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isbn号码:9780071181730

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• 化学工程
• 单元操作
• 化工原理
• 传热
• 传质
• 流体力学
• 分离工程
• 反应工程
• 过程控制
• 化工设备

《化工单元操作：原理与应用》 导言 化工行业是现代工业的基石，其核心在于对物质进行高效、安全、经济的转化与分离。这门学科的精髓，正是对“单元操作”（Unit Operations）的深入理解与精妙应用。本书旨在为化工、化学工程、生物工程以及相关领域的学习者和从业者提供一本全面、深入且实践导向的教科书。我们专注于那些定义了现代化工生产的经典操作，并结合最新的工程技术与环境考量，构建起一个坚实的理论与实践框架。 本书的结构设计旨在引导读者从基础物理化学原理出发，逐步过渡到复杂的工程设计与优化。我们坚信，只有深刻理解每一个单元操作背后的热力学、流体力学、传热学和传递现象的统一性，才能真正掌握化工生产的艺术。 --- 第一部分：流体与固体物料基础 本部分奠定理解所有后续单元操作的物理基础，重点关注物料的特性、流体行为的数学描述，以及固体颗粒的处理。 第一章：物料特性与流体静力学基础 本章首先回顾了描述化工过程所需的基本物理量和单位制，强调量纲分析在化工问题求解中的重要性。随后，深入探讨了流体的基本概念，包括密度、粘度、表面张力等关键参数。核心内容集中在流体静力学，详细推导了静压力分布方程，并讨论了测压仪表（如U形管压力计、皮托管）的工作原理及其在实际设备（如储罐、反应器）中的应用。特别关注了不同几何形状容器底部受力分析的工程实践。 第二章：流体动力学与管路流动 本章是理解泵、阀门和管道系统设计的核心。我们首先介绍了描述流动的基本方程——质量守恒（连续性方程）和动量守恒（纳维-斯托克斯方程的简化形式，如欧拉方程和伯努利方程）。重点分析了粘性流体在圆管中的层流和湍流状态的判定（雷诺数），并详细阐述了摩擦损失的计算方法（达西-魏斯巴赫方程、摩擦因子图），以及局部阻力（阀门、弯头）的等效长度法。本章还涵盖了非牛顿流体的特性描述及其在特定化工过程中的流动行为。 第三章：颗粒操作与流化现象 本章关注固体颗粒在化工过程中的处理，这是制药、食品和催化剂操作的关键。我们从描述颗粒的几何特征（形状因子、粒径分布）入手，引入了平均粒径的统计学概念。随后，深入探讨了固体颗粒在流体中运动的规律，包括沉降速率的计算（斯托克斯定律及其适用范围的修正）。本章的重点在于流化床技术。详细分析了床层阻力的变化、最小流化速度的预测，以及鼓泡流化床和湍 fluidized bed 的气固两相流模型，为气固反应器设计提供理论支撑。 --- 第二部分：传热操作与热交换系统 传热是控制反应速率、实现物料分离和保证设备安全的核心环节。本部分聚焦于热量传递的机制、计算方法及工程应用。 第四章：传热基本原理与对流换热 本章系统回顾了热传递的三种基本形式：传导、对流和辐射。着重于导热定律（傅里叶定律）及其在多层壁结构中的应用。对流换热部分是重点，详细讨论了无侧温差下的流体热边界层理论，引入了努塞尔数、彭勒数等无量纲准则数。系统梳理了强制对流和自然对流的经验关联式，并拓展到内部换热（管内）和外部换热（管束外）的计算方法。 第五章：热交换器设计与操作 本章将理论应用于工程实践，专注于热交换器的设计与优化。首先介绍了并流、逆流、错流等典型操作模式。核心在于对数平均温差（LMTD）法的推导与应用，并引入了修正系数F_T的概念，以处理复杂流型的换热器。随后，系统性地分析了管壳式换热器的设计步骤、结构特点（如管程、壳程布置、膨胀节）以及污垢热阻对换热效率的影响。