楊祖榮，北京化工大學，教授，國家 級教學名師，長期從事化工原理教學、實驗室建設和過程的研究工作。1988～2002年歷任全國高校化工原理教學指導委員會和全國高校化工類及相關專業教學指導委員會委員，國家有突出貢獻專家。1985～1986年，應邀赴美國Oregon大學化學工程繫進行傳熱方面的合作研究。編寫及編譯的著作有：國家 級“十二五”規劃教材《化工原理》兩本、北京市精品教材《化工原理實驗》及《流體輸送》、《汽車零件清洗工藝》等，在學術期刊上發表論文20餘篇，並負責和參與本科生、碩士生、博士生的培養和指導工作。

先後主持和參與國家 級、省部級和企事業科研項目數十項。獲國家優 秀教學成果獎2項、省部級優 秀教學、科技進步獎7項。

（1）國家 級教學名師；

（2）“化工原理實驗仿真開發研究”，獲國家*優 秀成果獎；

（3）“CAI在化工原理教學中的應用”，獲北京市高校優 秀教學二等獎；

（4）“全國高校化工原理試題庫”， 獲北京市高校優 秀教學二等獎；

（5）“化工原理實驗裝置的開發研究”，獲北京市高校優 秀教學二等獎；

（6）“面向21世紀化工原理實驗改革與創新”，獲北京市高校優 秀教學二等獎；

（7）“化工原理實驗技術與繫列裝置和測控軟件的開發”，通過*鋻定；

（8）“《化工原理》精品課建設”，國家首批精品課程；

（9）“發揚特色，銳意創新，構建新型教學平臺，全面提高化工原理教學質量”，國家 級優 秀教學成果二等獎。

緒論/ 1

0.1化工生產過操作1

0.1.1化工生產過程1

0.1操作1

0.2化工原理課程的性質、內容及任務2

0操作中常用的基本概念和觀點3



第1章流體流動與輸送機械/ 5

1.1流體基本性質6

1.1.1連續介質的假定6

1.1.2流體的壓縮性6

1.1.3作用在流體上的力7

1.1.4質量力與密度7

1.1.5壓力8

1.1.6剪切力與黏度9

1.2流體靜力學10

1.2.1靜壓力特性11

1.2.2流體靜力學基本方程11

1.3流體動力學15

1.3.1流體的流量與流速15

1.3.2定態流動與非定態流動16

1.3.3定態流動繫統的質量衡算17

1.3.4定態流動繫統的機械能衡算18

1.4流體流動的內部結構24

1.4.1流體的流動型態24

1.4.2流體在圓管內的速度分布26

1.5流體流動阻力30

1.5.1直管阻力30

1.5.2局部阻力37

1.5.3流體在管路中的總阻力41

1.6管路計算42

1.6.1簡單管路42

1.6.2復雜管路46

1.7流速與流量的測量48

1.7.1測速管48

1.7.2孔板流量計49

1.7.3文丘裡流量計52

1.7.4轉子流量計53

1.8流體輸送機械55

1.8.1離心泵55

1.8.2其他類型化工用泵70

1.8.3氣體輸送機械74

思考題79

習題80

本章符號說明86

閱讀參考文獻87



第2章非均相物繫分離/ 88

2.1概述88

2.1.1非均相物繫分離在工業生產中的應用89

2.1.2顆粒與顆粒群的特性89

2.2顆粒沉降91

2.2.1顆粒在流體中的沉降過程91

2.2.2重力沉降及設備92

2.2.3離心沉降及設備97

2.3過濾102

2.3.1概述102

2.3.2過濾基本方程式103

2.3.3過濾設備106

2.4非均相物繫分離過程強化與展望111

2.4.1沉降過程的強化111

2.4.2過濾過程的強化112

2.4.3過濾技術展望113

思考題113

習題114

本章符號說明115

閱讀參考文獻115



第3章傳熱/ 116

3.1概述117

3.1.1傳熱在化工生產中的應用117

3.1.2工業生產中的加熱劑和冷卻劑117

3.1.3傳熱設備中冷、熱流體的接觸方式118

3.1.4傳熱學中一些基本概念118

3.2熱傳導119

3.2.1熱傳導機理簡介119

3.2.2熱傳導速率的表達——傅裡葉定律119

3.2.3熱導率120

3.2.4單層平壁的定態熱傳導121

3.2.5單層圓筒壁的定態熱傳導123

3.2.6通過多層壁的定態熱傳導124

3.3對流傳熱126

3.3.1對流傳熱過程分析126

3.3.2對流傳熱速率——牛頓冷卻定律127

3.3.3對流傳熱繫數的實驗研究方法127

3.3.4流體無相變時的對流傳熱繫數經驗關聯式129

