前言：

“化工原理”课程是为化工类专业及相近专业的本科生开设的一门紧密结合工程实际的专业基础课。课程主要介绍化工生产过程中以物理变化为主的单元操作过程及单元设备的基本原理、参数分析和工程计算。
本教材围绕动量、热量和质量三大传递过程的基本原理、基本定律与应用,以传递过程的速率(速度)为重点,从过程衡算、速率和平衡三个方面来阐述单元操作过程及设备。教材内容在遵循先进性、通用性和实用性原则基础上,满足工程教育专业认证要求,符合教育部《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》,注重加强理论基础与工程实际结合,兼顾学科发展,努力培养学生具备解决化工过程复杂问题的专业基础知识、工程素养和创新意识。为此,全书安排绪论、流体流动、流体输送机械、非均相物系的分离和固体流态化、热量传递、蒸馏、气体吸收、蒸发与干燥等九个章节的学习内容。
在教材的编写中,力求语言精练、表达准确、图表清晰。为了方便教学,使学生能更加清晰、深刻地理解单元操作过程的机理与单元设备的工作原理,本教材配置了大量的动画视频,学生通过手机扫描二维码,便可进入观看,实现在线学习。为便于教学,本教材还配备了电子教学课件和习题解答,可扫描书后二维码,登录化学工业出版社微信公众号获取。
本教材可供化工类专业及相关专业(如石油、应用化学、能源化工、制药、生物工程、材料、环境、食品等专业)学生作为工程专业基础课程教材或教学参考;教材中纳入了大量的设计参数、设备设计规范与标准,也可作为从事科研、设计、过程开发人员及生产企业技术人员的参考书籍。
本教材的编写得到了川渝地区西南科技大学、西南石油大学、四川轻化工大学等11所高校领导及“化工原理”授课教师的鼎力支持,吸收了多位教师丰富的教学经验与成果,使内容安排、阐述方式方法更趋合理,方便学生理解;也得到了北京东方仿真软件技术有限公司及浙江中控科教仪器设备有限公司的积极配合,并提供了部分素材,使教材内容更加生动、形象,更贴近工程实际。在此向以上单位及人员表示由衷感谢!
本教材由西南科技大学廖辉伟、四川轻化工大学杜怀明担任主编,西南石油大学刘瑾、宜宾学院徐慧远、攀枝花学院朱学军、绵阳师范学院李华兰担任副主编。
由于编者水平有限,看待问题、理解问题的角度等因素,书中难免有不妥之处,恳请各位读者海涵并不吝赐教,在此深表感谢!
编者
2019年4月  

目录：

绪论 1
0.1 “化工原理”课程性质与目标 1
0.1.1 课程的性质 1
0.1.2 课程学习的目标 1
0.2 “化工原理”课程研究对象与特点 2
0.2.1 研究对象——单元操作 2
0.2.2 单元操作的分类 2
0.2.3 单元操作的特点 2
0.3 物理量单位制与量纲 2
0.3.1 单位制 2
0.3.2 物理量的量纲 3
0.4 “化工原理”课程研究的手段与方法 4
0.4.1 研究手段 4
0.4.2 学习与处理问题的方法 6

第1章 流体流动 8
1.1 流体静力学 8
1.1.1 密度 8
1.1.2 流体的静压强 10
1.1.3 流体静力学基本方程式 11
1.2 流体动力学 16
1.2.1 流量与流速 16
1.2.2 连续性方程 17
1.2.3 柏努利方程 18
1.3 流体流动现象 28
1.3.1 流体的黏度 28
1.3.2 流体的流动类型与雷诺数 30
1.3.3 流体在圆管内的速度分布 31
1.3.4 边界层 33
1.4 流体流动阻力 34
1.4.1 流体在直管中的流动阻力 34
1.4.2 局部阻力 40
1.4.3 流体在管路中的总能量损失 43
1.5 管路计算 44
1.5.1 简单管路 44
1.5.2 复杂管路 47
1.6 流速与流量测量 49
1.6.1 皮托测速计 50
1.6.2 文丘里流量计 51
1.6.3 孔板流量计 52
1.6.4 转子流量计 52
习题 54

第2章 流体输送机械 60
2.1 概述 60
2.2 离心泵 61
2.2.1 离心泵的基本结构 61
2.2.2 离心泵的工作原理 63
2.2.3 离心泵的主要性能参数 64
2.2.4 离心泵的特性曲线 65
2.2.5 离心泵的管路特性曲线与工作点 67
2.2.6 离心泵的安装高度 71
2.2.7 离心泵的类型和选用及安装操作 74
2.3 其他类型液体输送机械 76
2.3.1 往复泵 76
2.3.2 计量泵 78
2.3.3 隔膜泵 80
2.3.4 齿轮泵 81
2.3.5 螺杆泵 82
2.4 气体输送机械 84
2.4.1 真空泵 84
2.4.2 压缩机 86
习题 88

