0緒論/1

0.1概述1

0.2單位制和單位的換算2

0.2.1單位制2

0.2.2單位換算3

0操作的幾個基本定律及關繫5

0.3.1質量衡算5

0.3.2能量衡算6

0.3.3過程的平衡與速率6

0.4課程特點、內容及任務7



第1章流體流動/8

1.1流體的基本特性8

1.1.1流體的連續性8

1.1.2流體的壓縮性9

1.1.3流體的無定形性9

1.2流體的靜力平衡及其應用9

1.2.1流體的密度10

1.2.2流體的靜壓強10

1.2.3流體的靜力平衡規律11

1.2.4流體的靜力平衡規律在工程上的應用13

1.3流體動力學基礎17

1.3.1流體流動的基本概念17

1.3.2流體的黏性20

1.3.3流動型態（層流、湍流）與雷諾數25

1.3.4流動區域的劃分——邊界層28

1.3.5管內流動的速度分布32

1.4流體流動的守恆原理35

1.4.1質量守恆的連續性方程35

1.4.2動量守恆的奈維-斯托克斯（Navier-Stokes）方程36

1.4.3機械能守恆的伯努利（Bernoulli）方程37

1.5流體流動的阻力損失45

1.5.1直管阻力損失45

1.5.2局部阻力損失54

1.5.3總阻力損失的計算55

1.6流體流動的管路計算58

1.6.1簡單串聯管路的計算59

1.6.2並聯管路的計算60

1.6.3分支管路的計算62

1.6.4管網的計算63

1.7流體動力學在工程上的應用65

1.7.1流速的測量66

1.7.2流量的測量67

習題74

思考題80



第2章流體輸送機械/82

2.1概述82

2.2離心泵82

2.2.1離心泵的主要部件和工作原理82

2.2.2離心泵的基本方程式84

2.2.3離心泵的主要性能參數與特性曲線87

2.2.4離心泵的安裝高度90

2.2.5離心泵的工作點和流量調節94

2.2.6離心泵的組合操作98

2.2.7離心泵的類型與選用99

2.3其他類型泵103

2.3.1往復泵103

2.3.2計量泵107

2.3.3隔膜泵108

2.3.4齒輪泵108

2.3.5螺杆泵108

2.3.6旋渦泵109

2.4氣體輸送機械110

2.4.1概述110

2.4.2離心式通風機110

2.4.3離心式鼓風機和壓縮機114

2.4.4羅茨鼓風機114

2.4.5往復式壓縮機115

2.4.6真空泵120

習題122

思考題124



第3章非均相物繫分離/125

3.1概述125

3.2顆粒與顆粒床的特性125

3.2.1顆粒的特性125

3.2.2顆粒床的特性128

3.3顆粒的沉降129

3.3.1重力沉降與設備129

3.3.2離心沉降與設備135

3.3.3電沉降——電除塵器141

3.4過濾141

3.4.1過濾過程的基本概念141

3.4.2過濾過程的基本理論及過濾方程143

3.4.3過濾過程計算147

3.4.4過濾常數的測定148

3.4.5過濾設備149

3.4.6濾餅洗滌152

3.4.7過濾機的生產能力153

習題155

思考題157



第4章傳熱與換熱設備/158

4.1概述158

4.1.1傳熱的基本方式及其機理158

4.1.2冷、熱流體熱量傳遞方式及換熱設備159

4.1.3載熱體及其選擇161

4.2熱傳導161

4.2.1熱傳導基本概念161

4.2.2傅裡葉（Fourier）定律162

4.2.3熱導率163

4.2.4平壁的穩態熱傳導164

4.2.5圓筒壁一維穩態熱傳導166

4.3對流傳熱169

4.3.1對流傳熱及其類型169

4.3.2對流傳熱速率與對流傳熱繫數171

4.3.3對流傳熱繫數的影響因素172

4.3.4溫度邊界層與對流傳熱分析173

4.3.5與對流傳熱有關的特征數及特征數關聯式的確定方法174

4.4流體無相變時的對流傳熱繫數177

4.4.1流體在管內強制對流傳熱177

4.4.2流體在管外強制對流傳熱180

