王許雲，青島科技大學化工學院，副院長，副教授，作者自2000年至今，一直在青島科技大學化工學院化工原理教研室工作，承擔了大量的化工原理包括課堂教學、課程設計、實驗教學等各環節工作，積累了豐富的教學經驗。另外，青島科技大學化工原理課程是山東省試點課程、精品課程及高等學校基礎學科建設專項資助課程，作者是以上項目的骨干教師。

科研、實踐經歷：

科研方面主要從事清潔生產與膜科學與技術方面的研究工作，正在承擔和已完成包括973子課題、國家支撐計劃項目、自然科學基金項目等在內的多項科研項目，內容涉及反應/分離集成優化、膜科學技術與傳操作相集成廢水處理、膜蒸餾等。這些教學和科研實踐，使作者對化工及相關專業有了較為深入的了解，結合大量的教學體會，奠定了本選題的牢固理論和實踐基礎。

0緒論（Introduction）/ 1

0.1化工原理課程的基本內容及特點/ 1

0.1操作（Unit operations）/ 1

0.1.2化工原理與其他課程的關繫/ 2

0.1.3化工原理的任務及特點/ 3

0.2單位制與單位換算/ 5

0.2.1單位制（Unit systems）/ 5

0.2.2單位換算/ 5

0.2.3量綱分析/ 7

0.3基本概念與定律/ 8

0.3.1平衡關繫及過程速率/ 8

0.3.2質量衡算/ 9

0.3.3能量衡算/ 10

0.4研究方法/ 10



第1章流體流動原理及應用

Chapter 1 Principles of Fluid Flow and Applications of Fluid/ 11

1.1流體基本概念（Basic Concepts of Fluid）/ 11

1.1.1流體特征（Nature of fluids）/ 11

1.1.2流體力學基本概念（Basic concepts of fluid mechanics）/ 12

1.1.3流體密度/ 13

1.2流體靜力學(Fluid Statics)/ 14

1.2.1壓強 (Pressure)/ 14

1.2.2流體靜力學平衡 (Hydrostatic equilibrium)/ 17

1.2.3流體靜力學方程應用(Application of fluid statics equation)/ 18

1.3流體流動的基本概念 (Basic Concepts of Fluid Flow)/ 21

1.3.1流量(Flow rate)與流速(Velocity)/ 21

1.3.2穩態流動(Steady-state flow)及非穩態流動(Unsteady-state flow)/ 22

1.3.3牛頓黏性定律 (Newton’s law of viscosity)/ 23

1.3.4流動型態(Types of fluid flow)/ 26

1.4流體流動的質量與能量衡算(Mass and Energy Balance of Fluid Flow)/ 32

1.4.1質量衡算——連續性方程(Mass balance——continuity equation)/ 32

1.4.2總能量衡算(Overall energy balance )/ 33

1.4.3流體流動的總機械能衡算式(Overall mechanical energy balance)——柏努利方程式(Bernoulli equation)/ 34

1.5流體流動阻力(Friction Loss of Fluid Flow)計算/ 38

1.5.1直管阻力(Friction loss in straight pipe )計算/ 38

1.5.2摩擦繫數λ的確定/ 39

1.5.3局部阻力(Local friction loss)計算/ 45

1.6管路計算 (Calculation of Pipe Flow Systems)/ 46

1.6.1管路組成( Components of pipe flow systems)/ 46

1.6.2簡單管路計算/ 53

1.6.3復雜管路計算/ 54

1.7流體輸送機械 (Fluid Transportation Machinery)/ 55

1.7.1離心式輸送機械(Centrifugal fluid transportation machinery)/ 55

1.7.2往復式輸送機械 (Reciprocating conveying machinery)/ 78

1.7.3其他類型輸送機械/ 81

1.8流速與流量測量(Metering of Fluid Flow Rate and Velocity)/ 86

1.8.1變壓差恆截面型流量計/ 87

1.8.2恆壓差變截面型流量計——轉子流量計（Rotameters—area meter）/ 91

1.8.3渦輪流量計(Turbine flowmeter)/ 93

1.8.4電磁流量計(Electromagnetic flowmeter)/ 94

1.8.5超聲波流量計(Ultrasonic flowmeter)/ 94

工程案例分析/ 95

習題/ 96

思考題/ 98

名詞術語/ 98



第2章傳熱及傳熱設備

Chapter 2 Heat Transfer and Its Equipments/ 101

2.1傳熱基本概念(Basic Concepts of Heat Transfer)/ 101

2.1.1傳熱基本方式/ 102

2.1.2傳熱速率/ 102

2.2熱傳導(Heat Transfer by Conduction)/ 104

2.2.1熱傳導基本概念/ 104

2.2.2傅裡葉定律(Fourier’s law)/ 105

2.2.3固體平壁穩態熱傳導/ 106

2.2.4固體圓筒壁穩態熱傳導（Steady-state conduction of heat flow through solid cylinders）/ 109

