化学工程手册 第二卷 第三版 2019年版

化学工程手册.第1卷（第三版） 作者： 袁渭康，王静康，费维扬，欧阳平凯 著 出版时间：2019 内容简介 作为化学工程领域标志性的工具书，本次修订秉承“继承与创新相结合”的编写宗旨，分5卷共30篇全面阐述了当前化学工程学科领域的基础理论、单元操作、反应器与反应工程以及相关交叉学科及其所体现的发展与研究新成果、新技术。在前版的基础上，各篇在内容上均有较大幅度的更新，特别是加强了信息技术、多尺度理论、微化工技术、离子液体、新材料、催化工程、新能源等方面的介绍。本手册立足学科基础，着眼学术前沿，紧密关联工程应用，全面反映了化工领域在新世纪以来的理论创新与技术应用成果。 本手册可供化学工程、石油化工等领域的工程技术人员使用，也可供相关高等院校的师生参考。 目录 第1篇化工基础数据 1引言1-2 1.1化工数据概述1-2 1.2化工数据内容范围1-2 1.3化工数据查找指南1-4 2纯物质基本物性1-6 2.1沸点1-6 2.1.1沸点常用数据源1-6 2.1.2沸点的估算方法1-6 2.2熔点1-20 2.2.1熔点常用数据源1-20 2.2.2熔点的估算方法1-20 2.3临界参数1-21 2.3.1临界参数数据源1-21 2.3.2临界参数的估算方法1-21 2.4偏心因子1-24 2.5微观参数1-25 2.5.1偶极矩1-25 2.5.2极化率1-25 2.5.3Lennard-Jones 12-6参数1-25 2.6定位分布贡献法估算物性1-26 参考文献1-27 3蒸气压和相变焓1-29 3.1数据源1-29 3.1.1蒸气压数据源1-29 3.1.2相变焓数据源1-37 3.2估算方法1-42 3.2.1蒸气压估算方法1-42 3.2.2蒸发焓的估算方法1-51 3.2.3熔化焓的估算方法1-62 3.2.4升华焓的估算方法1-63 3.2.5溶解焓（热）ΔsolH的估算方法1-63 参考文献1-64 4热化学数据1-66 4.1（比）热容1-66 4.1.1（比）热容数据源1-66 4.1.2（比）热容的估算方法1-77 4.2焓和熵1-84 4.2.1焓1-84 4.2.2熵1-84 4.3燃烧焓、生成焓、生成Gibbs自由能1-85 4.3.1燃烧焓1-85 4.3.2生成焓1-87 4.3.3生成Gibbs自由能1-91 参考文献1-98 5pVT及相平衡1-100 5.1纯液体pVT1-100 5.1.1纯液体密度数据源1-100 5.1.2利用关联式计算液体密度1-100 5.1.3纯液体密度的估算1-113 5.2混合液体pVT1-117 5.2.1混合液体密度数据源1-117 5.2.2混合液体密度估算（混合规则）1-117 5.3气体pVT1-118 5.4相平衡1-118 5.4.1VLE数据1-118 5.4.2GLE数据1-119 5.4.3LLE数据1-120 5.4.4SLE数据（或LSE）1-120 5.4.5辛醇/水分配系数1-120 参考文献1-121 6传递过程相关数据1-128 6.1黏度1-128 6.1.1常用气体黏度-温度关联式及其系数1-128 6.1.2空气的黏度1-131 6.1.3常用液体物质黏度关联式及其系数1-131 6.1.4黏度的估算方法1-134 6.2热导率1-144 6.2.1热导率数据源1-144 6.2.2热导率的估算方法1-149 6.3扩散系数1-151 6.3.1扩散系数数据源1-154 6.3.2扩散系数估算方法1-155 6.4表面张力1-157 6.4.1表面张力数据源1-157 6.4.2表面张力的估算方法1-160 参考文献1-161 符号说明1-163 第2篇化工数学 1数学基础及常用公式2-2 1.1数学模型、常数及计算用表2-2 1.2代数公式与不等式2-16 1.2.1代数式运算2-16 1.2.2二项式定理2-16 1.2.3数列2-16 1.2.4排列、组合2-17 1.2.5自然数之幂的求和公式2-18 1.2.6对数及其运算规律2-18 1.2.7合比、分比2-18 1.2.8待定型表2-19 1.2.9不等式2-19 1.3平面三角函数公式2-20 1.3.1角与三角函数2-20 1.3.2诱导公式2-21 1.3.3特殊角的三角函数值2-22 1.3.4三角恒等式2-22 1.3.5三角形边角关系及其解法2-24 1.3.6有关反三角函数的一些恒等式2-26 1.3.7三角函数值的近似计算2-26 1.4几何图形与初等几何2-27 1.4.1平面图形2-27 1.4.2立体图形2-32 1.4.3基本初等函数及其图形2-35 参考文献2-40 2代数2-41 2.1线性代数2-41 2.1.1行列式理论2-41 2.1.2线性方程组2-41 2.1.3矩阵代数2-43 2.1.4二次型2-44 2.1.5线性空间与线性变换简介2-44 