【化學工程與科技】

編輯推薦

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內容簡介

《化學工程與技術》是一本全面介紹化學生產過程的書籍，結構系統，分為15個不同的主題領域，集化工設備、化工儀錶、化工工藝和化工生產安全於一體。 本書語言表述清晰易懂，內含約1500幅彩色圖示、照片和曲線圖以及大量表格，以用於直觀解釋和理解。 各專業領域都配有物理和化學基礎知識講解，並介紹物理和化學過程以及機器、設備和裝置，以確保學習者充分理解每個主題並構建深入思考的能力； 每章結束後都配有針對所講內容的工作和複習題，一方面幫助學習者鞏固所學知識，另一方面為教師和培訓師補充教學資料提供思路。 本書兼具邏輯性和可讀性，可供高職高專化學工程及相關專業作為教材使用，還可作為化學工業的設計和生產部門工作和培訓的人員的參攷讀物。

目錄

化學與環境001

化學工業的安全002

化學工程導論004

生產過程的開發007

Ⅰ. 化工裝置008

1筦道009

1.1公稱直徑DN 009

1.2公稱壓力PN 010

1.3筦道及筦道尺寸011

1.4筦道配件013

1.5管路連接013

1.6工業管道材料016

1.7筦道等級017

1.8管路固定018

1.9筦道標記018

1.10筦道膨脹補償020

1.11管路保溫021

1.12筦道的示意圖022

2閥門024

2.1閘閥、蝶閥、球閥024

2.2截止閥025

2.2.1截止閥和調節閥025

2.2.2閥門執行器027

2.2.3受控閥門028

2.2.4 P&ID流程圖中的閥門圖例028

2.3管道安裝墊片028

2.4防回流件029

2.5安全閥030

2.6爆破片031

2.7減壓閥（減壓器）032

2.8蒸汽疏水閥033

2.9放空閥035

2.10篩檢程式035

3筦道中的流體力學036

3.1體積流量、質量流量、流速036

3.2不同管路橫截面中的流動037

3.3不同管路橫截面中流體的壓力變化037

3.4內摩擦和黏性038

3.5流動類型039

3.6筦道中的壓力損失040

3.7筦道特徵曲線041

3.8筦道中的壓力變化042

4液體輸送043

4.1輸送類型概述043

4.2通過泵輸送044

4.3離心泵044

4.3.1結構和工作原理044

4.3.2泵葉輪045

4.3.3離心泵的結構類型046

4.3.4離心泵的軸封047

4.3.5離心泵設備047

4.3.6特殊類型的離心泵048

4.3.7離心泵的應用048

4.3.8側通道泵049

4.3.9螺旋槳式泵049

4.4離心泵的運行特徵050

4.4.1泵的輸送流量和輸送高度050

4.4.2設備的輸送高度050

4.4.3泵的功耗和效率051

4 4.4離心泵的特徵曲線051

4.4.5設備的特徵曲線051

4.4.6離心泵的工作點052

4.4.7泵的互聯052

4.4.8離心泵的綜合特徵曲線053

4.4.9離心泵的汽蝕現象053

4.4.10計算汽蝕餘量（NPSH）054

4.4.11離心泵的啟動和關閉056

4.5往復活塞泵057

4.5.1往復活塞泵的結構和工作原理057

4.5.2特點和用途058

4.6活塞隔膜泵058

4.7旋轉活塞泵059

4.7.1螺杆泵059

4.7.2偏心螺杆泵059

4.7.3齒輪泵059

4.7.4回轉泵060

4.7.5蠕動泵060

4.8噴射泵060

4.9泵的特徵和使用範圍概況061

4.10液體的計量062

4.11清管器的計量和清潔062

5氣體輸送和壓縮065

5.1氣體的物態變化規律065

5.2氣體壓縮時的過程067

5.3氣體輸送機和壓縮機067

5.4活塞式壓縮機068

5.5旋轉活塞式壓縮機070

5.6渦輪壓縮機071

5.7鼓風機072

5.8通風機072

6產生負壓（真空科技）074

6.1液環真空泵074

6.2推進劑真空泵075

6.3組合的噴射泵系統075

