本書適應教學改革，滿足少學時教學需要，以培養“應用型”、“技術型”人才為目標。全書共七章，包括：流體流動、流體輸送機械、沉降與過濾、傳熱、吸收、蒸餾、干燥。各章末附有習題，題型豐富，難易適中，并有相關答案供參考。
本教材可作為高等院校化學、化工、生物、制藥、食品、環境、材料、石油、醫藥衛生等相關專業教學用書，還可以作為科技工作者、教師的參考書。
本書作者對化工原理課程的教授有獨到見解，同時，對相關企業對學生掌握化工原理基本知識的程度要求進行過細致調研。《化工原理》結合企業的要求編寫。突出工程實踐特色，追求“易教好學”，適當淡化了一些理論性較深和適用性不強的內容，降低了難度，便于學生理解和掌握，真正體現“實用為主，夠用為度，應用為本”的要求。
趙秀琴，武漢生物工程學院，副教授，多年從事《化工原理》的相關教學與科研工作，具有豐富的相關經驗。主持 《化工原理》課程改革與實踐等教研項目獲得省級、市級多項獎勵。
緒論1
一、化工原理課程的性質、內容及任務1
二、化工單元操作常用的基本概念2
三、單位制及單位換算3
四、化工原理課程學習方法4
第一章流體流動5
第一節流體靜力學6
一、流體的有關物理量6
二、流體靜力學基本方程式8
三、流體靜力學方程式的應用9
第二節管內流體流動的基本方程式12
一、流量與流速12
二、穩態流動與非穩態流動14
三、連續性方程14
四、伯努利方程式15
第三節管內流體流動現象19
一、牛頓黏性定律與流體的黏度19
二、流體流動類型與雷諾數21
三、流體在圓管內的速度分布23
第四節管內流體流動的阻力計算24
一、流體在直管中流動的阻力損失24
二、層流時的摩擦系數27
三、湍流時的摩擦系數27
四、非圓形管的當量直徑28
五、管路上的局部阻力損失30
六、管路系統中的總能量損失31
第五節流量的測定33
一、測速管33
二、孔板流量計34
三、文丘里(Venturi)流量計34
四、轉子流量計35
小結35
工程應用36
習題37
本章符號說明42
第二章流體輸送機械44
第一節離心泵45
一、離心泵的工作原理45
二、離心泵的主要部件46
三、離心泵的主要性能參數47
四、離心泵的特性曲線49
五、離心泵的工作點與流量調節51
六、離心泵的汽蝕現象與安裝高度54
七、離心泵的類型與選用56
第二節其他化工用泵57
一、往復泵57
二、齒輪泵58
三、螺桿泵59
第三節氣體輸送機械59
一、離心通風機59
二、其他氣體輸送機械60
小結61
工程應用62
習題63
本章符號說明65
第三章沉降與過濾66
第一節重力沉降67
一、球形顆粒的自由沉降67
二、阻力系數68
三、沉降速度的計算69
四、非球形顆粒的自由沉降速度70
五、影響沉降速度的因素70
六、重力沉降設備71
第二節離心沉降73
一、離心分離因數與沉降速度73
二、離心分離設備74
第三節過濾76
一、過濾操作的基本概念77
二、過濾基本方程78
三、恒壓過濾80
四、過濾設備82
小結85
工程應用86
習題87
本章符號說明88
第四章傳熱90
第一節概述91
一、傳熱的基本方式91
二、間壁式換熱器和傳熱速率方程91
第二節熱傳導92
一、傅里葉定律93
二、熱導率93
三、平壁的穩態熱傳導94
四、圓筒壁的穩態熱傳導96
第三節對流傳熱98
一、對流傳熱方程和對流傳熱系數98
二、對流傳熱系數99
第四節兩流體間傳熱過程的計算102
一、傳遞熱量的計算102
二、傳熱平均溫差的計算103
三、總傳熱系數106
四、壁溫計算109
五、傳熱計算示例111
六、傳熱過程的強化113
第五節熱輻射114
一、熱輻射的基本概念114
二、輻射對流聯合傳熱114
第六節換熱器115
一、換熱器的分類115
二、間壁式換熱器115
三、列管式換熱器的選型119
四、系列標準換熱器的選用步驟120
五、加熱介質與冷卻介質121
小結121
工程應用123
習題124
本章符號說明126
第五章吸收128
第一節概述129
一、吸收操作的分類129
二、吸收的應用130
三、吸收設備130
四、吸收劑的選擇130
第二節吸收過程的氣液相平衡131
一、氣液相平衡與溶解度132
二、亨利定律132
三、氣液相平衡在吸收過程中的應用135
第三節吸收過程的傳質速率137
一、分子擴散和費克定律137
二、兩相間傳質的雙膜理論138
三、吸收速率方程138
第四節吸收塔的計算143
一、物料衡算與操作線方程144
