化工原理（第2版）

本书第1 版于2014 年问世，先后受到许多兄弟院校及相关行业的同行、读者的支持和肯定。众多单位的使用实践证明，教材的章节体系、内容、深浅等尚能满足教学需要。但由于制药工业的飞速发展，新技术、新工艺和新设备层出不穷，同时，持续推进新工科和一流专业建设，教材的某些内容已不能适应本课程的教学要求。根据《制药工程本科专业教学质量国家标准》，并吸取几年来各院校使用该教材的经验与建议，对第1 版教材进行了修订。
本次修订的总指导思想是充分考虑制药类专业的特点，进一步精选内容，强调教材的“三基”（基本理论、基本知识和基本技能）和“五性”（思想性、科学性、先进性、启发性和适用性），注重理论与实践以及药学与工程学的结合，力求反映制药工业的特点和制药工程专业的特色。
修订时仍保持本书的原有特点，改写了部分章节，特别是与现行标准或规范不相适应的部分，增加了数字化的目标检测题和教学课件（PPT）。此次再版将使本书的适用性和可读性得到进一步提升。
新版教材由王志祥教授主编并统稿，郭永学教授和刘广春教授级高级工程师任副主编。参加本书编写工作的人员有王风萍、吕春艳、刘艳、杨荣华、郑琳、赵玉佳、郭坤、黄德春、雷雪霏、蔡秀兰。在编写过程中得到了中国药科大学史益强、崔志芹、武法文、杨照、李想、戴琳以及杰科（天津）生物医药有限公司范宝庆等诸多同志的大力支持，在此一并表示感谢。
虽然作者在编写和修改过程中已作了很大努力，但由于水平所限，错误和不当之处在所难免，恳请广大读者批评指正，以利于该书的进一步修改和完善。
王志祥
2023 年5 月于中国药科大学

制药工程是以药学、化学、生物技术、工程学等相关学科综合所形成的一门新兴交叉学科，其作为一个相对独立的新兴学科，具有自己广阔的研究领域。本次制药工程专业规划教材的编写修订工作将在总结上一轮教材编写经验的基础上，积极吸取近年来制药工程专业发展所取得的成果，进一步完善制药工程专业教材体系和教材内容。以期能够面向行业发展、社会发展，以及用人单位的需要，以提高所培养的制药工程师的胜任力为核心。在保证基本知识、基本理论足够、适用的前提下，重视现代科学技术、方法论的融入，秉承“精化基础理论、优化专业知识、强化实践能力、深化素质教育、突出专业特色”的原则来构建合理的教材体系，服务新工科建设。

现任中国药科大学教授、博士生导师、制药工程专业负责人。兼任药学教指委制药工程分委会委员、中国药学会制药工程专委会副主任委员等。编著或主编教材11部，包括3部国家级规划教材、3部省部级规划教材。主讲的“制药工程学”课程被评为国家线下一流课程（1/1），“制药工程学课程体系的建立与实践”获省教学成果二等奖（1/5），获省优秀多媒体教学课件一等奖（2/5））和二等奖（2/4）各1项。