3.3.5蒸氣冷凝傳熱137

3.3.6液體沸騰傳熱140

3.4傳熱過程計算141

3.4.1換熱器的熱量平衡方程142

3.4.2總傳熱繫數142

3.4.3總傳熱速率方程145

3.4.4總傳熱速率方程與熱量平衡方程的聯用146

3.4.5平均傳熱溫差的計算147

3.4.6傳熱過程的設計型計算151

3.4.7傳熱過程的操作型計算152

3.4.8設備壁溫的計算153

3.5輻射傳熱155

3.5.1熱輻射的基本概念155

3.5.2物體的輻射能力155

3.5.3兩固體間的輻射傳熱157

3.5.4對流-輻射聯合傳熱159

3.6換熱器160

3.6.1間壁式換熱器160

3.6.2列管式換熱器的設計與選型中相關條件的選擇167

3.6.3列管式換熱器的選型計算169

3.7傳熱過程的強化172

3.7.1換熱器中傳熱過程的強化172

3.7.2換熱網絡的優化173

3.7.3換熱器中污垢的產生、阻垢和清洗173

思考題174

習題175

本章符號說明179

閱讀參考文獻179



第4章蒸發/ 180

4.1概述181

4.1.1蒸發操作及其在工業中的應用181

4.1.2蒸發操作的特點181

4.1.3蒸發操作的分類181

4.2單效蒸發與真空蒸發182

4.2.1單效蒸發流程182

4.2.2單效蒸發設計計算182

4.2.3蒸發器的生產能力與生產強度186

4.3多效蒸發187

4.3.1加熱蒸汽的經濟性187

4.3.2多效蒸發188

4.3.3多效蒸發效數的限制193

4.4蒸發設備194

4.4.1蒸發器194

4.4.2蒸發器的選型197

4.4.3蒸發裝置的附屬設備和機械197

4.5蒸發過程和設備的強化與展望199

思考題200

習題200

本章符號說明200

閱讀參考文獻201



第5章氣體吸收/ 202

5.1概述203

5.1.1化工生產中的傳質過程203

5.1.2相組成表示法204

5.1.3氣體吸收過程206

5.1.4氣體吸收過程的應用207

5.1.5吸收劑的選用207

5.1.6吸收操作的分類208

5.2吸收過程的氣液相平衡關繫209

5.2.1氣體在液體中的溶解度209

5.2.2相平衡關繫在吸收過程中的應用213

5.3單相內傳質215

5.3.1單相內物質的分子擴散216

5.3.2分子擴散繫數220

5.3.3單相對流傳質機理223

5.3.4單相內對流傳質速率方程224

5.4相際對流傳質及總傳質速率方程226

5.4.1雙膜理論226

5.4.2吸收過程的總傳質速率方程227

5.5吸收塔的計算230

5.5.1物料衡算和操作線方程231

5.5.2吸收劑用量與小液-氣比232

5.5.3吸收塔填料層高度的計算234

5.5.4吸收塔塔徑的計算241

5.5.5吸收塔的操作型計算242

5.5.6解吸及其計算244

5.6填料塔248

5.6.1填料248

5.6.2填料塔的流體力學性能251

5.6.3填料塔的附件254

5.6.4強化吸收過程的措施256

5.6.5填料塔分離技術新進展257

思考題258

習題258

本章符號說明261

閱讀參考文獻262



第6章蒸餾/ 263

6.1概述264

6.2雙組分溶液的汽-液平衡265

6.2.1理想溶液的汽-液平衡265

6.2.2溫度-組成圖（t-x-y圖）266

6.2.3氣液平衡圖（x-y圖）266

6.2.4揮發度與相對揮發度268

6.2.5非理想溶液的汽-液平衡269

6.3簡單蒸餾和平衡蒸餾271

6.3.1簡單蒸餾271

6.3.2平衡蒸餾271

6.4精餾原理272

6.4.1多次部分汽化、部分冷凝272

6.4.2連續精餾裝置流程273

6.4.3塔板的作用274

6.4.4精餾過程的回流275

6.5雙組分連續精餾塔的計算275

6.5.1理論板的概念與恆摩爾流的假設276

6.5.2全塔物料衡算277

6.5.3操作線方程278

6.5.4進料熱狀況的影響及q線方程280

6.5.5理論塔板數的確定283

6.5.6回流比的影響與選擇290

6.5.7理論板數的簡捷計算298

6.5.8精餾裝置的熱量衡算299

6.5.9雙組分精餾的操作型計算301