2.1.6欧氏空间2-46 2.2矩阵分析2-47 2.2.1向量范数2-47 2.2.2矩阵范数2-47 2.2.3方阵的谱半径2-48 2.2.4用距离做样本间的分类2-48 2.2.5方阵函数与函数矩阵2-48 2.2.6在简单不可逆反应系统中的应用2-49 2.3矩阵计算2-50 2.3.1矩阵的列主元LU分解2-50 2.3.2由LU分解求解非奇异线性方程组2-50 2.3.3矩阵的QR分解2-51 2.3.4由QR分解求解矩阵特征值问题2-52 2.3.5矩阵的奇异值分解SVD2-52 2.3.6由SVD求解线性小二乘问题2-52 2.3.7化工案例2-53 参考文献2-54 3解析几何2-55 3.1平面解析几何2-55 3.1.1坐标系2-55 3.1.2直线2-56 3.1.3圆锥曲线2-57 3.1.4曲线与方程2-60 3.1.5参数方程2-61 3.2空间解析几何2-62 3.2.1坐标系2-62 3.2.2平面和直线2-64 3.2.3曲面2-65 3.2.4空间曲线2-68 3.2.5化工案例2-69 参考文献2-70 4微积分：微分、积分、无穷级数2-71 4.1微分学2-71 4.1.1导数的概念2-71 4.1.2复合函数的求导2-73 4.1.3函数的微分2-74 4.1.4偏导数与全微分2-75 4.1.5化工案例2-75 4.2一元函数的积分学2-77 4.2.1不定积分及其计算2-77 4.2.2定积分2-79 4.2.3微积分基本定理2-80 4.2.4化工案例2-81 4.3无穷级数2-82 4.3.1级数的概念2-82 4.3.2正项级数及其敛散性判别法2-83 4.3.3收敛与条件收敛2-84 4.3.4幂级数与泰勒展开2-84 4.3.5化工案例2-86 参考文献2-86 5微分方程与差分方程2-87 5.1常微分方程2-87 5.1.1绪论2-87 5.1.2一阶微分方程2-88 5.1.3高阶微分方程2-89 5.1.4一些特殊微分方程的例子2-92 5.2偏微分方程2-94 5.2.1输运方程：一阶拟线性偏微分方程2-95 5.2.2二阶拟线性偏微分方程及其典型代表2-95 5.2.3一些常用解法2-96 5.3差分方程2-100 5.3.1有限差分运算与差分方程基本概念2-100 5.3.2线性差分方程求解2-101 5.3.3非线性差分方程：Riccati差分方程2-104 参考文献2-104 6积分方程与积分变换2-105 6.1复变函数理论2-105 6.1.1复变函数的导数2-105 6.1.2解析函数与奇点2-105 6.1.3复变函数的积分2-106 6.1.4留数理论2-108 6.2积分方程2-109 6.2.1基本概念2-109 6.2.2积分方程的解法2-111 6.3积分变换2-113 6.3.1傅里叶变换的概念2-114 6.3.2傅里叶变换的性质2-115 6.3.3卷积定理2-116 6.3.4傅里叶变换在化学与化工中的应用2-116 6.3.5拉普拉斯变换的定义2-117 6.3.6拉普拉斯变换的性质2-117 6.3.7卷积定理2-119 6.3.8拉普拉斯变换在化学与化工中的应用2-119 6.3.9z变换2-121 参考文献2-122 7随机对象的处理与分析方法2-123 7.1概率基础2-123 7.1.1随机事件与概率2-123 7.1.2抽样数据的“描述统计”和随机变量的“概率分布”2-125 7.2统计推断2-137 7.2.1随机样本统计量及分布2-137 7.2.2参数估计2-140 7.2.3假设检验2-143 7.2.4回归分析2-146 7.3试验的设计与分析2-154 7.3.1方差分析2-155 7.3.2析因试验设计2-158 7.3.3试验的分批与混杂现象2-163 7.3.4部分析因试验设计与因子的别名现象2-168 7.3.5正交试验设计2-172 7.4随机过程与随机分析2-175 7.4.1随机过程2-175 7.4.2白噪声与随机微积分2-177 7.4.3Ito公式与随机微分方程2-181 7.5随机模拟2-183 7.5.1随机变量的模拟方法2-184 7.5.2随机模型模拟法2-192 参考文献2-195 8常微分方程数值解2-196 8.1常微分方程初值问题的数值解法2-196 8.1.1Euler方法2-196 8.1.2Runge-Kutta方法2-197 8.1.3算法的稳定性2-199 8.1.4刚性问题2-200 8.1.5微分代数系统2-201 8.2常微分方程边值问题2-202 8.2.1有限差分法2-202 8.2.2正交配置法2-204 8.2.3Galerkin有限元法2-204 参考文献2-205 9化方法2-206 9.1化问题及性条件2-206 9.1.1化问题2-206 9.1.2性条件2-207 9.2化算法2-208 