2.3對流傳熱 (Heat transfer by convection)/ 111

2.3.1牛頓冷卻定律(Newton’s law of cooling)/ 112

2.3.2無相變對流傳熱（Heat transfer to fluids without phase change）繫數計算/ 116

2.3.3有相變對流傳熱繫數計算/ 121

2.4熱輻射（Radiation Heat Transfer）/ 129

2.4.1輻射傳熱基本概念/ 129

2.4.2物體的輻射能力(Emissive power)/ 131

2.4.3物體間的輻射傳熱(Radiation between surfaces)/ 132

2.4.4對流與輻射聯合傳熱/ 133

2.5間壁式換熱器傳熱計算 (Calculation of Wall Heat-Exchange Equipments)/ 134

2.5.1間壁式換熱簡介(Introduction of wall heat-exchange equipments)/ 134

2.5.2熱量衡算(Energy balances)/ 136

2.5.3總傳熱速率方程(Overrall rate equation of heat transfer)/ 137

2.5.4總傳熱繫數(Overall heat-transfer coefficient)的確定 / 138

2.5.5平均傳熱溫度差(Mean temperature difference)的計算/ 141

2.5.6換熱器的傳熱計算/ 144

2.6換熱設備(Heat Exchange Equipment)/ 149

2.6.1換熱器類型/ 149

2.6.2強化傳熱途徑/ 160

2.6.3管殼式換熱器設計/ 161

工程案例分析/ 169

習題/ 170

思考題/ 171

名詞術語/ 171



第3章傳質原理及應用

Chapter 3 Principles of Mass Transfer and Applications/ 173

3.1傳質基本概念（Basic Conceptions of Mass Transfer）/ 175

3.1.1分子擴散(Molecular diffusion)/ 175

3.1.2對流傳質(Convective mass transfer)/ 180

3.2蒸餾(Distillation)/ 182

3.2.1氣液相平衡原理/ 183

3.2.2蒸餾方式/ 189

3.2.3精餾原理 (Principles of distillation)/ 191

3.2.4精餾物料衡算與操作線方程(Material-balance and operating lines )/ 195

3.2.5精餾熱量衡算/ 200

3.2.6精餾設計計算/ 203

3.2.7回流比的選擇及影響/ 210

3.2.8特殊精餾（Special distillation）/ 215

3.2.9間歇精餾（Batch distillation）/ 218

3.3吸收 (Absorption)/ 219

3.3.1吸收基本原理 (Principles of absorption)/ 219

3.3.2氣液相平衡關繫(Gas-liquid equilibrium)/ 222

3.3.3吸收速率/ 226

3.3.4填料塔簡介/ 230

3.3.5吸收劑用量計算/ 230

3.3.6吸收塔高度的計算（Fundamental calculation equation of packing height）/ 233

3.3.7其他/ 239

3.4萃取 (Extraction)/ 240

3.4.1萃取原理 (Principles of extraction)/ 240

3.4.2液-液相平衡 (Phase equilibria of liquid-liquid)/ 243

3.4.3萃取過程計算 (Calculations for extraction processes)/ 246

3.4.4新型萃取過程簡介/ 250

3.5傳質設備 (Mass Transfer Equipments)/ 252

3.5.1板式塔(Plate tower)/ 252

3.5.2填料塔(Packed tower)/ 261

3.5.3萃取設備（Extraction equipment）/ 271

工程案例分析/ 280

習題/ 281

思考題/ 284

名詞術語/ 284



第4章固體顆粒流體力學基礎與機械分離

Chapter 4 Solid Particles’ Fluid Mechanics Basis and Mechanical Separations/ 288

4.1固體顆粒特性（Characteristics of Solid Particles）/ 290

4.1.1單一顆粒特性（Characteristics of single particle）/ 290

4.1.2顆粒群的特性/ 291

4.1.3粒徑測量（Particle size measurement）/ 292

4.2固體顆粒在流體中運動時的阻力（The Drag of Solid Particles Moving in the Fluid）/ 293

4.3沉降分離（Settling）/ 294

4.3.1重力沉降（Gravitational settling）/ 295