6.4旋轉位移真空泵076

6.5擴散真空泵078

6.6渦輪分子泵078

6.7選擇合適的真空泵078

6.7.1抽出乾燥氣體079

6.7.2抽出含水蒸氣的氣體079

7固體物料的輸送080

7.1散狀物料080

7.1.1孔隙率和堆積密度080

7.1.2散狀物料的特徵和處理080

7.2機械散狀物料輸送機081

7.3氣動散狀物料輸送機084

7.4配料機085

7.5包裝物料輸送設備086

7.6非連續輸送機087

7.7散狀物料和包裝物料的處理088

8化工廠的儲存設施090

8.1散狀物料的儲存090

8.2包裝物料的存儲092

8.3存儲的液體093

8.4處理和運輸可燃及有毒液體096

8.5氣體的儲存097

9機器和設備概述100

9.1電動機和變速器100

9.2釜式反應器（反應釜）101

9.3破碎機102

9.4過濾裝置102

9.5換熱器103

9.6精餾塔103

10化工設備設計104

11化工設備的示意圖106

11.1方塊流程圖106

11.2工藝流程圖107

11.3筦道和儀錶流程圖（P&ID流程圖）109

11.4科技設備P&ID流程圖示例110

11.5流程圖中的圖形符號112

12化工設備的運行和維護116

12.1化工設備的運行116

12.2化工設備的檢修116

12.2.1維護116

12.2.2檢查119

12.2.3檢修120

12.2.4檢修方案120

13化工設備的安全性121

13.1操作安全條例121

13.2化工設備的安全方案122

13.3化工設備中的防爆保護措施124

14事故預防和職業安全126

14.1危險工作區域126

14.2防火和防爆128

14.2.1易燃和易爆物質128

14.2.2避免火灾和爆炸129

14.2.3消防和防火129

14.3有害物質的使用130

14.4有害物質的標記130

14.4.1 GHS規定的有害物質象形圖130

14.4.2 H語句和P語句131

14.4.3舊的有害物質標記131

14.5有害物質的種類132

14.5.1腐蝕性物質132

14.5.2腐蝕性和刺激性氣體133

14.5.3吸入性毒氣133

14.5.4窒息性氣體133

14.5.5溶劑和有毒液體134

14.5.6固體有毒物質134

14.5.7長期有害物質135

14.5.8職業接觸限值136

14.6避免由於物理影響導致的健康損害137

14.6.1防雜訊137

14.6.2防輻射137

Ⅱ. 化學工業中的電氣工程138

1電氣工程基礎138

1.1電力的應用138

1.2電氣工程的基本概念139

1.3電力基本參數140

1.4歐姆定律141

1.5電功率、電功、效率142

1.6負載電路143

1.7量測電力參數144

1.8電流類型145

2電力供應和安全用電146

2.1電網和電力連接146

2.2電力安裝和連接147

2.3電力生產設備的保護措施148

2.4電氣設備可能出現的故障149

2.5電流引起的危險149

2.6安全使用帶電電纜和電氣設備150

2.7電氣設備和機器上的圖形符號150

3化工設備中的電驅動機151

3.1電動機151

3.1.1三相鼠籠式電動機151

3.1.2直流電動機154

3.1.3電動機防護等級156

3.2電動機的傳動裝置156

3.2.1三角皮帶傳動裝置156

3.2.2齒輪傳動裝置157

3.2.3凸輪傳動裝置158

3.2.4塔輪傳動裝置159

3.2.5齒帶傳動裝置159

4電化學基礎160

4.1原電池160

4.2電解162

4.2.1水溶液的電解162

4.2.2法拉第定律163

4.2.3工業電解過程163

Ⅲ. 機器和設備中的構件165

1旋轉移動的機械零件165

1.1軸、軸心、螺栓165

1.2齒輪166

1.3軸轂連接167

1.4聯軸器168

2軸承169

2.1滑動軸承169

2.2滾動軸承169

3密封件170