绪论 1
一、 制药工业与单元操作 /1
二、 课程性质和任务 /1
三、 单位换算 /1
第一章　流体流动 4
第一节　概述 /4
第二节　流体静力学 /5
一、 流体的密度 /5
二、 流体的压强 /8
三、 流体静力学基本方程式 /9
第三节　流体在管内的流动 / 15
一、 流量与流速 / 16
二、 稳态流动与非稳态流动 / 17
三、 连续性方程式 / 18
四、 伯努利方程式 / 19
第四节　流体在管内的流动现象 / 24
一、 牛顿黏性定律与流体的黏度 / 24
二、 流动类型与雷诺数 / 26
三、 流体在圆管内的速度分布 / 28
四、 层流内层 / 28
第五节　流体在管内的流动阻力 / 29
一、 直管阻力 / 29
二、 局部阻力 / 34
三、 管路系统的总能量损失 / 38
四、 降低管路系统流动阻力的途径 / 40
第六节　管路计算 / 41
第七节　流速与流量的测量 / 43
一、 流量测量装置概述 / 44
二、 以流体机械能守恒为基础的流速与流量测量装置 / 45
第二章　流体输送设备 53
第一节　液体输送设备 / 53
一、 离心泵 / 53
二、 其他类型泵 / 67
第二节　气体输送设备 / 72
一、 离心式通风机 / 72
二、 鼓风机 / 74
三、 压缩机 / 74
四、 真空泵 / 76
第三章　沉降与过滤 80
第一节　重力沉降 / 80
一、 重力沉降速度 / 80
二、 沉降槽 / 83
三、 降尘室 / 84
第二节　离心沉降 / 87
一、 惯性离心力作用下的离心沉降 / 87
二、 离心分离设备 / 88
第三节　过滤 / 91
一、 基本概念 / 91
二、 恒压过滤 / 95
三、 过滤设备 / 97
四、 滤饼的洗涤 / 99
五、 板框压滤机的生产能力 /100
第四节　膜过滤 /101
一、 膜过滤原理与膜组件 /101
二、 微滤 /103
三、 超滤 /103
四、 纳滤 /104
五、 反渗透 /104
六、 电渗析 /105
第四章　传热 107
第一节　概述 /107
一、 传热的基本方式 /107
二、 典型的传热设备 /108
三、 换热器的主要性能指标 /109
四、 稳态传热和非稳态传热 /110
第二节　热传导 /110
一、 温度场和温度梯度 /110
二、 傅里叶定律和导热系数 /111
三、 平壁的热传导 /112
四、 圆筒壁的热传导 /115
第三节　对流传热 /117
一、 对流传热分析 /117
二、 对流传热速率方程 /118
三、 对流传热系数 /119
第四节　传热计算 /130
一、 能量衡算 /130
二、 总传热速率方程 /131
三、 总传热系数 /132
四、 平均温度差 /134
五、 壁温的估算 /137
六、 设备热损失的计算 /138
第五节　换热器 /139
一、 间壁式换热器 /139
二、 传热过程的强化 /146
第五章　蒸发 149
第一节　概述 /149
一、 蒸发过程的特点 /150
二、 蒸发的分类 /150
第二节　单效蒸发 /151
一、 单效蒸发流程 /151
二、 单效蒸发的计算 /152
第三节　多效蒸发 /157
一、 多效蒸发原理 /157
二、 多效蒸发流程 /158
三、 蒸发过程的节能措施 /160
第四节　蒸发器的生产能力、生产强度及效数的限制/162
一、 生产能力 /162
二、 生产强度 /162
三、 多效蒸发效数的限制 /163
第五节　蒸发设备 /163
一、 蒸发设备的结构 /163
二、 蒸发器的选型 /170
第六章　结晶 172
第一节　基本概念 /172
一、 溶解度 /172
二、 过饱和度 /174
第二节　结晶动力学与操作控制 /175
一、 结晶动力学 /175
二、 结晶操作的主要性能指标 /177
三、 结晶操作方式 /178
四、 结晶操作控制 /178
第三节　结晶计算 /180
一、 物料衡算 /180
二、 热量衡算 /181
第四节　结晶设备 /182
一、 冷却结晶器 /183
二、 蒸发结晶器 /184
三、 真空结晶器 /184
第七章　蒸馏 187
第一节　概述 /187
一、 蒸馏过程的基本概念 /187
二、 蒸馏过程的分类 /188
第二节　双组分系统的气液平衡 /188
一、 双组分理想液态混合物的气液平衡 /188
二、 双组分非理想液态混合物的气液平衡 /193
第三节　蒸馏与精馏原理 /195
一、 简单蒸馏与平衡蒸馏 /195
二、 精馏原理 /196
第四节　双组分连续精馏塔的计算 /198
一、 物料衡算 /198
二、 精馏塔塔板数的计算 /199
三、 热量衡算和节能 /215
第五节　间歇精馏 /216
一、 间歇精馏的特点 /217
二、 间歇精馏的操作方式 /217
第六节　特殊蒸馏 /218
一、 恒沸精馏 /218
二、 萃取精馏 /219
三、 水蒸气蒸馏 /220
四、 分子蒸馏 /222
第七节　精馏塔 /225
一、 板式塔 /225
二、 填料塔 /227
第八章　吸收 232
第一节　概述 /232
一、 吸收过程的基本概念 /232
二、 吸收的工业应用 /232
三、 吸收的分类 /233
四、 吸收和解吸 /233
五、 吸收剂的选择 /233
第二节　气液相平衡 /234
一、 溶解度曲线 /234
