化工原理（第四版）（杨祖荣 )

《化工原理》（第四版）理论联系实际，强调工程观点，在阐明基本原理的基础上介绍计算方法和典型设备，介绍本学科的新进展； 《化工原理》（第四版）章首设置了思维导图，便于读者直观地了解各章的构成； 《化工原理》（第四版）增配了过程原理及典型设备的动画或视频，读者可以扫描书中二维码观看； 《化工原理》（第四版）内容简练，深入浅出，突出重点，便于自学，引导创新。

本书为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材、普通高等教育“十五”国家级规划教材及北京市高等教育精品教材。
本书2004年问世，2009年再版，2014年第三版，众多读者与同行给予了关注与支持，并对教材提出了建设性意见。本次修订，仍保持原教材的总体结构和风格，对部分内容进行了修改和补充，并更新了例题与习题，以使工程特色更加突出；章首增加了思维导图，便于读者形象地了解各章的构成，更好地引导读者学习该章内容；增配了过程原理及典型设备的动画演示，读者可以扫描封底二维码观看，以加深对过程及设备的理解。此外，本版为双色印刷，使重点内容更加醒目、突出。
本次修订工作由各章的原执笔者完成，分别为北京化工大学杨祖荣（绪论、蒸发、结晶）、刘丽英（流体流动与输送机械、固体干燥、膜分离）、刘伟（气体吸收、吸附分离）、丁忠伟（传热）、苏海佳（蒸馏）及开封大学陶颖（非均相物系分离）。书中二维码链接的动画素材由北京东方仿真软件技术有限公司提供。
衷心感谢清华大学蒋维钧教授对本教材的审阅，感谢北京化工大学化工原理教研室的同事们在本书修订过程中给予的支持和帮助，同时也感谢北京东方仿真软件技术有限公司的大力支持。
鉴于编者学识有限，书中难免有不妥之处，恳请读者批评指正。

编者
2020年8月

杨祖荣，北京化工大学，教授，国家 级教学名师，长期从事化工原理教学、实验室建设和化工单元过程的研究工作。1988～2002年历任全国高校化工原理教学指导委员会和全国高校化工类及相关专业教学指导委员会委员，国家有突出贡献专家。1985～1986年，应邀赴美国Oregon大学化学工程系进行传热方面的合作研究。编写及编译的著作有：国家 级“十二五”规划教材《化工原理》两本、北京市精品教材《化工原理实验》及《流体输送》、《汽车零件清洗工艺》等，在学术期刊上发表论文20余篇，并负责和参与本科生、硕士生、博士生的培养和指导工作。
先后主持和参与国家 级、省部级和企事业科研项目数十项。获国家优 秀教学成果奖2项、省部级优 秀教学、科技进步奖7项。
（1）国家 级教学名师；
（2）“化工原理实验仿真开发研究”，获国家教委优 秀成果奖；
（3）“CAI在化工原理教学中的应用”，获北京市高校优 秀教学二等奖；
（4）“全国高校化工原理试题库”， 获北京市高校优 秀教学二等奖；
（5）“化工原理实验装置的开发研究”，获北京市高校优 秀教学二等奖；
（6）“面向21世纪化工原理实验改革与创新”，获北京市高校优 秀教学二等奖；
（7）“化工原理实验技术与系列装置和测控软件的开发”，通过教育部鉴定；
（8）“《化工原理》精品课建设”，国家首批精品课程；
（9）“发扬特色，锐意创新，构建新型教学平台，全面提高化工原理教学质量”，国家 级优 秀教学成果二等奖。

《化工原理》（第四版）重点介绍了化工单元操作的基本原理、计算方法和典型设备。全书包括绪论、流体流动与输送机械、非均相物系分离、传热、蒸发、气体吸收、蒸馏、固体干燥及其他分离技术。本次修订再版更换了部分例题、习题，以使工程特色更加突出；章首增加了思维导图，便于读者直观地了解各章的构成；增配了过程原理及典型设备的动画演示，读者可以扫描二维码观看。本书理论联系实际，强调工程观点，在阐明基本原理的基础上介绍计算方法和典型设备，同时适当介绍本学科的新进展。
《化工原理》（第四版）可作为高等院校化工及相关专业化工原理课程配套教材，也可供有关技术人员参考。

绪论/ 1
0.1化工生产过程与单元操作1
0.1.1化工生产过程1
0.1.2单元操作1
0.2化工原理课程的性质、内容及任务2
0.3单元操作中常用的基本概念和观点3

