化工原理(第五版)（簡體書）

《化工原理》（第五版）以物料衡算、能量衡算、物系平衡關係、傳遞速率及經濟核算觀點5個基本概念為基礎，介紹了主要化工單元操作的基本原理、計算方法及典型設備。全書除緒論外共分7章，分別為流體流動、流體輸送機械、沉降與過濾、傳熱、吸收、蒸餾、乾燥。每章都編入適量的例題、習題及思考題。
本次修訂基本保持了第四版的框架，對部分內容作了刪改，增補了例題與習題；對基本概念、基本理論精益求精，文字敘述、公式推導簡潔易懂，突出重點，主次分明，便於自學。《化工原理》（第五版）採用雙色印刷，重點內容更加醒目；主要設備及原理配有動畫與視頻演示，可通過掃描二維碼觀看。為便於教學，本書還配備了電子教學課件和習題解答。 本書可作為高等學校少學時（70～100學時）化工原理課程的教材，也可作為相關專業高等職業學校以及科研、設計和生產部門科技人員的參考書。

向陽

北京化工大學化工原理、化工單元設備設計等課程的骨幹教師。參加首批國家 級精品課程和資源共享課程――化工原理課程建設，參加市級和校級教學教改項目5項。主要研究領域為化工流程模擬、計算流體力學和超重力過程強化。負責國家自然科學基金(青年)一項；參加了多項國家自然科學基金、863項目及企業項目；2011年獲北京市科學技術一等獎、中國石油和化學工業協會科學技術獎一等獎各一項；在國內外核心刊物上發表學術論文三十多篇(其中SCI 論文約二十篇)，獲授權發明專利兩項。

《化工原理》（王志魁版）是化工原理類教材中的暢銷教材之一，選用學校近200所。

 

《化工原理》（第四版）被評選為“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材。

 

《化工原理》（第五版）採用雙色印刷，重點內容與公式圖表更加醒目。

 

《化工原理》（第五版）配有主要設備與原理的動畫演示，可通過掃描書中的二維碼用手機觀看。

 

前言

 

本書由北京化工大學化工原理教學團隊精心組織編寫，目的是為了滿足各類高等院校少學時化工原理課程教學的需要，面向非化學工程類專業學生。本書第一版自1987年問世至今已有三十年，被眾多高等院校採用並受到廣大讀者好評。本書第二版獲化學工業出版社第一屆優秀暢銷書獎，第三版獲第八屆中國石油和化學工業優秀教材一等獎，第四版被評為“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材。

 

多年的教學實踐表明，本書原有的章節體系已能很好地滿足教學需求，但為了在內容上與時俱進，反映化學工程的最新進展，並考慮讀者的不同側重，本次修訂對部分內容做了刪減、修改和增補。本次再版的一個重要特色是增配了過程原理、重點單元設備原理及結構的動畫或視頻二維碼，讀者可掃碼觀看；對部分例題和習題進行了更新，增加了部分綜合性工程案例題；對書中插圖進行了重新製作，並採用雙色印刷，使重點內容更加醒目。此外，本次再版對原配套的教學課件與習題解答也進行了修訂，方便任課教師使用。

 

本書主編王志魁先生已於2012年以87歲高齡仙逝。王先生多年來致力於化學工程專業的教學工作，對化工原理課程教學的發展做出了卓越貢獻。特別是在傳質與分離的單元操作方面形成了獨特的教學觀點，如將傳遞理論和工程實際緊密地結合，幫助學生培養以工程觀點為主的思維方法；注重典型單元操作的設計型和操作型問題，加強理論和實際的聯繫，使學生能正確地分析複雜的工程問題，提高解決實際問題的能力。王先生將寶貴的教學經驗凝結在教材中，並為本書的修訂與完善孜孜不倦工作多年。在本書第五版出版之際，謹向王志魁先生為教書育人所做出的貢獻表示敬意！

 

本次再版的修訂工作由北京化工大學向陽、王宇完成，劉麗英、劉偉審閱。書中二維碼鏈接的主要設備及原理素材資源由北京東方仿真軟件技術有限公司提供技術支持。

 

由於編者學識有限，雖經努力，難免有不足之處，懇請讀者批評指正。

 

編者

 

2017年8月

 

