日录 3.1.1传质过程的机理. (96) 3.1.2 气液相传质设备 (103) 3.2液体的精馏 (109) 3.2.1 双组分溶液的气液平衡 (110 3.2.2 精馏原理和流程装置 (116) 3.2.3精馏过程的物料衡算与操作线方程 (118) 3.2.4 理论塔板和理论塔板数 (128 3.25板效事和实际塔板数 (134) 3.2.6 塔高、塔径和塔板压力降的计第 (135) 327间歌精馏. (137) 3.2.8其他精馏筒介 (139) 3.3吸收. (142) 33.1吸收的气液平衡 (143y 3.3.2吸收过程的物料衡算 (145) 3.3.3填料塔中吸收的计算 (146) 3.3.4 吸收过程的理论塔板数 (152 3.3.5化学吸收筒介· (153 3.4膜分离 (154) 3.4.1招(JF)讨程的原理. (155) 3.4.2膜分离过程的流程和操作 (156 3.4.3膜分离器· 《158 3.4.4超滤的应用和主要计算 159) 3.4.5电騰析(ED)过程简介 (161 习题 (162) 第4章化学反应工程的基本原理 (165 4.1概述 (165) 4.1.1化学反应工程述 (165 4.1.2化学反应工程中的基本概念. (170) 4.2化学反应体系的量 (173 4.2.1化学计量方程式. (173 4.22化学反应进行的程度 (173 4.23化学反应谏率. (174 4.2.4收率与选择性 (175 4.2.5等温变容反应系统 (176) 4.3均相反应器 (178) 4.3.1 化学反应器设计的基本内容. (179) 4.3.2化学反应器设计的基本方法 (179) 4.3.3 间歇操作的釜式反应器(IBR) (179 4.3.4全混流反应器(CSTR). (184
化学工程基础 4.3.5活塞流反应器(PFR) 4.(186 4,3,6理想反应器的组合 t189 4.3.7 均相反应器的优化选择 (193 4,38非等温反应过程 (199 439有关成本核第 (207) 4.4化学反应器中的非理想流动 (28 4.41停留时间分布的定量描 (208) 4.4.2 停留时间分布的实玲测定 (210 4.4.3 平均停留时问与散度 (213 4,4.4理根反应器中的停留时间分布. (216 44S实玩反应器的设计方法（流动模型） 218 45 气-固相催化反应 (222 451外部传质过程的影将 (2221 4.5.2内部传质过程的影响 (225) 4.6 气固相催化反应器 (230) 4.6.1固定床反应器. （230 4.6.2流化床反应器 (234 4.6.3 气-固相反应器的选型. (236 4.7生化反应工程基础 (237 4.7.1 生化反应动力学 (237) 4.7.2 生化反应器. (242 习题. (248 附 A.附表 (253 A1常用物理量的单位和量纲.， (253 A.2 水的物理性质 (254 A3饱和水蒸气表. (255 A.4干空气的物理性质. (256 A.5 某些液体的物理性质 (257) A6常用固体材料的物理性质 (258 A.7 某些气体的物理性质. (259 A.8 管壁的绝对粗楂度.· 514144*+* (259 A9管子规格（撞录）. (260 A.10 系规格（摘录） (261 A.11管板式热交换器系列标准（街录）. (263 B.重要的化工专业术语. B.1 汉英对照 (264 B.2英汉对照 (265) C习项参老答案. (268 D.参考文献 (270