3.1相對靜止表面上的密封件170

3.2軸密封件170

4機器和設備的接合元件172

4.1螺紋連接172

4.2螺栓類型173

4.3螺母174

4.4螺栓防松裝置174

4.5螺栓和螺母的强度等級174

4.6銷釘174

5密封蓋175

6焊接連接176

6.1手動電弧焊接176

6.2惰性氣體焊接176

6.3氣焊177

6.4釺焊177

7機器中的液壓系統178

8化學工業中的氣動裝置180

Ⅳ. 化工設備中的資料科技182

1生產和輔助材料的分類182

2工業資料的特性184

2.1物理性質184

2.2機械效能185

2.3化學工藝特性186

2.4生產工藝特性187

2.5環境相容性187

3鋼188

3.1用於機械應力的結構鋼188

3.2用於機械和熱負荷的結構鋼191

3.3用於化學負荷的結構鋼：不銹鋼192

3.4工具鋼194

4鑄鐵和鑄鋼196

4.1鑄鐵196

4.2鑄鋼197

5有色金屬（NE金屬）198

5.1鋁和鋁合金198

5.2銅和銅合金199

5.3鎳資料200

5.4鈦（Ti）201

5.5鉛（Pb）201

5.6特殊金屬鋯（Zr）和鉭（Ta）202

5.7鋅（Zn）202

5.8錫（Sn）202

6腐蝕和腐蝕防護203

6.1化學腐蝕203

6.2電化學腐蝕203

6.3腐蝕的類型和外觀205

6.4金屬材料的耐腐蝕性207

6.5選擇合適的資料207

6.6防腐蝕措施210

6.6.1防腐蝕塗料210

6.6.2鋅塗層210

6.6.3不銹鋼設備的防腐蝕211

6.6.4降低作用物質的侵蝕性211

6.6.5避免腐蝕部位211

6.6.6鋼組件的陰極防腐蝕212

6.6.7鋁組件的防腐蝕保護212

7運行時資料和組件的監控213

7.1化工設備中的故障定位213

7.2腐蝕監控215

8塑膠216

8.1特性和用途216

8.2工藝分類216

8.3熱塑性塑膠217

8.4熱固性塑膠218

8.5彈性體219

8.6穩定性和老化220

8.7塑膠加工220

9複合材料221

10非金屬無機物222

10.1化工玻璃222

10.2化工搪瓷222

10.3陶瓷材料223

10.4耐化學腐蝕的襯裡223

10.5石墨和碳資料223

11潤滑劑224

11.1潤滑油224

11.2潤滑脂225

11.3固體潤滑劑225

Ⅴ. 化工設備中的量測科技226

1溫度的量測228

1.1溫標228

1.2機械式溫度測量設備229

1.3電阻溫度計230

1.4熱電偶231

1.5輻射高溫計232

1.6溫度測量設備的應用範圍概述232

2壓力的量測233

2.1定義、組織、換算233

2.2壓力類型233

2.3 U形管壓力計233

2.4彈簧壓力計234

2.5壓力感測器235

2.6壓力計的測量範圍概況235

2.7壓差量測236

2.8壓力計、壓力監控器236

2.9壓力測量的特點237

3液位的量測239

3.1液位測量設備239

3.1.1機械液位測量設備239

3.1.2靜壓液位測量設備240

3.1.3超聲波液位測量設備241

3.1.4電容液位測量設備241

3.1.5雷達液位測量設備242

3.2液位限位元開關242

3.3散狀物料的填充高度量測設備和限位元開關243

3.4容器的容積245

3.5容器中的氣體量測定246

4流量的量測247

4.1流量計248

4.1.1轉子流量計248

4.1.2孔板流量計248

4.1.3旋渦流量計249

4.1.4振動流量計249

4.1.5超聲波流量計250

4.1.6磁感應流量計250

4.1.7寇里奧利質量流量計251

4.1.8熱式質量流量計251

4.1.9渦輪流量計252

4.1.10葉輪流量計252

4.2流體流量計252

4.3流量指示器和流量監控器254

5測量值的獲取、處理和顯示255

6量測點的表示和命名258

