本書適應(yīng)教學(xué)改革，滿足少學(xué)時(shí)教學(xué)需要，以培養(yǎng)“應(yīng)用型”、“技術(shù)型”人才為目標(biāo)。全書共七章，包括：流體流動(dòng)、流體輸送機(jī)械、沉降與過(guò)濾、傳熱、吸收、蒸餾、干燥。各章末附有習(xí)題，題型豐富，難易適中，并有相關(guān)答案供參考。
本教材可作為高等院�；瘜W(xué)、化工、生物、制藥、食品、環(huán)境、材料、石油、醫(yī)藥衛(wèi)生等相關(guān)專業(yè)教學(xué)用書，還可以作為科技工作者、教師的參考書。
本書作者對(duì)化工原理課程的教授有獨(dú)到見(jiàn)解，同時(shí)，對(duì)相關(guān)企業(yè)對(duì)學(xué)生掌握化工原理基本知識(shí)的程度要求進(jìn)行過(guò)細(xì)致調(diào)研。《化工原理》結(jié)合企業(yè)的要求編寫。突出工程實(shí)踐特色，追求“易教好學(xué)”，適當(dāng)?shù)艘恍├碚撔暂^深和適用性不強(qiáng)的內(nèi)容，降低了難度，便于學(xué)生理解和掌握，真正體現(xiàn)“實(shí)用為主，夠用為度，應(yīng)用為本”的要求。
趙秀琴，武漢生物工程學(xué)院，副教授，多年從事《化工原理》的相關(guān)教學(xué)與科研工作，具有豐富的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。主持 《化工原理》課程改革與實(shí)踐等教研項(xiàng)目獲得省級(jí)、市級(jí)多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。
緒論1
一、化工原理課程的性質(zhì)、內(nèi)容及任務(wù)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(xué)習(xí)方法4
第一章流體流動(dòng)5
第一節(jié)流體靜力學(xué)6
一、流體的有關(guān)物理量6
二、流體靜力學(xué)基本方程式8
三、流體靜力學(xué)方程式的應(yīng)用9
第二節(jié)管內(nèi)流體流動(dòng)的基本方程式12
一、流量與流速12
二、穩(wěn)態(tài)流動(dòng)與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)14
三、連續(xù)性方程14
四、伯努利方程式15
第三節(jié)管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象19
一、牛頓黏性定律與流體的黏度19
二、流體流動(dòng)類型與雷諾數(shù)21
三、流體在圓管內(nèi)的速度分布23
第四節(jié)管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力計(jì)算24
一、流體在直管中流動(dòng)的阻力損失24
二、層流時(shí)的摩擦系數(shù)27
三、湍流時(shí)的摩擦系數(shù)27
四、非圓形管的當(dāng)量直徑28
五、管路上的局部阻力損失30
六、管路系統(tǒng)中的總能量損失31
第五節(jié)流量的測(cè)定33
一、測(cè)速管33
二、孔板流量計(jì)34
三、文丘里(Venturi)流量計(jì)34
四、轉(zhuǎn)子流量計(jì)35
小結(jié)35
工程應(yīng)用36
習(xí)題37
本章符號(hào)說(shuō)明42
第二章流體輸送機(jī)械44
第一節(jié)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(shù)47
四、離心泵的特性曲線49
五、離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)51
六、離心泵的汽蝕現(xiàn)象與安裝高度54
七、離心泵的類型與選用56
第二節(jié)其他化工用泵57
一、往復(fù)泵57
二、齒輪泵58
三、螺桿泵59
第三節(jié)氣體輸送機(jī)械59
一、離心通風(fēng)機(jī)59
二、其他氣體輸送機(jī)械60
小結(jié)61
工程應(yīng)用62
習(xí)題63
本章符號(hào)說(shuō)明65
第三章沉降與過(guò)濾66
第一節(jié)重力沉降67
一、球形顆粒的自由沉降67
二、阻力系數(shù)68
三、沉降速度的計(jì)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(shè)備71
第二節(jié)離心沉降73
一、離心分離因數(shù)與沉降速度73
二、離心分離設(shè)備74
第三節(jié)過(guò)濾76
一、過(guò)濾操作的基本概念77
二、過(guò)濾基本方程78
三、恒壓過(guò)濾80
四、過(guò)濾設(shè)備82
小結(jié)85
工程應(yīng)用86
習(xí)題87
本章符號(hào)說(shuō)明88
第四章傳熱90
第一節(jié)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(jié)熱傳導(dǎo)92
一、傅里葉定律93
二、熱導(dǎo)率93
三、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)94
四、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)96
第三節(jié)對(duì)流傳熱98
一、對(duì)流傳熱方程和對(duì)流傳熱系數(shù)98