绪 论 0.1化工技术学科的发展 化工技术学科是伴随着化学工业形成和发展起来的。起初，人们对化工生产的研究仅仅 是针对某种具体产品，探讨生产的最优工艺过程，这些研究逐渐形成了化学工艺学。随着化工 生产的不断发展，化工产品及其工艺过程日益增多，1893年在芝加哥化学家会议上人们开始 注意到.“化工、食品工业，尽管其物料不同，但都具有共同的基础”。进一步的研究发现：千变 万化的化工过程，除化学反应外，都包含着许多物理操作过程，这些操作过程依其操作目的和 物理原理可以归结为若干种基本过程。具有共同操作目的和物理原理的一类操作过程称为单 元操作。二战之后，流化床催化裂化，丁苯橡胶合成以及原子能工程三项重大技术的崛起，生 产规模的日益扩大以及非均相催化反应的广泛应用，化学动力学已不能完全解决生产中化学 反应时程的实际问颗人们开始从工程的角度去研究化学反应过程的化学变化和物理影响.至 1957年正式形成了化学反应工程学。可以说，单元操作概念的提出，开辟了对化工过程的共 同规律和工程问题的研究，形成了化学工程学。化工单元操作及其设备的原理（化工原理）和 化学反应工程学构成了化学工程学的两大支柱。 随着对单元操作物理本质的深入研究，人们把众多的单元操作归结为动量传递、热其传递 和质量传递三大传递过程，并发现其内在联系，从而形成了化工传递工程学。由于化工生产日 趋大型化，综合化和自动化以及系统论、计算技术的发展，化学工程学的研究已从单个单元操 作扩展到整个工厂甚至整个行业的大系统，形成了化工系统工程学。近年来，化学工程学已经 步入新近发展起来的生物反应工程、环境工程和系统仿真等崭新的领域。 0.2化工基础课的内容和学习目的 化工基础课介绍的是化工技术学科的基础知识。主要内容是化学工程学的基础知识，对 于综合性大学理科化学专业和应用化学专业没有开设其他化工类选修课的，还可以包括化学 工艺学、化工过程开发、化工计算等化工技术学科的初步知识。本书以化工过程开发方法为向 导，介绍流体动力过程、传热过程、分离过程和化学反应工程学。 学习本课程是为了提高学生“科研、科技开发、科技管理及分析和解决一般生产问题的初 步能力”。从理科化学专业的培养规格来看，不是把学生培养成工程技术人员，而是科研、开 发、教学人员，学习化工基础课是为了使他们能与工程技术人员搞好“接力”或是互相“渗透” 使他们的科研成果尽快转化为现实生产力。从这个层面上讲，学习化工基础课的目的是： (1)在科研工作中提高产业化意识。例如在科研的选题、研究方案中树立市场需求、经济 可行性和环境保护等技术经济观点。 (2)与工程技术人员建立共同语言。包括科研成果的表述方式和化学工程技术中的基本 观点和方法，如合理简化的观点、最优化观点、衡算的方法、数学模型的方法等。 (3)指导开发和科研工作。了解科研成果产业化过程中可能遇到的问题和解决方法。利 用这些知识分析确定科研成果应用于生产时，设计的方案能否实现，如何有效利用能源以及设
2 绪论 备的可行性等 另外，化学工程学的一些研究方法是理科课程中没有系统介绍的，学习本课程有助于理科 学生理论联系实际，避免他们的思维模式单一化，有利于全面掌握科学方法论。 0.3化工过程开发 化工过程开发的方法提供了一种系统方法，指导我们运用化学工程学的理论和方法以及 其他相关知识，进行化工新技术开发：提出了需要化学工程学解决的问题和主要任务：揭示了 技术经济和工程技术的基本观点。 (一)化工过程开发的含义和步骤 化工生产由于原料并非纯品，工艺过程受混合、传热等因素影响，以及出于其他技术和经 济的考虑，与化学实验有很大差别，因此要实现工业化生产，还要做大量的研究工作。由化学 科研成果到实现工业化生产的全部研究过程称为化工过程开发。在图01所示的科研成果产 业化过程中，这些研究工作主要集中于“开发研究“阶段。化工过程开发工作大致可分为开发 基础研究、过程研究、工程研究和技术经济评价等四个方面，其步骤如图0-1所示。 