本书以化工过程装备两个主要组成部分——化工过程流体机械和化工静设备为切入点，在系统介绍容积式泵与压缩机、透平式泵与压缩机、换热器、反应器等化工过程关键装备基本结构形式、工作原理、性能特点和应用场合的基础上，重点对其中存在的关键问题进行深度分析解释，以加深学生对化工过程装备的理解并使学生掌握分析相关问题的方法。内容主要涵盖流体力学、传热学、反应动力学、结构力学等方面的技术进步以及数值模拟技术的发展与应用，详细介绍了该类型装备在结构上的改进、性能（功能）上的提升和应用场合的拓展，并对如何将新技术进步应用于装备改进进行了深入分析；此外，亦对化工过程装备的发展趋势进行了展望。旨在通过系统性地讲述化工过程装备中的难点问题、新进展及其相关的技术支撑，有机融入科学精神、爱国奋斗精神和马克思主义的观点和方法，着力培养学生的创新思维、辩证思维、分析问题和解决问题的能力。
本书可作为动力工程及工程热物理、化工和机械工程等学科的专业课程教材，亦可作为高等院校和科研院所相关专业的研究生、工程技术人员和研究人员的参考书。

第1章绪论1
1.1化工过程装备的分类及应用1
1.1.1化工过程流体机械的分类1
1.1.2化工静设备的分类2
1.1.3化工过程装备的应用3
1.2化工过程装备的设计开发思路5
1.2.1化工过程流体机械设计5
1.2.2化工静设备设计6
1.3化工过程装备发展趋势7
1.3.1化工过程流体机械的发展趋势7
1.3.2化工静设备的发展趋势8

第2章容积式压缩机与泵11
2.1分类11
2.1.1容积式压缩机11
2.1.2容积式泵12
2.2典型的结构与功能13
2.2.1往复式压缩机的结构和功能13
2.2.2回转式压缩机的结构和功能15
2.2.3往复泵的结构和功能19
2.2.4回转泵的结构和功能20
2.3容积式压缩机与泵的主要性能22
2.3.1结构及制造工艺23
2.3.2故障及诊断32
2.3.3节能降耗40
2.3.4密封47
2.3.5润滑50
2.4技术进展及未来发展趋势59
2.4.1结构设计与制造59
2.4.2新装备与特种装备69

第3章透平式压缩机与泵84
3.1分类84
3.1.1透平式压缩机84
3.1.2透平式泵85
3.2典型的结构与功能86
3.2.1离心式压缩机的结构与功能86
3.2.2轴流式压缩机的结构与功能91
3.2.3离心泵的结构与功能95
3.2.4轴流泵的结构与功能95
3.2.5旋涡泵的结构与功能96
3.3离心泵的工作特性97
3.3.1离心泵驼峰曲线97
3.3.2喘振100
3.3.3泵的汽蚀问题108
3.3.4汽蚀问题数值模拟111
3.4技术进展及未来发展趋势114
3.4.1大流量透平压缩机115
3.4.2小流量透平压缩机116
3.4.3透平压缩机流场测控117
3.4.4高效率叶轮的设计117
3.4.5高能头叶轮118
3.4.6进气流场改善119
3.4.7集成压缩机的设计和应用119

第4章化工静设备121
4.1分类121
4.1.1压力容器121
4.1.2储存设备123
4.1.3换热设备124
4.1.4塔设备126
4.1.5工业反应器127
4.2化工设备的强度与稳定性设计128
4.2.1化工设备的设计准则与安全分析128
4.2.2设备的应力分析与强度计算128
4.2.3设备的稳定性设计131
4.3化工设备的环境与安全考量136
4.3.1化工设备的环境影响评估136
4.3.2安全法规、标准与合规性检查137
4.3.3事故预防措施与应急响应计划138
4.4现代化工设备的发展趋势139
4.4.1缠绕管换热器139
4.4.2螺旋折流板换热器144
4.4.3微反应器148
4.5化工设备常见工程问题151
4.5.1压力容器151
4.5.2换热器154
4.5.3反应器163