 

 

第一版前言

 

本教材是根據化學工業部教育司關於增編高等院校少學時《化工原理》教材的要求而編寫的。

 

1982年以來，北京化工學院根據本院某些專業的特點，以精選內容、突出重點、理論聯繫實際、便於教學為原則，自編了一套教學學時少（簡稱少學時）的《化工原理》教材，在本院已使用幾屆，並曾為十餘所兄弟院校有關專業選用。本教材即在此基礎上並按化工部教育司的要求作了適當修改而成。

 

1984年11月化學工業部教育司為本教材（少學時《化工原理》）召開了評審會，參加會議的有北京工業學院、吉林化工學院、瀋陽化工學院、大連工學院、天津大學、河北化工學院、青島化工學院、華東化工學院、武漢化工學院、四川輕化工學院、廣西工學院、北京化工學院十二所院校的代表；浙江大學、南京化工學院和華南工學院提出了書面意見。會議認為教材的編寫目的明確，並具有一定的教學實踐基礎，適用於少學時《化工原理》課程的教學需要，有一定的適應面和實際意義；考慮到教材的適用範圍，並提出增加沉降與過濾的內容。會後根據所確定的編寫原則和代表們提出的具體意見作了適當修改和增刪。

 

本教材可供大學本科80～120學時《化工原理》課程的教學選用，如：“高分子材料”、“橡膠工程與塑料工程”、“高分子材料加工機械”、“腐蝕與防護”、“化工生產過程自動化”、“化學工業管理工程”、“化工工業分析”等專業。本教材包括流體流動、流體輸送機械、傳熱、吸收、蒸餾、乾燥、沉降與過濾等章，刪除了一般“化工原理”教材中的蒸發、萃取和流態化等內容。編寫時注意了加強基礎、理論聯繫實際和以工程觀點和經濟觀點分析問題；力求保持其係統性和完整性。

 

編寫過程中，許多兄弟院校從事《化工原理》課程教學的同志，提供意見、介紹資料；北京化工學院各級領導和傳遞工程教研室的同志們，在工作上給予各種協助和支持，在此一併表示感謝。由於水平有限，經驗不足，缺點錯誤在所難免，歡迎批評指正。

 

編者

 

1985年7月

 

 

 

第四版前言

 

本教材是根據各類高等院校少學時《化工原理》課程教學需要而編寫的。自1985年問世，經1998年再版與2005年第三版至今，已有二十餘年。受到了各高等院校廣泛採用及廣大讀者的歡迎。本教材第二版獲化學工業出版社第一屆（1993～1998年度）優秀暢銷書獎，第三版獲第八屆中國石油和化學工業優秀教材一等獎。

 

本教材經眾多院校的教學實踐表明，教材的章節體係與內容尚能滿足教學需要。本次修訂基本上保持第三版的原有框架，對部分內容做了刪除、修改或增補。修訂的基本原則是精益求精，對於基本概念與基礎理論的闡述，注重其科學性、嚴謹性、系統性、先進性及實用性。在文字敘述及公式推導方面，力求簡潔易懂。

 

為了滿足課堂教學需要，第四版教材配有電子教學課件與習題解答，供任課教師使用。

 

參加第四版教材編寫者有王志魁、劉麗英、劉偉。編者學識有限，難免存在不妥，懇請讀者批評指正。

 

編者

 