开发研究 开发基础研究 过程研究 模型试验一一中间试验 工程研究 概念设计 基髓设计 技术经济评价<评价> 工程设计 评价 与建设 中断开发 中断开发 图0-1科研成果产业化过程流程框图 1.开发基础研究 开发基础研究是针对化工过程开发而进行的实验室规模的初步研究。通过研究为进一步 开发提供依据。其内容包括： (1)初步筛选原料路线 (2)了解过程特征（包括反应的必要条件、催化剂性能、副反应及其进行程度以及开发所 需的热力学动力学数据和物性数据)： (3)口纳出适宜的工艺条件： (4)拟定原料、中间产物、产品的分析方法 开发基础研究也包括收集技术经济资料，能从文献、手册获得的经验和可靠数据资料应充 分利用，从而减少试验工作量
0,3化工过壁开发 3 2.过程研究 过程研究(process research)是按设想的工业化技术方案进行的模拟和放大试验研究。它 包括小型工业模拟试验、模型试验、中间（工厂）试验等等。 3.工程研究 工程研究包括概念设计、中间工厂的基础设计、最终生产装置的基础设计等。它们都带有 研究的性质，不属于常规的工程设计 (I)概念设计(conceptual design)。是指对预定生产规模的生产装置提出的设计方案，是 凭借对过程的概念认识提出的技术方案。 (2)基础设计。是指针对工业装置进行的初步的设计。它是开发研究成果的主要形式， 可以作为技术转让的主要技术文件。 基础设计的内容包括：工艺概述、工艺流程图、工程计算及工艺条件、带控制点的工艺流程 图、物料衡址及能量衡算、设备明细表、公用工程及“三废”处理方案等等。 4.技术经济评价 技术经济评价是化工过程开发中对开发项目的技术可行性和经济合理性的考察。开发研 究正式立题前要进行“立题评价”；开始放大试验前要进行“方案论证”；完成基础设计后开好 投资建设时要进行“项目评估”；开发研究的每一个中间阶段也要进行阶段性的评价。如果评 价结果是肯定的，则可进行下一步研究；当评价中对过程提出质疑时，应就有关问题返回重新 研究，或对开发方案提出改进意见：否则应中止开发研究工作。 技术经济评价包括技术的（工艺过程的速率和效率等即先进性，安全和容易操作控制即可 靠性)、经济的（资源及其价格、产品市场、成本、生命周期等）、社会的（产业政策、法律、就业等） 和生态环境的（污染程度和危害性）等几方面的内容。 化工过程开发是一个逐步放大的过程，其间，过程研究借助试验研究为开发工作提供信 息，并验证放大的技术方案和设计质量，而工程研究则是依赖设计者的理论和经验提出进一步 放大的决策，也是对前者的总结。当然，对于规模较小、工艺过程不太复杂、放大效应不大的精 细化工产品，如染料、生物化学品、化学试剂等产品的生产，一些试验和设计步骤可以省略或简 化。综上所述，化工过程开发是在技术经济评价中过程研究和工程研究交插进行，逐步放大， 得到最佳设计的过程。因此，放大和优化是开发工作的核心问题，而探索化工过程共性规律和 放大方法，为化工设计计算提供依据则是化学工程学的主要任务。 (二)过程研究的步骤和内容 过程研究旨在为开发工作提供信息依据，同时具有验证技术方案的性质。与开发基础研 究的试验不同的是，过程研究侧重于探工程因素（物料混合、扩散、传热以及杂质积累对反应 过程的彬响、设备型式、尺寸及腐蚀情况等)对过程的彩响。在目前广泛运用的开发方法中，经 验放大的方法不研究过程的内在规律，需要从各级试验中了解工艺条件和设备尺寸对过程结 果的影响规律，因此更多地依赖于试验，而数学模型放大方法则是从小型试验中获得概念认识 和物理描述，依据相对成熟的理论进行放大设计，对试验的依赖相对较少，有时甚至可以省略 中间试验。因此对于不同的开发方法，各级试验的要求、信息内容和试验方法有很大差异。 1.小型工业模拟试验 小型工业模拟试验是在实验室里用小型工业模型装置进行的模拟试验，习惯称为“小试“。 小试通常包括以下内容：