4.3.2離心沉降（Centrifugal settling）/ 299

4.4過濾（Filtration）/ 306

4.4.1過濾原理（Filtration fundamentals）/ 306

4.4.2過濾基本方程式/ 309

4.4.3過濾設備（Filtering equipment）/ 310

4.4.4過濾操作的改進（Improvement of filtering operations）/ 314

4.5固體流態化（Fluidization of Solid Particles）/ 314

4.5.1固體流態化現像（Fluidization of solids）/ 314

4.5.2固體流態化流體力學特性/ 316

4.5.3分布板對流化質量的影響/ 319

4.5.4固體流態化技術的應用（Application of solid fluidization technology）/ 320

4.6其他機械分離技術（Other Mechanical Separations）/ 322

4.6.1靜電除塵（Electrostatic dust collection）/ 322

4.6.2濕法捕集/ 323

工程案例分析/ 325

習題/ 326

思考題/ 328

名詞術語/ 328



第5章操作

Chapter 5 Others Unit Operation/ 330

5.1蒸發（Evaporation）/ 331

5.1.1蒸發設備（Evaporation equipments）/ 332

5.1.2單效蒸發（Single-effect evaporation）/ 339

5.1.3多效蒸發（Multiple-effect evaporators）/ 341

5.1.4蒸發操作的其他節能措施（Other energy saving measures for evaporation operations）/ 346

5.1.5蒸發應用/ 347

5.2固體干燥（Drying of Solid）/ 350

5.2.1干燥基本概念（Basic conception of drying）/ 351

5.2.2濕空氣性質（Properties of moist air）/ 353

5.2.3干燥工藝計算（Calculation of drying technology）/ 359

5.2.4干燥動力學（Dynamics of drying）/ 361

5.2.5干燥設備（Drying equipment）/ 368

5.3膜分離技術（Membrane Separation Technology）/ 372

5.3.1膜分離技術發展簡介/ 372

5.3.2各種固體膜分離過程簡介（Introduction of various solid membrane separation process）/ 374

5.3.3液膜分離技術（Technology of liquid membrane separation）/ 378

5.3.4膜蒸餾/ 382

5.3.5膜的性能參數/ 383

5.3.6典型膜分離設備簡介/ 384

5.4結晶（Crystallization）/ 389

5.4.1結晶的基本概念（Basic concepts of crystallization）/ 389

5.4.2相平衡與溶解度（Phase equilibrium and solubility）/ 392

5.4.3結晶動力學簡介/ 393

5.4.4工業結晶方法與設備（Industrial crystallization methods and equipments）/ 396

5.4.5結晶過程的強化與展望（Strengthening and prospect of crystallization process）/ 400

5.5吸附（Adsorption）/ 400

5.5.1吸附現像及其工業應用/ 400

5.5.2吸附的工業應用/ 405

5.5.3工業吸附方法與設備/ 406

5.6離子交換（Ion Exchange）/ 410

5.6.1離子交換原理 / 410

5.6.2離子交換劑的種類/ 413

5.6.3離子交換樹脂的基本性質/ 416

5.6.4離子交換樹脂的選用/ 418

5.6.5離子交換工業流程及設備/ 419

工程案例分析/ 425

思考題/ 432

名詞術語/ 433



附錄/ 436



參考文獻/ 467

化工原理是化學工程與技術學科重要的核心課程之一，是從基礎理論課程到工程專業課程過渡的橋梁。本書是青島科技大學化工原理教研室結合山東省精品課程建設編寫的繫列教材之一。《化工原理》（雙語）的編寫結合化工類相關專業人纔培養方案、教學體繫要求，並基於*工程教育認證“具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流”的要求進行編寫，為化工原理課程雙語教學奠定基礎。

本書以動量、熱量、質量傳遞理論為主線，突出工程學科的特點，繫統簡明地闡述了典型過程操作的基本原理、工藝計算、主要設備的結構特點及性能、過程或設備的強化途徑等。內容包括流體流動原理及應用、傳熱及傳熱設備、傳質原理及應用、固體顆粒流體力學基礎與機械分離以及操作五章內容，其中第3章傳質原理及應用包括傳質基本概念、蒸餾、吸收、萃取以及傳質設備；第5章操作包括了蒸發、干燥、膜分離、結晶、吸附、離子交換等。