2010年2月

緒論
一、化工過程與單元操作1
二、“化工原理”課程的性質與任務2
三、物理量的單位與量綱3
四、混合物含量的表示方法5
五、單元操作中常用的基本概念9
習題10
本章符號說明10
第一章流體流動
第一節流體靜力學11
一、流體的壓力12
二、流體的密度與比體積12
三、流體靜力學基本方程式14
四、流體靜力學基本方程式的應用15
第二節管內流體流動的基本方程式19
一、流量與流速19
二、穩態流動與非穩態流動21
三、連續性方程式21
四、伯努利方程式22
五、實際流體機械能衡算式24
第三節管內流體流動現象26
一、黏度26
二、流體流動類型與雷諾數29
三、流體在圓管內的速度分佈31
第四節管內流體流動的摩擦阻力損失34
一、直管中流體摩擦阻力損失的測定35
二、層流的摩擦阻力損失計算35
三、湍流的摩擦阻力損失37
四、非圓形管的當量直徑41
五、局部摩擦阻力損失43
六、管內流體流動的總摩擦阻力損失計算44
第五節管路計算46
一、簡單管路46
二、複雜管路51
第六節流量的測定53
一、測速管53
二、孔板流量計55
三、轉子流量計58
四、濕式氣體流量計60
思考題60
習題61
本章符號說明67
第二章流體輸送機械
第一節離心泵68
一、離心泵的工作原理69
二、離心泵的主要部件69
三、離心泵的主要性能參數71
四、離心泵的特性曲線72
五、離心泵的工作點與流量調節74
六、離心泵的汽蝕現象與安裝高度79
七、離心泵的類型與選用82
第二節其他類型化工用泵84
一、往復泵84
二、齒輪泵87
三、旋渦泵87
第三節氣體輸送機械88
一、離心式通風機88
二、鼓風機和壓縮機91
三、真空泵95
思考題96
習題96
本章符號說明98
第三章沉降與過濾
第一節概述99
一、非均相物系的分離99
二、顆粒與流體相對運動時所受的阻力100
第二節重力沉降101
一、沉降速度101
二、降塵室103
三、懸浮液的沉聚105
第三節離心沉降106
一、離心分離因數106
二、離心沉降速度107
三、旋風分離器107
四、旋液分離器110
五、沉降式離心機110
第四節過濾112
一、懸浮液的過濾112
二、過濾速率基本方程式115
三、恒壓過濾117
四、過濾設備120
思考題124
習題125
本章符號說明126
第四章傳熱
第一節概述127
一、傳熱過程的應用127
二、熱量傳遞的基本方式128
三、兩流體通過間壁換熱與傳熱速率方程式129
第二節熱傳導130
一、傅裡葉定律130
二、熱導率131
三、平壁的穩態熱傳導133
四、圓筒壁的穩態熱傳導136
第三節對流傳熱139
一、對流傳熱方程與對流傳熱係數139
二、影響對流傳熱係數的因素140
三、對流傳熱的特徵數關係式141
四、流體無相變時對流傳熱係數的經驗關聯式142
五、流體有相變時的對流傳熱147
六、選用對流傳熱係數關聯式的注意事項152
第四節兩流體間傳熱過程的計算153
一、熱量衡算153
二、傳熱平均溫度差154
三、總傳熱係數159
四、壁溫計算164
五、傳熱計算示例166
第五節熱輻射171
一、熱輻射的基本概念171
二、物體的輻射能力與斯蒂芬-波爾茲曼定律173
三、克希霍夫定律175
四、兩固體間的輻射傳熱176
五、輻射與對流的聯合傳熱180
第六節換熱器180
一、換熱器的分類181
二、間壁式換熱器181
三、列管式換熱器選用計算中有關問題187
四、系列標準換熱器的選用步驟190
五、加熱介質與冷卻介質193
六、傳熱過程的強化194
思考題195
習題196
本章符號說明199
第五章吸收
第一節概述201
一、吸收操作的應用202
二、吸收設備202
三、吸收操作的分類202
四、吸收劑的選擇203
第二節氣液相平衡204
一、平衡溶解度204
二、亨利定律205
三、氣液相平衡在吸收中的應用208
第三節吸收過程的傳質速率210
一、分子擴散與費克定律211
二、等摩爾逆向擴散211
三、組分A通過靜止組分B的擴散213
四、分子擴散係數215
五、單相內的對流傳質217
六、兩相間傳質的雙膜理論219
七、總傳質速率方程221
八、傳質速率方程式的各種表示形式223
第四節吸收塔的計算225
一、物料衡算與操作線方程225
二、吸收劑的用量與最小液-氣比226