二、吸收劑的用量與最小液氣比144
三、填料層高度的計算147
第五節解吸152
一、最小氣液比和載氣流量的確定153
二、傳質單元數法計算解吸填料層高度153
第六節填料塔 154
一、填料154
二、塔徑的計算157
三、填料塔的內件157
小結159
工程應用160
習題162
本章符號說明164
第六章蒸餾166
第一節雙組分溶液的氣液相平衡167
一、溶液的蒸氣壓與拉烏爾定律167
二、理想溶液氣液相平衡168
三、雙組分非理想溶液的氣液相圖分析171
四、氣液相平衡方程172
第二節蒸餾和精餾原理173
一、簡單蒸餾和平衡蒸餾173
二、精餾原理174
第三節雙組分連續精餾的計算與分析176
一、全塔的物料衡算176
二、恒摩爾流假定178
三、進料熱狀態參數q179
四、操作線方程與q線方程180
五、理論塔板數的求法184
六、回流比的影響及選擇187
七、理論塔板簡捷計算方法190
第四節特殊精餾191
一、水蒸氣蒸餾191
二、恒沸精餾191
三、萃取精餾192
第五節板式塔192
一、板式塔結構193
二、塔內氣、液兩相的流動193
三、塔板型式195
四、塔板流型197
五、塔徑和塔高199
六、溢流裝置201
七、塔板布置201
八、篩孔及其排列202
九、塔板效率202
小結204
工程應用204
習題205
本章符號說明208
第七章干燥210
第一節概述211
一、濕物料的干燥方法211
二、對流干燥過程的傳熱與傳質212
第二節濕空氣的性質和濕度圖213
一、濕空氣的性質213
二、濕空氣的濕度圖及其應用218
第三節干燥過程的物料衡算和熱量衡算221
一、物料衡算221
二、干燥過程的能量衡算224
第四節干燥速率和干燥時間226
一、物料中的水分226
二、干燥速率及其影響因素227
三、恒定干燥條件下干燥時間的計算230
第五節干燥設備232
一、干燥器的主要型式233
二、干燥器的選擇237
三、干燥新技術238
小結239
工程應用239
習題241
本章符號說明243
附錄245
附錄一飽和水的物理性質245
附錄二某些有機液體的相對密度(液體密度與4℃時水的密度之比)246
附錄三某些液體的重要物理性質247
附錄四飽和水蒸氣表(按溫度排列)249
附錄五飽和水蒸氣表(按壓力排列)250
附錄六某些氣體的重要物理性質251
附錄七液體飽和蒸氣壓p°的Antoine(安托因)常數252
附錄八水在不同溫度下的黏度253
附錄九液體黏度共線圖254
附錄十氣體黏度共線圖（101.325kPa）256
附錄十一固體材料的熱導率257
附錄十二某些液體的熱導率（λ）/［W/(m·℃)］258
附錄十三氣體熱導率共線圖259
附錄十四液體比熱容共線圖261
附錄十五氣體比熱容共線圖（101.325kPa）263
附錄十六液體比汽化熱共線圖265
附錄十七管子規格266
附錄十八離心泵規格（摘錄）267
附錄十九熱交換器系列標準（摘錄）271
附錄二十干空氣的熱物理性質（p=1.01325×105Pa）273
參考文獻275
第二節 濕空氣的性質和濕度圖
一、濕空氣的性質
濕空氣是絕干空氣和水汽的混合物，如大氣。在對流干燥過程中，濕空氣預熱后與濕物料發生熱量和質量交換，濕空氣的水汽含量、溫度及焓都會發生變化，而其中絕干空氣的質量流量是不會變的。在討論干燥器的物料與熱量衡算之前，應首先了解表示濕空氣性質或狀態的參數及它們相互之間的關系。
因干燥過程中操作壓力較低，故可將濕空氣按理想氣體處理。
濕空氣的性質主要有：
（一）濕空氣中的水蒸氣分壓
濕空氣中水蒸氣在與濕空氣相同的溫度下，單獨占據的體積所產生的壓力，稱為濕空氣中水蒸氣的分壓，用 表示。它與濕空氣的總壓力 及絕干空氣分壓 間的關系為
(7-1)
式中 ——濕空氣的總壓強，kPa；
——濕空氣中絕干空氣的分壓，kPa；
——濕空氣中水蒸氣的分壓，kPa。
當總壓一定時，水汽分壓 越大，則濕空氣的含量就越高。當水蒸氣分壓等于該空氣溫度下的飽和蒸氣壓 時，表明濕空氣被水汽飽和而達大值，濕空氣也不再具有吸收水蒸氣的能力。
（二）濕度
濕度(humidity)是表示濕空氣中水汽含量的參數，又稱濕含量或濕度，是指濕空氣中水汽質量與絕干空氣的質量之比。即
(7-2)
式中 ——濕空氣中絕干空氣、水蒸氣的摩爾數，mol；
——絕干空氣和水蒸氣的摩爾質量，g/mol。
根據理想氣體狀態方程及道爾頓分壓定律，式(7-2)可表示如下
