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化学工程过程导论

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第 0 章:导论

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导论

  • 本书的目的
  • 本书的格式
  • 邀请贡献

第 1 章:先决条件

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单位

  • 基本单位类型
  • 单位的一致性和体系
  • 如何在单位之间转换
  • 量纲分析作为方程式的检验

有效数字

  • 为什么它们很重要?一个昂贵的水泥块的寓言。
  • 当我们相加时如何计算它们
  • 当我们相乘时如何计算它们
  • 什么时候你将 5 向下取整?为什么不像小学老师教你的那样向上取整呢?

普通化学回顾

  • 化学计量学和摩尔与克
  • 理想气体定律
  • 生成焓和生成熵

第 1 章练习题

第 2 章:基本质量平衡

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什么是质量平衡?

  • 黑箱法
  • 质量守恒
  • 一般守恒方程
  • 该守恒方程如何应用于本课程
  • 一些符号
  • 最终结果

将信息转换为质量流量

  • 简介:易于测量变量与派生变量
  • 体积流量和密度
  • 速度和横截面积
  • 质量流量与摩尔流量

如何使用质量平衡

  • 更复杂的例子,单组分流和多个操作
  • 绘制流程图
  • 一些基本的转换和策略
  • 总平衡与单一操作平衡

第 2 章练习题

第 3 章:多组分系统的质量平衡

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最重要的点:

  • 每种物质的质量守恒(当没有反应时)
  • 浓度和总流量的使用
  • 混合物整体性质

多组分问题求解

  • 一般方法和技巧
  • 单位之间的转换。
  • 带解的示例问题

多个过程中的多个组分

  • 现实中的事物往往要复杂得多。
  • 自由度分析。
  • 更复杂问题的示例

第 3 章练习题

第 4 章:带循环的质量平衡

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为什么要使用循环?

  • 节约资源
  • 提高产量
  • 节省空间
  • 节省资金

如何分析循环系统

  • 在平衡中使用组合点和分离点
  • 关于自由度分析的注意事项
  • 循环对分离过程影响的示例。

示例:带循环的简单系统

  • 展示循环的另一个应用。

第 4 章练习题

第 5 章:反应体系中的质量/摩尔平衡

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为什么要使用摩尔平衡?

  • 反应化学计量学的回顾
  • "摩尔守恒定律"的缺乏
  • 反应的摩尔进度
  • 稳态分子摩尔平衡方程

分子平衡问题的考虑因素

  • 自由度
  • 独立和依赖化学反应
  • 惰性物质与反应物质
  • 平衡常数(从普通化学介绍/回顾)
  • 反应进度仍然是反应进度
  • 无平衡的示例问题
  • 具有平衡的示例问题

带循环的反应

  • 分离过程如何提高效率的示例。

原子平衡

  • 原子摩尔守恒
  • 总体思路
  • 一些具体的例子
  • 原子平衡法的优点和缺点

第五章练习题

第六章:多相系统,相平衡介绍

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非理想气相分析

  • 理想气体假设,不是定律
  • 状态方程的概念
  • 理想气体方程的替代方程

非理想液相分析

  • 活度系数
  • 溶解度系数

相平衡基础

  • 吉布斯能
  • 逸度和逸度系数

混合物

  • 混合物有什么不同?
  • 偏摩尔性质
  • 理想混合物的性质(液体和气体)
  • 平衡时所有相的偏摩尔逸度相等

气液平衡

  • 理想气体和理想溶液(待办事项:将其移至“混合物”部分)
  • 蒸汽压;安托万方程
  • 拉乌尔定律(VLE)
  • 非理想体系的 VLE
  • VLE 图表

液液平衡

  • 不混溶流体
  • 混溶流体:分离常数 K
  • 酸碱反应在分离中的应用
  • LLE 图表

广义关联

  • 临界常数
  • 状态方程的广义形式
  • 广义压缩因子图表
  • 凯氏规则

解决问题

  • 泡点和露点
  • 求解平衡浓度、温度和压力
  • 平衡方程在求解质量平衡中的应用

第六章练习题

第七章:非反应体系的能量平衡

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稳态能量平衡

  • 能量平衡背后的思想:能量守恒
  • 可能重要的能量类型
  • 最常见的能量类型
    • 由于流动引起的能量变化
    • 由于温度变化引起的能量变化
    • 由于 PE 和 KE 差异引起的能量变化
    • 热和功
  • 实际稳态能量平衡方程(对于开式和闭式系统)

