化工原理（周长丽）

化工原理课程是高等职业教育本科化工技术类、环境保护类、制药类及其他相近专业必修的一门专业核心课，其配套的《化工原理》教材介绍了主要化工单元操作的基本原理、有关过程的计算及典型设备的结构和操作。
党的二十大报告提出“统筹职业教育、高等教育、继续教育协同创新，推进职普融通、产教融合、科教融汇，优化职业教育类型定位。”把培养“大国工匠、高技能人才”作为人才强国战略的重要组成部分。高等职业教育本科作为目前职业教育体系中学历层次最高的教育，是现代职业教育体系建设的“领头羊”，不仅要面向产业，更要对接产业中的高端领域，目标就是努力培养造就更多的“大国工匠、高技能人才”。
为了适应当前高等职业教育本科的快速发展，根据其培养目标和各专业人才培养方案，进一步深化“三融”（即“职普融通、产教融合、科教融汇”），全面贯彻党的教育方针，我们组建了一支由高校教师和多名行业工程师组成的产教融合、校企合作的“双元”教材开发团队，编写了这本《化工原理》教材。
本教材充分体现理实一体、产教融合、校企合作的职业教育理念，将新技术、新工艺、新规范和典型生产案例编入教材，并有机融入党的二十大精神，在体现高等职业教育“先进性、职业性、实用性”的基础上，更加突出了职业本科的产教融合、知行合一的特色。
本教材按项目任务的形式编排，包括绪论和流体流动、流体输送机械、非均相物系的分离、传热操作、蒸馏操作、吸收操作、液-液萃取、干燥操作、蒸发操作、吸附操作和膜分离操作共十一个项目，各项目前设有素质目标、学习目标和生产案例，项目后有复习思考题（包括单选题、多选题、填空题、判断题、简答题和计算题等），同时具有以下创新点：
（1）突出素质目标　提炼、归纳学习目标的同时，突出了素质目标，在传授知识和技能时有机融入思政元素，以“中国故事”“拓展阅读”的形式将职业道德和人文素养的培养贯穿教学全过程，落实立德树人的根本任务。如培养学生的法律意识、质量意识、责任意识和服务意识；培养学生探索创新的精神、坚韧不拔的毅力和爱国情怀；培养学生执着专注、精益求精、一丝不苟、追求卓越的工匠精神等。
（2）配套信息化资源　教材内容注重美观、简单、易学、易懂。对于重要的知识点、节点、设备原理和结构等配有丰富的信息化资源（如动画、微课），扫描二维码即可学习。读者可根据需求选取辅助或拓展的信息化资源，实现了“线下 线上”混合式教学模式。
（3）采用双色印刷　本教材的主要标题、部分设备结构图中的重要线条、公式等内容采用了双色印刷，使其更加醒目，便于学生重点学习和理解。
（4）特别提示重难点　对部分重难点内容增加了特别提示字样，并采用了双色印刷，提醒学生要重点学习和掌握。
（5）版面布局的创新　本教材在版面布局中留有边栏，放置信息化资源的二维码和重难点提示，还便于学生做笔记。
以上对于教材的特色和创新适应当前职业教育改革的趋势和要求，形成了新形态一体化教材。
本书由河北工业职业技术大学周长丽、任珂担任主编；河北工业职业技术大学王兵、韩彦国、王春玉担任副主编；河北科技工程职业技术大学田明，长沙环境保护职业技术学院战琪，新疆应用职业技术学院李国峰，河北工业职业技术大学吕芳、左晓冉、孟熙扬、徐雅曦、赵军，山西宏源富康新能源有限公司李胜利，华电水务石家庄有限公司（滹沱河污水处理厂）郭帆参与编写。全书由周长丽、任珂统稿，河北工业职业技术大学朱银惠教授、中国矿业大学张香兰教授主审。
本书中的动画、视频资源由秦皇岛博赫科技开发有限公司、北京东方仿真软件技术有限公司提供技术支持，在此深表感谢！
由于编者水平所限，书中不足之处在所难免，敬请广大读者批评指正。