6.6間歇精餾302

6.6.1維持餾出液濃度恆定的操作303

6.6.2維持回流比恆定的操作304

6.7恆沸精餾與萃取精餾305

6.7.1恆沸精餾305

6.7.2萃取精餾 305

6.8板式塔306

6.8.1板式塔的結構特點和流體力學特性306

6.8.2塔板的流體力學狀況308

6.8.3塔板效率310

6.8.4塔高和塔徑的計算313

6.8.5塔板負荷性能圖315

6.8.6板式塔塔板類型316

6.9蒸餾過程的強化與展望319

思考題320

習題321

本章符號說明325

閱讀參考文獻326



第7章固體干燥/ 327

7.1概述328

7.1.1物料的去濕方法328

7.1.2物料的干燥方法328

7.1.3對流干燥特點329

7.2濕空氣的性質與濕度圖329

7.2.1濕空氣的性質329

7.2.2濕空氣的濕度圖及其應用335

7.3固體物料的干燥平衡338

7.3.1物料中水分含量的表示方法338

7.3.2水分在氣-固兩相間的平衡338

7.4干燥過程的計算340

7.4.1干燥過程的物料衡算340

7.4.2干燥過程的熱量衡算341

7.4.3干燥繫統的熱效率343

7.4.4干燥器空氣出口狀態的確定344

7.5干燥速率與干燥時間346

7.5.1干燥速率346

7.5.2恆定干燥條件下干燥時間的計算349

7.6干燥器351

7.6.1干燥器的基本要求與分類351

7.6.2工業上常用的干燥器352

7.6.3干燥器的選用357

7.7固體干燥過程的強化與展望357

7.7.1干燥過程強化357

7.7.2干燥設備改進358

7.7.3干燥技術展望360

思考題361

習題361

本章符號說明363

閱讀參考文獻363



第8章其他分離技術/ 364

8.1結晶364

8.1.1概述364

8.1.2結晶原理364

8.1.3結晶器簡介367

8.1.4結晶過程的強化與展望368

8.2吸附分離368

8.2.1概述368

8.2.2吸附劑及其特性369

8.2.3吸附平衡371

8.2.4吸附速率373

8.2.5吸附操作與裝置374

8.2.6吸附過程的強化與展望377

8.3膜分離379

8.3.1概述379

8.3.2膜與膜組件381

8.3.3反滲透384

8.3.4超濾與微濾385

8.3.5氣體分離387

8.3.6膜接觸器387

思考題390

本章符號說明390

閱讀參考文獻390



附錄/ 392

附錄1常用物理量的單位與量綱392

附錄2某些氣體的重要物理性質392

附錄3某些液體的重要物理性質393

附錄4干空氣的物理性質（101.3kPa）394

附錄5水及蒸汽的物理性質395

附錄6黏度399

附錄7熱導率402

附錄8比熱容406

附錄9液體相變焓共線圖410

附錄10無機物水溶液的沸點（101.3kPa)412

附錄11管子規格413

附錄12離心泵規格（摘錄）413

附錄13換熱器繫列標準與型號（摘錄）417



參考文獻/ 424

本書為“十二五”普通高等教育本科規劃教材、普通高等教育“十五”規劃教材及北京市高等教育精品教材。

本書2004年問世，2009年再版，2014年第三版，眾多讀者與同行給予了關注與支持，並對教材提出了建設性意見。本次修訂，仍保持原教材的總體結構和風格，對部分內容進行了修改和補充，並更新了例題與習題，以使工程特色更加突出；章首增加了思維導圖，便於讀者形像地了解各章的構成，更好地引導讀者學習該章內容；增配了過程原理及典型設備的動畫演示，讀者可以掃描封底二維碼觀看，以加深對過程及設備的理解。此外，本版為雙色印刷，使重點內容更加醒目、突出。

本次修訂工作由各章的原執筆者完成，分別為北京化工大學楊祖榮（緒論、蒸發、結晶）、劉麗英（流體流動與輸送機械、固體干燥、膜分離）、劉偉（氣體吸收、吸附分離）、丁忠偉（傳熱）、蘇海佳（蒸餾）及開封大學陶穎（非均相物繫分離）。書中二維碼鏈接的動畫素材由北方仿真軟件技術有限公司提供。

衷心感謝清華大學蔣維鈞教授對本教材的審閱，感謝北京化工大學化工原理教研室的同事們在本書修訂過程中給予的支持和幫助，同時也感謝北方仿真軟件技術有限公司的大力支持。

鋻於編者學識有限，書中難免有不妥之處，懇請讀者批評指正。



編者

2020年8月