化学工程放大技术

第1章绪论

第2章量纲分析

2.1基本原理

2.2量纲

2.3物理量

2.4基本量、导出量和量纲常数

2.5量纲系统

2.6物理量的量纲一致性

例1：钟摆的振荡周期

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（Torricellis方程）之间的关系

例3：肉块尺寸和烧烤时间的关系

2.7∏定律

第3章由矩阵变换导出∏集合

例4：均相流体通过光滑直管的压降（忽略入口段的影响）

第4章∏空间的尺度相似性放大的基础

例5：加热丝向空气流的传热

第5章关联变量中的特殊参数

5.1通用物理常数的处理

5.2中间量的引入

例6：不同密度和黏度的液体混合物的均匀混合

例7：溶解空气的浮选过程

第6章与放大有关的重要内容

6.1体系物性未能确定时的放大程序

例8：机械破沫器的放大

6.2部分相似条件下的放大

例9：船外壳的阻力

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

第7章放大要素的初步总结

7.1使用量纲分析的优点

7.2量纲分析的应用范围

7.3放大中的实验技术

7.4改变模型设备的尺度进行实验

第8章物性的量纲分析

8.1物性量纲分析的重要性

8.2物性的无因次表达式

例11：黏度随温度变化的标准无因次数

例12：密度随温度变化的无因次表达式

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

例14：湿聚合物的干燥过程的物性D(T，F)的无因次表达式

8.3物性函数的参比态表达式

8.4可变物性的∏空间

例15：用μw/μ表示关联式μ(T)函数

例16：用Grashof数表示ρ(T)

8.5非牛顿流体的流变学标准函数和过程方程

8.5.1流变学标准函数

8.5.1.1假塑性流体的流动行为

8.5.1.2黏弹性流体的流动行为

8.5.1.3黏弹性流体的量纲分析与讨论

8.5.1.4流变学标准函数

例17：Weissenberg’s现象的量纲分析选自博士论文

8.5.2非牛顿流体的过程方程

8.5.2.1Metzner-Otto的有效黏度μeff的定义

8.5.2.2非牛顿流体动力学过程的过程方程

例18：搅拌桨的能量特性

例19：搅拌桨的全混特性

8.5.2.3关于非牛顿流体的热力学过程方程

8.5.2.4非牛顿流体的放大过程

第9章∏空间的降阶

例20：Boussinesq问题的量纲分析

例21：搅拌槽的传热过程

第10章应用量纲分析的典型问题和错误

10.1模型尺寸和流动行为放大和微型化

10.1.1实验室设备的尺寸和流体力学

10.1.2实验室设备的尺寸和∏空间

10.1.3宏观混合与微观混合

10.1.4微观混合和复杂化学反应的选择性

10.1.5基于放大概念的微型和大型设备

10.2目标量的灵敏度分析

10.2.1混合时间θ

10.2.2按1-s判据来判断固体的完全悬浮

10.3模型尺度和测量精度

10.3.1搅拌功率的确定

10.3.2表面曝气过程的传质

10.4实验确定完整的∏集合

10.5量纲分析的正确程序

10.5.1模型实验的准备

10.5.2模型实验的进行

10.5.3模型实验的评价

第11章过程集成和优化

例22：确定搅拌条件，以最小功实现全混过程

例23：中空自吸式搅拌桨的工艺特性及优化

例24：去除最大反应热的搅拌器优化

第12章量纲分析法在机械设备放大的应用

例25：充气搅拌器的功率消耗和放大设计

例26：固/固混合器的放大

例27：单螺杆机的输送特性

例28：液体雾化过程的量纲分析

例29：挂膜现象

例30：液/液乳液的生成

例31：固体在研磨机中进行精磨

例32：废水处理气浮池的放大

例33：离心过滤机中旋转干燥的动态描述

例34：惯性力分离颗粒过程的分析

例35：鼓泡塔中的气体滞留量

例36：压片过程的量纲分析

第13章热单元操作过程的量钢分析选例

13.1引言

例37：混合容器内的稳态传热

例38：管道中的稳态传热

例39：鼓泡塔内的稳态传热

13.2气/液(G/L)体系传质基础

例40：表面曝气过程的传质

例41：混合容器中体积曝气过程的传质

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

13.3气/液体系中的聚并

例43：干燥器的放大

第14章化学过程的量纲分析选例

例44：管式反应器内的连续化学反应过程

例45：气固相催化反应过程热量和质量传递的量纲分析

例46：石油化工催化反应器的放大

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

例48：非均相气/液体系中快速化学反应速率的传质限制

第15章生命过程中的量纲分析选例

例49：用量纲分析的观点考虑划船问题

例50：为什么大多数动物在水面下游动

例51：在月球上步行

例52：在水面上行走和跳跃

例53：是什么使得树液沿树枝上升?

第16章量纲分析和过程放大的历史简述

16.1量纲分析的发展历史

16.2过程放大的发展历史

第17章习题和答案

17.1习题

17.2答案

第18章已命名的重要∏数表

参考文献

　　对于化学工业过程来说，将实验室的研究成果迅速转化成工业规模生产的关键就是要认识放大规律和利用好化工放大技术。本书是原著的第二版。本书的前半部分提出并讨论了量纲分析和放大的理论基础，这个理论框架由二十个例子加以演示，所有的例子都是来自当今实践的很有意义的工程问题；本书的第二部分阐述了机械过程工程、热过程工程和化学工程领域中问题的整体量纲分析。以在本书中这样的一种方式论述，即使没有数学背景的人也可以很容易理解和掌握放大技术及相关知识。　　本书从量纲分析的基本概念和原理出发，结合化工过程的化学反应和单元操作的工程实例，详细介绍了量纲分析在化学工程放大中的应用。