编者
2023年7月

《化工原理》教材是以物料衡算、能量衡算、物系平衡关系、传递速率及经济核算的基本概念为基础，介绍主要化工单元操作的基本原理、有关过程的计算及典型设备的结构和操作。全书包含绪论和精选的十一个典型化工单元操作项目，分别为流体流动、流体输送机械、非均相物系的分离、传热操作、蒸馏操作、吸收操作、液-液萃取、干燥操作、蒸发操作、吸附操作和膜分离操作。为满足不同读者的需求，每个项目后均有复习思考题，书末有附录，供解题时查数据使用。本书全面贯彻党的教育方针，落实立德树人的根本任务，有机融入党的二十大精神元素；按项目任务的形式编排，以实际生产案例为引领，科学严谨、深入浅出、图文并茂、形式多样地呈现教材内容；主要设备结构及原理配有丰富的信息化资源，扫描二维码即可学习；为便于教学使用，还配备了教学大纲、教案、PPT课件和习题解答等辅助资料。本书可作为高等职业教育本科、普通高等教育本科、应用型本科以及高等职业教育专科化工技术类、环境保护类、制药类及其他相近专业（如化学工程、环境工程、石油化工、生物工程、生物制药等）的教材，也可作为相关企业职工能力提升的培训教材和参考书。

周长丽，河北工业职业技术大学，教授，自1990年毕业入校至今，30年来一直工作在教学一线，致力于煤化工技术应用与教育研究，能主讲《物理化学》《化工原理》《化工单元操作》《煤炭气化技术》《煤化工工艺学》《化工设备机械技术》《煤气净化及产品回收》等多门课程，指导多届学生的课程实训、认知实习、顶岗实习、毕业论文和多届本科毕业设计；参与20余家煤化工生产企业职工培训，担任主讲教师；具有深厚的专业理论基础和丰富的生产实践经验。在省级以上刊物上发表教学和学术论文20余篇，主持或参与学术研究课题10余项，主编高职高专规划教材5部，入选“十二五”职业教育国家规划教材2部《化工单元操作》和《环境工程原理》 。2021年12月20日完成“十四五”职业教育国家规划教材《化工单元操作（第三版）》的申报。

绪论 001
素质目标001
学习目标001
一、化工原理课程的性质与任务  001
二、化工过程与单元操作  002
三、化工单元操作过程中常用的基本概念  003
四、混合物含量的表示方法  004
五、单位制及单位换算  007
复习思考题009

项目一　流体流动 011
素质目标011
学习目标011
生产案例012
任务一　流体的主要物理量及测定013
一、流体及其特征  013
二、流体的密度  013
三、流体的压强  015
四、流量与流速  016
五、管路直径的确定  017
六、流体的黏度  018
七、液体的表面张力  019
任务二　流体静力学基本方程式及应用019
一、流体静力学基本方程式  019
二、流体静力学基本方程的应用  021
任务三　流体动力学方程式及应用024
一、稳定流动与非稳定流动  025
二、连续性方程及应用  025
三、伯努利方程式及应用  026
任务四　流体输送方式及管路030
一、流体输送方式的选择  030
二、管路的分类  031
三、管路的构成  032
四、管路的连接方式  037
五、管路的布置与安装  038
六、管路常见故障及处理  039
任务五　流体阻力损失计算040
一、流体阻力的来源  040
二、雷诺实验与流体流动类型判据  041
三、管内流体阻力损失计算  043
四、降低管路系统流动阻力损失的措施  049
任务六　管路计算049
一、简单管路计算  050
二、复杂管路计算  053
三、适宜管径的选择  054
任务七　流量的测量055
一、测速管  056
二、孔板流量计  056
三、文丘里流量计  058
四、转子流量计  058
五、涡轮流量计  059
六、湿式气体流量计  060
复习思考题060

