化学工程放大技术

第1章 绪论1
第2章 量纲分析3
2.1 基本原理3
2.2 量纲3
2.3 物理量3
2.4 基本量、导出量和量纲常数3
2.5 量纲系统4
2.6 物理量的量纲一致性5
例1：钟摆的振荡周期6
例2：物体在均匀重力场下的降落时间θ（自由落体定律）和液体由敞开容器流出的速度v（Torricellis方程）。8
例3：肉块尺寸和烧烤时间的关系9
2.7 П定律11
第3章 由矩阵变换导出П集合12
例4：均相流体通过光滑直管的压降（忽略入口段的影响）12
第4章 П空间的尺度相似性放大的基础17
例5：加热丝向空气流的传热（摘自文献［51］）19
第5章 关联变量中的特殊参数22
5.1 通用物理常数的处理22
5.2 中间量的引入22
例6：不同密度和黏度的液体混合物的均匀混合23
例7：溶解空气的浮选过程24
第6章 与放大有关的重要内容27
6.1 体系物性未能确定时的放大程序27
例8：机械破沫器的放大27
6.2 部分相似条件下的放大30
例9：船外壳的阻力30
例10：化学反应器放大的经验规律：用与体积相关的混合搅拌功率和表观速度作为混合容器和鼓泡塔的放大设计
标准33
第7章 放大要素的初步总结36
7.1 使用量纲分析的优点36
7.2 量纲分析的应用范围36
7.3 放大中的实验技术37
7.4 改变模型设备的尺度进行实验38
第8章 物性的量纲分析39
8.1 物性量纲分析的重要性39
8.2 物性的无因次表达式40
例11：黏度随温度变化的标准无因次数40
例12：密度随温度变化的无因次表达式43
例13：不同材料的颗粒强度随颗粒直径变化的无因次表达式44
例14：湿聚合物的干燥过程的物性D(T，F)的无因次表达式45
8.3 物性函数的参比态表达式46
8.4 可变物性的Π空间47
例15：用μw/μ表示关联式μ(T)函数48
例16：用Grashof数表示ρ(T)49
8.5 非牛顿流体的流变学标准函数和过程方程50
8.5.1 流变学标准函数50
8.5.1.1 假塑性流体的流动行为50
8.5.1.2 黏弹性流体的流动行为52
8.5.1.3 黏弹性流体［111］的量纲分析与讨论54
8.5.1.4 流变学标准函数［111a］56
例17：Weissenbergs现象的量纲分析——选自博士论文57
8.5.2 非牛顿流体的过程方程60
8.5.2.1 MetznerOtto的有效黏度μeff的定义60
8.5.2.2 非牛顿流体动力学过程的过程方程61
例18：搅拌桨的能量特性62
例19：搅拌桨的全混特性62
8.5.2.3 关于非牛顿流体的热力学过程方程64
8.5.2.4 非牛顿流体的放大过程65
第9章 Π空间的降阶66
9.1 Rayleigh与Riabouchinsky的讨论66
例20：Boussinesq问题的量纲分析68
例21：搅拌槽的传热过程69
第10章 应用量纲分析的典型问题和错误72
10.1 模型尺寸和流动行为——放大和微型化72
10.1.1 实验室设备的尺寸和流体力学72
10.1.2 实验室设备的尺寸和Π空间73
10.1.3 宏观混合与微观混合74
10.1.4 微观混合和复杂化学反应的选择性75
10.1.5 基于放大概念的微型和大型设备75
10.2 目标量的灵敏度分析76
10.2.1 混合时间θ76
10.2.2 按1s判据来判断固体的完全悬浮76
10.3 模型尺度和测量精度77
10.3.1 搅拌功率的确定77
10.3.2 表面曝气过程的传质77
10.4 实验确定完整的Π集合78
10.5 量纲分析的正确程序79
10.5.1 模型实验的准备79
10.5.2 模型实验的进行79
10.5.3 模型实验的评价80
第11章 过程集成和优化81
例22：确定搅拌条件，以最小功实现全混过程81
例23：中空自吸式搅拌桨的工艺特性及优化85
例24：去除最大反应热的搅拌器优化88
第12章 量纲分析法在机械设备放大的应用91
例25：充气搅拌器的功率消耗和放大设计91
例26：固/固混合器的放大95
例27：单螺杆机的输送特性99
例28：液体雾化过程的量纲分析103
例29：挂膜现象105
例30：液/液乳液的生成108
例31：固体在研磨机中进行精磨111
例32：废水处理气浮池的放大116
例33：离心过滤机中旋转干燥的动态描述122
例34：惯性力分离颗粒过程的分析124
例35：鼓泡塔中的气体滞留量127
例36：压片过程的量纲分析130
第13章 热单元操作过程的量钢分析选例136
13.1 引言136
例37：混合容器内的稳态传热136
例38：管道中的稳态传热138
例39：鼓泡塔内的稳态传热139
13.2 气/液(G/L)体系传质基础142
例40：表面曝气过程的传质143
例41：混合容器中体积曝气过程的传质145
例42：用喷射器作为气体分布器的鼓泡塔内G/L体系的传质。
有关氧气摄取率E≡G/∑P［kg(O2)/kW·h］的 工艺条件优化148
13.3 气/液体系中的聚并153
例43：干燥器的放大155
第14章 章化学过程的量纲分析选例160
例44：管式反应器内的连续化学反应过程160
例45：气固相催化反应过程热量和质量传递的量纲分析166
例46：石油化工催化反应器的放大171
例47：为进行平行串连反应而设计的，配有混合喷嘴的管式反
应器的尺寸设计174
例48：非均相气/液体系中快速化学反应速率的传质限制177
第15章生命过程中的量纲分析选例181
例49：用量纲分析的观点考虑划船问题181
例50：为什么大多数动物在水面下游动183
例51：在月球上步行184
例52：在水面上行走和跳跃187
例53：是什么使得树液沿树枝上升?187
第16章 量纲分析和过程放大的历史简述189
16.1 量纲分析的发展历史189
16.2 过程放大的发展历史192
第17 章习题和答案194
17.1 习题194
17.2 答案196
第18章 已命名的重要Π数表200
参考文献202