9.2.1非线性规划问题算法2-208 9.2.2线性规划问题算法2-213 9.2.3整数规划问题算法2-215 9.2.4智能优化算法2-218 参考文献2-221 10图论2-222 10.1图论的基本概念2-222 10.1.1图的定义与矩阵表示2-222 10.1.2路、连通与树2-223 10.1.3平面图2-225 10.1.4化学图2-226 10.1.5具体案例：图论解析化学反应体系——电镀过程中的氢电极反应2-227 10.2分子图的拓扑指标2-228 10.2.1引言2-228 10.2.2Randic指标2-230 10.2.3Hosoya指标和Merrifield-Simmons指标2-231 10.2.4Wiener指标2-232 10.3过程系统的结构分析2-233 10.3.1引言2-233 10.3.2系统分隔的树搜索法2-235 10.3.3甲醇合成系统的分隔2-235 参考文献2-238 11量纲分析2-239 11.1量纲齐次原则2-239 11.2π定理及其应用2-241 11.3应用举例2-241 参考文献2-244 12张量与连续介质力学2-245 12.1张量初步2-245 12.1.1张量的定义2-245 12.1.2逆变张量、协变张量和混合张量的定义2-245 12.1.3张量代数2-246 12.2连续介质力学2-247 12.2.1连续介质2-247 12.2.2动力学（运动）方程式2-248 12.3流体2-249 12.3.1牛顿流体2-249 12.3.2非牛顿流体2-250 12.3.3非牛顿流体物质函数的连续介质力学描述2-250 参考文献2-251 13拓扑方法2-252 13.1拓扑空间与连续映射2-252 13.1.1拓扑空间2-252 13.1.2连续映射与同胚映射2-252 13.2几个重要的拓扑性质2-253 13.2.1连通性2-253 13.2.2紧致性2-254 13.2.3拓扑性质与同胚2-255 13.2.4具体应用2-255 13.3同伦2-255 13.3.1引言2-255 13.3.2映射的同伦2-256 13.3.3多相反应混合物相图分析、共沸混合物的计算2-256 参考文献2-257 14元胞自动机2-258 14.1元胞自动机概述2-258 14.1.1引言2-258 14.1.2一维元胞自动机的定义2-259 14.1.3二维元胞自动机的定义2-260 14.1.4高维元胞自动机的定义2-261 14.2元胞自动机的应用2-262 14.2.1引言2-262 14.2.2生命游戏2-262 14.2.3元胞自动机在化学工程中的应用2-263 参考文献2-263 第3篇化工热力学 1引论3-2 1.1沿革3-2 1.2热力学常用术语3-2 1.2.1系统和环境3-2 1.2.2状态和状态函数3-3 1.2.3过程3-3 1.2.4热力学标准状态3-3 1.2.5本篇若干符号规定3-4 1.3解决实际问题的框架3-4 参考文献3-5 2热力学基本定律3-7 2.1热力学第零定律3-7 2.2热力学定律3-7 2.2.1定律对化学反应的应用3-8 2.2.2定律对敞开系统的应用3-9 2.3热力学第二定律3-10 2.4热力学第三定律3-14 3热力学关系式3-15 3.1热力学基本方程3-15 3.1.1热力学偏导数关系式3-16 3.1.2Maxwell关系式3-17 3.1.3Gibbs-Helmholtz方程3-17 3.2用pVT和Cp表达热力学偏导数3-17 3.3偏摩尔量和Gibbs-Duhem方程3-19 3.3.1偏摩尔量3-19 3.3.2偏摩尔量和总体摩尔量的关系3-20 3.3.3Gibbs-Duhem方程3-21 3.4平衡判据和相律3-22 3.4.1平衡判据3-22 3.4.2相律3-23 3.5稳定性判据3-23 3.6逸度和逸度系数3-29 3.6.1逸度3-29 3.6.2逸度系数3-30 3.7偏离函数和剩余函数3-31 3.7.1以p、T为独立变量表达偏离函数和剩余函数3-32 3.7.2以V、T为独立变量表达偏离函数和剩余函数3-32 3.8活度和活度系数3-33 3.8.1理想溶液3-33 3.8.2活度3-35 3.8.3活度系数3-36 3.9混合函数和过量函数3-38 3.10缔合系统的热力学3-40 3.10.1缔合系统的化学位3-41 3.10.2缔合平衡常数3-42 3.11电解质溶液的热力学3-43 3.11.1电解质溶液的活度和活度系数3-44 3.11.2电解质溶液的渗透压和渗透系数3-48 3.11.3活度系数和渗透系数间的关系3-49 3.11.4电解质溶液的过量函数3-50 3.12多分散系统的连续热力学3-52 3.12.1多分散系统的偏摩尔量3-54 3.12.2多分散系统的化学位、逸度和活度3-56 3.12.3多分散系统的相平衡3-56 