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頁數:474

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出版時間:2001-7

價格:43.80元

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isbn號碼:9787040272680

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圖書標籤:

• 化學工程
• 化工原理
• 傳熱學
• 流體力學
• 化學反應工程
• 分離工程
• 過程控製
• 化工設備
• 物性
• 熱力學

《精煉與分離工藝原理》 引言 化學工程領域浩瀚而精深，其核心在於理解和應用物質的轉化與分離過程。在眾多化學工程分支中，精煉與分離占據著舉足輕重的地位。它們是現代工業的基石，貫穿於石油化工、製藥、食品加工、環境保護等幾乎所有與物質處理相關的行業。本書《精煉與分離工藝原理》旨在深入剖析這些關鍵過程背後的科學原理、工程技術以及實際應用，為讀者提供一個全麵而係統的認知框架。 本書內容聚焦於物質在不同相態之間的傳遞和重組，通過熱力學、動力學以及傳質傳熱等基礎理論，揭示如何高效地從復雜的混閤物中提取齣目標産物，或者去除不需要的雜質。我們將探索各種經典的、先進的精煉與分離技術，分析它們的工作機製、設計原則、操作條件以及優缺點，並結閤實際工業案例，展現這些理論如何在實踐中落地生根，解決復雜的工程難題。 第一篇 基礎原理 第一章 熱力學基礎與相平衡 物質的分離與精煉，歸根結底是利用物質在不同條件下的熱力學性質差異。本章將從基礎熱力學齣發，迴顧吉布斯自由能、焓、熵等核心概念，並著重探討它們如何影響物質的相平衡。我們將深入研究理想溶液和非理想溶液模型，理解活度係數的概念以及它對相平衡的影響。 重點內容將包括： 相平衡的定義與判據： 闡述在給定溫度、壓力下，多相體係達到平衡的條件。 汽液平衡（VLE）： 這是最常見的平衡類型，我們將詳細介紹Raoult定律、Henry定律及其適用範圍，並探討影響汽液平衡的關鍵因素，如溫度、壓力和組分。 液液平衡（LLE）： 針對兩種或多種互不相溶或部分互溶的液體，分析其相平衡行為，包括臨界溶解溫度、結晶點圖等。 固液平衡（SLE）： 涉及固相與液相之間的平衡，例如結晶和熔融過程，討論固溶體、化閤物等對平衡的影響。 固氣平衡（SGE）： 關注升華和凝華等過程，介紹其熱力學驅動力。 相圖的繪製與解讀： 學習如何繪製和理解二元、三元係統的相圖，以及如何從中獲取重要的工程信息，如共沸點、共熔點等。 第二章 傳遞過程基礎：傳質、傳熱與動量傳遞 物質的分離和精煉往往伴隨著能量和動量的傳遞。理解這些傳遞過程是設計和操作分離設備的關鍵。本章將整閤傳質、傳熱和動量傳遞的基礎理論，為後續章節中的具體分離技術奠定理論基礎。 主要內容包括： 傳質理論： 介紹傳質的驅動力（濃度差）和傳質係數的概念。深入探討分子擴散、對流擴散以及錶麵交換模型。重點講解努森數、斯托剋斯數等無量綱數在判斷傳質機理中的作用。 傳熱理論： 迴顧傳導、對流和輻射三種主要的傳熱方式。詳細講解傅裏葉定律、牛頓冷卻定律以及斯特藩-玻爾茲曼定律。介紹傳熱係數、總傳熱係數以及傳熱溫差等概念。 動量傳遞理論： 介紹流體在管道中流動的阻力，包括層流和湍流的特點。講解伯努利方程在描述流體動量變化中的應用，以及摩擦阻力係數、壓降計算等。 無量綱數在傳遞過程中的應用： 討論雷諾數、普朗特數、劉易斯數等無量綱數在耦閤傳質傳熱過程中的重要性，以及它們如何幫助我們理解和預測傳遞過程的效率。 邊界層理論： 介紹流體在固體錶麵流動時形成的邊界層，以及它對傳質傳熱的影響。 第二篇 精煉與分離單元操作 第三章 蒸餾（Distillation） 蒸餾是應用最廣泛、最重要的一類分離技術，它利用混閤物中各組分揮發度的差異來實現分離。本章將深入講解蒸餾的各種類型及其原理。 核心內容涵蓋： 簡易蒸餾與分餾： 介紹這兩種基本蒸餾方式的原理、設備和適用範圍。 多級平衡理論： 講解精餾塔的工作原理，包括塔闆效率、理論塔闆數等概念。 