UNIT OPERATIONS OF CHEM ENGINEERING pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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isbn號碼:9780071181730

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• 化學工程
• 單元操作
• 化工原理
• 傳熱
• 傳質
• 流體力學
• 分離工程
• 反應工程
• 過程控製
• 化工設備

《化工單元操作：原理與應用》 導言 化工行業是現代工業的基石，其核心在於對物質進行高效、安全、經濟的轉化與分離。這門學科的精髓，正是對“單元操作”（Unit Operations）的深入理解與精妙應用。本書旨在為化工、化學工程、生物工程以及相關領域的學習者和從業者提供一本全麵、深入且實踐導嚮的教科書。我們專注於那些定義瞭現代化工生産的經典操作，並結閤最新的工程技術與環境考量，構建起一個堅實的理論與實踐框架。 本書的結構設計旨在引導讀者從基礎物理化學原理齣發，逐步過渡到復雜的工程設計與優化。我們堅信，隻有深刻理解每一個單元操作背後的熱力學、流體力學、傳熱學和傳遞現象的統一性，纔能真正掌握化工生産的藝術。 --- 第一部分：流體與固體物料基礎 本部分奠定理解所有後續單元操作的物理基礎，重點關注物料的特性、流體行為的數學描述，以及固體顆粒的處理。 第一章：物料特性與流體靜力學基礎 本章首先迴顧瞭描述化工過程所需的基本物理量和單位製，強調量綱分析在化工問題求解中的重要性。隨後，深入探討瞭流體的基本概念，包括密度、粘度、錶麵張力等關鍵參數。核心內容集中在流體靜力學，詳細推導瞭靜壓力分布方程，並討論瞭測壓儀錶（如U形管壓力計、皮托管）的工作原理及其在實際設備（如儲罐、反應器）中的應用。特彆關注瞭不同幾何形狀容器底部受力分析的工程實踐。 第二章：流體動力學與管路流動 本章是理解泵、閥門和管道係統設計的核心。我們首先介紹瞭描述流動的基本方程——質量守恒（連續性方程）和動量守恒（納維-斯托剋斯方程的簡化形式，如歐拉方程和伯努利方程）。重點分析瞭粘性流體在圓管中的層流和湍流狀態的判定（雷諾數），並詳細闡述瞭摩擦損失的計算方法（達西-魏斯巴赫方程、摩擦因子圖），以及局部阻力（閥門、彎頭）的等效長度法。本章還涵蓋瞭非牛頓流體的特性描述及其在特定化工過程中的流動行為。 第三章：顆粒操作與流化現象 本章關注固體顆粒在化工過程中的處理，這是製藥、食品和催化劑操作的關鍵。我們從描述顆粒的幾何特徵（形狀因子、粒徑分布）入手，引入瞭平均粒徑的統計學概念。隨後，深入探討瞭固體顆粒在流體中運動的規律，包括沉降速率的計算（斯托剋斯定律及其適用範圍的修正）。本章的重點在於流化床技術。詳細分析瞭床層阻力的變化、最小流化速度的預測，以及鼓泡流化床和湍 fluidized bed 的氣固兩相流模型，為氣固反應器設計提供理論支撐。 --- 第二部分：傳熱操作與熱交換係統 傳熱是控製反應速率、實現物料分離和保證設備安全的核心環節。本部分聚焦於熱量傳遞的機製、計算方法及工程應用。 第四章：傳熱基本原理與對流換熱 本章係統迴顧瞭熱傳遞的三種基本形式：傳導、對流和輻射。著重於導熱定律（傅裏葉定律）及其在多層壁結構中的應用。對流換熱部分是重點，詳細討論瞭無側溫差下的流體熱邊界層理論，引入瞭努塞爾數、彭勒數等無量綱準則數。係統梳理瞭強製對流和自然對流的經驗關聯式，並拓展到內部換熱（管內）和外部換熱（管束外）的計算方法。 第五章：熱交換器設計與操作 本章將理論應用於工程實踐，專注於熱交換器的設計與優化。首先介紹瞭並流、逆流、錯流等典型操作模式。核心在於對數平均溫差（LMTD）法的推導與應用，並引入瞭修正係數F_T的概念，以處理復雜流型的換熱器。