第1章流体流动与输送机械/ 5
1.1流体基本性质6
1.1.1连续介质的假定6
1.1.2流体的压缩性6
1.1.3作用在流体上的力7
1.1.4质量力与密度7
1.1.5压力8
1.1.6剪切力与黏度9
1.2流体静力学10
1.2.1静压力特性11
1.2.2流体静力学基本方程11
1.3流体动力学15
1.3.1流体的流量与流速15
1.3.2定态流动与非定态流动16
1.3.3定态流动系统的质量衡算17
1.3.4定态流动系统的机械能衡算18
1.4流体流动的内部结构24
1.4.1流体的流动型态24
1.4.2流体在圆管内的速度分布26
1.5流体流动阻力30
1.5.1直管阻力30
1.5.2局部阻力37
1.5.3流体在管路中的总阻力41
1.6管路计算42
1.6.1简单管路42
1.6.2复杂管路46
1.7流速与流量的测量48
1.7.1测速管48
1.7.2孔板流量计49
1.7.3文丘里流量计52
1.7.4转子流量计53
1.8流体输送机械55
1.8.1离心泵55
1.8.2其他类型化工用泵70
1.8.3气体输送机械74
思考题79
习题80
本章符号说明86
阅读参考文献87

第2章非均相物系分离/ 88
2.1概述88
2.1.1非均相物系分离在工业生产中的应用89
2.1.2颗粒与颗粒群的特性89
2.2颗粒沉降91
2.2.1颗粒在流体中的沉降过程91
2.2.2重力沉降及设备92
2.2.3离心沉降及设备97
2.3过滤102
2.3.1概述102
2.3.2过滤基本方程式103
2.3.3过滤设备106
2.4非均相物系分离过程强化与展望111
2.4.1沉降过程的强化111
2.4.2过滤过程的强化112
2.4.3过滤技术展望113
思考题113
习题114
本章符号说明115
阅读参考文献115

第3章传热/ 116
3.1概述117
3.1.1传热在化工生产中的应用117
3.1.2工业生产中的加热剂和冷却剂117
3.1.3传热设备中冷、热流体的接触方式118
3.1.4传热学中一些基本概念118
3.2热传导119
3.2.1热传导机理简介119
3.2.2热传导速率的表达——傅里叶定律119
3.2.3热导率120
3.2.4单层平壁的定态热传导121
3.2.5单层圆筒壁的定态热传导123
3.2.6通过多层壁的定态热传导124
3.3对流传热126
3.3.1对流传热过程分析126
3.3.2对流传热速率——牛顿冷却定律127
3.3.3对流传热系数的实验研究方法127
3.3.4流体无相变时的对流传热系数经验关联式129
3.3.5蒸气冷凝传热137
3.3.6液体沸腾传热140
3.4传热过程计算141
3.4.1换热器的热量平衡方程142
3.4.2总传热系数142
3.4.3总传热速率方程145
3.4.4总传热速率方程与热量平衡方程的联用146
3.4.5平均传热温差的计算147
3.4.6传热过程的设计型计算151
3.4.7传热过程的操作型计算152
3.4.8设备壁温的计算153
3.5辐射传热155
3.5.1热辐射的基本概念155
3.5.2物体的辐射能力155
3.5.3两固体间的辐射传热157
3.5.4对流-辐射联合传热159
3.6换热器160
3.6.1间壁式换热器160
3.6.2列管式换热器的设计与选型中相关条件的选择167
3.6.3列管式换热器的选型计算169
3.7传热过程的强化172
3.7.1换热器中传热过程的强化172
3.7.2换热网络的优化173
3.7.3换热器中污垢的产生、阻垢和清洗173
思考题174
习题175
本章符号说明179
阅读参考文献179

第4章蒸发/ 180
4.1概述181
4.1.1蒸发操作及其在工业中的应用181
4.1.2蒸发操作的特点181
4.1.3蒸发操作的分类181
4.2单效蒸发与真空蒸发182
4.2.1单效蒸发流程182
4.2.2单效蒸发设计计算182
4.2.3蒸发器的生产能力与生产强度186
4.3多效蒸发187
4.3.1加热蒸汽的经济性187
4.3.2多效蒸发188
4.3.3多效蒸发效数的限制193
4.4蒸发设备194
4.4.1蒸发器194
4.4.2蒸发器的选型197
4.4.3蒸发装置的附属设备和机械197
4.5蒸发过程和设备的强化与展望199
思考题200
习题200
本章符号说明200
阅读参考文献201