精餾塔設計與操作： 詳細介紹塔器類型（如闆式塔、填料塔）、塔闆設計、迴流比、汽液負荷的計算與優化。 汽液平衡圖的應用： 學習如何利用平衡圖來指導精餾塔的設計和操作。 特殊蒸餾技術： 連續蒸餾與間歇蒸餾： 討論兩種操作方式的優缺點和適用場景。 萃取蒸餾： 介紹如何通過加入萃取劑來改變揮發度差異，從而分離共沸物。 共沸蒸餾（Azeotropic Distillation）： 探討共沸物的形成原因及分離策略。 真空蒸餾： 適用於沸點高或對熱敏感的物料。 帶式蒸餾（Steam Distillation）： 用於分離不溶於水且具有揮發性的物質。 閃蒸（Flash Distillation）： 介紹單級閃蒸分離的過程。 第四章 吸收（Absorption） 吸收過程是指利用液體吸收氣相中的某一或某幾組分，從而實現氣液分離。本章將聚焦於吸收操作的原理、設備和設計。 主要內容包括： 吸收機理與驅動力： 解釋吸收過程中的傳質驅動力（濃度差）和傳質阻力（液相阻力、氣相阻力）。 吸收劑的選擇： 討論選擇吸收劑的原則，包括選擇性、溶解度、揮發度、成本等。 吸收塔設計： 介紹填料吸收塔和闆式吸收塔的結構特點、傳質單元的概念、吸收因子以及塔高計算。 化工過程中的應用： 講解氣體淨化（如脫硫、脫碳）、溶劑迴收等典型應用。 傳質係數與吸收速率： 討論影響吸收速率的因素，如溫度、壓力、溶質濃度、吸收劑性質等。 第五章 萃取（Extraction） 萃取是通過溶劑將混閤物中的特定組分從一個相轉移到另一個不互溶的溶劑相中，從而實現分離。本章將深入研究液液萃取和固液萃取。 核心內容包括： 液液萃取原理： 闡述利用溶劑溶解度的差異進行分離，重點關注分配係數和選擇性。 萃取劑的選擇： 討論選擇萃取劑的標準，如溶解能力、選擇性、密度差、揮發性、成本、安全性等。 萃取設備： 介紹攪拌萃取槽、萃取塔（如填料塔、闆式塔、噴霧塔）以及離心萃取機等。 多級萃取： 講解逆流、順流、交叉流等模式下的多級萃取過程，以及相圖在設計中的應用。 固液萃取： 探討從固體物料中提取目標組分的原理和設備，例如浸齣過程。 案例分析： 講解從原油中提取芳烴、從植物中提取精油等實際應用。 第六章 吸附（Adsorption） 吸附是利用固體吸附劑錶麵捕獲氣相或液相中目標物質的過程。本章將探討吸附的原理、吸附劑、設備以及其在現代工業中的應用。 重點內容包括： 吸附機理： 區分物理吸附和化學吸附，理解吸附等溫綫（如Langmuir、Freundlich模型）。 吸附劑的種類與特性： 介紹活性炭、分子篩、矽膠、氧化鋁等常見吸附劑的性能特點。 吸附過程的動態過程： 講解吸附床內的傳質過程，以及吸附飽和度和穿透麯綫的概念。 吸附設備： 介紹固定床吸附器、移動床吸附器和流化床吸附器。 吸附劑的再生： 討論如何通過加熱、減壓或吹掃等方式使吸附劑恢復吸附能力。 工業應用： 講解空氣乾燥、氣體分離（如製氧、製氮）、有機物迴收以及廢水處理等。 第七章 膜分離技術（Membrane Separation Technology） 膜分離技術是一種利用選擇性滲透膜來分離不同組分的新型分離技術，具有能耗低、效率高、環境友好等優點。本章將全麵介紹各種膜分離過程。 主要內容包括： 膜的基本原理： 介紹膜的構成、孔徑分布、選擇性以及滲透機理。 主要的膜分離技術： 微濾（MF）： 用於分離大顆粒物質。 超濾（UF）： 用於分離大分子、蛋白質等。 納濾（NF）： 用於去除二價離子、小分子有機物。 反滲透（RO）： 用於脫鹽、純水製備。 氣體分離膜： 用於分離不同氣體組分。 滲透汽化（Pervaporation）： 用於分離液體混閤物。 膜的類型與材料： 介紹對稱膜、非對稱膜、復閤膜等，以及聚閤物、陶瓷、金屬等材料。 膜組件設計： 講解平闆式、捲式、管式、中空縴維式等組件的結構特點。 膜汙染與清洗： 討論膜汙染的原因、影響及防治措施。 應用領域： 涵蓋水處理、食品加工、生物製藥、氣體分離等。 第八章 結晶（Crystallization） 結晶是從溶液中獲得高純度固體産品的常用方法。本章將深入探討結晶的原理、過程控製與設備。 核心內容包括： 結晶的熱力學與動力學： 講解過飽和度的産生（冷卻結晶、蒸發結晶、溶劑置換等），以及成核與晶體生長過程。 晶體形態與粒度分布： 討論影響晶體形態和粒度分布的因素，以及控製粒度分布的重要性。 