緒論1
0.1化工原理課程基本內容及特點1
0.2化工原理的研究基礎與方法3
0.3單位制與單位換算5

第1章流體流動原理及應用7
1.1流體基本概念7
1.1.1流體特征7
1.1.2流體力學基本概念7
1.1.3流體密度7
1.2流體靜力學9
1.2.1壓強9
1.2.2流體靜力學基本方程10
1.2.3流體靜力學基本方程應用11
1.3流體流動的質量與能量衡算14
1.3.1流量與流速14
1.3.2穩態流動及非穩態流動15
1.3.3質量衡算——連續性方程15
1.3.4總能量衡算16
1.3.5流體流動的機械能衡算式——伯努利方程式17
1.4流體流動阻力計算21
1.4.1牛頓黏性定律21
1.4.2流動型態23
1.4.3直管阻力計算26
1.4.4摩擦繫數λ的確定27
1.4.5局部阻力計算32
1.5管路計算33
1.5.1管路組成33
1.5.2簡單管路計算37
1.5.3復雜管路計算38
1.6流速與流量測量39
1.6.1變壓差恆截面型流量計39
1.6.2恆壓差變截面型流量計42
1.6.3其他流量計43
1.7流體輸送機械45
1.7.1離心式輸送機械45
1.7.2往復式輸送機械60
1.7.3其他類型輸送機械66
工程案例分析70
習題70
思考題74
符號說明74

第2章傳熱及傳熱設備76
2.1傳熱基本概念76
2.1.1傳熱基本方式76
2.1.2傳熱速率76
2.2熱傳導77
2.2.1熱傳導基本概念77
2.2.2傅裡葉定律77
2.2.3固體平壁穩態熱傳導78
2.2.4固體圓筒壁穩態熱傳導81
2.3對流傳熱83
2.3.1牛頓冷卻定律84
2.3.2無相變對流傳熱繫數計算86
2.3.3有相變對流傳熱繫數計算91
2.4間壁式換熱器傳熱計算94
2.4.1間壁式換熱簡介94
2.4.2熱量衡算95
2.4.3總傳熱速率方程96
2.4.4總傳熱繫數的確定97
2.4.5平均傳熱溫度差的計算100
2.4.6換熱器的傳熱計算102
2.5熱輻射107
2.5.1輻射傳熱基本概念107
2.5.2物體的輻射能力108
2.5.3物體間的輻射傳熱109
2.5.4對流與輻射聯合傳熱110
2.6換熱設備111
2.6.1換熱器類型111
2.6.2強化傳熱途徑120
2.6.3管殼式換熱器設計121
工程案例分析128
習題129
思考題131
符號說明131

第3章蒸發133
3.1蒸發設備133
3.1.1循環型蒸發器133
3.1.2單程型蒸發器135
3.1.3蒸發設備及技術新進展137
3.1.4蒸發器選型138
3.2單效蒸發139
3.2.1溶液沸點及溫度差損失139
3.2.2物料衡算與熱量衡算140
3.2.3蒸發器的傳熱面積141
3.3多效蒸發142
3.3.1多效蒸發流程142
3.3.2多效蒸發的計算143
3.3.3多效蒸發的適宜效數150
3.4蒸發過程的生產能力和生產強度151
3.5蒸發操作常用節能措施152
3.6蒸發應用153
3.6.1燒堿增濃153
3.6.2廢水處理155
3.6.3生物溶液的蒸發155
工程案例分析156
習題160
思考題160
符號說明160

第4章固體顆粒流體力學基礎與機械分離162
4.1固體顆粒特性162
4.1.1單一顆粒特性162
4.1.2顆粒群的特性163
4.1.3粒徑測量164
4.2固體顆粒在流體中運動時的阻力165
4.3沉降分離166
4.3.1重力沉降166
4.3.2離心沉降170
4.4過濾177
4.4.1過濾原理177
4.4.2過濾基本方程179
4.4.3過濾設備181
4.4.4過濾操作的改進184
4.5固體流態化185
4.5.1固體流態化現像185
4.5.2固體流態化流體力學特性187
4.5.3分布板對流化質量的影響188
4.5.4固體流態化技術的應用189
4.6其他機械分離技術191
4.6.1靜電除塵191
4.6.2濕法捕集193
工程案例分析194
習題195
思考題197
符號說明197