Ⅵ. 物質、產品和環境特性的測定259

1取樣259

1.1液體取樣260

1.2固體取樣260

2固體物質特性的測定261

2.1質量的測定261

2.2密度的測定263

2.3水分含量的測定264

2.4散狀物料細微性的測定265

2.4.1篩析取樣265

2.4.2篩析266

2.4.3篩析的評估266

2.4.4 RRSB細微性分佈網格268

3液體物性和組成的測定271

3.1液體密度的量測271

3.2黏度的量測272

3.3電導率的量測273

3.4 pH值的量測273

3.5氧化還原電位的量測274

3.6電導率和pH值量測的應用275

3.7水中溶解氧的量測276

3.8液體濁度的量測276

4氣體和液體的分析方法277

4.1色譜分析277

4.2感測器分析278

4.2.1紅外吸收感測器278

4.2.2熱導式感測器279

4.2.3催化熱效應感測器279

4.2.4電化學感測器279

4.2.5氣體分析儀280

5空氣成分的量測280

5.1氧含量和空氣污染物280

5.2爆炸極限280

5.3濕度的量測281

5.4煙塵濃度的量測281

6化學工業中的品質保證282

6.1品質管制282

6.2品質管制體系283

6.3品質保證工具284

6.3.1校對清單284

6.3.2故障/缺陷採集卡和資料獲取卡284

6.3.3長條圖285

6.3.4分佈密度曲線和統計參數285

6.3.5資料獲取卡的預先計算286

6.3.6帕累托分析（ABC分析）286

6.3.7石川圖287

6.3.8用品質控制圖表進行過程控制288

6.3.9質量工具概述290

Ⅶ. 加工技術291

1散狀物料的描述292

1.1散狀物料中的顆粒物尺寸292

1.2散狀物料的表面積292

1.3不同尺寸散狀物料的特徵293

1.4散狀物料的分佈密度曲線294

2固體物質的粉碎295

2.1物理原理295

2.2粉碎方法296

2.3破碎機297

2.4研磨機298

2.5制粒機、造粒機300

2.6粉碎設備300

3液體分離301

3.1噴灑、噴射302

3.2噴霧、霧化302

4團聚（接合）303

4.1結構性制粒（造粒）303

4.2模壓305

4.3燒結306

5混合（物質結合）307

5.1液體的機械攪拌308

5.1.1攪拌釜308

5.1.2攪拌驅動裝置310

5.1.3攪拌器311

5.1.4攪拌釜中的流動過程312

5.1.5使用攪拌的過程操作313

5.2氣動攪拌315

5.3流體混合器315

5.4捏合、成糊317

5.5固體散料的混合319

Ⅷ. 制熱和製冷科技321

1熱：一種能量形式321

1.1熱量組織321

1.2熱量321

1.3相變熱322

1.4物態改變時的總熱量323

1.5混合物的溫度324

2化工廠中的能源載體325

2.1燃料325

2.2電326

2.3水蒸氣327

2.4加熱液329

2.5氣體和固體載熱體329

2.6冷卻劑和製冷劑329

2.7壓縮空氣和真空330

3熱傳遞331

3.1物理原理331

3.2化學工程中的傳熱332

3.3熱傳導332

3.4熱傳遞333

3.5總傳熱334

3.6熱輻射335

3.7熱交換器中的物料流向336

4換熱器338

4.1管殼式換熱器338

4.2盤管式換熱器339

4.3套管式換熱器340

4.4螺旋板式換熱器340

4.5板式換熱器340

5冷凝器341

5.1表面冷凝器341

5.2混合冷凝器342

6攪拌釜的加熱和冷卻系統343

6.1間接傳熱343

6.2直接傳熱343

6.3加熱和冷卻系統344

7熱交換過程中的節能345

8用空氣和噴淋水冷卻346

Ⅸ. 機械分離方法349

1固體混合物的機械分離方法349

1.1篩選351

1.1.1密度篩選351

1.1.2浮選352

1.1.3磁選353

1.2分級354

1.2.1過篩354

1.2.2風選356