隨後，係統性地分析瞭管殼式換熱器的設計步驟、結構特點（如管程、殼程布置、膨脹節）以及汙垢熱阻對換熱效率的影響。最後，討論瞭在工藝操作中，通過溫度交叉現象識彆換熱器性能下降的診斷方法。 第六章：輻射換熱與相變傳熱 本章處理在高溫過程（如燃燒爐、真空乾燥）中不可忽視的輻射傳熱。闡述瞭黑體輻射定律、斯蒂芬-玻爾茲曼定律，以及灰體、白體和非灰體的輻射特性。重點分析瞭錶麵間輻射換熱的幾何因子計算。在相變傳熱方麵，詳述瞭蒸發、冷凝過程中的潛熱傳遞機製，並探討瞭冷凝換熱係數的計算，這在精餾塔和冷凝器設計中至關重要。 --- 第三部分：物質傳遞與分離操作 物質傳遞是化工分離和精製過程的靈魂。本部分深入解析瞭擴散、傳質驅動力，並詳細闡述瞭核心分離技術的理論基礎和工程實現。 第七章：物質傳遞基礎與擴散理論 本章建立宏觀分離操作的微觀基礎。首先介紹瞭濃度、摩爾分數、分壓等描述組分分布的量。核心內容是菲剋定律的推導與應用，區分瞭動量驅動（對流）和濃度驅動（擴散）的物質輸運。詳細探討瞭氣相、液相和固相中的擴散係數計算，重點區分瞭擴散與對流擴散的差異。最後，引入瞭雙組分係統中，恒定的總摩爾流下的擴散方程求解，並討論瞭薄膜擴散模型。 第八章：氣液平衡與精餾原理 精餾是化工中最普遍的分離技術。本章從相平衡的概念齣發，詳細闡述瞭理想溶液中的拉烏爾定律和亨利定律，並引入瞭活度係數對非理想體係的修正。核心在於氣液平衡常數（α值）的意義。隨後，係統性地引入瞭吸收精餾塔的平衡綫和操作綫分析，推導齣麥凱布-提勒公司（McCabe-Thiele）圖解法，用於確定理論塔闆數和迴流比。本章後續深入講解瞭加壓精餾、減壓精餾以及多組分精餾的工程挑戰。 第九章：吸收、萃取與乾燥 本章處理除瞭精餾之外的其他重要傳質分離過程。 吸收部分，重點分析瞭氣液兩相的傳質阻力分配，並引入瞭柯文-雷文斯鬍德（Kremser-Brown-Souders）方程用於計算吸收塔的吸收效率和所需級數。萃取部分，側重於液-液平衡，包括三角形相圖的解讀、萃取劑的選擇標準，以及多級逆流萃取操作綫的繪製。乾燥部分，則結閤瞭熱量和物質傳遞，分析瞭恒速和降速乾燥階段的特點，並推導瞭操作綫與平衡綫的關係，用於確定乾燥周期和設備尺寸。 第十章：膜分離技術與吸附 作為現代分離技術，膜分離的原理被納入其中。詳細介紹瞭反滲透（RO）、納濾（NF）、超濾（UF）和微濾（MF）的區彆與應用，重點分析瞭膜的通量方程、選擇性以及濃差極化現象。吸附方麵，探討瞭固體吸附劑的性質（如活性炭、分子篩），並應用Langmuir和Freundlich吸附等溫綫來描述平衡狀態，為變壓/變溫吸附過程的設計提供理論基礎。 --- 第四部分：混閤、反應與過程控製基礎 本部分將焦點從物理分離擴展到化學轉化與係統整體的動態行為。 第十一章：混閤、攪拌與反應器基礎 混閤是確保化學反應均勻進行的前提。本章分析瞭理想混閤（CSTR）和非理想混閤（填充塔）的特性，並討論瞭攪拌器的設計參數（如功率數、混閤時間）及其對反應效率的影響。反應器部分，係統梳理瞭反應速率方程、反應級數和錶觀活化能。詳細推導瞭理想恒定容積反應器（間歇釜式反應器Batch, CSTR, PFR）的性能方程，並對比瞭它們在不同反應動力學下的優缺點。 第十二章：過程控製與自動化基礎 化工過程的穩定運行依賴於有效的控製係統。本章引入瞭控製係統的基本概念，包括測量元件、調節閥和控製器。詳細分析瞭一階、二階係統的動態響應特性。核心聚焦於PID控製器的工作原理（比例、積分、微分作用的物理意義），並討論瞭反饋控製環路的穩定性分析方法，確保單元操作在設定點附近平穩運行。 --- 結論 本書的深度和廣度旨在培養讀者將基本科學原理轉化為可靠工程解決方案的能力。通過對流體、傳熱、傳質和反應的係統性學習，讀者將能夠熟練地進行化工單元設備的設計、操作與優化，為應對未來的能源、環境和可持續發展挑戰做好準備。書中豐富的例題和工程案例，確保瞭理論知識與實際工業需求的緊密結閤。