(7-3)
由上式可知，空氣的濕度 與濕空氣的總壓 及其中的水汽分壓 有關。當總壓 一定時，濕度 僅與水汽分壓 有關。
當水汽分壓 等于該空氣溫度下水的飽和蒸氣壓 ，即 時，濕空氣達飽和狀態而不再具有吸收水蒸氣的能力。此時，空氣的濕度稱為飽和濕度，即
(7-4)
式中 ——濕空氣的飽和濕度，kg水蒸氣/kg干空氣；
——濕空氣溫度 下水的飽和蒸氣壓，kPa。
上式表明，當總壓力 一定時，濕空氣的飽和濕度 只取決于溫度 。
（三）相對濕度
在一定的總壓 下，濕空氣中水蒸汽分壓 與同溫度下濕空氣中水蒸汽飽和蒸氣壓 之比為相對濕度 (relative humidity)，即
(7-5)
由上式可知，當 時， ，表明該空氣為絕干空氣；當 時， ，表明空氣已達到飽和狀態；當 時， ，為未飽和濕空氣。 值愈小，表明該空氣偏離飽和程度愈遠，吸收水蒸汽能力愈強。由此可見，濕度 只能表示濕空氣中水汽含量的值，而相對濕度 則表示濕空氣中水汽含量的相對值，反映了濕空氣干燥能力的大小。
由(7-5)式可知， ，代入(7-4)式得
(7-6)
由上式可知，總壓 一定時，空氣的濕度 隨著空氣的相對濕度 及溫度 而變。
（四）濕空氣的比體積
簡稱濕比體積(humid volume)，其定義為
m3 濕空氣/ kg絕干空氣 (7-7)
在標準狀況（101.325kPa，273.15K）下，據氣體的標準摩爾體積為22.41m3/kmol，可得，總壓力為 /kPa、溫度為 /K、濕度是 的濕空氣的比體積為
(7-8)
把 ＝28.95kg/kmol， ＝18.02 kg/kmol代入上式，即得濕空氣的比體積計算式
(7-9)
(五)濕空氣的比熱容
簡稱濕比熱容（humid heat），是指1kg絕干空氣和 kg水汽溫度升高或降低1K所吸收或放出的熱量，單位為kJ/(kg干空氣·K)。即
(7-10)
式中 ——絕干空氣的平均等壓比熱容，kJ/(kg干空氣·K)；
——水蒸汽的平均等壓比熱容，kJ/(kg水蒸汽·K)。
溫度在273～393K范圍內，絕干空氣及水汽的平均定壓比熱容分別為 ＝1.01 kJ/(kg絕干空氣·K)、 ＝1.88 kJ/(kg水蒸汽·K)。代入上式得濕空氣的比熱容計算式
(7-11)
即濕空氣的比熱容只隨空氣的濕度 而變化。
（六）濕空氣的焓
是指1kg絕干空氣和所帶有的 kg水汽的焓之和，單位為kJ/kg絕干空氣。即
(7-12)
式中 ——絕干空氣的焓，kJ/kg絕干空氣；
——水蒸汽的焓，kJ/kg水蒸汽。
取0℃的絕干空氣的焓及0℃液態水的焓為基準，則絕干空氣的焓就是其顯熱，而水汽的焓為由0℃的水經汽化為0℃的水汽所需的潛熱及水汽在0℃以上的顯熱之和。故對溫度為 、濕度為 的濕空氣，焓 的計算式為
(7-13)
式中 ——0℃時水的比汽化熱， ＝2492kJ/kg水；
——水汽的等壓比熱容， ＝1.88 kJ/（kg水汽·℃）。
即濕空氣的焓隨空氣的溫度 ，濕度 而變化。
【例5-1】 某常壓空氣的溫度為30℃、濕度為0.0256kg/kg絕干空氣，試求：
（1）相對濕度、水汽分壓、比體積、比熱容及焓；
（2）若將上述空氣在常壓下加熱到50℃，再求上述各性質參數。
解：（1）30℃時的性質
相對濕度：由手冊查得30℃時水的飽和蒸汽壓 ＝4.247kPa。由式(7-6)求相對濕度，將數據代入，即
解得
水汽分壓： kPa
比體積 ：由式(7-9)求比體積，即 =0.8944 m3濕空氣/kg絕干空氣
比熱容：由式(7-11)求比熱容，即
kJ/(kg絕干氣·℃)
焓：由式(7-13)求濕空氣的焓，即
kJ/kg絕干氣
（2）50℃時的性質參數
相對濕度：查出50℃時水蒸汽的飽和蒸汽壓為12.34kPa。當空氣被加熱時，濕度并沒有變化，若總壓恒定，則水汽的分壓也將不變，故
水汽分壓：因空氣濕度沒變，故水汽分壓仍為4.005kPa。
比體積：因常壓下濕空氣可視為理想氣體，故50℃時的比體積為
m3濕空氣/kg絕干空氣
比熱容： 由于比熱容只是濕度的函數，因此，濕空氣被加熱后，其比熱容不變，為1.058kJ/ (kg絕干氣·℃)。
焓： kJ/kg絕干空氣
由上計算可看出，濕空氣被加熱后雖然濕度沒有變化，但相對濕度降低了，所以在干燥操作中，總是先將空氣加熱后再送入干燥器內，目的是降低相對濕度以提高吸濕能力。
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