二、對(duì)流傳熱系數(shù)99
第四節(jié)兩流體間傳熱過(guò)程的計(jì)算102
一、傳遞熱量的計(jì)算102
二、傳熱平均溫差的計(jì)算103
三、總傳熱系數(shù)106
四、壁溫計(jì)算109
五、傳熱計(jì)算示例111
六、傳熱過(guò)程的強(qiáng)化113
第五節(jié)熱輻射114
一、熱輻射的基本概念114
二、輻射對(duì)流聯(lián)合傳熱114
第六節(jié)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(biāo)準(zhǔn)換熱器的選用步驟120
五、加熱介質(zhì)與冷卻介質(zhì)121
小結(jié)121
工程應(yīng)用123
習(xí)題124
本章符號(hào)說(shuō)明126
第五章吸收128
第一節(jié)概述129
一、吸收操作的分類129
二、吸收的應(yīng)用130
三、吸收設(shè)備130
四、吸收劑的選擇130
第二節(jié)吸收過(guò)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(guò)程中的應(yīng)用135
第三節(jié)吸收過(guò)程的傳質(zhì)速率137
一、分子擴(kuò)散和費(fèi)克定律137
二、兩相間傳質(zhì)的雙膜理論138
三、吸收速率方程138
第四節(jié)吸收塔的計(jì)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(jì)算147
第五節(jié)解吸152
一、最小氣液比和載氣流量的確定153
二、傳質(zhì)單元數(shù)法計(jì)算解吸填料層高度153
第六節(jié)填料塔 154
一、填料154
二、塔徑的計(jì)算157
三、填料塔的內(nèi)件157
小結(jié)159
工程應(yīng)用160
習(xí)題162
本章符號(hào)說(shuō)明164
第六章蒸餾166
第一節(jié)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(jié)蒸餾和精餾原理173
一、簡(jiǎn)單蒸餾和平衡蒸餾173
二、精餾原理174
第三節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算與分析176
一、全塔的物料衡算176
二、恒摩爾流假定178
三、進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q179
四、操作線方程與q線方程180
五、理論塔板數(shù)的求法184
六、回流比的影響及選擇187
七、理論塔板簡(jiǎn)捷計(jì)算方法190
第四節(jié)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(jié)板式塔192
一、板式塔結(jié)構(gòu)193
二、塔內(nèi)氣、液兩相的流動(dòng)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(jié)204
工程應(yīng)用204
習(xí)題205
本章符號(hào)說(shuō)明208
第七章干燥210
第一節(jié)概述211
一、濕物料的干燥方法211
二、對(duì)流干燥過(guò)程的傳熱與傳質(zhì)212
第二節(jié)濕空氣的性質(zhì)和濕度圖213
一、濕空氣的性質(zhì)213
二、濕空氣的濕度圖及其應(yīng)用218
第三節(jié)干燥過(guò)程的物料衡算和熱量衡算221
一、物料衡算221
二、干燥過(guò)程的能量衡算224
第四節(jié)干燥速率和干燥時(shí)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(shí)間的計(jì)算230
第五節(jié)干燥設(shè)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(shù)238
小結(jié)239
工程應(yīng)用239
習(xí)題241
本章符號(hào)說(shuō)明243
附錄245
附錄一飽和水的物理性質(zhì)245
附錄二某些有機(jī)液體的相對(duì)密度(液體密度與4℃時(shí)水的密度之比)246
附錄三某些液體的重要物理性質(zhì)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(zhì)251
附錄七液體飽和蒸氣壓p°的Antoine(安托因)常數(shù)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(dǎo)率257
附錄十二某些液體的熱導(dǎo)率（λ）/［W/(m·℃)］258
附錄十三氣體熱導(dǎo)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(guī)格266
附錄十八離心泵規(guī)格（摘錄）267
附錄十九熱交換器系列標(biāo)準(zhǔn)（摘錄）271
附錄二十干空氣的熱物理性質(zhì)（p=1.01325×105Pa）273
參考文獻(xiàn)275
第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)和濕度圖
一、濕空氣的性質(zhì)
濕空氣是絕干空氣和水汽的混合物，如大氣。在對(duì)流干燥過(guò)程中，濕空氣預(yù)熱后與濕物料發(fā)生熱量和質(zhì)量交換，濕空氣的水汽含量、溫度及焓都會(huì)發(fā)生變化，而其中絕干空氣的質(zhì)量流量是不會(huì)變的。在討論干燥器的物料與熱量衡算之前，應(yīng)首先了解表示濕空氣性質(zhì)或狀態(tài)的參數(shù)及它們相互之間的關(guān)系。