第3章 非均相物系的分离和固体流态化 92
3.1 概述 92
3.2 颗粒及颗粒床层的特性 92
3.2.1 单个颗粒的性质 92
3.2.2 混合颗粒的特性 93
3.2.3 颗粒床层的特性 94
3.2.4 流体通过床层流动的压降 95
3.3 沉降 96
3.3.1 重力沉降 96
3.3.2 重力沉降设备 101
3.3.3 离心沉降 104
3.3.4 离心沉降设备 105
3.4 过滤 112
3.4.1 过滤的基本概念 112
3.4.2 过滤过程的物料衡算 113
3.4.3 过滤基本方程式 114
3.4.4 恒压过滤 117
3.4.5 恒速过滤与先恒速后恒压过滤 119
3.4.6 过滤常数的测定 121
3.4.7 滤饼的洗涤 122
3.4.8 过滤机及其生产能力 122
3.5 离心过滤 129
3.5.1 基本概念 129
3.5.2 离心过滤计算 130
3.5.3 离心过滤设备 130
3.6 固体流态化 132
3.6.1 床层的流态化过程 132
3.6.2 流化床类似液体的特性 133
3.6.3 流体通过流化床的阻力 133
3.6.4 流化床的流化类型与不正常现象 134
3.6.5 流化床的操作范围 135
3.6.6 流化床的高度与直径 137
3.6.7 气力输送的一般概念 138
3.6.8 气力输送的类型 138
习题 140

第4章 热量传递 145
4.1 概述 145
4.1.1 传热的三种基本方式 145
4.1.2 传热过程中冷、热流体的接触方式 146
4.1.3 热源、冷源及其选择 147
4.1.4 间壁式换热器的传热过程 148
4.2 热传导 149
4.2.1 有关热传导的基本概念 149
4.2.2 傅里叶定律 150
4.2.3 热导率 150
4.2.4 平壁的热传导 151
4.2.5 圆筒壁的定态热传导 153
4.3 对流传热 155
4.3.1 对流传热过程分析 156
4.3.2 对流传热速率方程 156
4.3.3 影响对流传热系数的因素 157
4.3.4 对流传热系数关联式的建立 158
4.3.5 无相变时的对流传热系数 159
4.3.6 冷凝时的对流传热系数 162
4.3.7 沸腾时的对流传热系数 164
4.4 传热过程的计算 165
4.4.1 热量衡算 165
4.4.2 总传热速率方程与热阻 166
4.4.3 平均温差的计算 169
4.4.4 传热面积的计算 175
4.5 热辐射 180
4.5.1 基本概念 180
4.5.2 辐射能力和辐射基本定律 181
4.5.3 两固体间的相互辐射 182
4.6 换热器 185
4.6.1 蓄热式换热器 185
4.6.2 间壁式换热器 186
4.6.3 列管式换热器的设计和选用 192
4.6.4 传热过程的强化措施 194
习题 195

第5章 蒸馏 201
5.1 概述 201
5.1.1 蒸馏分离的依据 201
5.1.2 蒸馏操作的分类 202
5.2 双组分溶液的气、液两相平衡 203
5.2.1 相平衡条件和物系的自由度 203
5.2.2 拉乌尔(Raoult)定律 204
5.2.3 气、液两相平衡关系表达形式 205
5.3 简单蒸馏与平衡蒸馏 207
5.3.1 简单蒸馏 207
5.3.2 平衡蒸馏 208
5.4 精馏 210
5.4.1 精馏流程与原理 210
5.4.2 理论板假设和板效率 211
5.4.3 恒摩尔流假设 212
5.4.4 加料板与加料热状况 213
5.5 双组分连续精馏塔的计算 214
5.5.1 物料衡算与操作线方程 214
5.5.2 双组分精馏塔的设计型计算 218
5.5.3 双组分精馏塔的操作型分析与计算 226
5.5.4 精馏塔的温度分布与灵敏板 230
5.6 其他类型的连续精馏和精馏塔 230
5.6.1 直接蒸汽加热的精馏塔 230
5.6.2 回收塔 231
5.6.3 多股加料的精馏塔 232
5.6.4 侧线采出的精馏塔 234
5.7 间歇精馏过程 234
5.7.1 馏出液组成保持恒定的间歇精馏 235
5.7.2 回流比保持恒定的间歇精馏 237
5.8 特殊精馏 240
5.8.1 萃取精馏 240
5.8.2 共沸精馏 242
5.8.3 反应精馏 244
5.9 板式塔 246
5.9.1 板式塔的类型 247
5.9.2 板式塔的流体力学性能 250
5.9.3 筛板塔的设计 259
5.9.4 板效率 263
习题 265

第6章 气体吸收 272
6.1 吸收基本概念 273
6.1.1 相组成表示法 273
6.1.2 气体吸收的分类 275
6.1.3 吸收剂的选择原则 276
6.2 气、液相平衡关系与亨利定律 276
6.2.1 气、液相平衡关系 277
6.2.2 亨利定律 278
6.2.3 相平衡关系在吸收过程中的应用 280
6.3 单相传质 281
6.3.1 分子扩散 281
6.3.2 分子扩散系数 285
6.3.3 单相对流传质机理 287
6.4 相际对流传质及总传质速率方程 288
6.4.1 相际间的对流传质过程 288
6.4.2 吸收过程的总传质速率方程 290
6.5 吸收塔的计算 295
6.5.1 物料衡算和操作线方程 296
6.5.2 吸收剂用量与最小液气比 297
6.5.3 吸收塔塔径的计算 299
6.5.4 吸收塔填料层高度的计算 300
6.5.5 吸收塔的设计型计算 306
6.5.6 强化吸收过程的措施 307
6.6 填料塔 309
6.6.1 填料与类型 310
6.6.2 填料塔的流体力学性能与操作特性 314
6.6.3 填料塔的内件 317
习题 319

