压力、流量和液位控制回路中的实际应用。 过程安全与先进控制： 讨论了过程安全联锁系统的基本结构，并简要引入了模型预测控制（MPC）等先进控制策略在大型复杂装置中的应用前景。 总结 本书通过清晰的理论阐述、丰富的工程实例和严格的数学推导，构建了一座连接基础科学与化工工程实践的桥梁。读者在学完本书后，将具备独立分析和解决化工生产过程中涉及的物料、能量、动量和传质问题的能力，为未来在化工行业的设计、操作和研发岗位上打下坚实的基础。本书的深度和广度使其不仅适用于本科高年级和研究生课程，也是工程师进行专业知识更新和工程复习的理想工具书。
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