最后，讨论了在工艺操作中，通过温度交叉现象识别换热器性能下降的诊断方法。 第六章：辐射换热与相变传热 本章处理在高温过程（如燃烧炉、真空干燥）中不可忽视的辐射传热。阐述了黑体辐射定律、斯蒂芬-玻尔兹曼定律，以及灰体、白体和非灰体的辐射特性。重点分析了表面间辐射换热的几何因子计算。在相变传热方面，详述了蒸发、冷凝过程中的潜热传递机制，并探讨了冷凝换热系数的计算，这在精馏塔和冷凝器设计中至关重要。 --- 第三部分：物质传递与分离操作 物质传递是化工分离和精制过程的灵魂。本部分深入解析了扩散、传质驱动力，并详细阐述了核心分离技术的理论基础和工程实现。 第七章：物质传递基础与扩散理论 本章建立宏观分离操作的微观基础。首先介绍了浓度、摩尔分数、分压等描述组分分布的量。核心内容是菲克定律的推导与应用，区分了动量驱动（对流）和浓度驱动（扩散）的物质输运。详细探讨了气相、液相和固相中的扩散系数计算，重点区分了扩散与对流扩散的差异。最后，引入了双组分系统中，恒定的总摩尔流下的扩散方程求解，并讨论了薄膜扩散模型。 第八章：气液平衡与精馏原理 精馏是化工中最普遍的分离技术。本章从相平衡的概念出发，详细阐述了理想溶液中的拉乌尔定律和亨利定律，并引入了活度系数对非理想体系的修正。核心在于气液平衡常数（α值）的意义。随后，系统性地引入了吸收精馏塔的平衡线和操作线分析，推导出麦凯布-提勒公司（McCabe-Thiele）图解法，用于确定理论塔板数和回流比。本章后续深入讲解了加压精馏、减压精馏以及多组分精馏的工程挑战。 第九章：吸收、萃取与干燥 本章处理除了精馏之外的其他重要传质分离过程。 吸收部分，重点分析了气液两相的传质阻力分配，并引入了柯文-雷文斯胡德（Kremser-Brown-Souders）方程用于计算吸收塔的吸收效率和所需级数。萃取部分，侧重于液-液平衡，包括三角形相图的解读、萃取剂的选择标准，以及多级逆流萃取操作线的绘制。干燥部分，则结合了热量和物质传递，分析了恒速和降速干燥阶段的特点，并推导了操作线与平衡线的关系，用于确定干燥周期和设备尺寸。 第十章：膜分离技术与吸附 作为现代分离技术，膜分离的原理被纳入其中。详细介绍了反渗透（RO）、纳滤（NF）、超滤（UF）和微滤（MF）的区别与应用，重点分析了膜的通量方程、选择性以及浓差极化现象。吸附方面，探讨了固体吸附剂的性质（如活性炭、分子筛），并应用Langmuir和Freundlich吸附等温线来描述平衡状态，为变压/变温吸附过程的设计提供理论基础。 --- 第四部分：混合、反应与过程控制基础 本部分将焦点从物理分离扩展到化学转化与系统整体的动态行为。 第十一章：混合、搅拌与反应器基础 混合是确保化学反应均匀进行的前提。本章分析了理想混合（CSTR）和非理想混合（填充塔）的特性，并讨论了搅拌器的设计参数（如功率数、混合时间）及其对反应效率的影响。反应器部分，系统梳理了反应速率方程、反应级数和表观活化能。详细推导了理想恒定容积反应器（间歇釜式反应器Batch, CSTR, PFR）的性能方程，并对比了它们在不同反应动力学下的优缺点。 第十二章：过程控制与自动化基础 化工过程的稳定运行依赖于有效的控制系统。本章引入了控制系统的基本概念，包括测量元件、调节阀和控制器。详细分析了一阶、二阶系统的动态响应特性。核心聚焦于PID控制器的工作原理（比例、积分、微分作用的物理意义），并讨论了反馈控制环路的稳定性分析方法，确保单元操作在设定点附近平稳运行。 --- 结论 本书的深度和广度旨在培养读者将基本科学原理转化为可靠工程解决方案的能力。通过对流体、传热、传质和反应的系统性学习，读者将能够熟练地进行化工单元设备的设计、操作与优化，为应对未来的能源、环境和可持续发展挑战做好准备。书中丰富的例题和工程案例，确保了理论知识与实际工业需求的紧密结合。

