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頁數:656

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出版時間:2005-12

價格:$ 204.47

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isbn號碼:9780534389741

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圖書標籤:

• 化學
• 工程化學
• 大學教材
• 理工科
• 化學基礎
• 應用化學
• 高等教育
• 工程技術
• 化學原理
• 學科教材

《化學工程導論：原理與應用》 內容簡介 本書旨在為化學工程專業的學生提供一個全麵而深入的入門導論。它不僅涵蓋瞭化學工程的核心基礎原理，更注重將這些理論知識與實際工程應用緊密結閤，幫助讀者建立起紮實的專業知識體係，並為後續更深入的學習和研究打下堅實基礎。本書內容豐富，結構清晰，力求以一種邏輯嚴謹且易於理解的方式，引導讀者探索化學工程的魅力與廣闊前景。 第一篇：化學工程基礎 本篇將係統性地介紹化學工程學科的基石。 第一章：化學工程概覽 化學工程的定義與範疇： 詳細闡述化學工程作為一門應用學科的獨特性質，它如何將科學原理（化學、物理、數學）轉化為大規模的工業生産過程。介紹化學工程在現代社會中的關鍵作用，例如能源、材料、醫藥、環境保護等領域。 化學工程師的角色與職責： 深入探討化學工程師在不同工業部門所承擔的多元化職責，包括過程設計、操作與優化、安全管理、環境影響評估、技術研發等。通過案例分析，展示化學工程師如何運用其專業知識解決實際問題。 化學工程的發展曆程與未來趨勢： 迴顧化學工程學科的發展脈絡，從早期的單元操作理論到現代的分子工程、生物工程、納米技術等前沿領域。展望化學工程在可持續發展、綠色化學、人工智能等新興領域的未來發展方嚮。 第二章：物料衡算與能量衡算 基本概念與定律： 詳細解釋質量守恒定律和能量守恒定律在化學過程中的應用。引入係統邊界、物料進齣量、反應物與生成物量等基本概念。 單相與多相係統的物料衡算： 教授如何對靜態與動態的單相係統進行物料衡算，以及如何在存在相變（如蒸發、冷凝、溶解）的多相係統中應用物料衡算。 涉及化學反應的物料衡算： 講解如何通過反應計量學，結閤轉化率、選擇性、産率等參數，對發生化學反應的係統進行物料衡算。重點介紹反應物、生成物和惰性組分的計算方法。 能量衡算基礎： 闡述熱力學第一定律在化學工程中的應用，包括焓、熵、吉布斯自由能等基本熱力學量。 過程熱效應的計算： 介紹如何計算化學反應熱、相變熱等過程熱效應，並講解如何應用標準生成焓、燃燒焓等數據。 無反應過程的能量衡算： 講解如何對不發生化學反應的傳熱、相變等過程進行能量衡算，包括確定係統能量輸入與輸齣。 帶反應過程的能量衡算： 綜閤應用物料衡算與反應熱計算，對發生化學反應並伴隨能量交換的過程進行能量衡算。 算例分析與習題： 提供大量不同難度的算例，涵蓋典型化工單元操作和反應過程，引導學生掌握物料衡算與能量衡算的解題思路與技巧。 第三章：流體流動與傳遞 流體的性質： 詳細介紹液體的密度、粘度、錶麵張力以及氣體的可壓縮性、粘度等關鍵流體性質，並分析這些性質對流體行為的影響。 靜止流體的力學： 闡述靜壓、浮力、帕斯卡原理等概念，並講解在化工設備中靜流體的壓力分布與計算。 流體流動的基本原理： 介紹流體流動的分類（層流與湍流），雷諾數及其意義。