化學工程放大技術

第1章 緒論1
第2章 量綱分析3
2.1 基本原理3
2.2 量綱3
2.3 物理量3
2.4 基本量、導出量和量綱常數(shù)3
2.5 量綱系統(tǒng)4
2.6 物理量的量綱一致性5
例1：鐘擺的振蕩周期6
例2：物體在均勻重力場下的降落時間θ（自由落體定律）和液體由敞開容器流出的速度v（Torricellis方程）。8
例3：肉塊尺寸和燒烤時間的關系9
2.7 П定律11
第3章 由矩陣變換導出П集合12
例4：均相流體通過光滑直管的壓降（忽略入口段的影響）12
第4章 П空間的尺度相似性放大的基礎17
例5：加熱絲向空氣流的傳熱（摘自文獻［51］）19
第5章 關聯(lián)變量中的特殊參數(shù)22
5.1 通用物理常數(shù)的處理22
5.2 中間量的引入22
例6：不同密度和黏度的液體混合物的均勻混合23
例7：溶解空氣的浮選過程24
第6章 與放大有關的重要內(nèi)容27
6.1 體系物性未能確定時的放大程序27
例8：機械破沫器的放大27
6.2 部分相似條件下的放大30
例9：船外殼的阻力30
例10：化學反應器放大的經(jīng)驗規(guī)律：用與體積相關的混合攪拌功率和表觀速度作為混合容器和鼓泡塔的放大設計
標準33
第7章 放大要素的初步總結(jié)36
7.1 使用量綱分析的優(yōu)點36
7.2 量綱分析的應用范圍36
7.3 放大中的實驗技術37
7.4 改變模型設備的尺度進行實驗38
第8章 物性的量綱分析39
8.1 物性量綱分析的重要性39
8.2 物性的無因次表達式40
例11：黏度隨溫度變化的標準無因次數(shù)40
例12：密度隨溫度變化的無因次表達式43
例13：不同材料的顆粒強度隨顆粒直徑變化的無因次表達式44
例14：濕聚合物的干燥過程的物性D(T，F(xiàn))的無因次表達式45
8.3 物性函數(shù)的參比態(tài)表達式46
8.4 可變物性的Π空間47
例15：用μw/μ表示關聯(lián)式μ(T)函數(shù)48
例16：用Grashof數(shù)表示ρ(T)49
8.5 非牛頓流體的流變學標準函數(shù)和過程方程50
8.5.1 流變學標準函數(shù)50
8.5.1.1 假塑性流體的流動行為50
8.5.1.2 黏彈性流體的流動行為52
8.5.1.3 黏彈性流體［111］的量綱分析與討論54
8.5.1.4 流變學標準函數(shù)［111a］56
例17：Weissenbergs現(xiàn)象的量綱分析——選自博士論文57
8.5.2 非牛頓流體的過程方程60
8.5.2.1 MetznerOtto的有效黏度μeff的定義60
8.5.2.2 非牛頓流體動力學過程的過程方程61
例18：攪拌槳的能量特性62
例19：攪拌槳的全混特性62
8.5.2.3 關于非牛頓流體的熱力學過程方程64
8.5.2.4 非牛頓流體的放大過程65
第9章 Π空間的降階66
9.1 Rayleigh與Riabouchinsky的討論66
例20：Boussinesq問題的量綱分析68
例21：攪拌槽的傳熱過程69
第10章 應用量綱分析的典型問題和錯誤72
10.1 模型尺寸和流動行為——放大和微型化72
10.1.1 實驗室設備的尺寸和流體力學72
10.1.2 實驗室設備的尺寸和Π空間73
10.1.3 宏觀混合與微觀混合74
10.1.4 微觀混合和復雜化學反應的選擇性75
10.1.5 基于放大概念的微型和大型設備75
10.2 目標量的靈敏度分析76
10.2.1 混合時間θ76
10.2.2 按1s判據(jù)來判斷固體的完全懸浮76
10.3 模型尺度和測量精度77
10.3.1 攪拌功率的確定77
10.3.2 表面曝氣過程的傳質(zhì)77
10.4 實驗確定完整的Π集合78
10.5 量綱分析的正確程序79
10.5.1 模型實驗的準備79
10.5.2 模型實驗的進行79
10.5.3 模型實驗的評價80
第11章 過程集成和優(yōu)化81
例22：確定攪拌條件，以最小功實現(xiàn)全混過程81
例23：中空自吸式攪拌槳的工藝特性及優(yōu)化85
例24：去除最大反應熱的攪拌器優(yōu)化88
第12章 量綱分析法在機械設備放大的應用91
例25：充氣攪拌器的功率消耗和放大設計91
例26：固/固混合器的放大95
例27：單螺桿機的輸送特性99
例28：液體霧化過程的量綱分析103
例29：掛膜現(xiàn)象105
例30：液/液乳液的生成108
例31：固體在研磨機中進行精磨111
例32：廢水處理氣浮池的放大116
例33：離心過濾機中旋轉(zhuǎn)干燥的動態(tài)描述122
例34：慣性力分離顆粒過程的分析124
例35：鼓泡塔中的氣體滯留量127
例36：壓片過程的量綱分析130
第13章 熱單元操作過程的量鋼分析選例136
13.1 引言136
例37：混合容器內(nèi)的穩(wěn)態(tài)傳熱136
例38：管道中的穩(wěn)態(tài)傳熱138
例39：鼓泡塔內(nèi)的穩(wěn)態(tài)傳熱139
13.2 氣/液(G/L)體系傳質(zhì)基礎142
例40：表面曝氣過程的傳質(zhì)143
例41：混合容器中體積曝氣過程的傳質(zhì)145
例42：用噴射器作為氣體分布器的鼓泡塔內(nèi)G/L體系的傳質(zhì)。
有關氧氣攝取率E≡G/∑P［kg(O2)/kW·h］的 工藝條件優(yōu)化148
13.3 氣/液體系中的聚并153
例43：干燥器的放大155
第14章 章化學過程的量綱分析選例160
例44：管式反應器內(nèi)的連續(xù)化學反應過程160
例45：氣固相催化反應過程熱量和質(zhì)量傳遞的量綱分析166
例46：石油化工催化反應器的放大171
例47：為進行平行串連反應而設計的，配有混合噴嘴的管式反
應器的尺寸設計174
例48：非均相氣/液體系中快速化學反應速率的傳質(zhì)限制177
第15章生命過程中的量綱分析選例181
例49：用量綱分析的觀點考慮劃船問題181
例50：為什么大多數(shù)動物在水面下游動183
例51：在月球上步行184
例52：在水面上行走和跳躍187
例53：是什么使得樹液沿樹枝上升?187
第16章 量綱分析和過程放大的歷史簡述189
16.1 量綱分析的發(fā)展歷史189
16.2 過程放大的發(fā)展歷史192
第17 章習題和答案194
17.1 習題194
17.2 答案196
第18章 已命名的重要Π數(shù)表200
參考文獻202