本书适应教学改革，满足少学时教学需要，以培养“应用型”、“技术型”人才为目标。全书共七章，包括：流体流动、流体输送机械、沉降与过滤、传热、吸收、蒸馏、干燥。各章末附有习题，题型丰富，难易适中，并有相关答案供参考。
本教材可作为高等院校化学、化工、生物、制药、食品、环境、材料、石油、医药卫生等相关专业教学用书，还可以作为科技工作者、教师的参考书。
本书作者对化工原理课程的教授有独到见解，同时，对相关企业对学生掌握化工原理基本知识的程度要求进行过细致调研。《化工原理》结合企业的要求编写。突出工程实践特色，追求“易教好学”，适当淡化了一些理论性较深和适用性不强的内容，降低了难度，便于学生理解和掌握，真正体现“实用为主，够用为度，应用为本”的要求。
赵秀琴，武汉生物工程学院，副教授，多年从事《化工原理》的相关教学与科研工作，具有丰富的相关经验。主持 《化工原理》课程改革与实践等教研项目获得省级、市级多项奖励。
绪论1
一、化工原理课程的性质、内容及任务1
二、化工单元操作常用的基本概念2
三、单位制及单位换算3
四、化工原理课程学习方法4
第一章流体流动5
第一节流体静力学6
一、流体的有关物理量6
二、流体静力学基本方程式8
三、流体静力学方程式的应用9
第二节管内流体流动的基本方程式12
一、流量与流速12
二、稳态流动与非稳态流动14
三、连续性方程14
四、伯努利方程式15
第三节管内流体流动现象19
一、牛顿黏性定律与流体的黏度19
二、流体流动类型与雷诺数21
三、流体在圆管内的速度分布23
第四节管内流体流动的阻力计算24
一、流体在直管中流动的阻力损失24
二、层流时的摩擦系数27
三、湍流时的摩擦系数27
四、非圆形管的当量直径28
五、管路上的局部阻力损失30
六、管路系统中的总能量损失31
第五节流量的测定33
一、测速管33
二、孔板流量计34
三、文丘里(Venturi)流量计34
四、转子流量计35
小结35
工程应用36
习题37
本章符号说明42
第二章流体输送机械44
第一节离心泵45
一、离心泵的工作原理45
二、离心泵的主要部件46
三、离心泵的主要性能参数47
四、离心泵的特性曲线49
五、离心泵的工作点与流量调节51
六、离心泵的汽蚀现象与安装高度54
七、离心泵的类型与选用56
第二节其他化工用泵57
一、往复泵57
二、齿轮泵58
三、螺杆泵59
第三节气体输送机械59
一、离心通风机59
二、其他气体输送机械60
小结61
工程应用62
习题63
本章符号说明65
第三章沉降与过滤66
第一节重力沉降67
一、球形颗粒的自由沉降67
二、阻力系数68
三、沉降速度的计算69
四、非球形颗粒的自由沉降速度70
五、影响沉降速度的因素70
六、重力沉降设备71
第二节离心沉降73
一、离心分离因数与沉降速度73
二、离心分离设备74
第三节过滤76
一、过滤操作的基本概念77
二、过滤基本方程78
三、恒压过滤80
四、过滤设备82
小结85
工程应用86
习题87
本章符号说明88
第四章传热90
第一节概述91
一、传热的基本方式91
二、间壁式换热器和传热速率方程91
第二节热传导92
一、傅里叶定律93
二、热导率93
三、平壁的稳态热传导94
四、圆筒壁的稳态热传导96
第三节对流传热98
一、对流传热方程和对流传热系数98
二、对流传热系数99
第四节两流体间传热过程的计算102
一、传递热量的计算102
二、传热平均温差的计算103
三、总传热系数106
四、壁温计算109
五、传热计算示例111
六、传热过程的强化113
第五节热辐射114
一、热辐射的基本概念114
二、辐射对流联合传热114
第六节换热器115
一、换热器的分类115
二、间壁式换热器115
三、列管式换热器的选型119
四、系列标准换热器的选用步骤120
五、加热介质与冷却介质121
小结121
工程应用123
习题124
本章符号说明126
第五章吸收128
第一节概述129
一、吸收操作的分类129
二、吸收的应用130
三、吸收设备130
四、吸收剂的选择130
第二节吸收过程的气液相平衡131
一、气液相平衡与溶解度132
二、亨利定律132
三、气液相平衡在吸收过程中的应用135
第三节吸收过程的传质速率137
一、分子扩散和费克定律137
二、两相间传质的双膜理论138
三、吸收速率方程138
第四节吸收塔的计算143
一、物料衡算与操作线方程144
二、吸收剂的用量与最小液气比144