4.5有相變流體的對流傳熱184

4.5.1蒸氣冷凝傳熱184

4.5.2沸騰傳熱189

4.6輻射傳熱193

4.6.1基本概念和定律193

4.6.2兩固體間的輻射傳熱196

4.6.3對流和輻射的聯合傳熱199

4.6.4保溫層外的熱損失200

4.7總傳熱速率和傳熱過程計算202

4.7.1熱量衡算202

4.7.2總傳熱速率方程203

4.7.3總傳熱繫數204

4.7.4換熱器的平均溫度差208

4.7.5傳熱效率法215

4.8換熱器217

4.8.1換熱器的類型217

4.8.2強化傳熱技術及新型的傳熱設備226

4.8.3列管式換熱器的型號與標準230

4.8.4列管式換熱器設計時應考慮的問題230

4.8.5列管式換熱器的選用和設計步驟235

習題239

思考題244



第5章蒸發/246

5.1蒸發設備246

5.1.1自然循環式蒸發器247

5.1.2外加熱式和強制循環式蒸發器248

5.1.3膜式蒸發器249

5.1.4直接加熱式蒸發器250

5.2蒸發器的輔助裝置250

5.2.1冷凝器250

5.2.2真空泵251

5.2.3除沫器251

5.3蒸發過程的影響因素和沸點校正252

5.3.1蒸發過程的影響因素252

5.3.2溶質引起的沸點改變253

5.3.3液柱靜壓頭引起的沸點變化254

5.3.4摩擦阻力引起的溫度變化254

5.3.5溶液的總溫度差損失及有效溫度差254

5.4單效蒸發255

5.4.1物料衡算256

5.4.2熱量衡算256

5.4.3蒸發器傳熱面積257

5.4.4過程的變量對蒸發操作的影響259

5.5多效蒸發260

5.5.1多效蒸發的流程261

5.5.2多效蒸發的計算262

5.6多效蒸發的綜合分析270

5.6.1節約生蒸汽用量270

5.6.2抽取額外蒸汽270

5.6.3冷凝水的利用271

5.6.4二次蒸汽的壓縮271

5.7多效蒸發中的效數272

5.7.1溶液的溫度差損失與多效蒸發效數的限制272

5.7.2多效蒸發的生產能力和強度272

5.8蒸發器的選型與工藝設計273

5.8.1蒸發器的選型273

5.8.2蒸發器的工藝設計274

習題276

思考題278



附錄/279

附錄1常用物理量的單位與量綱（國際單位制）279

附錄2常用單位的倍數詞頭279

附錄3常用單位的換算及常用物理常數280

附錄4某些氣體的重要物理性質283

附錄5某些液體的重要物理性質284

附錄6干空氣的物理性質（101.33kPa）285

附錄7水的物理性質286

附錄8管子規格287

附錄9離心泵290

附錄10離心風機293

附錄11熱交換器294



擴展附錄/300



參考文獻/301

前言

化工原理作為化學工程學科重要的核心課程之一，已有近一個世紀的歷史。化工原理是以1923年問世的Unit Operations of Chemical Engineering(操作)理論為基礎發展起來的，具有很強的理論與工程實踐性。隨著20世紀70年代化學工程學與其他學科的交叉滲透，出現了許多新的學科和邊緣學科，操作的化工原理課程與其他學科如生物工程、食品工程、材料科學與工程、制藥工程、環境工程、能源工程、精細化工及應用化學等領域相互重疊，成為大化工類重要的學科基礎課程之一。為了適應21世紀高層次化工技術人纔的培養，我們根據普通高等學校本科專業教學質量國家標準中化工類專業知識體繫和核心課程體繫建議，並兼顧不同學科的發展需要，對本書進行修訂。在編寫過程中力求達到繫統完整，注重理論與工程實際相聯繫。

本書版自2008年出版以來獲得了較好的反響。在這十多年間，新的化工操設備不斷被開發出來。為了適應新工科教學改革形勢，我們在總結十多年教材使用經驗的基礎上，對教材進行了全面的修訂，對教材中原有的疏漏之處進行了訂正；結合國內外教學現狀，對教材順序進行了適當調整，增加了操作設備，刪去了新型分離技術一章，並對思考題和習題進行了必要的調整和補充，以適應新時期教改要求。

