化学工程手册·第1卷（第三版）

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求解线性最小二乘问题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绝对收敛与条件收敛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最优化方法2-206

9.1最优化问题及最优性条件2-206

9.1.1最优化问题2-206

9.1.2最优性条件2-207

9.2最优化算法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热力学第一定律3-7

2.2.1第一定律对化学反应的应用3-8

2.2.2第一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最小吉布斯函数法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/绝对不稳定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最大通气速度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

《化学工程手册》（第三版）是化学工程领域标志性工具书。

其围绕化工单元操作与化学反应工程两个核心知识体系介绍基本理论和相关技术，并将现阶段化学工程新理论和科研成果扩充至第二版原有知识框架结构中。与前两版相比，本项目的超越和提升体现在：

其一，以全新视角将信息化/工业化深度融合的发展思路贯穿全手册，阐明了21世纪化工行业发展的思路和路径；

其二，为满足行业发展和创新需要，全方位地展示了20年来我国化学工程学科在基础研究和应用基础方面的显著成绩和重要进展；

其三， 加强了工程实用性，凸显了化学工程与其他学科交叉融合发展的大趋势。 2100433B

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。

化学工程手册》（第三版）《化学工程手册》（第三版）是化学工程领域标志性工具书。

其围绕化工单元操作与化学反应工程两个核心知识体系介绍基本理论和相关技术，并将现阶段化学工程新理论和科研成果扩充至第二版原有知识框架结构中。与前两版相比，本项目的超越和提升体现在：

其一，以全新视角将信息化/工业化深度融合的发展思路贯穿全手册，阐明了21世纪化工行业发展的思路和路径；

其二，为满足行业发展和创新需要，全方位地展示了20年来我国化学工程学科在基础研究和应用基础方面的显著成绩和重要进展；

其三， 加强了工程实用性，凸显了化学工程与其他学科交叉融合发展的大趋势。

《化学工程手册》（第三版）《化学工程手册》（第三版）是化学工程领域标志性工具书。

其围绕化工单元操作与化学反应工程两个核心知识体系介绍基本理论和相关技术，并将现阶段化学工程新理论和科研成果扩充至第二版原有知识框架结构中。与前两版相比，本项目的超越和提升体现在：

其一，以全新视角将信息化/工业化深度融合的发展思路贯穿全手册，阐明了21世纪化工行业发展的思路和路径；

其二，为满足行业发展和创新需要，全方位地展示了20年来我国化学工程学科在基础研究和应用基础方面的显著成绩和重要进展；

其三， 加强了工程实用性，凸显了化学工程与其他学科交叉融合发展的大趋势。 2100433B

《化学工程手册》（第三版）是化学工程领域标志性工具书。

其围绕化工单元操作与化学反应工程两个核心知识体系介绍基本理论和相关技术，并将现阶段化学工程新理论和科研成果扩充至第二版原有知识框架结构中。与前两版相比，本项目的超越和提升体现在：

其一，以全新视角将信息化/工业化深度融合的发展思路贯穿全手册，阐明了21世纪化工行业发展的思路和路径；

其二，为满足行业发展和创新需要，全方位地展示了20年来我国化学工程学科在基础研究和应用基础方面的显著成绩和重要进展；

其三， 加强了工程实用性，凸显了化学工程与其他学科交叉融合发展的大趋势。