第5章气体吸收/ 202
5.1概述203
5.1.1化工生产中的传质过程203
5.1.2相组成表示法204
5.1.3气体吸收过程206
5.1.4气体吸收过程的应用207
5.1.5吸收剂的选用207
5.1.6吸收操作的分类208
5.2吸收过程的气液相平衡关系209
5.2.1气体在液体中的溶解度209
5.2.2相平衡关系在吸收过程中的应用213
5.3单相内传质215
5.3.1单相内物质的分子扩散216
5.3.2分子扩散系数220
5.3.3单相对流传质机理223
5.3.4单相内对流传质速率方程224
5.4相际对流传质及总传质速率方程226
5.4.1双膜理论226
5.4.2吸收过程的总传质速率方程227
5.5吸收塔的计算230
5.5.1物料衡算和操作线方程231
5.5.2吸收剂用量与最小液-气比232
5.5.3吸收塔填料层高度的计算234
5.5.4吸收塔塔径的计算241
5.5.5吸收塔的操作型计算242
5.5.6解吸及其计算244
5.6填料塔248
5.6.1填料248
5.6.2填料塔的流体力学性能251
5.6.3填料塔的附件254
5.6.4强化吸收过程的措施256
5.6.5填料塔分离技术新进展257
思考题258
习题258
本章符号说明261
阅读参考文献262

第6章蒸馏/ 263
6.1概述264
6.2双组分溶液的汽-液平衡265
6.2.1理想溶液的汽-液平衡265
6.2.2温度-组成图（t-x-y图）266
6.2.3气液平衡图（x-y图）266
6.2.4挥发度与相对挥发度268
6.2.5非理想溶液的汽-液平衡269
6.3简单蒸馏和平衡蒸馏271
6.3.1简单蒸馏271
6.3.2平衡蒸馏271
6.4精馏原理272
6.4.1多次部分汽化、部分冷凝272
6.4.2连续精馏装置流程273
6.4.3塔板的作用274
6.4.4精馏过程的回流275
6.5双组分连续精馏塔的计算275
6.5.1理论板的概念与恒摩尔流的假设276
6.5.2全塔物料衡算277
6.5.3操作线方程278
6.5.4进料热状况的影响及q线方程280
6.5.5理论塔板数的确定283
6.5.6回流比的影响与选择290
6.5.7理论板数的简捷计算298
6.5.8精馏装置的热量衡算299
6.5.9双组分精馏的操作型计算301
6.6间歇精馏302
6.6.1维持馏出液浓度恒定的操作303
6.6.2维持回流比恒定的操作304
6.7恒沸精馏与萃取精馏305
6.7.1恒沸精馏305
6.7.2萃取精馏 305
6.8板式塔306
6.8.1板式塔的结构特点和流体力学特性306
6.8.2塔板的流体力学状况308
6.8.3塔板效率310
6.8.4塔高和塔径的计算313
6.8.5塔板负荷性能图315
6.8.6板式塔塔板类型316
6.9蒸馏过程的强化与展望319
思考题320
习题321
本章符号说明325
阅读参考文献326

第7章固体干燥/ 327
7.1概述328
7.1.1物料的去湿方法328
7.1.2物料的干燥方法328
7.1.3对流干燥特点329
7.2湿空气的性质与湿度图329
7.2.1湿空气的性质329
7.2.2湿空气的湿度图及其应用335
7.3固体物料的干燥平衡338
7.3.1物料中水分含量的表示方法338
7.3.2水分在气-固两相间的平衡338
7.4干燥过程的计算340
7.4.1干燥过程的物料衡算340
7.4.2干燥过程的热量衡算341
7.4.3干燥系统的热效率343
7.4.4干燥器空气出口状态的确定344
7.5干燥速率与干燥时间346
7.5.1干燥速率346
7.5.2恒定干燥条件下干燥时间的计算349
7.6干燥器351
7.6.1干燥器的基本要求与分类351
7.6.2工业上常用的干燥器352
7.6.3干燥器的选用357
7.7固体干燥过程的强化与展望357
7.7.1干燥过程强化357
7.7.2干燥设备改进358
7.7.3干燥技术展望360
思考题361
习题361
本章符号说明363
阅读参考文献363

第8章其他分离技术/ 364
8.1结晶364
8.1.1概述364
8.1.2结晶原理364
8.1.3结晶器简介367
8.1.4结晶过程的强化与展望368
8.2吸附分离368
8.2.1概述368
8.2.2吸附剂及其特性369
8.2.3吸附平衡371
8.2.4吸附速率373
8.2.5吸附操作与装置374
8.2.6吸附过程的强化与展望377
8.3膜分离379
8.3.1概述379
8.3.2膜与膜组件381
8.3.3反渗透384
8.3.4超滤与微滤385
8.3.5气体分离387
8.3.6膜接触器387
思考题390
本章符号说明390
阅读参考文献390

附录/ 392
附录1常用物理量的单位与量纲392
附录2某些气体的重要物理性质392
附录3某些液体的重要物理性质393
附录4干空气的物理性质（101.3kPa）394
附录5水及蒸汽的物理性质395
附录6黏度399
附录7热导率402
附录8比热容406
附录9液体相变焓共线图410
附录10无机物水溶液的沸点（101.3kPa)412
附录11管子规格413
附录12离心泵规格（摘录）413
附录13换热器系列标准与型号（摘录）417

参考文献/ 424