詳細講解伯努利方程，並分析其在流體輸送和能量轉化中的應用，同時指齣其適用條件和修正。 管路流動與阻力損失： 深入分析流體在圓形和非圓形管道中的流動，重點講解摩擦損失和局部阻力損失的計算方法，以及達西-韋斯巴赫公式的應用。 流體輸送機械： 介紹各種類型的流體輸送設備，如泵（離心泵、容積泵）、風機、壓縮機等，並分析其工作原理、性能麯綫和選擇原則。 流體計量與控製： 討論流量計（如孔闆、文丘裏管、渦輪流量計）和壓力控製器的基本原理與應用。 流體在多孔介質中的流動： 講解流體在填料層、濾餅等介質中的流動規律，介紹其滲透性與阻力特徵，為過濾、吸附等單元操作奠定基礎。 第四章：傳熱 傳熱基本定律： 詳細闡述傅裏葉導熱定律、牛頓冷卻定律、斯蒂芬-玻爾茲曼定律，並講解其在不同傳熱方式（導熱、對流、輻射）中的應用。 傳導傳熱： 分析平麵壁、圓筒壁等簡單幾何體的穩態與非穩態導熱問題，引入熱阻概念。 對流傳熱： 區分自然對流與強製對流，介紹對流傳熱係數及其影響因素（流體性質、流速、幾何形狀）。講解無量綱數（努賽爾數、雷諾數、普朗特數）在對流傳熱計算中的作用。 輻射傳熱： 探討黑體、灰體輻射特性，以及錶麵間的輻射換熱計算，尤其是在高溫過程中的應用。 復閤傳熱： 分析包含兩種或多種傳熱方式的復雜過程，如通過壁麵的導熱與對流組閤。 傳熱設備： 介紹常見的傳熱設備，如換熱器（管殼式、闆式）、加熱爐、蒸發器等，講解其結構、傳熱原理和設計計算要點。 傳熱過程的強化： 討論提高傳熱效率的方法，如增加換熱麵積、強化流體擾動、利用翅片等。 第五章：傳質 傳質基本定律： 引入菲剋擴散定律，區分分子擴散與對流擴散。講解傳質係數與傳質阻力概念。 相平衡： 深入講解氣液平衡（拉烏爾定律、亨利定律、相圖）、液液平衡、固液平衡等，並介紹其在分離過程中的重要性。 氣體吸收與蒸餾： 吸收： 詳細介紹氣體吸收原理，講解吸收塔的設計計算，包括傳質單元法和傳質錶麵積法。討論吸收劑的選擇與迴收。 蒸餾： 闡述蒸餾分離原理，介紹塔闆式和填料塔的結構與工作原理。講解相平衡圖、相對揮發度、塔頂與塔底采齣物的組成計算。重點介紹連續精餾、間歇精餾、帶式精餾等不同蒸餾操作。 萃取： 介紹液液萃取原理，討論萃取劑的選擇、萃取設備（如萃取塔、混閤澄清槽）的設計與操作。 吸附： 講解固體吸附原理，介紹吸附劑的種類與選擇，以及吸附設備的類型與操作。 結晶： 闡述結晶過程的原理、影響因素及結晶設備。 傳質過程的強化： 探討提高傳質效率的方法，如增加傳質麵積、強化相間接觸、優化操作條件等。 第二篇：化學反應工程 本篇將深入探討化學反應的工程化應用。 第六章：化學反應動力學 反應速率與反應級數： 詳細解釋反應速率的概念，並講解如何通過實驗測定反應級數和速率常數。 影響反應速率的因素： 深入分析溫度、濃度、催化劑、壓力等因素對反應速率的影響，並引入阿倫尼烏斯方程和範特霍夫方程。 均相反應動力學模型： 介紹零級、一級、二級反應的動力學方程，以及復閤反應（平行反應、串聯反應）的動力學分析。 催化反應動力學： 探討多相催化反應的機理，如Langmuir-Hinshelwood機理、Eley-Rideal機理等，並介紹催化劑的失活與再生。 非均相反應動力學： 討論氣固、氣液、液液等非均相反應的動力學特點，分析傳質和反應速率的耦閤作用。 第七章：理想反應器設計 反應器類型： 介紹不同類型的理想反應器，包括間歇反應器（Batch Reactor）、連續流動攪拌釜反應器（CSTR）和管式反應器（PFR）。 間歇反應器： 講解其工作原理，並推導不同反應級數的間歇反應器設計方程，分析其轉化率與反應時間的關係。 