第7章 蒸发 325
7.1 概述 325
7.1.1 蒸发操作及其在工业中的应用 325
7.1.2 蒸发操作的特点 326
7.1.3 蒸发操作的分类 326
7.2 单效蒸发与真空蒸发 327
7.2.1 单效蒸发设计计算 327
7.2.2 蒸发器的生产能力与生产强度 331
7.3 多效蒸发 332
7.3.1 多效蒸发流程 332
7.3.2 多效蒸发的计算 333
7.3.3 蒸汽的经济性与效数选择 338
7.4 蒸发器 339
7.4.1 循环型蒸发器 339
7.4.2 单程型蒸发器 342
7.4.3 蒸发器的选型与附件 345
7.4.4 蒸发过程的强化 347
习题 348

第8章 干燥 351
8.1 概述 351
8.1.1 物料的去湿方法 351
8.1.2 干燥过程的分类 351
8.1.3 对流干燥 352
8.2 湿空气的性质与湿度图 352
8.2.1 湿空气的性质 352
8.2.2 湿空气的湿度图及其应用 358
8.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算 359
8.3.1 湿物料中的含水量 359
8.3.2 干燥过程的物料衡算 360
8.3.3 干燥系统热量衡算与热效率 361
8.4 干燥速率与干燥时间 362
8.4.1 恒定干燥条件下的干燥速率 363
8.4.2 恒定干燥条件下干燥时间τ 365
8.5 干燥器 367
8.5.1 干燥器的基本要求 367
8.5.2 干燥器的分类 368
8.5.3 常用的对流式干燥器 369
习题 376

附录 380
附录1 常见物理量的单位和量纲 380
附录2 某些气体的重要物理性质 383
附录3 某些液体的重要物理性质 384
附录4 干空气的物理性质(101.3MPa) 385
附录5 水的物理性质 385
附录6 饱和水蒸气表 386
附录7 某些液体的热导率 388
附录8 某些固体材料的热导率 389
附录9 常用固体材料的密度和比热容 390
附录10 壁面污垢热阻(污垢系数) 390
附录11 液体与气体黏度共线图 391
附录12 气体热导率共线图(101.3kPa) 394
附录13 液体比热容共线图 394
附录14 离心泵规格(摘录) 396
附录15 4-72型离心通风机规格(摘录) 399
附录16 管壳式换热器总传热系数K的推荐值 400

参考文献 402

电子教学课件和习题解答获取方式 402

主要设备及原理素材资源(建议在wifi环境下扫码观看)
柏努利方程的推导及物理意义 18
各种阀门工作原理示意(1) 42
各种阀门工作原理示意(2) 42
测速计工作原理 50
文丘里流量计工作原理 51
孔板流量计工作原理 52
转子流量计 53
转子流量计工作原理 53
离心泵结构与部件 61
叶轮样式与结构 62
离心泵工作原理 63
汽蚀和气缚现象 71
多级离心泵工作原理 74
单动往复泵工作原理 76
双动及三动往复泵工作原理与流量曲线 76
隔膜泵工作原理 80
齿轮泵工作原理 81
螺杆泵工作原理 82
水环式真空泵工作原理 85
蒸汽喷射泵工作原理 86
降尘室工作原理 101
旋风分离器工作原理 106
滤板和滤框 123
板框压滤机工作状态 123
叶滤机的构造 126
回转真空过滤机 127
三足式离心机结构 131
卧式刮刀卸料离心机原理 131
真空吸引式稀相输送 139
低压压送式稀相输送 139
蓄热室原理 146
套管式换热器 147
列管式换热器 147
逆流传热的温度变化曲线 170
并流传热的温度变化曲线 170
夹套式换热器 186
固定管板式换热器 188
具有补偿圈的换热器 188
浮头式换热器 189
U形管换热器 189
螺旋板式换热器 190
简单蒸馏 202
平衡蒸馏 202
萃取精馏流程实例 241
共沸精馏流程实例 242
板式精馏塔 247
板式精馏塔工作原理 247
筛板结构 249
吸收与解吸流程 273
填料塔 310
典型填料 311
单效真空蒸发流程 325
并流加料蒸发流程 332
逆流加料蒸发流程 333
平流加料蒸发流程 333
中央循环管式蒸发器 340
外加热式蒸发器 341
强制循环式蒸发器 342
升膜蒸发器 343
降膜蒸发器 344
气流干燥器 369
喷雾器结构 371
喷雾干燥器 371
流化床干燥器 373
单滚筒干燥机 374
双滚筒干燥机 374