项目二　流体输送机械 066
素质目标066
学习目标066
生产案例067
任务一　离心泵的性能与操作067
一、离心泵的基本结构和工作原理  067
二、离心泵的性能参数与特性曲线  070
三、离心泵的工作点与流量调节  074
四、离心泵的汽蚀现象与安装高度  078
五、离心泵的组合操作  080
六、离心泵的类型与选用  082
七、离心泵的安装、操作及维护  086
八、离心泵常见故障及处理措施  088
任务二　往复泵的性能与操作  089
一、往复泵的结构与工作原理  089
二、往复泵的类型及流量  089
三、往复泵的扬程及流量调节  090
四、往复泵的操作与维护  091
五、往复泵常见故障及处理方法  092
任务三　其他化工用泵的结构与操作092
一、旋涡泵  092
二、屏蔽泵  093
三、齿轮泵  094
四、计量泵  095
五、隔膜泵  095
六、螺杆泵  096
七、液下泵  096
任务四　气体输送机械096
一、通风机  097
二、鼓风机  100
三、压缩机  104
四、真空泵  113
复习思考题114

项目三　非均相物系的分离 119
素质目标119
学习目标119
生产案例120
任务一　混合物分类与分离方法120
一、混合物系的分类  120
二、非均相物系的分离的目的  121
三、非均相物系的分离方法  121
四、颗粒与流体的相对运动  122
任务二　沉降分离123
一、重力沉降  124
二、离心沉降  129
任务三　过滤分离136
一、过滤的基本概念  136
二、过滤速率的基本方程式  138
三、恒压过滤  141
四、过滤设备  145
任务四　静电分离151
一、静电除尘器  151
二、静电除雾器  153
任务五　湿洗分离153
一、湿洗分离原理  154
二、湿洗分离设备  154
复习思考题155

项目四　传热操作 159
素质目标159
学习目标159
生产案例160
任务一　传热方式及应用160
一、传热的基本方式  160
二、传热在工业生产中的应用  161
三、热交换的方式  162
四、传热速率和热通量  163
五、稳态传热和非稳态传热  163
任务二　热传导过程的计算164
一、傅里叶定律及热导率  164
二、平壁稳态热传导过程的计算  165
三、圆筒壁稳态热传导过程的计算  168
任务三　对流传热过程分析及应用170
一、对流传热过程分析  170
二、对流传热速率方程  171
三、对流传热系数及影响因素  171
四、对流传热系数的获取  172
五、流体有相变时的对流传热过程分析  173
任务四　传热过程计算175
一、热量衡算  175
二、平均温度差的计算  176
三、传热系数的获取  178
四、污垢热阻  180
五、传热设备的壁温计算  181
六、强化传热的途径  182
任务五　辐射传热过程分析183
一、热辐射的基本概念  183
二、物体的辐射能力  184
三、影响辐射传热的主要因素  186
四、两固体表面间的辐射传热  186
五、对流-辐射联合传热  187
任务六　换热设备及操作189
一、间壁式换热器的分类  189
二、列管换热器的型号及选用  194
三、列管换热器的操作与维护  195
复习思考题198

项目五　蒸馏操作 202
素质目标202
学习目标202
生产案例203
任务一　蒸馏的分类及其过程分析203
一、蒸馏的分类  203
二、蒸馏过程的分析  204
任务二　双组分溶液的气-液相平衡分析 206
一、液体的饱和蒸气压与拉乌尔定律  207
二、双组分理想溶液的气-液平衡相图分析  210
三、双组分非理想溶液的气-液平衡相图分析  211
四、双组分理想溶液的气液相平衡方程  212
任务三　精馏原理与流程选择215
一、精馏原理  215
二、精馏流程的选择  215
三、连续精馏装置的组成及其作用  216
任务四　连续精馏过程的计算217
一、全塔物料衡算  217
二、进料热状况分析  220
三、操作线方程与q 线方程  223
四、理论板数的计算  226
五、回流比和进料状况对精馏过程的影响  229
六、适宜回流比选择  232
七、简捷法求理论塔板数  235
八、精馏塔的操作型计算  237
九、直接蒸汽加热的蒸馏塔  238
任务五　间歇精馏操作239
一、间歇精馏操作的工艺、方式与特点  239
二、回流比恒定的操作  240
三、馏出液组成恒定的操作  240
任务六　蒸馏设备及操作241
一、板式塔的结构及气液传质过程分析  241
二、工业上常用的板式塔  243
三 、塔板效率  245
四、塔高的确定  247
五、塔径的计算  249
六、板式塔的选用  251
七、板式精馏塔的操作与控制  252
复习思考题255