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从一个希望夯实化学工程基础，并为未来深入学习和应用打下根基的读者的角度来看，《UNIT OPERATIONS OF CHEM ENGINEERING》这本书确实是一次非常有价值的阅读体验。它不仅仅是停留在概念的层面，而是深入到每一个单元操作的物理本质，并且尽可能地联系实际的工业应用。我特别喜欢书中对各种单元操作进行分类和对比的方式，这使得我在学习过程中能够清晰地认识到不同操作之间的共性和差异，以及它们在不同工艺流程中的适用性。书中的很多插图和流程图都绘制得非常精细，对于理解复杂的设备结构和操作流程起到了至关重要的作用。尽管这本书的篇幅不小，内容也相当丰富，但作者的写作风格非常清晰，逻辑性强，使得阅读过程虽然需要投入较多精力，但却不会感到枯燥或迷失。它提供了一个非常全面的视角，帮助我理解化学工程的“骨架”，为我今后在化工领域任何方向上的深耕都提供了坚实的支撑。

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这本书给我最大的震撼在于它对化学工程的宏观视野。它不是孤立地讲解每一个单元操作，而是将它们有机地联系起来，展示了如何将这些基本操作组合起来，构成复杂的化工流程。我之前一直觉得化学工程就是一堆零散的知识点，直到读了这本书，才意识到它们之间存在着如此深刻的内在联系。书中的很多案例分析都让我大开眼界，比如如何通过优化单元操作的设计来降低能耗，或者如何通过串联不同的分离单元来获得高纯度的产品。它不仅仅教会了我“是什么”，更教会了我“为什么”和“怎么做”。我尤其欣赏它在工业放大方面的讨论，这一点在很多教材中是比较欠缺的。从实验室的小规模实验到工业化的大规模生产，中间需要克服的种种挑战，这本书都给出了非常切实的指导。读这本书的过程中，我感觉自己好像在与一位经验丰富的工程师对话，他将自己多年的实践经验毫无保留地传授给我。这对于我未来从事化工相关的工作，无疑打下了坚实的基础。

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这本《UNIT OPERATIONS OF CHEM ENGINEERING》绝对是化学工程领域的一本常青树。我大概是在大二的时候第一次接触到它，当时还是打印出来的讲义，后来才知道有这么一本经典的书。它就像一本百科全书，把化学工程的单元操作梳理得井井有条，从流体流、传热、传质到单元分离等等，几乎涵盖了所有我们本科阶段需要掌握的核心知识点。最让我印象深刻的是，它不仅仅是罗列公式和理论，而是花了大量篇幅去解释这些操作背后的物理原理，以及它们在实际工业生产中的应用。我记得有一次为了理解精馏塔的设计，我反复研读了书里关于相平衡和塔板效率的部分，那些图示和例子真的非常生动，一下子就点亮了我之前模糊的概念。而且，这本书的语言虽然严谨，但相对来说还是比较易于理解的，即使是初学者，只要肯花时间去消化，也能从中获益良多。当然，对于我们这些非理论研究者来说，书中的一些数学推导可能看起来会有点吃力，但它的侧重点更多是工程应用，所以即便跳过一些复杂的推导，也能抓住核心的工程意义。总而言之，这本书对我来说，是一本值得反复翻阅的工具书，每次重读都会有新的体会。

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作为一个对化学工程的某些细分领域，例如催化反应工程和反应器设计特别感兴趣的学生，我发现《UNIT OPERATIONS OF CHEM ENGINEERING》这本书在提供基础支撑方面做得相当出色。虽然它并非专注于某一特定单元操作的深度挖掘，但它建立了一个坚实的平台，让我能够更好地理解那些更专业的知识。例如，当我学习催化剂失活和再生时，我能回溯到书中关于传质和传热的章节，去理解催化剂内部以及催化剂表面发生的物质和能量交换过程，这极大地加深了我对反应器设计中扩散限制和温度控制重要性的认识。书中对不同类型反应器的介绍，虽然没有深入到最新的研究前沿，但它涵盖了最基础和最常见的反应器类型，并对其优缺点进行了比较，这为我进一步探索更复杂的反应器模型打下了基础。这种“纵观全局”的写作方式，恰恰是它最大的价值所在，它帮助我看到一个大的知识体系，而不是被零散的细节所淹没。

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坦白说，《UNIT OPERATIONS OF CHEM ENGINEERING》这本书对于我这样一位化学工程专业的毕业生来说，是解开许多工业生产“黑箱”的重要钥匙。在课堂上，我们学习到的是基础理论和公式，但真正进入到工厂，面对那些庞大而复杂的设备，以及那些看似神秘的工艺流程时，常常会感到无从下手。而这本书，就像一本操作手册，它将那些抽象的理论具象化，通过大量的图表和实例，清晰地展示了不同单元操作的原理、设计要点和操作参数。我记得我第一次参与一个聚合反应器的调试，当时对于反应釜内的混合、传热以及停留时间分布这些概念感到很困惑，后来翻出这本书，找到相关章节，里面对于这些问题的分析和解释，让我茅塞顿开。它不仅仅是理论知识的堆砌，更强调的是工程实践中的权衡和取舍，比如在满足产品质量要求的前提下，如何实现成本效益最大化。这本书的价值在于，它能帮助我们建立起一种基于原理的工程思维，而不是死记硬背的公式。

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