連續流動攪拌釜反應器（CSTR）： 闡述其穩態操作，並推導其設計方程，分析單塔和多塔串聯CSTR的轉化率。 管式反應器（PFR）： 講解其一維流動假設，並推導其設計方程，分析其轉化率與體積的關係。 反應器性能比較： 綜閤比較不同理想反應器的轉化率、停留時間分布等特性，為實際反應器選型提供依據。 停留時間分布（RTD）： 引入RTD的概念，並分析其在非理想反應器模型中的應用。 第八章：非理想反應器 非理想反應器的概念： 解釋實際反應器偏離理想模型的原因，如返混、死區、短路等。 非理想反應器模型： 介紹常用的非理想反應器模型，包括縮混模型（Tadmor-Dahod-Bhavra模型）、擴散模型、溝流模型等。 模型參數的測定： 講解如何通過示蹤實驗測定反應器的停留時間分布，並確定模型參數。 非理想反應器的優化： 分析非理想反應器參數對反應器性能的影響，並提齣優化設計和操作的建議。 第九章：多相反應器 多相反應的特點： 探討氣-固、氣-液、液-液、固-固等多種相態的化學反應，分析相間傳質在反應過程中的控製作用。 氣-固反應器： 介紹固定床反應器、流化床反應器等，分析其結構、傳質傳熱特點及適用範圍。 氣-液反應器： 講解鼓泡塔、填料塔、噴霧塔等氣液接觸設備，分析其傳質效率和反應動力學。 液-液反應器： 介紹混閤器、萃取塔等液液反應設備，分析其傳質阻力和反應過程。 催化反應器設計： 綜閤考慮反應動力學、傳質傳熱、催化劑特性等因素，進行多相催化反應器的設計與優化。 第三篇：化學工程單元操作與過程 本篇將介紹化學工程中的關鍵單元操作和過程。 第十章：分離過程 蒸餾： 深入講解多組分蒸餾、共沸蒸餾、萃取蒸餾、惰性氣體蒸餾等高級蒸餾技術，並介紹連續蒸餾塔的詳細設計計算，包括塔闆效率、迴流比、塔徑與塔高計算。 吸收： 進一步研究吸收塔的設計，包括吸收劑的選擇、單程吸收、多程吸收、填料塔與闆式塔的對比選擇。 萃取： 詳細介紹多級萃取、逆流萃取的設計與計算，以及固液萃取操作。 吸附： 討論固定床吸附器（間歇與連續操作）的設計，以及分子篩、活性炭等吸附劑的應用。 結晶： 介紹不同類型的結晶器，如冷卻結晶器、蒸發結晶器、結晶過濾洗滌一體機，並討論晶體粒度分布的控製。 膜分離技術： 介紹反滲透、納濾、超濾、微濾等膜分離技術的基本原理、設備結構和應用領域。 其他分離技術： 簡要介紹氣液分離（如鏇風分離器、濕式除塵器）、固液分離（如沉降、過濾、離心分離）、固氣分離（如袋式除塵器）等。 第十一章：粉碎與篩分 粉碎目的與設備： 介紹粉碎的目的（提高反應速率、便於輸送儲存、改善産品質量等），以及各類粉碎設備（如顎式破碎機、球磨機、雷濛磨、剪切式粉碎機）的工作原理、適用物料和操作特點。 粉碎過程的能量消耗： 講解邦德定律、裏希特定律等，分析粉碎過程中的能量消耗與效率。 篩分原理與設備： 闡述篩分的物理原理，介紹各種類型的篩子（如振動篩、滾筒篩、傾斜篩）的結構、工作方式和應用。 篩分效率與操作： 分析影響篩分效率的因素，並介紹如何優化篩分操作以獲得所需粒度分布的産品。 第十二章：混閤與攪拌 混閤目的與類型： 介紹混閤的目的（提高傳質傳熱效率、使反應物均勻分布、懸浮固體等），並區分液-液混閤、固-液混閤、氣-液混閤等類型。 攪拌設備： 詳細介紹不同類型的攪拌器（如槳式、渦輪式、推進式、錨式）及其葉輪結構，分析其在不同流體粘度與混閤要求下的適用性。 混閤過程的評價指標： 介紹混閤均勻度、混閤時間等評價指標，並講解如何通過實驗測定。 功率消耗與放大： 分析攪拌功率的計算，以及攪拌器從模型到工業規模的放大方法。 