化学工程与技术

化学与环境 001

化学工业的安全 002

化学工程导论 004

生产过程的开发  007

Ⅰ.化工装置 008
1　管道 009
1.1　公称直径DN 009
1.2　公称压力PN 010
1.3　管道及管道尺寸 011
1.4　管道配件 013
1.5　管路连接 013
1.6　工业管道材料 016
1.7　管道等级 017
1.8　管路固定 018
1.9　管道标记 018
1.10　管道膨胀补偿 020
1.11　管路保温 021
1.12　管道的示意图 022

2　阀门 024
2.1　闸阀、蝶阀、球阀 024
2.2　截止阀 025
2.2.1　截止阀和调节阀 025
2.2.2　阀门执行器 027
2.2.3　受控阀门 028
2.2.4　P&ID流程图中的阀门图例 028
2.3　管道安装垫片 028
2.4　防回流件 029
2.5　安全阀 030
2.6　爆破片 031
2.7　减压阀（减压器） 032
2.8　蒸汽疏水阀 033
2.9　放空阀 035
2.10　过滤器 035

3　管道中的流体力学 036
3.1　体积流量、质量流量、流速 036
3.2　不同管路横截面中的流动 037
3.3　不同管路横截面中流体的压力变化 037
3.4　内摩擦和黏性 038
3.5　流动类型 039
3.6　管道中的压力损失 040
3.7　管道特征曲线 041
3.8　管道中的压力变化 042

4　液体输送 043
4.1　输送类型概述 043
4.2　通过泵输送 044
4.3　离心泵 044
4.3.1　结构和工作原理 044
4.3.2　泵叶轮 045
4.3.3　离心泵的结构类型 046
4.3.4　离心泵的轴封 047
4.3.5　离心泵设备 047
4.3.6　特殊类型的离心泵 048
4.3.7　离心泵的应用 048
4.3.8　侧通道泵 049
4.3.9　螺旋桨式泵 049
4.4　离心泵的运行特征 050
4.4.1　泵的输送流量和输送高度 050
4.4.2　设备的输送高度 050
4.4.3　泵的功耗和效率 051
4 4.4　离心泵的特征曲线 051
4.4.5　设备的特征曲线 051
4.4.6　离心泵的工作点 052
4.4.7　泵的互联 052
4.4.8　离心泵的综合特征曲线 053
4.4.9　离心泵的汽蚀现象 053
4.4.10　计算汽蚀余量（NPSH） 054
4.4.11　离心泵的启动和关闭 056
4.5　往复活塞泵 057
4.5.1　往复活塞泵的结构和工作原理 057
4.5.2　特点和用途 058
4.6　活塞隔膜泵 058
4.7　旋转活塞泵 059
4.7.1　螺杆泵 059
4.7.2　偏心螺杆泵 059
4.7.3　齿轮泵 059
4.7.4　回转泵 060
4.7.5　 蠕动泵 060
4.8　喷射泵 060
4.9　泵的特征和使用范围概况 061
4.10　液体的计量 062
4.11　清管器的计量和清洁 062

5　气体输送和压缩 065
5.1　气体的物态变化规律 065
5.2　气体压缩时的过程 067
5.3　气体输送机和压缩机 067
5.4　活塞式压缩机 068
5.5　旋转活塞式压缩机 070
5.6　涡轮压缩机 071
5.7　鼓风机 072
5.8　通风机 072

6　产生负压（真空技术） 074
6.1　液环真空泵 074
6.2　推进剂真空泵 075
6.3　组合的喷射泵系统 075
6.4　旋转位移真空泵 076
6.5　扩散真空泵 078
6.6　涡轮分子泵 078
6.7　选择合适的真空泵 078
6.7.1　抽出干燥气体 079
6.7.2　抽出含水蒸气的气体 079

7　固体物料的输送 080
7.1　散状物料 080
7.1.1　孔隙率和堆积密度 080
7.1.2　散状物料的特征和处理 080
7.2　机械散状物料输送机 081
7.3　气动散状物料输送机 084
7.4　配料机 085
7.5　包装物料输送设备 086
7.6　非连续输送机 087
7.7　散状物料和包装物料的处理 088

8　化工厂的储存设施 090
8.1　散状物料的储存 090
8.2　包装物料的存储 092
8.3　存储的液体 093
8.4　处理和运输可燃及有毒液体 096
8.5　气体的储存 097