第5章装备的振动及其控制167
5.1振动的基本概念与分类167
5.1.1机械振动的概念167
5.1.2工程中的振动问题167
5.1.3振动的分类168
5.2单自由度系统振动170
5.2.1无阻尼自由振动170
5.2.2有阻尼自由振动171
5.2.3强迫振动172
5.2.4一般激励力下的强迫振动174
5.2.5连续体和多自由度系统强迫振动175
5.2.6风载荷激励下的响应178
5.2.7地震载荷激励下的响应178

第6章化工过程设备数值模拟181
6.1数值建模181
6.1.1容积式压缩机181
6.1.2透平式压缩机195
6.1.3装备的流固耦合与振动202
6.2数值模拟方法216
6.2.1容积式压缩机216
6.2.2透平式压缩机227
6.2.3装备的流固耦合与振动230
6.3典型算例232
6.3.1静设备的热力模拟232
6.3.2动设备的流动/传热234
6.3.3流固耦合238

参考文献243

化工过程装备主要服务于现代化工及与之相近的许多流程工业，在现代化工中必不可少，其技术发展水平直接影响着化工生产能力。本书以化工过程流体机械和化工静设备为切入点，全面而深入地介绍化工过程装备的设计、运行原理及应用方面的新进展等内容，旨在为广大读者特别是相关专业学生提供一本全面、系统的学习和参考资料。
随着全球化学工业的蓬勃发展和科技水平的不断提高，化工过程装备的设计和应用正面临着前所未有的挑战和机遇。新材料、新工艺的出现，对化工过程装备的性能、安全性、环保性提出了更高的要求；同时，数字化、智能化技术的应用，也为化工过程装备的优化和创新开辟了新的道路。因此，我们编写了这本既全面反映化工过程装备新技术发展趋势，又能助力读者深刻理解并掌握其核心技术的教材。
本书共6章，大体上可分为以下3个部分。
第1部分（绪论）：介绍了化工过程装备的发展背景、现状及未来趋势，旨在为读者提供一个全局的视角，有助于读者理解化工过程装备在现代工业中的重要性及其发展动态。
第2部分（第2～5章）：系统详细讲解了容积式泵与压缩机、透平式泵与压缩机、换热器、反应器等关键化工过程装备的基本结构、工作原理、性能特点和应用场景。此外，还探讨了设备的振动问题及其控制方法。这一部分是本书的核心内容，通过丰富的图表和实例，有助于读者深入理解各类装备的操作机制和应用领域。
第3部分（第6章）：专门介绍了数值模拟技术在化工过程装备设计与优化中的应用及案例实践。随着计算机技术的发展，数值模拟已成为化工过程装备研发中不可或缺的工具。这部分内容旨在引导读者掌握数值模拟技术，提高其科技创新能力。
本书全面客观地阐述了化工过程装备的新进展和新技术，科学系统地归纳了化工过程装备的知识点及其相互之间的联系与发展规律。本书在内容上尽可能涵盖化工过程装备基础知识的各方面，并系统性地阐述各类化工过程装备在结构、性能和应用上的新进展，尤其是数值模拟技术在化工过程装备中的应用。我们希望本书不仅能够帮助广大读者掌握化工过程装备的基础知识和应用技巧，更能激发与培养他们探索科学问题、解决实际工程问题的兴趣和能力。
受限于本书的篇幅等因素，尽管我们努力涵盖尽可能广泛的内容，仍然有许多重要且位于技术前沿的领域未能得到覆盖。在本书包含的领域中，有部分领域我们所能提供的信息也远非深入完整，可能仅仅是浅显的一瞥，这意味着，尽管本书旨在为读者提供一个关于化工过程装备技术发展的全景视图，但鉴于科技的快速进步和本领域知识的深度与广度，仍有大量的知识和信息等待着读者去进一步探索和发掘。
在书稿的编写和出版过程中，我们得到了众多专家学者和同行的宝贵意见和大力支持。在此，特别感谢李云、张早校、蔡柳溪、孙杰等人对本书内容的审阅和建议，他们的专业指导和无私帮助使得本书的质量得到了显著提升。同时，也感谢所有参与本书编写、审稿的同事和朋友，没有他们的辛勤工作和默默付出，本书无法顺利完成。在此，我们对所有参与本书编写和出版的同仁表示衷心的感谢。
限于编者水平，书中难免存在疏漏之处，恳请广大读者批评指正。

编者