3.12.4多分散系统的稳定性判据3-57 参考文献3-58 4实验数据和分子热力学模型3-60 4.1实验数据综述3-60 4.2物性和热化学数据的估算3-60 4.2.1临界点、沸点、凝固点的估算3-61 4.2.2热化学数据的Benson基团贡献法3-62 4.2.3溶解度参数的估算3-63 4.3过量函数（活度系数）模型3-65 4.3.1Wohl型过量函数（活度系数）模型3-65 4.3.2局部组成型过量函数（活度系数）模型3-68 4.3.3过量函数（活度系数）的估算3-73 4.4电解质溶液的过量函数（活度系数）模型3-77 4.4.1Debye-Huckel模型3-77 4.4.2Pitzer模型3-77 4.4.3局部组成模型3-78 4.4.4电解质溶液的积分方程理论和微扰理论3-80 4.5高分子系统的混合亥姆霍兹函数模型3-81 4.5.1Flory-Huggins模型3-81 4.5.2修正的Freed模型3-82 4.5.3LSAFT模型3-82 4.5.4随机共聚物的混合亥姆霍兹函数模型3-83 4.5.5高分子系统的COSMO法3-83 4.6pVT状态方程3-84 4.6.1维里方程3-84 4.6.2立方型方程3-86 4.6.3立方型方程的混合规则3-88 4.6.4多参数方程3-90 4.6.5基于微扰理论的状态方程3-91 4.7对应状态原理3-94 4.7.1两参数对应状态方法3-94 4.7.2三参数对应状态方法3-95 4.7.3量子流体的对应状态方法3-97 4.7.4对应状态原理的混合规则3-97 4.8缔合系统的状态方程3-99 4.8.1基于缔合平衡的状态方程3-99 4.8.2基于统计缔合理论的状态方程3-100 4.9高分子系统的状态方程3-103 4.9.1胞腔模型3-103 4.9.2格子流体模型3-104 4.9.3自由连接链状态方程3-105 参考文献3-108 5过程的热力学性质计算3-113 5.1恒温过程3-115 5.2绝热过程3-115 5.3恒焓过程3-117 5.4多变过程3-117 6过程的热力学分析3-119 6.1能量衡算3-119 6.2理想功和功损失3-120 6.2.1封闭系统的理想功和功损失3-120 6.2.2敞开系统稳流过程的理想功和功损失3-121 6.3有效能和有效能分析3-122 参考文献3-124 7相平衡计算3-125 7.1气液平衡计算3-126 7.1.1泡点计算3-126 7.1.2露点计算3-127 7.1.3闪蒸计算3-128 7.2液液平衡计算3-129 7.3液固平衡计算3-129 7.4电解质溶液的相平衡计算3-130 7.5多分散系统的相平衡计算3-131 7.5.1具有简单分布函数的系统3-131 7.5.2具有任意分布函数的系统3-133 7.6高分子溶液的相平衡计算3-135 7.7气液相平衡计算——由T、p、x推算y3-139 7.8热力学一致性检验3-142 参考文献3-144 8化学平衡3-146 8.1标准平衡常数3-146 8.1.1气相化学反应3-146 8.1.2多相化学反应3-147 8.1.3溶液化学反应3-148 8.2由热力学性质计算标准平衡常数3-151 8.2.1利用标准生成焓、标准熵和标准恒压热容计算3-151 8.2.2利用标准生成吉布斯函数、标准生成焓和标准恒压热容计算3-151 8.3平衡组成的计算3-152 8.3.1一般化学反应3-152 8.3.2溶液化学反应3-153 8.4各种因素对平衡组成的影响3-153 8.4.1一般化学反应的压力影响3-153 8.4.2溶液化学反应的压力影响3-154 8.4.3温度影响3-154 8.5多个化学反应同时存在时的平衡3-154 8.5.1平衡常数法3-155 8.5.2小吉布斯函数法3-155 8.6化学反应的方向和限度，等温方程3-156 参考文献3-158 9界面与吸附现象的热力学3-159 9.1吸附量3-159 9.1.1Guggenheim法3-159 9.1.2Gibbs法3-159 9.2界面热力学3-160 9.2.1热力学基本方程3-160 9.2.2平衡判据3-161 9.2.3Laplace方程3-162 9.2.4Kelvin方程3-163 9.2.5界面化学位3-163 9.2.6Gibbs吸附等温式3-164 9.3混合物的界面张力3-164 9.3.1界面化学位法3-165 9.3.2Gibbs-Duhem方程法3-165 9.3.3实用的界面张力模型3-166 9.4分子热力学模型3-167 9.4.1过量函数模型3-167 9.4.2界面状态方程3-167 9.4.3实用的吸附等温式3-168 9.5气固吸附平衡3-169 参考文献3-170 10电化学过程的热力学3-171 10.1两种电化学过程3-171 10.2电化学位3-172 