三、填料层高度的计算147
第五节解吸152
一、最小气液比和载气流量的确定153
二、传质单元数法计算解吸填料层高度153
第六节填料塔 154
一、填料154
二、塔径的计算157
三、填料塔的内件157
小结159
工程应用160
习题162
本章符号说明164
第六章蒸馏166
第一节双组分溶液的气液相平衡167
一、溶液的蒸气压与拉乌尔定律167
二、理想溶液气液相平衡168
三、双组分非理想溶液的气液相图分析171
四、气液相平衡方程172
第二节蒸馏和精馏原理173
一、简单蒸馏和平衡蒸馏173
二、精馏原理174
第三节双组分连续精馏的计算与分析176
一、全塔的物料衡算176
二、恒摩尔流假定178
三、进料热状态参数q179
四、操作线方程与q线方程180
五、理论塔板数的求法184
六、回流比的影响及选择187
七、理论塔板简捷计算方法190
第四节特殊精馏191
一、水蒸气蒸馏191
二、恒沸精馏191
三、萃取精馏192
第五节板式塔192
一、板式塔结构193
二、塔内气、液两相的流动193
三、塔板型式195
四、塔板流型197
五、塔径和塔高199
六、溢流装置201
七、塔板布置201
八、筛孔及其排列202
九、塔板效率202
小结204
工程应用204
习题205
本章符号说明208
第七章干燥210
第一节概述211
一、湿物料的干燥方法211
二、对流干燥过程的传热与传质212
第二节湿空气的性质和湿度图213
一、湿空气的性质213
二、湿空气的湿度图及其应用218
第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算221
一、物料衡算221
二、干燥过程的能量衡算224
第四节干燥速率和干燥时间226
一、物料中的水分226
二、干燥速率及其影响因素227
三、恒定干燥条件下干燥时间的计算230
第五节干燥设备232
一、干燥器的主要型式233
二、干燥器的选择237
三、干燥新技术238
小结239
工程应用239
习题241
本章符号说明243
附录245
附录一饱和水的物理性质245
附录二某些有机液体的相对密度(液体密度与4℃时水的密度之比)246
附录三某些液体的重要物理性质247
附录四饱和水蒸气表(按温度排列)249
附录五饱和水蒸气表(按压力排列)250
附录六某些气体的重要物理性质251
附录七液体饱和蒸气压p°的Antoine(安托因)常数252
附录八水在不同温度下的黏度253
附录九液体黏度共线图254
附录十气体黏度共线图（101.325kPa）256
附录十一固体材料的热导率257
附录十二某些液体的热导率（λ）/［W/(m·℃)］258
附录十三气体热导率共线图259
附录十四液体比热容共线图261
附录十五气体比热容共线图（101.325kPa）263
附录十六液体比汽化热共线图265
附录十七管子规格266
附录十八离心泵规格（摘录）267
附录十九热交换器系列标准（摘录）271
附录二十干空气的热物理性质（p=1.01325×105Pa）273
参考文献275
第二节 湿空气的性质和湿度图
一、湿空气的性质
湿空气是绝干空气和水汽的混合物，如大气。在对流干燥过程中，湿空气预热后与湿物料发生热量和质量交换，湿空气的水汽含量、温度及焓都会发生变化，而其中绝干空气的质量流量是不会变的。在讨论干燥器的物料与热量衡算之前，应首先了解表示湿空气性质或状态的参数及它们相互之间的关系。
因干燥过程中操作压力较低，故可将湿空气按理想气体处理。
湿空气的性质主要有：
（一）湿空气中的水蒸气分压
湿空气中水蒸气在与湿空气相同的温度下，单独占据的体积所产生的压力，称为湿空气中水蒸气的分压，用 表示。它与湿空气的总压力 及绝干空气分压 间的关系为
(7-1)
式中 ——湿空气的总压强，kPa；
——湿空气中绝干空气的分压，kPa；
——湿空气中水蒸气的分压，kPa。
当总压一定时，水汽分压 越大，则湿空气的含量就越高。当水蒸气分压等于该空气温度下的饱和蒸气压 时，表明湿空气被水汽饱和而达大值，湿空气也不再具有吸收水蒸气的能力。
（二）湿度
湿度(humidity)是表示湿空气中水汽含量的参数，又称湿含量或湿度，是指湿空气中水汽质量与绝干空气的质量之比。即
(7-2)
式中 ——湿空气中绝干空气、水蒸气的摩尔数，mol；
——绝干空气和水蒸气的摩尔质量，g/mol。
根据理想气体状态方程及道尔顿分压定律，式(7-2)可表示如下