9　机器和设备概述 100
9.1　电动机和变速器 100
9.2　釜式反应器（反应釜） 101
9.3　破碎机 102
9.4　过滤装置 102
9.5　换热器 103
9.6　精馏塔 103

10　化工设备设计 104

11　化工设备的示意图 106
11.1　方块流程图 106
11.2　工艺流程图 107
11.3　管道和仪表流程图（P&ID流程图） 109
11.4　技术设备P&ID流程图示例 110
11.5　流程图中的图形符号 112

12　化工设备的运行和维护 116
12.1　化工设备的运行 116
12.2　化工设备的检修 116
12.2.1　维护 116
12.2.2　检查 119
12.2.3　检修 120
12.2.4　检修方案 120

13　化工设备的安全性 121
13.1　操作安全条例 121
13.2　化工设备的安全方案 122
13.3　化工设备中的防爆保护措施 124

14　事故预防和职业安全 126
14.1　危险工作区域 126
14.2　防火和防爆 128
14.2.1　易燃和易爆物质 128
14.2.2　避免火灾和爆炸 129
14.2.3　消防和防火 129
14.3　有害物质的使用 130
14.4　有害物质的标记 130
14.4.1　GHS规定的有害物质象形图 130
14.4.2　H语句和P语句 131
14.4.3　旧的有害物质标记 131
14.5　有害物质的种类 132
14.5.1　腐蚀性物质 132
14.5.2　腐蚀性和刺激性气体 133
14.5.3　吸入性毒气 133
14.5.4　窒息性气体 133
14.5.5　溶剂和有毒液体 134
14.5.6　固体有毒物质 134
14.5.7　长期有害物质 135
14.5.8　职业接触限值 136
14.6　避免由于物理影响导致的健康损害 137
14.6.1　防噪声 137
14.6.2　防辐射 137

Ⅱ.化学工业中的电气工程 138
1　电气工程基础 138
1.1　电力的应用 138
1.2　电气工程的基本概念 139
1.3　电气基本参数 140
1.4　欧姆定律 141
1.5　电功率、电功、效率 142
1.6　负载电路 143
1.7　测量电气参数 144
1.8　电流类型 145

2　电力供应和安全用电 146
2.1　电网和电气连接 146
2.2　电气安装和连接 147
2.3　电气生产设备的保护措施 148
2.4　电气设备可能出现的故障 149
2.5　电流引起的危险 149
2.6　安全使用带电电缆和电气设备 150
2.7　电气设备和机器上的图形符号 150

3　化工设备中的电驱动机 151
3.1　电动机 151
3.1.1　三相鼠笼式电动机 151
3.1.2　直流电动机 154
3.1.3　电动机防护等级 156
3.2　电动机的传动装置 156
3.2.1　三角皮带传动装置 156
3.2.2　齿轮传动装置 157
3.2.3　凸轮传动装置 158
3.2.4　塔轮传动装置 159
3.2.5　齿带传动装置 159

4　电化学基础 160
4.1　原电池 160
4.2　电解 162
4.2.1　水溶液的电解 162
4.2.2　法拉第定律 163
4.2.3　工业电解过程 163

Ⅲ.机器和设备中的构件 165
1　旋转移动的机械零件 165
1.1　轴、轴心、螺栓 165
1.2　齿轮 166
1.3　轴毂连接 167
1.4　联轴器 168

2　轴承 169
2.1　滑动轴承 169
2.2　滚动轴承 169

3　密封件 170
3.1　相对静止表面上的密封件 170
3.2　轴密封件 170

4　机器和设备的接合元件 172
4.1　螺纹连接 172
4.2　螺栓类型 173
4.3　螺母 174
4.4　螺栓防松装置 174
4.5　螺栓和螺母的强度等级 174
4.6　销钉 174

5　密封盖 175

6　焊接连接 176
6.1　手动电弧焊接 176
6.2　惰性气体焊接 176
6.3　气焊 177
6.4　钎焊 177

7　机器中的液压系统 178

8　化学工业中的气动装置 180

Ⅳ.化工设备中的材料技术 182
1　生产和辅助材料的分类 182

2　工业材料的特性 184
2.1　物理性质 184
2.2　机械性能 185
2.3　化学工艺特性 186
2.4　生产工艺特性 187
2.5　环境兼容性 187