第5章傳質原理及應用198
5.1傳質基本概念198
5.1.1分子擴散198
5.1.2對流傳質202
5.2吸收205
5.2.1吸收基本原理205
5.2.2氣液相平衡關繫206
5.2.3吸收速率210
5.2.4填料塔簡介213
5.2.5吸收劑用量計算214
5.2.6吸收設計計算217
5.2.7其他222
5.3蒸餾223
5.3.1氣液相平衡原理224
5.3.2蒸餾方式227
5.3.3精餾原理228
5.3.4物料衡算與操作線方程230
5.3.5精餾設計計算235
5.3.6回流比的選擇及影響241
5.3.7熱量衡算245
5.3.8特殊精餾248
5.3.9間歇精餾250
5.4萃取250
5.4.1萃取原理250
5.4.2液液相平衡252
5.4.3萃取過程計算256
5.4.4新型萃取過程簡介261
5.5傳質設備262
5.5.1板式塔262
5.5.2填料塔270
5.5.3萃取設備279
工程案例分析284
習題286
思考題289
符號說明289

第6章固體干燥292
6.1干燥基本概念292
6.1.1干燥的傳質傳熱基本原理292
6.1.2濕空氣性質293
6.2干燥工藝計算299
6.2.1物料衡算300
6.2.2熱量衡算301
6.3干燥動力學302
6.3.1物料中水分分類302
6.3.2恆定干燥條件下的干燥速率303
6.4干燥設備308
6.4.1干燥器的類型308
6.4.2干燥器的選型310
6.4.3干燥器的設計311
工程案例分析314
習題315
思考題317
符號說明317

第7章319
7.1膜分離319
7.1.1概述319
7.1.2膜分離過程分類319
7.1.3膜裝置321
7.1.4新型膜過程324
7.2吸附326
7.2.1概述326
7.2.2吸附劑327
7.2.3吸附原理328
7.2.4吸附速率329
7.2.5吸附操作與設備331
7.3結晶333
7.3.1結晶過程分類333
7.3.2晶體的幾何形態334
7.3.3結晶中的平衡溶解度334
7.3.4溶液結晶過程的計算336
7.3.5溶液結晶設備338
7.3.6熔融結晶過程及設備340
7.3.7結晶過程的強化與展望341
7.4混合342
7.4.1混合機理342
7.4.2影響混合作用的各種物理性質343
7.4.3攪拌裝置的結構344
7.4.4打旋現像345
7.4.5葉輪類型346
7.4.6攪拌槽的放大349
工程案例分析350
思考題351
符號說明352

附錄353
1.常用法定計量單位353
2.單位換算表353
3.某些氣體的重要物理性質(0℃，101.3kPa)356
4.某些液體的重要物理性質(20℃，101.3kPa)357
5.常用固體材料的密度和比熱容358
6.固體材料的熱導率358
7.某些固體材料的黑度359
8.某些液體的熱導率359
9.干空氣的重要物理性質(101.3kPa)360
10.水的重要物理性質360
11.水在不同溫度下的黏度361
12.飽和水蒸氣性質表(一)(按溫度排列)361
13.飽和水蒸氣性質表(二)(按壓強排列)362
14.液體黏度共線圖364
15.氣體黏度共線圖(常壓)366
16.液體比熱容共線圖367
17.氣體比熱容共線圖(常壓)369
18.液體汽化潛熱共線圖370
19.無機物水溶液在大氣壓下的沸點371
20.某些氣體溶於水的亨利繫數372
21.物繫的氣液平衡組成372
22.管子規格373
23.IS型離心泵性能表374
24.Y型離心油泵(摘錄)379
25.F型耐腐蝕泵380
26.4-72-11型離心泵通風規格(摘錄)380
27.管殼式熱交換器繫列標準(摘錄)381