因干燥過(guò)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(zhì)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(dú)占據(jù)的體積所產(chǎn)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(guān)系為
(7-1)
式中 ——濕空氣的總壓強(qiáng)，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(dāng)總壓一定時(shí)，水汽分壓 越大，則濕空氣的含量就越高。當(dāng)水蒸氣分壓等于該空氣溫度下的飽和蒸氣壓 時(shí)，表明濕空氣被水汽飽和而達(dá)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(shù)，又稱濕含量或濕度，是指濕空氣中水汽質(zhì)量與絕干空氣的質(zhì)量之比。即
(7-2)
式中 ——濕空氣中絕干空氣、水蒸氣的摩爾數(shù)，mol；
——絕干空氣和水蒸氣的摩爾質(zhì)量，g/mol。
根據(jù)理想氣體狀態(tài)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(guān)。當(dāng)總壓 一定時(shí)，濕度 僅與水汽分壓 有關(guān)。
當(dāng)水汽分壓 等于該空氣溫度下水的飽和蒸氣壓 ，即 時(shí)，濕空氣達(dá)飽和狀態(tài)而不再具有吸收水蒸氣的能力。此時(shí)，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(dāng)總壓力 一定時(shí)，濕空氣的飽和濕度 只取決于溫度 。
（三）相對(duì)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(duì)濕度 (relative humidity)，即
(7-5)
由上式可知，當(dāng) 時(shí)， ，表明該空氣為絕干空氣；當(dāng) 時(shí)， ，表明空氣已達(dá)到飽和狀態(tài)；當(dāng) 時(shí)， ，為未飽和濕空氣。 值愈小，表明該空氣偏離飽和程度愈遠(yuǎn)，吸收水蒸汽能力愈強(qiáng)。由此可見(jiàn)，濕度 只能表示濕空氣中水汽含量的值，而相對(duì)濕度 則表示濕空氣中水汽含量的相對(duì)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(shí)，空氣的濕度 隨著空氣的相對(duì)濕度 及溫度 而變。
（四）濕空氣的比體積
簡(jiǎn)稱濕比體積(humid volume)，其定義為
m3 濕空氣/ kg絕干空氣 (7-7)
在標(biāo)準(zhǔn)狀況（101.325kPa，273.15K）下，據(jù)氣體的標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算式
(7-9)
(五)濕空氣的比熱容
簡(jiǎn)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(nèi)，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(jì)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(tài)水的焓為基準(zhǔn)，則絕干空氣的焓就是其顯熱，而水汽的焓為由0℃的水經(jīng)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(duì)溫度為 、濕度為 的濕空氣，焓 的計(jì)算式為
(7-13)
式中 ——0℃時(shí)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(duì)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(zhì)參數(shù)。
解：（1）30℃時(shí)的性質(zhì)
相對(duì)濕度：由手冊(cè)查得30℃時(shí)水的飽和蒸汽壓 ＝4.247kPa。由式(7-6)求相對(duì)濕度，將數(shù)據(jù)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(shí)的性質(zhì)參數(shù)
相對(duì)濕度：查出50℃時(shí)水蒸汽的飽和蒸汽壓為12.34kPa。當(dāng)空氣被加熱時(shí)，濕度并沒(méi)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(méi)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(shí)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(shù)，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(jì)算可看出，濕空氣被加熱后雖然濕度沒(méi)有變化，但相對(duì)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(nèi)，目的是降低相對(duì)濕度以提高吸濕能力。
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