二、 亨利定律 /235
第三节　基于理论塔板假设的吸收塔的计算 /238
一、 全塔物料衡算 /239
二、 吸收操作线方程 /239
三、 吸收剂最小用量和适宜用量 /240
四、 理论塔板数的计算 /242
第四节　基于传质速率的吸收塔的计算 /243
一、 传质机制 /243
二、 吸收速率 /246
三、 填料层高度的计算 /250
四、 吸收塔的操作型计算 /254
五、 体积吸收系数的测定 /256
第五节　解吸及其他类型吸收 /257
一、 解吸操作及计算 /257
二、 化学吸收 /258
第九章　萃取 260
第一节　液液萃取 /260
一、 液液萃取流程 /261
二、 部分互溶三元物系的液液萃取 /262
三、 萃取剂的选择 /265
四、 萃取过程的计算 /266
五、 液液萃取设备 /272
第二节　固液萃取 /275
一、 中药材中的成分 /275
二、 中药提取的类型 /276
三、 药材有效成分的提取过程及机制 /276
四、 常用提取剂和提取辅助剂 /277
五、 提取方法 /279
六、 固液提取过程的计算 /282
七、 提取设备 /286
第三节　超临界流体萃取 /289
一、 超临界流体 /289
二、 超临界流体萃取的基本原理 /290
三、 超临界萃取剂 /290
四、 超临界流体萃取药物成分的特点 /291
五、 超临界CO2 流体萃取装置 /292
第十章　固体干燥 295
第一节　概述 /295
一、 去湿方法简介 /295
二、 干燥操作的分类 /296
三、 对流干燥过程分析 /296
第二节　湿空气的性质与焓湿图 /297
一、 湿空气的性质 /297
二、 湿空气的焓湿图与应用 /303
第三节　干燥过程的相平衡 /306
一、 湿物料含水量的表示方法 /306
二、 水分在气、固之间的平衡及干燥平衡曲线 /307
第四节　干燥过程速率 /309
一、 干燥速率 /309
二、 干燥曲线与干燥速率曲线 /310
第五节　干燥过程的工艺计算 /313
一、 物料衡算 /313
二、 热量衡算 /315
三、 干燥系统的热效率 /319
四、 干燥时间的计算 /321
第六节　干燥器 /323
一、 常用干燥器 /323
二、 干燥器的选型 /329
第十一章　吸附、离子交换、柱层析与电泳 332
第一节　吸附 /332
一、 基本原理 /332
二、 常用吸附剂 /333
三、 吸附平衡与吸附等温线 /336
四、 吸附传质机制与吸附速率 /339
五、 吸附过程 /340
六、 吸附剂的再生 /342
七、 吸附的应用 /343
第二节　离子交换 /343
一、 基本原理 /343
二、 离子交换树脂 /344
三、 离子交换树脂的应用领域 /347
四、 离子交换设备 /348
第三节　柱层析 /349
一、 疏水相互作用层析 /350
二、 凝胶过滤层析 /350
三、 离子交换层析 /351
四、 亲和层析 /351
五、 金属螯合层析 /352
第四节　电泳 /352
一、 基本原理 /352
二、 常用电泳方法 /353
主要参考文献 355
附录 356
附录1　单位换算因数 /356
附录2　饱和水的物理性质 /357
附录3　 某些有机液体的相对密度（液体密度与4℃时水的密度之比） /358
附录4　某些液体的物理性质 /359
附录5　饱和水蒸气表（按温度排列） /360
附录6　饱和水蒸气表（按压力排列） /362
附录7　干空气的热物理性质（101/3kPa） /363
附录8　液体的黏度 /364
附录9　气体的黏度（101/3kPa） /366
附录10　固体材料的导热系数 /367
附录11　液体的导热系数 /368
附录12　气体的导热系数（101/3kPa） /370
附录13　液体的比热 /372
附录14　气体的比热（101/3kPa） /374
附录15　液体的汽化热（蒸发热） /376
附录16　管子规格 /377
附录17　常用流速范围 /379
附录18　IS型单级单吸离心泵规格（摘录） /380
附录19　错流和折流时的对数平均温度差校正系数 /383
附录20　换热器系列标准（摘录） /384
附录21　壁面污垢热阻 /386

制药工程是以药学、化学、生物技术、工程学等相关学科综合所形成的一门新兴交叉学科，其作为一个相对独立的新兴学科，具有自己广阔的研究领域。本次制药工程专业规划教材的编写修订工作将在总结上一轮教材编写经验的基础上，积极吸取近年来制药工程专业发展所取得的成果，进一步完善制药工程专业教材体系和教材内容。以期能够面向行业发展、社会发展，以及用人单位的需要，以提高所培养的制药工程师的胜任力为核心。在保证基本知识、基本理论足够、适用的前提下，重视现代科学技术、方法论的融入，秉承“精化基础理论、优化专业知识、强化实践能力、深化素质教育、突出专业特色”的原则来构建合理的教材体系，服务新工科建设。

现任中国药科大学教授、博士生导师、制药工程专业负责人。兼任药学教指委制药工程分委会委员、中国药学会制药工程专委会副主任委员等。编著或主编教材11部，包括3部国家级规划教材、3部省部级规划教材。主讲的“制药工程学”课程被评为国家线下一流课程（1/1），“制药工程学课程体系的建立与实践”获省教学成果二等奖（1/5），获省优秀多媒体教学课件一等奖（2/5））和二等奖（2/4）各1项。