3　钢 188
3.1　用于机械应力的结构钢 188
3.2　用于机械和热负荷的结构钢 191
3.3　用于化学负荷的结构钢：不锈钢 192
3.4　工具钢 194

4　铸铁和铸钢 196
4.1　铸铁 196
4.2　铸钢 197

5　有色金属（NE金属） 198
5.1　铝和铝合金 198
5.2　铜和铜合金 199
5.3　镍材料 200
5.4　钛（Ti） 201
5.5　铅（Pb） 201
5.6　特殊金属锆（Zr）和钽（Ta） 202
5.7　锌（Zn） 202
5.8　锡（Sn） 202

6　腐蚀和腐蚀防护 203
6.1　化学腐蚀 203
6.2　电化学腐蚀 203
6.3　腐蚀的类型和外观 205
6.4　金属材料的耐腐蚀性 207
6.5　选择合适的材料 207
6.6　防腐蚀措施 210
6.6.1　防腐蚀涂料 210
6.6.2　锌涂层 210
6.6.3　不锈钢设备的防腐蚀 211
6.6.4　降低作用物质的侵蚀性 211
6.6.5　避免腐蚀部位 211
6.6.6　钢组件的阴极防腐蚀 212
6.6.7　铝组件的防腐蚀保护 212

7　运行时材料和组件的监控 213
7.1　化工设备中的故障定位 213
7.2　腐蚀监控 215

8　塑料 216
8.1　特性和用途 216
8.2　工艺分类 216
8.3　热塑性塑料 217
8.4　热固性塑料 218
8.5　弹性体 219
8.6　稳定性和老化 220
8.7　塑料加工 220

9　复合材料 221

10　非金属无机物 222
10.1　化工玻璃 222
10.2　化工搪瓷 222
10.3　陶瓷材料 223
10.4　耐化学腐蚀的衬里 223
10.5　石墨和碳材料 223

11　润滑剂 224
11.1　润滑油 224
11.2　润滑脂 225
11.3　固体润滑剂 225

Ⅴ.化工设备中的测量技术 226
1　温度的测量 228
1.1　温标 228
1.2　机械式温度测量设备 229
1.3　电阻温度计 230
1.4　热电偶 231
1.5　辐射高温计 232
1.6　温度测量设备的应用范围概述 232

2　压力的测量 233
2.1　定义、单位、换算 233
2.2　压力类型 233
2.3　U形管压力计 233
2.4　弹簧压力计 234
2.5　压力传感器 235
2.6　压力计的测量范围概况 235
2.7　压差测量 236
2.8　压力计、压力监控器 236
2.9　压力测量的特点 237

3　液位的测量 239
3.1　液位测量设备 239
3.1.1　机械液位测量设备 239
3.1.2　静压液位测量设备 240
3.1.3　超声波液位测量设备 241
3.1.4　电容液位测量设备 241
3.1.5　雷达液位测量设备 242
3.2　液位限位开关 242
3.3　散状物料的填充高度测量设备和限位开关 243
3.4　容器的容积 245
3.5　容器中的气体量测定 246

4　流量的测量 247
4.1　流量计 248
4.1.1　转子流量计 248
4.1.2　孔板流量计 248
4.1.3　旋涡流量计 249
4.1.4　振动流量计 249
4.1.5　超声波流量计 250
4.1.6　磁感应流量计 250
4.1.7　科里奥利质量流量计 251
4.1.8　热式质量流量计 251
4.1.9　涡轮流量计 252
4.1.10　叶轮流量计 252
4.2　流体流量计 252
4.3　流量指示器和流量监控器 254

5　测量值的获取、处理和显示 255

6　测量点的表示和命名 258

Ⅵ.物质、产品和环境特性的测定 259
1　取样 259
1.1　液体取样 260
1.2　固体取样 260

2　固体物质特性的测定 261
2.1　质量的测定 261
2.2　密度的测定 263
2.3　水分含量的测定 264
2.4　散状物料粒度的测定 265
2.4.1　筛析取样 265
2.4.2　筛析 266
2.4.3　筛析的评估 266
2.4.4　RRSB粒度分布网格 268