《化工原理》（雙語）在編寫過程中，注意吸收青島科技大學化工原理教學團隊在教學方面的豐富經驗和體會，力爭深入淺出、循序漸進、層次分明、論述嚴謹。同時注意引入國內外過程工業領域不斷更新的新理論、新技術、新設備等動態，用中英文雙語進行表達，教學內容始終與國際接軌，使學生及時了解國內外相關學科發展前沿。同時，教材的編寫中注意結合本校化工、高分子、材料、機械等特色專業的科研成果，充分體現不斷創新的理念。

為保證教學效果，每章章末均配有習題、思考題、工程案例分析，可以激發讀者的學習興趣，引導讀者應用所學知識，培養對復雜工程問題的深入分析和解決能力。每章後面均配有名詞術語中英文對照，可幫助讀者有效進行英文資料的閱讀，提升跨文化交流的能力。

本書可作為高等學校化工及高分子、化學、材料、化工自動化、環境、化工安全、食品、制藥、冶金等專業的教材，也可供從事科研、設計和實際生產的科技人員參考。

參加本書編寫工作的有青島科技大學化工學院化工原理教研室王許雲（英文部分和部分中文部分）、王曉紅、田文德（中文部分）。另外，杜蕾、趙麗芳、白立俊、何海波、杜留娟、賈雲、綦琪、許春莉、寧文君、鞏偉、劉虎等也參與了本書的校改工作，對此一並致以誠摯的謝意！

由於水平有限，書中不妥之處在所難免，懇請讀者提出寶貴意見。



編者

2019年10月

化工原理是化學工程與技術學科重要的核心課程之一，是從基礎理論課程到工程專業課程過渡的橋梁。本書是青島科技大學化工原理教研室結合山東省精品課程建設編寫的繫列教材之一。《化工原理》（雙語）的編寫結合化工類相關專業人纔培養方案、教學體繫要求，並基於*工程教育認證“具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流”的要求進行編寫，為化工原理課程雙語教學奠定基礎。

本書以動量、熱量、質量傳遞理論為主線，突出工程學科的特點，繫統簡明地闡述了典型過程操作的基本原理、工藝計算、主要設備的結構特點及性能、過程或設備的強化途徑等。內容包括流體流動原理及應用、傳熱及傳熱設備、傳質原理及應用、固體顆粒流體力學基礎與機械分離以及操作五章內容，其中第3章傳質原理及應用包括傳質基本概念、蒸餾、吸收、萃取以及傳質設備；第5章操作包括了蒸發、干燥、膜分離、結晶、吸附、離子交換等。

《化工原理》（雙語）在編寫過程中，注意吸收青島科技大學化工原理教學團隊在教學方面的豐富經驗和體會，力爭深入淺出、循序漸進、層次分明、論述嚴謹。同時注意引入國內外過程工業領域不斷更新的新理論、新技術、新設備等動態，用中英文雙語進行表達，教學內容始終與國際接軌，使學生及時了解國內外相關學科發展前沿。同時，教材的編寫中注意結合本校化工、高分子、材料、機械等特色專業的科研成果，充分體現不斷創新的理念。

為保證教學效果，每章章末均配有習題、思考題、工程案例分析，可以激發讀者的學習興趣，引導讀者應用所學知識，培養對復雜工程問題的深入分析和解決能力。每章後面均配有名詞術語中英文對照，可幫助讀者有效進行英文資料的閱讀，提升跨文化交流的能力。

本書可作為高等學校化工及高分子、化學、材料、化工自動化、環境、化工安全、食品、制藥、冶金等專業的教材，也可供從事科研、設計和實際生產的科技人員參考。

參加本書編寫工作的有青島科技大學化工學院化工原理教研室王許雲（英文部分和部分中文部分）、王曉紅、田文德（中文部分）。另外，杜蕾、趙麗芳、白立俊、何海波、杜留娟、賈雲、綦琪、許春莉、寧文君、鞏偉、劉虎等也參與了本書的校改工作，對此一並致以誠摯的謝意！

由於水平有限，書中不妥之處在所難免，懇請讀者提出寶貴意見。



編者

2019年10月