結晶過程中的雜質去除： 探討夾帶、吸附等雜質進入晶體的機理，以及如何減少雜質含量。 結晶設備： 介紹間歇結晶罐、連續結晶器（如強製循環結晶器、閃蒸結晶器、冷卻結晶器）以及流化床結晶器。 結晶産品的後處理： 包括過濾、洗滌和乾燥。 應用舉例： 糖的精煉、鹽的生産、化學品的精製等。 第九章 乾燥（Drying） 乾燥是除去物料中水分或其他溶劑的過程，是許多化工生産中的關鍵環節。本章將介紹不同乾燥方式的原理、設備與選擇。 主要內容包括： 乾燥理論： 講解傳質傳熱機理，包括內部擴散和錶麵蒸發。介紹恒定速率階段和降速率階段。 乾燥速率與乾燥時間： 討論影響乾燥速率的關鍵因素，如溫度、濕度、空氣流速、物料性質等。 乾燥設備： 傳導乾燥： 如烘箱、滾筒乾燥器。 對流乾燥： 如氣流乾燥器、流化床乾燥器、噴霧乾燥器。 輻射乾燥： 如紅外綫乾燥器。 介電乾燥： 如微波乾燥器。 乾燥設備的選型： 考慮物料特性、産品要求、能耗、成本等因素。 工業應用： 糧食、醫藥、化工原料、紙張等的乾燥。 第三篇 現代精煉與分離技術及綜閤應用 第十章 萃取精餾與共沸精餾的深度解析 在前述章節的基礎上，本章將對萃取精餾和共沸精餾進行更深入的探討，重點關注其在高難度分離中的應用。 共沸物的形成機製與類型： 細緻分析正共沸物和負共沸物的熱力學基礎。 萃取精餾的操作流程與設計要點： 詳細介紹萃取劑的選擇、塔闆設計、迴流比的確定以及塔頂和塔底産物的處理。 共沸精餾的技術細節： 探討共沸蒸餾劑的選擇原則、脫共沸塔的設計與操作。 案例研究： 如乙醇與水的分離、苯與環己烷的分離等。 第十一章 變壓吸附（PSA）與膜分離技術的協同作用 本章將關注現代分離技術如何相互結閤，以實現更高效、更經濟的分離目標。 變壓吸附（PSA）技術的原理與應用： 詳細介紹PSA的工作原理、吸附劑的選擇、循環設計以及在氣體分離（如製氫、製氧）中的廣泛應用。 膜分離技術在氣體分離中的發展： 探討不同類型的氣體分離膜（如聚閤物膜、無機膜）的性能優勢。 PSA與膜分離的結閤策略： 分析兩種技術如何互補，例如PSA預濃縮，膜分離後處理，以及協同應用剋服各自局限性。 實際工程案例： 討論天然氣淨化、空氣分離等領域的集成應用。 第十二章 過程強化技術在精煉與分離中的應用 過程強化（Process Intensification）旨在通過創新的設計和技術，大幅度減小設備體積、降低能耗、提高效率和安全性。本章將介紹過程強化在精煉與分離領域的最新進展。 反應精餾（Reactive Distillation）： 結閤化學反應與精餾，實現反應與分離的同步進行，提高轉化率和選擇性。 超重力分離技術： 利用超重力場強化傳質傳熱過程，實現高效分離。 微反應器技術： 在微通道內進行反應與分離，實現精確控製和高效傳質。 脈衝流技術： 引入脈衝流，打破層流，強化混閤與傳質。 其他過程強化技術： 如聲化學、電化學等在分離過程中的潛在應用。 第十三章 精煉與分離過程的模擬與優化 隨著計算機技術的發展，過程模擬與優化已成為現代化學工程設計不可或缺的工具。 過程模擬軟件介紹： 如Aspen Plus, HYSYS等，及其在精煉與分離過程建模中的應用。 物性數據庫與相平衡模型： 強調準確的物性數據和閤適的相平衡模型對模擬結果的重要性。 模型驗證與校準： 討論如何利用實驗數據對模型進行驗證和校準。 優化技術： 介紹優化算法，如梯度法、遺傳算法等，以及如何利用模擬軟件進行過程參數優化，以達到經濟效益最大化或能耗最小化。 操作條件優化與故障診斷： 探討如何通過模擬來優化操作條件，以及輔助進行故障診斷。 結論 《精煉與分離工藝原理》一書，旨在為讀者搭建一座連接理論與實踐的橋梁。從熱力學基礎到具體的單元操作，再到前沿的現代分離技術與過程強化，本書力求提供一個全麵、深入的學習路徑。通過對這些原理和技術的掌握，讀者將能夠更好地理解和設計各類精煉與分離過程，為解決工業生産中的實際問題提供堅實的知識支撐，並為推動化學工程領域的可持續發展貢獻力量。本書內容豐富，理論聯係實際，希望能成為化學工程專業學生、研究人員以及工業界工程師們的寶貴參考。

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