稳态能量平衡的应用

  • 理想气体的热容
  • 参考值
  • 计算热传递的方法

非稳态能量和质量平衡

  • 理解“积累”
  • 非稳态质量平衡(离散化)
  • 离散化非稳态质量平衡
  • 对未来事物的瞥见

(注意:有许多、许多、许多不同的能量平衡形式适用于特定情况,这个形式相当通用,但根本没有深入到系统的内部,因此无法告诉我们关于局部温度分布和类似事物的信息。此外,对于热主导过程来说,这是最实用的形式;对于主要是机械过程,另一种形式更有用。)

  • 开式和闭式系统问题(示例)

第八章:在非反应体系中结合能量和质量平衡

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基本思想
  • 最常见的未知数
  • 平衡之间有什么共同点?
几个示例问题说明了如何将这两个概念结合起来。
  • 无相变
  • 有相变

第九章:反应体系能量平衡介绍

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反应体系有什么不同?
  • 将反应热纳入能量平衡
  • 将所有内容整合在一起:具有反应的稳态质量/能量平衡问题

附录 1:有用的数学方法

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基本统计和数据分析

  • 线性回归
  • 将函数转换为线性形式(线性化)
  • 插值和外推

数值求根方法

  • 不动点和加权不动点迭代
  • 二分法
  • 试位法
  • 切线(牛顿)法

代数方程组

  • 系统和可解性的解释
  • 通用策略
  • 具体实例:线性方程、二次方程
  • 本文中的示例解决方案

不同的数据绘图方式

  • 如何选择比例尺
  • 线性化在绘图中的应用
  • 替代轴:对数对数和半对数图
  • 常见的绘图类型
  • 一致性图
  • 残差图

数学方法练习题

附录 2:使用计算机解决问题

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Excel

  • 数据输入
  • 数据处理和绘图
  • 回归分析
  • 目标求解

MATLAB

  • 使用符号数学工具箱求解方程组
  • 线性回归和多项式回归
  • 绘制函数和数据点

附录 3:其他有用信息

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系统变量的测量

  • 流量的直接测量方法(桶和计时器、流量计等)
  • 压力或压降的测量方法(压差计、气压计等)
  • 速度的测量(孔板流量计、文丘里管流量计等)
  • 浓度的测量(气相色谱、滴定等)
  • 温度的测量(热电偶和温度计的类型)

不寻常的单位

  • 标准体积与实际体积
  • 除了克摩尔以外的其他类型的摩尔
  • 表压与绝对压力
  • 磅力与磅质量

单元操作参考

  • 设备描述摘要
  • 进一步信息的链接

化学信息来源

附录 4:符号指南

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符号

  • 本书中使用的符号
  • 注意不同来源符号不统一

附录 5:进一步阅读

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Chapra, S. 和 Canale, R. 2002. Numerical Methods for Engineers,第 4 版。纽约:麦格劳希尔。

Felder, R.M. 和 Rousseau, R.W. 2000. Elementary Principles of Chemical Processes,第 3 版。纽约:约翰·威利父子公司。

Masterton, W. 和 Hurley, C. 2001. Chemistry Principles and Reactions,第 4 版。纽约:Harcourt。

Perry, R.H. 和 Green, D. 1984. Perry's Chemical Engineers Handbook,第 6 版。纽约:麦格劳希尔。

Windholz 。1976. The Merck Index,第 9 版。新泽西州:默克。

普通化学:要深入了解普通化学

Matlab:有关如何使用 MATLAB 解决问题的更多信息。

数值方法:有关求根模块和其他有趣的数学知识的更多详细信息(警告:它以相当高级的水平编写)

Himmelblau, D. M. 和 Riggs, J. B. 2004. "Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering",第 7 版。纽约:普伦蒂斯·霍尔

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数据表

单位换算表 (维基百科)

生成焓 (维基百科)

元素周期表 (洛斯阿拉莫斯国家实验室)

元素周期表 (Ptable.com)

化学科学数据表: 包含大量有用的数据,包括相当全面的标准熵列表和 25oC 下的吉布斯自由能 (还包括离子列表),以及元素摩尔质量、酸平衡常数、溶度积和电势的图表。一定值得查看。

NIST 性质: 您可以在其中查找许多常见物质的性质,包括水、许多轻质烃和许多气体。可获得的数据包括密度、焓、熵、Pitzer 非对称因子、表面张力、焦耳-汤姆逊系数以及其他几个变量,具体取决于所选物质和条件。要以表格形式查看数据,在输入所需的温度和压力范围后,单击“查看表格”,然后从下拉菜单中选择所需的属性。它会告诉您可接受的范围。

广义压缩因子图: 这在关于气体和液体的部分非常有用,您应该可以在任何热力学书或 Perry 手册中找到此图的副本。我在这里链接是为了让您对我在谈论什么有所了解。

各种材料的临界常数

SIRCh: 物理性质搜索 (精选互联网资源)

华夏公益教科书