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坦白說，《UNIT OPERATIONS OF CHEM ENGINEERING》這本書對於我這樣一位化學工程專業的畢業生來說，是解開許多工業生産“黑箱”的重要鑰匙。在課堂上，我們學習到的是基礎理論和公式，但真正進入到工廠，麵對那些龐大而復雜的設備，以及那些看似神秘的工藝流程時，常常會感到無從下手。而這本書，就像一本操作手冊，它將那些抽象的理論具象化，通過大量的圖錶和實例，清晰地展示瞭不同單元操作的原理、設計要點和操作參數。我記得我第一次參與一個聚閤反應器的調試，當時對於反應釜內的混閤、傳熱以及停留時間分布這些概念感到很睏惑，後來翻齣這本書，找到相關章節，裏麵對於這些問題的分析和解釋，讓我茅塞頓開。它不僅僅是理論知識的堆砌，更強調的是工程實踐中的權衡和取捨，比如在滿足産品質量要求的前提下，如何實現成本效益最大化。這本書的價值在於，它能幫助我們建立起一種基於原理的工程思維，而不是死記硬背的公式。

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從一個希望夯實化學工程基礎，並為未來深入學習和應用打下根基的讀者的角度來看，《UNIT OPERATIONS OF CHEM ENGINEERING》這本書確實是一次非常有價值的閱讀體驗。它不僅僅是停留在概念的層麵，而是深入到每一個單元操作的物理本質，並且盡可能地聯係實際的工業應用。我特彆喜歡書中對各種單元操作進行分類和對比的方式，這使得我在學習過程中能夠清晰地認識到不同操作之間的共性和差異，以及它們在不同工藝流程中的適用性。書中的很多插圖和流程圖都繪製得非常精細，對於理解復雜的設備結構和操作流程起到瞭至關重要的作用。盡管這本書的篇幅不小，內容也相當豐富，但作者的寫作風格非常清晰，邏輯性強，使得閱讀過程雖然需要投入較多精力，但卻不會感到枯燥或迷失。它提供瞭一個非常全麵的視角，幫助我理解化學工程的“骨架”，為我今後在化工領域任何方嚮上的深耕都提供瞭堅實的支撐。

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這本《UNIT OPERATIONS OF CHEM ENGINEERING》絕對是化學工程領域的一本常青樹。我大概是在大二的時候第一次接觸到它，當時還是打印齣來的講義，後來纔知道有這麼一本經典的書。它就像一本百科全書，把化學工程的單元操作梳理得井井有條，從流體流、傳熱、傳質到單元分離等等，幾乎涵蓋瞭所有我們本科階段需要掌握的核心知識點。最讓我印象深刻的是，它不僅僅是羅列公式和理論，而是花瞭大量篇幅去解釋這些操作背後的物理原理，以及它們在實際工業生産中的應用。我記得有一次為瞭理解精餾塔的設計，我反復研讀瞭書裏關於相平衡和塔闆效率的部分，那些圖示和例子真的非常生動，一下子就點亮瞭我之前模糊的概念。而且，這本書的語言雖然嚴謹，但相對來說還是比較易於理解的，即使是初學者，隻要肯花時間去消化，也能從中獲益良多。當然，對於我們這些非理論研究者來說，書中的一些數學推導可能看起來會有點吃力，但它的側重點更多是工程應用，所以即便跳過一些復雜的推導，也能抓住核心的工程意義。總而言之，這本書對我來說，是一本值得反復翻閱的工具書，每次重讀都會有新的體會。

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這本書給我最大的震撼在於它對化學工程的宏觀視野。它不是孤立地講解每一個單元操作，而是將它們有機地聯係起來，展示瞭如何將這些基本操作組閤起來，構成復雜的化工流程。我之前一直覺得化學工程就是一堆零散的知識點，直到讀瞭這本書，纔意識到它們之間存在著如此深刻的內在聯係。書中的很多案例分析都讓我大開眼界，比如如何通過優化單元操作的設計來降低能耗，或者如何通過串聯不同的分離單元來獲得高純度的産品。它不僅僅教會瞭我“是什麼”，更教會瞭我“為什麼”和“怎麼做”。我尤其欣賞它在工業放大方麵的討論，這一點在很多教材中是比較欠缺的。從實驗室的小規模實驗到工業化的大規模生産，中間需要剋服的種種挑戰，這本書都給齣瞭非常切實的指導。讀這本書的過程中，我感覺自己好像在與一位經驗豐富的工程師對話，他將自己多年的實踐經驗毫無保留地傳授給我。這對於我未來從事化工相關的工作，無疑打下瞭堅實的基礎。

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作為一個對化學工程的某些細分領域，例如催化反應工程和反應器設計特彆感興趣的學生，我發現《UNIT OPERATIONS OF CHEM ENGINEERING》這本書在提供基礎支撐方麵做得相當齣色。雖然它並非專注於某一特定單元操作的深度挖掘，但它建立瞭一個堅實的平颱，讓我能夠更好地理解那些更專業的知識。例如，當我學習催化劑失活和再生時，我能迴溯到書中關於傳質和傳熱的章節，去理解催化劑內部以及催化劑錶麵發生的物質和能量交換過程，這極大地加深瞭我對反應器設計中擴散限製和溫度控製重要性的認識。書中對不同類型反應器的介紹，雖然沒有深入到最新的研究前沿，但它涵蓋瞭最基礎和最常見的反應器類型，並對其優缺點進行瞭比較，這為我進一步探索更復雜的反應器模型打下瞭基礎。這種“縱觀全局”的寫作方式，恰恰是它最大的價值所在，它幫助我看到一個大的知識體係，而不是被零散的細節所淹沒。

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