1.2.3水力分級358

2固液混合物的機械分離方法359

2.1沉澱、沉降和絮凝359

2.2過濾362

2.2.1工作原理362

2.2.2間歇式過濾設備363

2.2.3連續式過濾設備365

2.3榨取367

2.4離心分離368

2.4.1工作原理368

2.4.2間歇過濾式離心機369

2.4.3連續過濾式離心機370

2.4.4沉澱式離心機370

2.4.5工業用離心設備373

3乳濁液的機械分離374

3.1潷析374

3.2離心分離374

3.3超濾375

Ⅹ. 除塵和廢氣淨化376

1除塵377

1.1機械除塵378

1.2濕法除塵380

1.3過濾除塵381

1.4靜電除塵382

1.5除塵設備383

2細分液滴的分離384

3分離其他氣體385

3.1通過冷凝分離外來氣體385

3.2通過吸收淨化氣體386

3.3通過吸附淨化氣體390

3.4通過蒸汽滲透淨化氣體393

3.5催化淨化氣體394

3.6通過燃燒淨化廢氣395

Ⅺ. 熱分離方法396

1乾燥397

1.1物理原理397

1.2乾燥過程的h-X圖400

1.3乾燥工藝402

1.4固體散料乾燥機403

1.5液體和懸浮液乾燥機405

1.6真空冷凍乾燥407

1.7工業離心機和乾燥設備408

2溶液的熱分離410

2.1蒸發410

2.1.1純溶劑的蒸發410

2.1.2溶液的蒸發411

2.1.3蒸發器中的蒸發過程411

2.1.4間歇和連續蒸發412

2.1.5蒸發器的種類413

2.1.6蒸發器設備415

2.2溶液的結晶417

2.2.1物理原理417

2.2.2結晶工藝418

2.2.3結晶設備419

2.3鹽析、稀釋、沉澱422

2.4冷凍（冷凝）422

3混合液的熱分離424

3.1物理原理424

3.1.1液體的蒸發特性424

3.1.2混合液的沸騰行為424

3.1.3混合液的蒸氣壓425

3.1.4沸點圖（相圖）427

3.1.5平衡圖427

3.2蒸餾428

3.2.1間歇簡單蒸餾428

3.2.2不同液體混合物的蒸餾特性429

3.2.3間歇分步蒸餾430

3.2.4連續簡單蒸餾431

3.2.5水蒸氣蒸餾431

3.3精餾433

3.3.1精餾過程433

3.3.2板式精餾塔（板式塔）435

3.3.3精餾塔中的組成變化436

3.3.4理論分離級數437

3.3.5塔板效率和所需塔板數437

3.3.6回流比437

3.3.7帶填料和分離包的精餾塔438

3.4精餾工藝440

3.4.1間歇精餾440

3.4.2連續精餾441

3.4.3混合液進料的類型442

3.4.4確定連續精餾塔的分離級數443

3.4.5混合液進料高度的影響445

3.5多組分混合液的精餾446

3.6熱敏混合物的精餾447

3.7原油精煉448

3.8共沸和低沸點差混合液的精餾450

3.8.1共沸混合液的沸騰特性450

3.8共沸和低沸點差混合液的精餾450

3.8.1共沸混合液的沸騰特性450

3.8.2雙壓共沸精餾451

3.8.3使用輔助劑的共沸精餾452

3.8.4萃取精餾453

3.9組合式精餾工藝454

3.10精餾設備的節能措施455

3.11精餾設備的調節455

Ⅻ. 物理化學分離過程456

1固體萃取457

1.1過程和概念457

1.2工業萃取過程457

1.3萃取的溶劑458

1.4物理原理458

1.5固體萃取時的物料導向459

1.6間歇固體萃取器460

1.7連續固體萃取器462

2液-液萃取464

2.1物理原理464

2.2間歇液-液萃取設備465

2.3連續液-液萃取設備466

2.4塔的萃取效率468

3離子交換法469

3.1理化原理469

3.2水的淨化470

3.3水的軟化471

3.4污水解毒471

3.5離子交換設備471

4膜分離科技473

4.1液-液膜分離法的劃分473

4.2液-液膜分離法474

4.2.1反向滲透474