10.3电池的电动势3-172 10.3.1电动势与活度的关系3-173 10.3.2电动势与平衡常数的关系3-173 10.3.3电动势与温度的关系3-174 10.3.4电化学过程的有效能3-174 10.4膜电位与Donnan平衡3-174 11不可逆过程的热力学3-176 11.1基本假定3-176 11.1.1局部平衡假定3-176 11.1.2不完全平衡假定3-176 11.2熵流和熵产生3-177 11.2.1离散系统的熵产生率3-177 11.2.2连续系统的熵产生率3-179 11.3广义推动力和广义通量3-179 11.3.1通量和推动力间的关系3-179 11.3.2Onsager倒易定理3-180 11.4应用举例3-180 11.4.1动电现象3-180 11.4.2膜过程3-181 11.4.3连串反应的稳态3-183 参考文献3-184 符号说明3-185 第4篇流体流动 1流体流动的基本原理与基本方程4-2 1.1流体的物理属性4-2 1.2流体运动学4-4 1.2.1流动的分析描述4-4 1.2.2流动的几何描述4-4 1.2.3流体微团运动分析4-5 1.2.4流体运动的分类4-7 1.2.5二维流动与流函数4-7 1.3流体运动的守恒原理和宏观衡算4-8 1.3.1控制体和控制面4-8 1.3.2质量守恒4-8 1.3.3能量守恒4-9 1.3.4动量守恒4-14 1.3.5动量矩守恒4-16 1.4流体运动微分方程4-17 1.4.1连续性微分方程4-17 1.4.2理想流体动量守恒微分方程4-17 1.4.3黏性流体动量方程——应力形式4-18 1.4.4奈维-斯托克斯（Navier-Stokes）方程4-18 1.4.5运动方程的定解条件与无滑移条件4-19 1.5奈维-斯托克斯方程的解4-19 1.5.1精确解4-20 1.5.2近似解4-21 1.5.3数值解4-23 1.6流体动力相似与相似律4-23 1.7层流与湍流及临界Re数4-24 1.8流动可视化与流动测量4-25 参考文献4-26 2有旋流动与无旋流动4-28 2.1定义4-28 2.2涡旋运动特征4-28 2.3涡旋的产生、扩展与消失——黏性作用4-29 2.4典型涡旋流动——Euler方程或N-S方程解析解4-29 2.4.1二维无黏涡旋4-29 2.4.2二维黏性涡旋，黏性效应：涡量扩散与能量耗散4-30 2.5无旋运动特征与速度势4-31 2.6无旋流理论的应用4-32 参考文献4-33 3边界层理论与外部绕流4-34 3.1边界层概念及平面上的边界层4-34 3.2曲面上的边界层及边界层分离4-37 3.3圆柱绕流4-39 3.3.1尾流边界层4-39 3.3.2尾流结构随Re变化4-40 3.4传热和传质边界层4-41 3.4.1传热边界层4-41 3.4.2传质边界层4-44 3.5高速边界层4-45 参考文献4-45 4湍流理论与实验观测4-46 4.1湍流基本特征4-46 4.2湍流运动基本方程4-46 4.3湍流半经验理论4-47 4.3.1Boussinesq湍流黏度4-47 4.3.2Prandtl 混合长4-48 4.3.3壁面湍流多层结构4-49 4.3.4圆管湍流速度分布4-49 4.3.5湍流边界层4-51 4.3.6自由湍流：射流4-52 4.4湍流统计理论及其应用4-54 4.4.1湍流统计特性参数4-54 4.4.2均匀湍流及Kolmogorov理论4-58 4.5剪切湍流拟序结构4-60 4.6湍流参数的实验测量4-62 4.6.1热丝流速仪4-62 4.6.2激光流速仪4-63 4.6.3粒子图像测速法4-63 4.6.4管流实验测定结果4-63 4.7流动控制4-64 参考文献4-65 5流动稳定性4-66 5.1两类不稳定：对流/不稳定4-66 5.2Benard涡和Benard对流4-66 5.3Marangoni对流和扩散对流4-67 5.4Taylor涡4-68 参考文献4-69 6流体阻力计算4-70 6.1流体阻力的分类和机理4-70 6.2管路阻力4-74 6.2.1管道与管件4-74 6.2.2管路进口段压力与剪切应力4-74 6.2.3直管阻力4-75 6.2.4局部阻力4-77 6.2.5非常规管道阻力计算4-80 6.2.6多孔管的阻力4-82 6.2.7非等温流动的阻力4-84 6.3管路计算4-84 6.3.1简单管路4-85 6.3.2复杂管路及管网4-88 参考文献4-93 7流体均布4-95 7.1流动均匀性的表示方法4-95 7.2改善流体均匀分布的方法4-96 参考文献4-99 8可压缩流动4-100 8.1气体流动的摩擦因子和能量方程4-100 8.2等温流动4-100 8.3绝热流动（等熵流动）4-101 8.4喷管中的气体流动4-101 参考文献4-103 9稀薄气体动力学4-104 