參考文獻382

前言

化工原理是過程工業中多個專業的重要基礎課程，是從基礎課程過渡到專業課程的一個橋梁，它的教學目的是初步建立起學生的工程觀念。1999年，青島科技大學化工原理課程被確定為山東省首批教學改革試點課程，經過積極建設，2004年又被確定為山東省精品課程，2018年獲批為山東省高等學校在線開放課程，本教材就是精品課程建設的配套教材。

在多所院校教學學時數不斷減少的教改背景下，如何利用有限的40～60學時來讓學生初步掌握操作的基本知識和基本技能，並突出我校的教學特色，是作者編寫本書的焦點所在。本次再版是在2009年第1版的基礎上，繼續依據厚基礎、重實踐、勤思考的基本思路，適當增減了一些內容，注意吸收過程工業領域不斷更新的新理論、新技術、新設備等成果，介紹學科的發展動態，並結合我校取得的科研成果，以期讓讀者了解如何利用傳統基本理論推動日新月異的工業發展。

《化工原理》（第2版）以三種傳遞理論為基本脈絡，以流體流動原理及應用（流體流動及輸送機械）、傳熱原理及應用（傳熱理論及設備）、傳質原理及應用（吸收、蒸餾、萃取及相應設備）為講述重點，深入淺出地介紹了過程工業的基本原理及應用，研究了固體顆粒流體力學的基礎理論與機械分離方法，並對干燥、蒸發、結晶、吸附、混合、膜分過程作了簡要介紹。同時，每章末均配有典型工程案例分析，通過日常生活和工業生產中一些與所學知識有關的問題，介紹求解思路，激發學習興趣，讓讀者深切體會到“學有所用”的認同感。

本教材可作為高等學校化工類及相關專業（石油、制藥、生物、環境、材料、自動化、食品、冶金等）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王曉紅（緒論、第1～4章）、田文德（第5～7章、附錄）。另外，青島科技大學化工原理教研室的王許雲、丁軍委、李紅海、王立新、王英龍、張俊梅、王志萍、屈樹國、肖盟等教師參與了本書核定工作，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6月





版前言

化工原理課程是過程工業中多個專業的一門重要技術基礎課程，是從基礎課程過渡到專業課程的一個橋梁，它的教學目的是初步建立起學生的工程觀念。1999年，青島科技大學化工原理課程被確定為山東省首批教學改革試點課程，經過積極的建設，2004年又被確定為山東省精品課程，本書就是精品課程建設的配套教材。

在多所院校教學學時數不斷減少的教改背景下，如何利用有限的40～60學時來讓學生初步掌握操作的基本知識和基本技能，並突出我校的教學特色，是我們編寫本書的焦點所在。我們依據厚基礎、重實踐、勤思考的基本思路，在刪改了許多陳舊的教學內容及簡化了一些過於繁雜的計算方法後，注意吸收過程工業領域不斷更新的新理論、新技術、新設備等成果，介紹學科的發展動態，並結合我校取得的科研成果，以期讓讀者了解如何利用傳統基本理論推動日新月異的工業發展。

本教材以三種傳遞理論為基本脈絡，以流體流動原理及應用（流體流動及輸送機械）、傳熱原理及應用（傳熱理論及設備）、傳質原理及應用（蒸餾、吸收、萃取及相應設備）為講述重點，深入淺出地討論了過程工業的基本原理及應用，研究了固體顆粒流體力學的基礎理論與機械分離方法，並對干燥、蒸發、結晶、吸附、混合、膜分過程作了簡要介紹。同時，重點章末均配有典型工程案例分析，通過日常生活和工業生產中一些與所學知識有關的問題，介紹求解思路，激發學習興趣，讓讀者深切體會到“學有所用”的認同感。

參加本書編寫工作的有王曉紅（緒論、第1～3章）、田文德（第4～6章、附錄），王英龍編輯校核了習題，另外，化工原理教研室的多位教師參與了本書編寫方案擬訂工作，對此，一並致以誠摯的謝意。

由於水平有限，書中欠妥之處在所難免，懇請讀者提出寶貴意見。



編者

2009年1月