项目六　吸收操作 260
素质目标260
学习目标260
生产案例261
任务一　吸收流程及其选择262
一、吸收操作目的  262
二、吸收操作分类  263
三、吸收的基本流程及其选择  264
四、吸收剂的选择  265
任务二　吸收过程的气-液相平衡 266
一、气-液相组成的表示方法  266
二、溶解度及溶解度曲线分析  267
三、气-液相平衡关系式  268
任务三　吸收速率方程272
一、吸收机理  272
二、吸收速率方程  273
三、吸收过程的控制  276
四、提高吸收速率的途径  277
任务四　吸收过程的计算279
一、全塔物料衡算和操作线方程  279
二、吸收剂用量的确定  280
三、填料塔直径的计算  283
四、填料层高度的计算  283
五、吸收塔操作型计算  288
任务五　解吸及其他类型的吸收操作292
一、解吸目的与方法  292
二、解吸塔的计算  293
三、其他类型的吸收  295
任务六　吸收设备选择297
一、吸收设备的一般要求  297
二、常见吸收设备的结构和特点  298
三、填料吸收塔  299
任务七　吸收塔的操作与调节306
一、吸收塔操作的主要控制因素  306
二、强化吸收过程的措施  307
三、吸收塔的调节  308
四、吸收操作常见故障与处理  308
五、吸收操作常见设备的故障与处理  309
复习思考题310

项目七　液-液萃取 315
素质目标315
学习目标315
生产案例315
任务一　液-液萃取过程分析 316
一、液-液萃取的基本原理  316
二、液-液相平衡  317
三、萃取剂的选择  318
任务二　萃取流程的识读319
一、单级萃取流程  319
二、多级萃取流程  319
任务三　萃取设备的操作321
一、萃取设备的类型  321
二、萃取设备的选用  324
三、影响萃取操作的主要因素  325
四、萃取塔的操作  326
任务四　超临界萃取326
一、超临界萃取的基本原理  326
二、超临界萃取的流程  327
三、超临界萃取的特点及其工业应用  327
复习思考题329

项目八　干燥操作 331
素质目标331
学习目标331
生产案例331
任务一　干燥过程分析332
一、固体物料的去湿方法  332
二、干燥操作的分类  333
三、对流干燥过程分析  334
任务二　湿空气的性质及湿焓图的应用334
一、湿空气的性质  334
二、湿焓图及其应用  339
任务三　湿物料的性质分析342
一、物料含水量的表示方法  342
二、物料中水分的性质  343
任务四　干燥过程的计算344
一、物料衡算  344
二、热量衡算  345
三、干燥器的热效率  346
四、干燥速率及其影响因素  349
五、恒定干燥条件下干燥时间的计算  351
任务五　干燥设备及其操作355
一、干燥器的基本要求  355
二、干燥器的分类  355
三、常用对流干燥器  355
四、非对流式干燥器  358
五、干燥器的选用原则  360
六、常用干燥器的操作与维护  360
七、干燥过程的节能措施  362
复习思考题363

项目九　蒸发操作 366
素质目标366
学习目标366
生产案例366
任务一　蒸发操作及其流程的识读367
一、蒸发操作的特点及其分类  367
二、蒸发操作的流程  368
任务二　单效蒸发有关参数的计算370
一、水分蒸发量  370
二、加热蒸汽消耗量  370
三、蒸发器传热面积  371
任务三　蒸发设备的结构及选择372
一、蒸发器的结构及分类  373
二、蒸发器的附属设备  375
三、蒸发器的选择  376
任务四　蒸发设备的运行与操作377
一、蒸发器的生产强度  377
二、蒸发操作的经济性  378
三、蒸发系统的日常运行及开停车操作  379
复习思考题380

项目十　吸附操作 382
素质目标382
学习目标382
生产案例382
任务一　吸附过程分析384
一、吸附现象  384
二、吸附分类  384
三、物理吸附过程分析  384
任务二　吸附剂的选择385
一、吸附剂的基本要求  385
二、工业上常用的吸附剂  385
三、吸附剂的性能  386
任务三　吸附平衡与吸附速率387
一、吸附平衡  387
二、吸附速率  388
任务四　吸附装置的操作389
一、吸附方法的选择  389
二、吸附装置的