9.1克努森数与低压下气体流动状态4-104 9.2流导、流量和抽气速率4-105 9.3黏滞流的流导4-106 9.4分子流的流导4-106 9.5过渡流的流导4-106 9.6管路及阀门的压降4-107 参考文献4-107 10非定常流4-108 10.1水锤4-108 10.2汽蚀4-108 参考文献4-109 11多孔介质中的流动4-110 11.1多孔介质结构4-110 11.2多孔介质中流动的基本定律、Darcy定律及其修正4-112 11.2.1代表性单元体积与体积平均速度4-112 11.2.2Darcy定律4-112 11.2.3Darcy 定律修正4-112 参考文献4-113 12气液两相流动4-114 12.1气泡/液滴动力学4-114 12.1.1气泡形成过程及影响气泡大小的因素4-114 12.1.2气泡上升速度及其运动4-117 12.1.3液滴阻力曲线与终端速度曲线4-124 12.1.4表面活性物质效应及其相关模型4-125 12.2液膜流动4-127 12.2.1基本特性4-127 12.2.2液膜流体动力学4-128 12.3管内气液两相流动4-130 12.3.1基本流动参数4-130 12.3.2基本流型4-132 12.3.3持料量4-136 12.3.4气液两相流动压降、两相模型4-140 参考文献4-146 13非牛顿流体的流动4-148 13.1按流变行为的分类4-148 13.1.1非牛顿流体的黏度4-148 13.1.2广义牛顿流体4-149 13.1.3依时性流体（触变性）4-151 13.1.4黏弹性流体4-151 13.2广义牛顿流体的管内流动4-151 13.2.1充分发展的层流流动4-151 13.2.2从层流向湍流的过渡4-155 13.2.3管内湍流的速度分布4-156 13.2.4流动阻力和摩擦因子4-157 13.3非牛顿流体绕流边界层4-161 13.4黏弹性流体的流动4-161 13.4.1黏弹性流体的特异流动行为4-161 13.4.2黏弹性流体的定常剪切行为4-162 13.4.3黏弹性流体的本构方程及其力学行为4-165 13.4.4拉伸流动4-169 13.5流变参数的实验测定4-172 13.5.1毛细管流变仪4-172 13.5.2旋转圆筒流变仪4-175 13.5.3锥板流变仪4-176 参考文献4-177 14微流动4-178 14.1概述4-178 14.2微尺度效应4-178 14.3控制方程与滑移模型4-179 14.4微尺度的热效应4-180 14.4.1热蠕变4-180 14.4.2微泊肃叶流（Poiseuille flow）中的热传递4-180 14.4.3微库特流（Couette flow）中的热传递4-181 14.5微流道及其特点4-181 参考文献4-183 15计算流体力学4-184 15.1概述4-184 15.2计算区域及控制方程的离散化4-185 15.2.1空间区域的离散化4-185 15.2.2控制方程的离散化4-186 15.3离散方程解法4-189 15.3.1数值解的计算误差源4-189 15.3.2离散方程的数学性质4-189 15.3.3离散方程的直接解法及迭代法4-189 15.4求解Navier-Stokes方程的压力修正方法4-191 15.4.1交错网格4-191 15.4.2SIMPLE算法4-191 15.5湍流模型4-192 15.5.1湍流数值模拟方法4-192 15.5.2湍流模型4-192 15.6多相流模拟4-195 15.6.1多相流的数值模拟方法4-195 15.6.2多相流数值模型4-195 15.7反应流模拟4-197 15.8其他数值方法4-197 参考文献4-198 第5篇流体输送 概述5-2 1流体输送管路5-3 1.1流体输送管路选择的原则5-3 1.2管内介质的流速范围5-3 1.3管径的选择5-6 1.3.1管径的计算5-6 1.3.2利用算图选管径5-7 1.4真空管路5-10 1.5压力管道类别、级别5-10 1.5.1GA类［长输（油气）管道］5-10 1.5.2GB类（公用管道）5-10 1.5.3GC类（工业管道）5-10 1.5.4GD类（动力管道）5-11 1.6《工业金属管道设计规范》的管道分类5-11 参考文献5-12 2气体输送机械概述5-13 2.1分类与特点5-13 2.2理论基础5-14 2.2.1气体状态方程5-14 2.2.2气体在压缩机内的热力状态变化过程和压缩功5-15 2.2.3真实气体压缩功计算5-16 参考文献5-16 3容积式压缩机5-17 3.1活塞式压缩机5-17 3.1.1分类与结构5-17 3.1.2工作原理及主要参数5-18 3.1.3结构型式及主要零部件5-24 3.1.4活塞式压缩机的选型5-30 3.1.5压缩机的变工况工作5-32 3.1.6压缩机排气量的调节5-33 