全書分上、下兩冊出版，由華南理工大學組織編寫。上冊版由鐘理、伍欽、馬四朋任主編，其中鐘理編寫了流體流動、傳熱與換熱設備和附錄，伍欽編寫了緒論與蒸發，馬四朋編寫了流體輸送機械，賴萬東和鐘理編寫了非均相物繫分離。下冊版由鐘理、伍欽、曾朝霞任主編，其中鐘理編寫了蒸餾，伍欽編寫了干燥及新分離技術，曾朝霞編寫了吸收、塔式氣液傳質設備及液-液萃取，華南理工大學研究生張騰雲、謝偉立、朱斌參加了資料收集和文字編輯工作。

本書第二版也分上、下兩冊，上冊主要由鐘理和鄭大鋒修訂，下冊主要由鐘理和易聰華修訂，全書由鐘理統稿。

本書修訂過程中得到了華南理工大學教務處、化學與化工學院及化學工業出版社的大力支持，謹在此一並表示衷心感謝。

鋻於編者水平所限，書中不妥之處，希望讀者不吝指正。



編者

2020年3月







版前言

化工原理作為化學工程學科重要的核心課程之一，已有近一個世紀的歷史。化工原理是以1923年問世的Unit Operations of Chemical Engineering（操作）理論為基礎發展起來的，具有很強的理論與工程實踐性。隨著20世紀70年代化學工程學與其他學科的交叉滲透，出現了許多新的學科和邊緣學科，操作的化工原理課程越來越與其他學科如生物工程、食品工程、材料科學與工程、制藥工程、環境工程、能源工程、精細化工及應用化學等領域相互交叉，成為大化工類重要的學科基礎課程之一。為了適應21世紀高層次化工技術人纔的培養，本書根據化工類專業人纔培養方案及教學內容體繫要求和不同學科發展需要，在編寫過程中力求使繫統完整，注重理論與工程實際相聯繫。

本書的編寫以化學工程應用為背景，以操作為主線，將動量、熱量與質量傳遞的原理融合到化工原操作過程，參考與借鋻不同版本的化工原理教材和第七版的Unit Operations of Chemical Engineering著作，突出工程觀點和分析方法的同時，本書還增加了反映化工過程發展操作和新分離技術內容，並對傳操作與新的強化技術耦合進行了介紹。

為了便於學生的學習，各章末附有習題與思考題，並給出答案以便自學。除了少數習題需用計算機求解外，幾乎所有的習題都可以用計算器求解。

本書可作為化學工程、石油化工、生物工程、食品工程、環境工程、制藥工程、材料、紡織、冶金、化工裝備及控制工程、應用化學、精細化工、輕工造紙等學科化工原理課程的本科生教材，也可供從事化學工程及相關領域的教學、科研、設計和生產單位的工程技術人員參考。

全書分上下兩冊出版，由華南理工大學編寫。

上冊由鐘理、伍欽、馬四朋任主編，其中鐘理編寫第1章流體流動、第4章傳熱與換熱設備；伍欽編寫緒論與第5章蒸發；馬四朋編寫第2章流體輸送機械；賴萬東和鐘理編寫第3章非均相物繫分離。

下冊由鐘理、伍欽、曾朝霞任主編，其中鐘理編寫了第1章蒸餾；伍欽編寫第5章干燥及第6章新分離技術；曾朝霞編寫了第2章吸收、第3章塔式氣液傳質設備及第4章液-液萃取。全書由鐘理統稿。

本書在編寫過程中得到了華南理工大學教務處以及化學工業出版社的大力支持，編者的同事們給予了熱情的關心和支持，華南理工大學研究生張騰雲、謝偉立、朱斌參加了資料收集和文字整理工作，謹在此一並表示衷心感謝。

鋻於編者水平所限，書中可能出現錯漏，希望讀者不吝指正，使本教材在使用過程中不斷得到改進和完善。



編者

20月於廣州