3　液体物性和组成的测定 271
3.1　液体密度的测量 271
3.2　黏度的测量 272
3.3　电导率的测量 273
3.4　pH值的测量 273
3.5　氧化还原电位的测量 274
3.6　电导率和pH值测量的应用 275
3.7　水中溶解氧的测量 276
3.8　液体浊度的测量 276

4　气体和液体的分析方法 277
4.1　色谱分析 277
4.2　传感器分析 278
4.2.1　红外吸收传感器 278
4.2.2　热导式传感器 279
4.2.3　催化热效应传感器 279
4.2.4　电化学传感器 279
4.2.5　气体分析仪 280

5　空气成分的测量 280
5.1　氧含量和空气污染物 280
5.2　爆炸极限 280
5.3　湿度的测量 281
5.4　烟尘浓度的测量 281

6　化学工业中的质量保证 282
6.1　质量管理 282
6.2　质量管理体系 283
6.3　质量保证工具 284
6.3.1　校对清单 284
6.3.2　故障/缺陷采集卡和数据采集卡 284
6.3.3　直方图 285
6.3.4　分布密度曲线和统计参数 285
6.3.5　数据采集卡的预先计算 286
6.3.6　帕累托分析（ABC分析） 286
6.3.7　石川图 287
6.3.8　用质量控制图表进行过程控制 288
6.3.9　质量工具概述 290

Ⅶ.加工技术 291
1　散状物料的描述 292
1.1　散状物料中的颗粒物尺寸 292
1.2　散状物料的表面积 292
1.3　不同尺寸散状物料的特征 293
1.4　散状物料的分布密度曲线 294

2　固体物质的粉碎 295
2.1　物理原理 295
2.2　粉碎方法 296
2.3　破碎机 297
2.4　研磨机 298
2.5　制粒机、造粒机 300
2.6　粉碎设备 300

3　液体分离 301
3.1　喷洒、喷射 302
3.2　喷雾、雾化 302

4　团聚（接合） 303
4.1　结构性制粒（造粒） 303
4.2　模压 305
4.3　烧结 306

5　混合（物质结合） 307
5.1　液体的机械搅拌 308
5.1.1　搅拌釜 308
5.1.2　搅拌驱动装置 310
5.1.3　搅拌器 311
5.1.4　搅拌釜中的流动过程 312
5.1.5　使用搅拌的过程操作 313
5.2　气动搅拌 315
5.3　流体混合器 315
5.4　捏合、成糊 317
5.5　固体散料的混合 319

Ⅷ.制热和制冷技术 321
1　热：一种能量形式 321
1.1　热量单位 321
1.2　热量 321
1.3　相变热 322
1.4　物态改变时的总热量 323
1.5　混合物的温度 324

2　化工厂中的能源载体 325
2.1　燃料 325
2.2　电 326
2.3　水蒸气 327
2.4　加热液 329
2.5　气体和固体载热体 329
2.6　冷却剂和制冷剂 329
2.7　压缩空气和真空 330

3　热传递 331
3.1　物理原理 331
3.2　化学工程中的传热 332
3.3　热传导 332
3.4　热传递 333
3.5　总传热 334
3.6　热辐射 335
3.7　热交换器中的物料流向 336

4　换热器 338
4.1　管壳式换热器 338
4.2　盘管式换热器 339
4.3　套管式换热器 340
4.4　螺旋板式换热器 340
4.5　板式换热器 340

5　冷凝器 341
5.1　表面冷凝器 341
5.2　混合冷凝器 342

6　搅拌釜的加热和冷却系统 343
6.1　间接传热 343
6.2　直接传热 343
6.3　加热和冷却系统 344

7　热交换过程中的节能 345

8　用空气和喷淋水冷却 346

Ⅸ.机械分离方法 349
1　固体混合物的机械分离方法 349
1.1　筛选 351
1.1.1　密度筛选 351
1.1.2　浮选 352
1.1.3　磁选 353
1.2　分级 354
1.2.1　过筛 354
1.2.2　风选 356
1.2.3　水力分级 358

2　固液混合物的机械分离方法 359
2.1　沉淀、沉降和絮凝 359
2.2　过滤 362
2.2.1　工作原理 362
2.2.2　间歇式过滤设备 363
2.2.3　连续式过滤设备 365
2.3　榨取 367
2.4　离心分离 368
2.4.1　工作原理 368
2.4.2　间歇过滤式离心机 369
2.4.3　连续过滤式离心机 370
2.4.4　沉淀式离心机 370
2.4.5　工业用离心设备 373