3.2其他类型压缩机5-34 3.2.1螺杆式压缩机5-34 3.2.2罗茨鼓风机5-37 3.2.3滑片式压缩机5-38 3.2.4液环式压缩机5-40 3.2.5隔膜压缩机5-41 3.2.6超高压压缩机5-42 参考文献5-44 4速度式（透平式）压缩机5-45 4.1分类5-45 4.2离心式鼓风机与压缩机5-45 4.2.1构造与特点5-45 4.2.2理论基础5-46 4.2.3结构及主要零部件5-49 4.2.4选型5-54 4.2.5主要辅机与辅助设备5-56 4.2.6性能曲线、调节5-57 4.3轴流式压缩机5-59 4.3.1结构及功能5-59 4.3.2特性曲线及其估算5-61 4.3.3调节、防喘振和安全工作区5-61 4.4通风机5-63 4.4.1化工用通风机的特殊要求5-63 4.4.2原理、结构和选型5-64 4.5复合式压缩机5-66 4.6整体内部齿轮压缩机5-66 4.7磁力轴承离心式压缩机5-67 参考文献5-69 5化工用泵5-70 5.1特点、分类及工作原理5-70 5.1.1特点5-70 5.1.2分类及工作原理5-70 5.2叶片式泵5-71 5.2.1泵的性能参数5-71 5.2.2理论基础、基本方程5-73 5.2.3离心泵5-74 5.2.4部分流泵5-81 5.2.5旋涡泵5-82 5.2.6轴流泵5-83 5.3容积式泵5-84 5.3.1泵的基本参数5-85 5.3.2容积式泵的性能曲线和性能换算5-85 5.3.3往复泵5-87 5.3.4转子泵5-89 5.3.5真空泵5-90 5.3.6化工特殊用泵5-93 5.4无密封离心泵5-98 5.4.1磁力泵5-98 5.4.2屏蔽泵5-101 5.5流体动密封5-105 5.5.1填料密封5-105 5.5.2机械密封5-106 5.6化工用泵的选型5-112 5.6.1选型依据5-112 5.6.2选型步骤5-113 5.6.3确定泵的台数、备用率5-114 参考文献5-115 6压缩机的故障诊断技术及典型案例5-116 6.1往复压缩机状态监测与故障诊断5-116 6.1.1大型往复压缩机的状态监测与故障诊断5-116 6.1.2往复压缩机典型故障特征分析与诊断实例5-116 6.2离心压缩机的状态监测与故障诊断5-123 6.2.1离心压缩机的状态监测5-123 6.2.2透平机械故障一次原因分析5-124 6.2.3离心压缩机的故障诊断实例5-124 6.3往复压缩机管线振动故障诊断案例5-128 参考文献5-133 7工业汽轮机5-134 7.1汽轮机的基本原理和分类5-134 7.1.1汽轮机的基本工作原理5-134 7.1.2汽轮机的分类5-134 7.2工业汽轮机的结构及特点5-136 7.2.1工业汽轮机的结构5-136 7.2.2工作特点5-139 7.3工业汽轮机的调节保安系统5-143 7.3.1基本调节规律5-143 7.3.2工业汽轮机的调节系统5-145 7.3.3工业汽轮机的保安系统5-147 7.4汽轮机变工况5-149 7.4.1背压式汽轮机的变工况5-149 7.4.2抽汽式汽轮机的变工况5-149 7.4.3变工况运行对汽轮机主要零部件强度的影响5-150 7.4.4工业汽轮机蒸汽参数波动的允许范围5-151 7.5工业汽轮机的选型5-152 7.5.1化工用工业汽轮机型式的选择5-152 7.5.2几种常用的工业汽轮机特性5-152 7.5.3汽轮机型式的选择5-153 参考文献5-154 符号说明5-155 第6篇搅拌及混合 1概论6-2 1.1搅拌釜的结构6-2 1.1.1釜体6-2 1.1.2搅拌器6-2 1.1.3挡板6-4 1.1.4导流筒6-5 1.2搅拌釜内流体的流动特性6-5 1.2.1流型6-5 1.2.2速度分布6-6 1.2.3湍流特性6-6 1.3搅拌过程常用的无量纲数群及其意义6-10 1.4搅拌效果的量度及其影响因素6-12 参考文献6-13 2搅拌桨的分类及其特性6-14 2.1按流动的形态分类6-14 2.1.1轴向流搅拌桨6-14 2.1.2径向流搅拌桨6-18 2.2适用于高黏度流体的桨型6-20 2.2.1锚式桨及框式桨6-20 2.2.2螺杆式桨及螺带式桨6-21 参考文献6-24 3低黏度互溶液体的混合6-25 3.1过程的特征及其基本原理6-25 3.2桨型的选择6-25 3.3设计计算6-26 3.4多层桨6-28 4高黏度液体的混合6-29 4.1高黏度液体的混合机理6-29 4.2高黏度液体搅拌桨的混合性能6-29 4.2.1混合性能指标6-29 4.2.2各种搅拌桨的混合性能6-30 4.3非牛顿流体的混合6-32 4.3.1非牛顿流体的分类6-32 4.3.2非牛顿流体性质对混合的影响6-33 4.4搅拌桨型式的选择6-33 4.5牛顿流体的搅拌功率6-33 4.5.1锚式搅拌桨的搅拌功率6-33 