三、填料層高度的計算229
四、吸收塔的操作計算237
五、解吸塔的計算240
第五節填料塔244
一、填料塔的結構及填料性能244
二、氣液兩相在填料層內的流動247
三、塔徑的計算249
四、填料塔的附件250
思考題252
習題253
本章符號說明255
第六章蒸餾
第一節雙組分溶液的汽液相平衡258
一、溶液的蒸氣壓與拉烏爾定律258
二、理想溶液汽液相平衡259
三、非理想溶液汽液相平衡265
第二節蒸餾與精餾原理266
一、簡單蒸餾與平衡蒸餾266
二、精餾原理267
第三節雙組分連續精餾的計算與分析269
一、全塔物料衡算270
二、恒摩爾流量的假設271
三、進料熱狀態參數q272
四、操作線方程與q線方程275
五、理論板數計算280
六、回流比與進料熱狀態對精餾過程的影響283
七、塔頂液相回流比的選擇286
八、理論板數的簡捷計算法291
九、精餾塔的操作計算292
十、直接蒸汽加熱及兩股進料的精餾塔297
第四節間歇精餾300
一、回流比恒定的操作301
二、餾出液組成恒定的操作301
第五節恒沸精餾與萃取精餾302
一、恒沸精餾302
二、萃取精餾303
第六節板式塔304
一、塔板結構305
二、塔板上汽液兩相的流動現象306
三、塔板效率309
四、塔高的確定311
五、塔徑的計算311
六、塔板類型313
思考題315
習題317
本章符號說明320
第七章乾燥
第一節概述322
一、固體物料的去濕方法322
二、濕物料的乾燥方法323
三、對流乾燥過程的傳熱與傳質324
第二節濕空氣的性質及濕度圖324
一、濕空氣的性質324
二、濕空氣的濕度圖及其應用330
第三節乾燥過程的物料衡算和熱量衡算333
一、乾燥過程的物料衡算333
二、乾燥過程的熱量衡算335
第四節物料的平衡含水量與乾燥速率339
一、物料的乾燥實驗曲線339
二、物料的平衡含水量曲線341
三、恒定乾燥條件下的乾燥速率與乾燥時間342
第五節乾燥設備347
一、常用對流乾燥器簡介347
二、乾燥器的選用351
思考題352
習題353
本章符號說明355
附錄
一、單位換算356
二、基本物理常數356
三、飽和水的物理性質357
四、某些液體的物理性質358
五、某些有機液體的相對密度（液體密度與4℃水的密度之比）359
六、飽和水蒸氣表（按溫度排列）360
七、飽和水蒸氣表（按壓力排列）361
八、幹空氣的熱物理性質（p=1.01325×105Pa）363
九、某些氣體的重要物理性質363
十、液體飽和蒸氣壓p °的安托因（Antoine）常數364
十一、水在不同溫度下的黏度365
十二、液體黏度共線圖366
十三、氣體黏度共線圖 （101.325kPa）368
十四、固體材料的熱導率369
十五、某些液體的熱導率370
十六、氣體熱導率共線圖370
十七、液體比熱容共線圖372
十八、氣體比熱容共線圖（101.325kPa）374
十九、液體比汽化熱共線圖376
二十、液體表面張力共線圖377
二十一、管子規格379
二十二、IS型單級單吸離心泵規格（摘錄）380
二十三、熱交換器系列標準（摘錄）382
二十四、雙組分溶液的汽液相平衡數據384
二十五、常用化學元素的相對原子質量384
參考文獻
主要設備及原理素材資源(建議在wifi環境下掃碼觀看)
伯努利方程的物理意義23
邊界層分離演示34
流體流過彎頭43
突然擴大和縮小44
孔板流量計流動狀態55
文丘裡流量計流動狀態58
離心泵69
離心泵的氣縛69
離心泵的汽蝕79
齒輪泵87
羅茨鼓風機工作原理93
往復式壓縮機工作原理94
水環真空泵95
降塵室的工作原理103
旋風分離器108
板框壓濾機120
轉筒真空過濾機122
流體流過圓管和管束145
套管式換熱器工作狀態182
螺旋板式換熱器工作狀態183
板式換熱器工作狀態183
固定管板式換熱器186
浮頭式換熱器工作狀態187
U形管式換熱器工作狀態187
等摩爾逆向擴散演示212
填料塔簡介244
流體力學特徵248
板式塔簡介305
泡沫接觸狀態306
嚴重漏液308
液泛308
塔板類型313
廂式乾燥器工作狀態347
轉筒乾燥器工作狀態348
沸騰床乾燥器工作狀態349
氣流乾燥器工作狀態350
噴霧乾燥器工作狀態350