3　乳浊液的机械分离 374
3.1　滗析 374
3.2　离心分离 374
3.3　超滤 375

Ⅹ.除尘和废气净化 376
1　除尘 377
1.1　机械除尘 378
1.2　湿法除尘 380
1.3　过滤除尘 381
1.4　静电除尘 382
1.5　除尘设备 383

2　细分液滴的分离 384

3　分离其他气体 385
3.1　通过冷凝分离外来气体 385
3.2　通过吸收净化气体 386
3.3　通过吸附净化气体 390
3.4　通过蒸汽渗透净化气体 393
3.5　催化净化气体 394
3.6　通过燃烧净化废气 395

Ⅺ.热分离方法 396
1　干燥 397
1.1　物理原理 397
1.2　干燥过程的h-X图 400
1.3　干燥工艺 402
1.4　固体散料干燥机 403
1.5　液体和悬浮液干燥机 405
1.6　真空冷冻干燥 407
1.7　工业离心机和干燥设备 408

2　溶液的热分离 410
2.1　蒸发 410
2.1.1　纯溶剂的蒸发 410
2.1.2　溶液的蒸发 411
2.1.3　蒸发器中的蒸发过程 411
2.1.4　间歇和连续蒸发 412
2.1.5　蒸发器的种类 413
2.1.6　蒸发器设备 415
2.2　溶液的结晶 417
2.2.1　物理原理 417
2.2.2　结晶工艺 418
2.2.3　结晶设备 419
2.3　盐析、稀释、沉淀 422
2.4　冷冻（冷凝） 422

3　混合液的热分离 424
3.1　物理原理 424
3.1.1　液体的蒸发特性 424
3.1.2　混合液的沸腾行为 424
3.1.3　混合液的蒸气压 425
3.1.4　沸点图（相图） 427
3.1.5　平衡图 427
3.2　蒸馏 428
3.2.1　间歇简单蒸馏 428
3.2.2　不同液体混合物的蒸馏特性 429
3.2.3　间歇分步蒸馏 430
3.2.4　连续简单蒸馏 431
3.2.5　水蒸气蒸馏 431
3.3　精馏 433
3.3.1　精馏过程 433
3.3.2　板式精馏塔（板式塔） 435
3.3.3　精馏塔中的组成变化 436
3.3.4　理论分离级数 437
3.3.5　塔板效率和所需塔板数 437
3.3.6　回流比 437
3.3.7　带填料和分离包的精馏塔 438
3.4　精馏工艺 440
3.4.1　间歇精馏 440
3.4.2   连续精馏 441
3.4.3　混合液进料的类型 442
3.4.4　确定连续精馏塔的分离级数 443
3.4.5　混合液进料高度的影响 445
3.5　多组分混合液的精馏 446
3.6　热敏混合物的精馏 447
3.7　原油精炼 448
3.8　共沸和低沸点差混合液的精馏 450
3.8.1　共沸混合液的沸腾特性 450
3.8.2　双压共沸精馏 451
3.8.3　使用辅助剂的共沸精馏 452
3.8.4　萃取精馏 453
3.9　组合式精馏工艺 454
3.10　精馏设备的节能措施 455
3.11　精馏设备的调节 455

Ⅻ.物理化学分离过程 456
1　固体萃取 457
1.1　过程和概念 457
1.2 　工业萃取过程 457
1.3　萃取的溶剂 458
1.4　物理原理 458
1.5　固体萃取时的物料导向 459
1.6　间歇固体萃取器 460
1.7　连续固体萃取器 462

2　液-液萃取 464
2.1　物理原理 464
2.2　间歇液-液萃取设备 465
2.3　连续液-液萃取设备 466
2.4　塔的萃取效率 468

3　离子交换法 469
3.1　理化原理 469
3.2　水的净化 470
3.3　水的软化 471
3.4　污水解毒 471
3.5　离子交换设备 471

4　膜分离技术 473
4.1　液-液膜分离法的划分 473
4.2　液-液膜分离法 474
4.2.1　反向渗透 474
4.2.2　纳米过滤 474
4.2.3　超滤 475
4.2.4　微过滤 475
4.3　膜分离过程设备 475
4.4　使用膜分离法的设备 477
4.5　全蒸发法 478
4.6　蒸气渗透 479