4.5.2螺带式搅拌桨的搅拌功率6-34 4.5.3多种型式高黏度搅拌桨的KP值6-34 4.6非牛顿流体的搅拌功率6-35 4.6.1假塑性流体的搅拌功率6-35 4.6.2宾汉塑性流体的搅拌功率6-41 4.6.3触变性流体的搅拌功率6-42 4.6.4黏弹性流体的混合及功率6-42 参考文献6-44 5固液悬浮6-45 5.1过程特征及其基本原理6-45 5.1.1固体颗粒悬浮状态6-45 5.1.2固体颗粒的沉降速度6-45 5.1.3固液悬浮机理6-47 5.2搅拌设备选型6-47 5.2.1搅拌桨的型式6-47 5.2.2搅拌桨参数的确定6-47 5.2.3搅拌釜的结构6-48 5.3搅拌桨的工艺设计6-48 5.3.1悬浮临界转速6-48 5.3.2工艺设计6-50 5.3.3固液悬浮搅拌桨设计实例6-51 5.4带导流筒的搅拌釜6-53 5.4.1流动特性6-53 5.4.2搅拌桨型式6-53 5.4.3导流筒直径与釜直径之比6-53 5.4.4固液传质6-54 参考文献6-55 6气液分散6-56 6.1过程特征6-56 6.1.1通气式气液搅拌器及其釜体结构6-56 6.1.2自吸式气液搅拌器及釜体结构6-57 6.2气液搅拌釜的分散特性6-59 6.2.1搅拌釜内的气液流动状态6-59 6.2.2通气速度6-60 6.2.3气泡直径、气含率、比表面积6-60 6.3气液搅拌釜的传质特性6-62 6.4搅拌器型式的选择6-63 6.5通气时的功率计算6-63 6.5.1通气功率6-63 6.5.2不通气时的功率确定6-65 参考文献6-68 7液液分散6-70 7.1过程特征6-70 7.2液液搅拌釜的分散特性6-71 7.3桨型选择与釜体结构6-73 7.4达到要求的分散程度所需的搅拌功率6-73 参考文献6-76 8气液固三相混合6-77 8.1过程特征6-77 8.2气液固三相混合原理6-77 8.2.1气液分散6-77 8.2.2固体颗粒悬浮6-78 8.3搅拌设备选型6-79 参考文献6-79 9粉体混合6-81 9.1过程特征6-81 9.2粉体混合特性6-81 9.3粉体混合设备的设计6-83 参考文献6-86 10搅拌釜的传热6-88 10.1搅拌釜内壁传热膜系数h的计算6-88 10.1.1涡轮类搅拌桨、带挡板釜6-88 10.1.2涡轮类搅拌桨、无挡板釜6-88 10.1.3三叶推进式搅拌桨6-89 10.1.4六叶后弯式搅拌桨6-89 10.1.5MIG搅拌桨6-89 10.1.6螺带式搅拌桨6-89 10.2搅拌釜内盘管外侧传热膜系数hi的计算6-92 10.2.1涡轮搅拌桨、无挡板釜6-92 10.2.2涡轮搅拌桨、有挡板釜6-92 10.2.3三叶推进式搅拌桨6-92 10.2.4六叶后弯式搅拌桨6-92 10.2.5双层盘管6-92 10.3搅拌釜内垂直管外壁传热膜系数hc的计算6-92 10.4搅拌釜内垂直板式蛇管的传热膜系数h′c的计算6-93 10.5计算实例6-93 11搅拌釜的CFD模拟与优化6-95 11.1搅拌釜内流动场的CFD模拟6-95 11.1.1单相流场6-95 11.1.2多相流场6-98 11.2搅拌釜内浓度场的CFD模拟6-101 11.2.1相内质量传递6-101 11.2.2相际质量传递6-101 11.3搅拌釜内温度场的CFD模拟6-103 11.4搅拌釜内反应过程的CFD模拟6-104 参考文献6-105 12搅拌釜的放大6-106 12.1前言6-106 12.2搅拌釜放大的准则及方法6-106 12.3几何相似放大时搅拌性能参数的变化关系6-107 12.4互溶液体混合过程的放大6-108 12.4.1几何相似放大6-108 12.4.2非几何相似放大6-108 12.5气液分散、液液分散过程的放大6-110 12.6固液悬浮过程的放大6-111 12.7气液固三相体系的放大6-111 参考文献6-113 13混合过程强化新技术6-114 13.1动静转子混合技术6-114 13.1.1动静转子反应器的原理6-114 13.1.2动静转子反应器6-114 13.1.3研究方法6-114 13.1.4应用6-116 13.2高速撞击流混合技术6-117 13.2.1撞击流技术原理6-117 13.2.2撞击流的特性6-117 13.2.3撞击流技术的研究6-118 13.2.4撞击流的应用6-119 13.3微通道混合技术6-120 13.3.1微通道混合技术的原理及特点6-120 13.3.2微通道反应器6-121 13.3.3应用6-121 13.4旋转填充床混合技术6-122 13.4.1旋转填充床技术的原理6-122 13.4.2旋转填充床反应器6-123 13.4.3旋转填充床的研究6-125 13.4.4旋转填充床的应用6-125 参考文献6-126 符号说明6-128 本卷索引本卷索引1