4.2.2納米過濾474

4.2.3超濾475

4.2.4微過濾475

4.3膜分離過程設備475

4.4使用膜分離法的設備477

4.5全蒸發法478

4.6蒸氣滲透479

ⅩⅢ. 控制、調節和過程控制科技480

1概述和概念480

2調節科技482

2.1基礎知識482

2.2量測、控制、調節點的圖示及命名484

2.3化工設備中EMSR點示例486

2.4受控系統488

2.4.1受控系統的靜態行為488

2.4.2受控系統的動態行為489

2.5調節裝置功能元件的描述490

2.6調節器492

2.6.1連續調節器的時間特性492

2.6.2調節器類型的對比和使用494

2.6.3非持續調節器495

2.6.4調節儀496

2.6.5無外加能量的調節器497

2.7化工設備中的調節任務498

2.7.1溫度調節498

2.7.2壓力調節499

2.7.3流量調節501

2.7.4容量調節501

2.7.5液位調節502

2.7.6分析數據的調節502

2.7.7精餾設備的調節503

2.8調節回路特徵和調節器設定504

3控制科技505

3.1控制科技的基本概念505

3.2控制的類型506

3.3控制過程的描述類型507

3.3.1有文字和草圖的描述507

3.3.2邏輯描述507

3.3.3控制時間表和切換順序圖508

3.3.4切換順序圖中批量反應器的流程控制509

3.4二進位信號處理的基本函數510

3.5配有GRAFCET的流程控制系統的功能圖512

3.5.1混合設備的流程控制514

3.5.2反應設備的流程控制515

3.5.3離心設備的流程控制517

3.6控制器的科技設計518

3.6.1機械控制器518

3.6.2電力控制器518

3.6.3電子控制器519

3.6.4可程式設計邏輯控制器PLC 519

4過程控制科技522

4.1傳統的EMSR科技和DCS科技的區別522

4.2程序控制系統的結構524

4.2.1 DCS的組成部分524

4.2.2大型化工廠的程序控制系統525

4.2.3自動化單元526

4.2.4輸入/輸出單元526

4.2.5觀察和操作站527

4.2.6匯流排系統527

4.2.7管理站527

4.3荧幕上過程事件的描述528

4.3.1流程圖528

4.3.2組合圖529

4.3.3曲線圖530

4.3.4面板530

4.4程序控制系統的操作531

4.5程序控制系統的功能範圍532

4.5.1測量值編輯功能532

4.5.2調節功能532

4.5.3控制功能533

4.5.4批次處理的配方控制534

4.5.5管網控制536

4.5.6監控功能536

4.5.7維護管理537

ⅩⅣ. 化學反應科技538

1反應過程538

2反應的影響因素539

3批量操作540

3.1反應容器540

3.2批量操作的特點541

4連續操作542

4.1連續操作反應裝置542

4.2連續操作的特點542

4.3反應器中帶迴圈控制的連續操作543

5組合式反應器544

6高壓反應器544

7反應爐546

8電解裝置547

9化學過程的評估參數548

ⅩⅤ. 化學工業中的環保技術550

1化工生產和環境保護551

2環保領域：水553

2.1廢水的法律規定553

2.2廢水的淨化方法554

2.3選擇合適的廢水淨化法558

2.4化工廢水淨化工藝559

2.5城市汙水處理廠中的機械-生物廢水淨化560

2.6高層反應器中的生物廢水淨化562

3環保領域：空氣563

3.1廢氣的法律規定563

3.2組合式廢氣燃燒和排氣淨化563

3.3通過吸附和後燃淨化排氣564

3.4火電廠的廢氣淨化565

4化工廢固處理566

4.1廢固處理的法律規定566

4.2垃圾的處理方法566

4.3化工廠廢固的回收處理567

4.4焚燒工業和都市垃圾的大型工廠568

4.5存放在專用垃圾填埋場569

5生產一體化的環保570

致謝577