北京大学基础课教材 化学工程基础 温瑞媛严世强江洪翟茂林编著 HUAXUE GONGCHENG JICHU 2 4 北京大学出版社
内容简介 本书是参照综合大学应用化学和化学专业的化 工基础教学大纲，并结合作者多年教学实践经验编 写而成的。 本书包括流体流动、热量传递、传质分离和化学 反应工程四章，每章后均附有精心选编的习题。基 于本书的读者主要为理科学生，在阐述化工过程原 理时，特别注意揭示化工过程的内在规律，如动量传 递、热量传递和质量传递机理的相似性及类似律等。 书中还注意突出工程学特有方法，如对量纲分析法 等内容的介绍，详细叙述了它们的来龙去脉。本书 在绪论中简介了化工过程开发知识，在传质分离一 章增加了膜分离过程，并在化学反应工程的基本原 理一章中增加了生化反应工程基础。书后附录中有 参考文献、中英文对照的化工专业术语、习题参考答 案及需要经常使用的各类附表。 本书可作为综合性大学、师范院校应用化学和 化学专业的化学工程基础教材或教学参考书。 CAAb0?
前言 本书是根据新的理科大学化工基础教学大纲和近年教材建设会议精神，结合多年教学实 践经验编写的理科大学应用化学和化学专业的化学工程基础教材。在编写中既注意了理科学 生探究机理的钻研习惯，又注意突出了有别于基础理论学科的工程学特点。较以往教材增加 了深度，扩充了内容。例如增加了流体粘性本质和规律的阐述，三种传递过程机理的相似性及 类似律的推导，以及内外扩散对催化反应的影响等进一步揭示化工过程的内在规律。又如，重 点阐述了工程学特有的方法，像对影响因素极复杂的工程实践往往无法列出数学表达式或式 子太复杂无法求解而产生的量纲分析法（黑箱法），以及类似律法、流动模型法和传质单元法 等，引导理科学生注意学习另一类解决问题的方法，启迪思维，开阔视野。另外，还增加了新型 分离方法一膜分离过程，以及生化反应工程基础。同时，也注意将工程学的实践性和经济观 点贯穿始终。书末还列了书中涉及到的化工专业术语的英汉、汉英对照表，便于学生查阅国外 资料，及时学习、了解学科新动态。 鉴于学习化工过程开发知识对理科学生是重要的，但因受学时数的限制难以单独开课，我 们就将其编写在绪论中，以简介给学生起到引路作用。 通过对课程内容的学习，学生不仅能对化工过程有了理性认识，而且拓展了解决问题的思 路，进而了解科研成果产业化过程中可能遇到的问题和解决途径，有了和工程师合作开发的共 同语言。 鉴于不同专业对课程内容的要求有所不同，授课老师可按专业要求和学时数有所侧重和 详略 本书由北京大学的温瑞媛、江洪、翟茂林和兰州大学的严世强编写，由温瑞媛主编。其中 流体流动和热量传递部分由温瑞媛编写，传质分离的精馏部分和中英文对照专业术语由翟茂 林编写，传质分离的其余部分和绪论由江洪编写，化学反应工程部分由严世强编写。 在本书即将面世之际，编者感谢北大原技物系历届领导，由于他们对化工课程建设的重视 和支持，我们成功地开设了化工基础、工程制图课，建成并逐渐完善了实验教学基地 化工 实验室，现在又编写出版了新教材，使得化工课程的建设完成了阶段任务。感谢本书责任编辑 赵学范编审为本书的出版付出的辛劳。也感谢高宏成教授的热忧鼓励和叶宪曾教授的严谨审 核。 由于作者水平有限，书中若有错误与不当之处，恳请读者批评指正。 2001年10月 3
目 录 绪论. (1 0.1化工技术学科的发展 (1) 0.2 化工基础课的内容和学习目的 0.3化工过程开发. (2) 第1章流体的流动及输送 1,1流体概述 (8) 1.1流体的特性. 1.1.2 连续介质假设. 1.1.3流体的易流动性和粘性 (9) 1.1.4定态流动和非定态流动 (9) 1.2流体静力学 (9) 1.2.1流体的密度 (9) 1.2.2 流体的静压强. (10) 1.2.3流体静力学基本方程 (11) 1.2.4 流体静力学基本方程的应用 (12) 1.3流体在管内流动的基本方程 (15) 1.3.1流量和流速 (15) 1.32连续性方程 (16) 1.3.3 柏努利方程 (17) 1.3.4 动量衡第方程 (20) 1.3.5基本方程的应用举例 (20) 1.4流体的流动现象. (23) 141牛扬性定理与流体的粘度 (23) 1.4.2 两种流动型态和雷诺准数 (24) 143 层流和黹流的特征 (25) 1.4.4 流体流动中的剪应力和动量传递 ”4” (28) 1.4.5边果层概念 (29) 1.5流体在管内的流动阻力损失 (30) 1.5.1 圆形直管阻力损失计算通式 (30) 152 层流时的阻力损失 (31) 1.5.3 湍流阻力损失与量纲分析法 (31) 1.5.4局部阻力损失. 35) 1.5.5 阻力损失计算式的应用 乌氏粘度计 (37) 1.6管路计算. (38) 1.6.1 简单管路， (38) 1
化学工程基础 16.2分支管路.44. 1.6.3 并联管路 (40 1.7流速和流量的测址 (41) 1.7.1测速管 (41 1.7.2 孔板流量计和文丘里流量计 (42) 1.7.3转子流量计. (44) 1.8流体输送机械 (451 1.8.1离心泵. (46) 1.8.2往复系和往复压缩机简介 (51) 1.8.3几种化工用泵简介. (53) 习题 (54) 第2章热量传递 (S9) 2.1概述 (59) 2.1.1传热的基本方式 (59) 2.12 传热中冷、热流体的接触方式. (60) 2.1.3 载热体及其选择 (60) 2.2热传导 (61) 2.2.1傅里叶定律 (61) 2.2.2 导热系数. (62) )23平壁稳定执传已 (63) 2.2.4图简壁导热. (65) 2.3对流传热. (67) 2.3.1对流传热机理 (67) 2.3.2对流传热速率 (69) 2.4,传热系数经验关联式 (70 2.4.1以量纲分析法为基瑞的实验方法. (71) 2.4.2热量和动量传递的比拟法 类似律 (74) 2.5传热过程的计算. (79) 2.5.1热量衡算. (79) 2.5.2总传热速率方程.， (80) 2.53总传执系数 (81) 2.5.4 传热平均温度差 (83) 2.5.5换热器传热计第举例. (86) 2.6换热器 (89 2.6.1间壁式换热器. (89) 2.6.2换热器传热过程的强化 (92) 习题 (93) 第3章传质分离过程 (96) 3.1传质过程的机理及传质设备 (96)