(7-3)
由上式可知，空气的湿度 与湿空气的总压 及其中的水汽分压 有关。当总压 一定时，湿度 仅与水汽分压 有关。
当水汽分压 等于该空气温度下水的饱和蒸气压 ，即 时，湿空气达饱和状态而不再具有吸收水蒸气的能力。此时，空气的湿度称为饱和湿度，即
(7-4)
式中 ——湿空气的饱和湿度，kg水蒸气/kg干空气；
——湿空气温度 下水的饱和蒸气压，kPa。
上式表明，当总压力 一定时，湿空气的饱和湿度 只取决于温度 。
（三）相对湿度
在一定的总压 下，湿空气中水蒸汽分压 与同温度下湿空气中水蒸汽饱和蒸气压 之比为相对湿度 (relative humidity)，即
(7-5)
由上式可知，当 时， ，表明该空气为绝干空气；当 时， ，表明空气已达到饱和状态；当 时， ，为未饱和湿空气。 值愈小，表明该空气偏离饱和程度愈远，吸收水蒸汽能力愈强。由此可见，湿度 只能表示湿空气中水汽含量的值，而相对湿度 则表示湿空气中水汽含量的相对值，反映了湿空气干燥能力的大小。
由(7-5)式可知， ，代入(7-4)式得
(7-6)
由上式可知，总压 一定时，空气的湿度 随着空气的相对湿度 及温度 而变。
（四）湿空气的比体积
简称湿比体积(humid volume)，其定义为
m3 湿空气/ kg绝干空气 (7-7)
在标准状况（101.325kPa，273.15K）下，据气体的标准摩尔体积为22.41m3/kmol，可得，总压力为 /kPa、温度为 /K、湿度是 的湿空气的比体积为
(7-8)
把 ＝28.95kg/kmol， ＝18.02 kg/kmol代入上式，即得湿空气的比体积计算式
(7-9)
(五)湿空气的比热容
简称湿比热容（humid heat），是指1kg绝干空气和 kg水汽温度升高或降低1K所吸收或放出的热量，单位为kJ/(kg干空气·K)。即
(7-10)
式中 ——绝干空气的平均等压比热容，kJ/(kg干空气·K)；
——水蒸汽的平均等压比热容，kJ/(kg水蒸汽·K)。
温度在273～393K范围内，绝干空气及水汽的平均定压比热容分别为 ＝1.01 kJ/(kg绝干空气·K)、 ＝1.88 kJ/(kg水蒸汽·K)。代入上式得湿空气的比热容计算式
(7-11)
即湿空气的比热容只随空气的湿度 而变化。
（六）湿空气的焓
是指1kg绝干空气和所带有的 kg水汽的焓之和，单位为kJ/kg绝干空气。即
(7-12)
式中 ——绝干空气的焓，kJ/kg绝干空气；
——水蒸汽的焓，kJ/kg水蒸汽。
取0℃的绝干空气的焓及0℃液态水的焓为基准，则绝干空气的焓就是其显热，而水汽的焓为由0℃的水经汽化为0℃的水汽所需的潜热及水汽在0℃以上的显热之和。故对温度为 、湿度为 的湿空气，焓 的计算式为
(7-13)
式中 ——0℃时水的比汽化热， ＝2492kJ/kg水；
——水汽的等压比热容， ＝1.88 kJ/（kg水汽·℃）。
即湿空气的焓随空气的温度 ，湿度 而变化。
【例5-1】 某常压空气的温度为30℃、湿度为0.0256kg/kg绝干空气，试求：
（1）相对湿度、水汽分压、比体积、比热容及焓；
（2）若将上述空气在常压下加热到50℃，再求上述各性质参数。
解：（1）30℃时的性质
相对湿度：由手册查得30℃时水的饱和蒸汽压 ＝4.247kPa。由式(7-6)求相对湿度，将数据代入，即
解得
水汽分压： kPa
比体积 ：由式(7-9)求比体积，即 =0.8944 m3湿空气/kg绝干空气
比热容：由式(7-11)求比热容，即
kJ/(kg绝干气·℃)
焓：由式(7-13)求湿空气的焓，即
kJ/kg绝干气
（2）50℃时的性质参数
相对湿度：查出50℃时水蒸汽的饱和蒸汽压为12.34kPa。当空气被加热时，湿度并没有变化，若总压恒定，则水汽的分压也将不变，故
水汽分压：因空气湿度没变，故水汽分压仍为4.005kPa。
比体积：因常压下湿空气可视为理想气体，故50℃时的比体积为
m3湿空气/kg绝干空气
比热容： 由于比热容只是湿度的函数，因此，湿空气被加热后，其比热容不变，为1.058kJ/ (kg绝干气·℃)。
焓： kJ/kg绝干空气
由上计算可看出，湿空气被加热后虽然湿度没有变化，但相对湿度降低了，所以在干燥操作中，总是先将空气加热后再送入干燥器内，目的是降低相对湿度以提高吸湿能力。
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