第十三章：固-液分離 過濾： 詳細介紹過濾的原理，區分恒壓過濾與恒速過濾。介紹闆框壓濾機、帶式過濾機、真空過濾機等不同過濾設備的工作原理、操作特點和適用範圍。分析濾餅的性質對過濾效率的影響。 沉降： 講解重力沉降、離心沉降的原理。介紹沉降槽、離心機等設備，分析其分離效率。 絮凝與澄清： 介紹絮凝劑的作用機製，以及在固液分離中的應用。 第十四章：乾燥 乾燥基本原理： 闡述物質中的水分蒸發與擴散機製，引入傳質與傳熱的耦閤作用。 乾燥麯綫： 詳細分析恒速和降速乾燥階段的特徵，以及臨界含水率的概念。 乾燥設備： 介紹各種類型的乾燥設備，如烘箱、帶式乾燥機、噴霧乾燥機、流化床乾燥機、真空乾燥機等，分析其工作原理、結構特點、適用物料及優缺點。 乾燥過程的優化： 討論影響乾燥速率的因素，如溫度、濕度、氣流速度、物料性質等，並提齣優化乾燥過程的建議。 第四篇：過程控製與安全 本篇將關注化學過程的自動化控製與安全生産。 第十五章：化學過程的自動化控製 控製係統的基本組成： 介紹控製器、傳感器、執行器等組成部分，以及反饋控製、前饋控製等基本控製策略。 儀錶與傳感器： 介紹溫度計、壓力計、流量計、液位計等常用儀錶的工作原理和選型。 控製器類型： 講解比例（P）、積分（I）、微分（D）控製及其組閤（PID）的原理和應用。 控製迴路的穩定性與響應： 分析控製迴路的響應特性，如超調量、衰減比等，並介紹根軌跡、伯德圖等分析工具。 典型過程的控製： 以溫度控製、壓力控製、流量控製、液位控製為例，講解實際過程的控製方案設計。 第十六章：化學過程安全 危險性辨識與評估： 介紹化學品的危險特性（易燃、易爆、毒性、腐蝕性等），以及 HAZOP、FMEA 等危險性分析方法。 工藝安全設計： 強調在設計階段就融入安全理念，包括設備選型、材料選擇、防爆設計、泄壓裝置等。 火災與爆炸的預防： 講解防火防爆措施，如惰性化、通風、靜電消除、火災報警與滅火係統。 化學品泄漏的控製與應急響應： 介紹泄漏預防措施，以及泄漏發生後的應急處理程序，包括圍堵、收集、處理和人員疏散。 操作安全規程： 強調操作人員的培訓、個人防護裝備（PPE）的使用、安全檢查與記錄的重要性。 環境安全： 討論化學過程對環境的影響，包括廢氣、廢水、固體廢物的處理與排放控製，以及綠色化學原則的應用。 第五篇：化學工程的應用與展望 第十七章：化學工程在不同工業領域的應用 石油化工： 煉油、乙烯、芳烴等過程的設計與操作。 能源工程： 化石燃料的轉化、可再生能源（如生物質能、氫能）的利用。 材料科學： 高分子材料、納米材料、復閤材料的閤成與加工。 製藥與生物工程： 藥物閤成、生物發酵、基因工程等過程。 環境保護： 汙染物控製、廢水處理、大氣汙染防治。 食品工程： 食品加工、保鮮、分離等過程。 第十八章：化學工程的未來發展 綠色化學與可持續發展： 強調環境友好型工藝、可再生資源的利用、減少廢物排放。 過程強化技術： 探索微反應器、膜反應器、超臨界流體技術等創新工藝。 過程集成與優化： 利用先進的數學建模與仿真工具，實現能量與物料的優化配置。 智能製造與人工智能： 探索大數據、機器學習在過程優化、故障診斷、安全預警中的應用。 交叉學科發展： 展望化學工程與其他學科（如材料、生物、信息、物理）的融閤，催生新的技術與應用。 本書通過係統性的理論講解、豐富的工程實例、詳實的算例分析，旨在幫助讀者構建一個堅實的化學工程知識框架，激發對化學工程領域的興趣，並為未來深入學習和投身於這一充滿挑戰與機遇的學科做好充分準備。

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