ⅩⅢ.控制、调节和过程控制技术 480
1　概述和概念 480

2　调节技术 482
2.1　基础知识 482
2.2　测量、控制、调节点的图示及命名 484
2.3　化工设备中EMSR点示例 486
2.4　受控系统 488
2.4.1　受控系统的静态行为 488
2.4.2　受控系统的动态行为 489
2.5　调节装置功能元件的描述 490
2.6　调节器 492
2.6.1　连续调节器的时间特性 492
2.6.2　调节器类型的对比和使用 494
2.6.3　非持续调节器 495
2.6.4　调节仪 496
2.6.5　无外加能量的调节器 497
2.7　化工设备中的调节任务 498
2.7.1　温度调节 498
2.7.2　压力调节 499
2.7.3　流量调节 501
2.7.4　容量调节 501
2.7.5　液位调节 502
2.7.6　分析数据的调节 502
2.7.7　精馏设备的调节 503
2.8　调节回路特征和调节器设置 504

3　控制技术 505
3.1　控制技术的基本概念 505
3.2　控制的类型 506
3.3　控制过程的描述类型 507
3.3.1　有文字和草图的描述 507
3.3.2　逻辑描述 507
3.3.3　控制时间表和切换顺序图 508
3.3.4　切换顺序图中批量反应器的流程控制 509
3.4　二进制信号处理的基本函数 510
3.5　配有GRAFCET的流程控制系统的功能图 512
3.5.1　混合设备的流程控制 514
3.5.2　反应设备的流程控制 515
3.5.3　离心设备的流程控制 517
3.6　控制器的技术设计 518
3.6.1　机械控制器 518
3.6.2　电气控制器 518
3.6.3　电子控制器 519
3.6.4　可编程逻辑控制器PLC 519

4　过程控制技术 522
4.1　传统的EMSR技术和DCS技术的区别 522
4.2　过程控制系统的结构 524
4.2.1　DCS的组成部分 524
4.2.2　大型化工厂的过程控制系统 525
4.2.3　自动化单元 526
4.2.4　输入/输出单元 526
4.2.5　观察和操作站 527
4.2.6　总线系统 527
4.2.7　管理站 527
4.3　屏幕上过程事件的描述 528
4.3.1　流程图 528
4.3.2　组合图 529
4.3.3　曲线图 530
4.3.4　面板 530
4.4　过程控制系统的操作 531
4.5　过程控制系统的功能范围 532
4.5.1　测量值编辑功能 532
4.5.2　调节功能 532
4.5.3　控制功能 533
4.5.4　批处理的配方控制 534
4.5.5　管网控制 536
4.5.6　监控功能 536
4.5.7　维护管理 537

ⅩⅣ.化学反应技术 538
1　反应过程 538

2　反应的影响因素 539

3　批量操作 540
3.1　反应容器 540
3.2　 批量操作的特点 541

4　连续操作 542
4.1　连续操作反应装置 542
4.2　连续操作的特点 542
4.3　反应器中带循环控制的连续操作 543

5　组合式反应器 544

6　高压反应器 544

7　反应炉 546

8　电解装置 547

9　化学过程的评价参数 548

ⅩⅤ.化学工业中的环保技术 550
1　化工生产和环境保护 551

2　环保领域：水 553
2.1　废水的法律规定 553
2.2　废水的净化方法 554
2.3　选择合适的废水净化法 558
2.4　化工废水净化工艺 559
2.5　城市污水处理厂中的机械-生物废水净化 560
2.6　高层反应器中的生物废水净化 562

3　环保领域：空气 563
3.1　废气的法律规定 563
3.2　组合式废气燃烧和排气净化 563
3.3　通过吸附和后燃净化排气 564
3.4　火电厂的废气净化 565

4　化工废固处理 566
4.1　废固处理的法律规定 566
4.2　垃圾的处理方法 566
4.3　化工厂废固的回收处理 567
4.4　焚烧工业和城市垃圾的大型工厂 568
4.5　存放在专用垃圾填埋场 569

5　生产一体化的环保 570

致谢 577

图片来源列表 578