本书介绍化工及其相近工业生产中常见单元操作的原理、设备和工艺计算方法，以及必需的流体流动、传热和传质学基础知识。全书共11 章，包括流体流动、流体输送机械、颗粒流体力学基础与机械分离、传热及换热器、蒸发、气体吸收、液体蒸馏、塔设备、液液萃取、固体干燥、吸附及膜分离等其他分离过程。本书重视物理概念，强调方法论，注重教学法，注意对学生工程观点和分析、解决问题能力的培养。本书可作为高等院校化工类及相关专业的本科教材及企业培训教材，也可供相关部门的生产、设计、研究人员参考。

本教材自1995年首次出版以来，得到广大读者和同行的关注、鼓励和支持，总体反响良好。教材先后获评江苏省高等教育精品教材、普通高等教育十一五国家级规划教材、十二五普通高等教育本科国家级规划教材、中国石油和化学工业优秀教材一等奖，并入选石油和化工行业十四五规划教材及江苏十四五普通高等教育本科规划教材。
本教材贯彻落实《新时代中国特色社会主义思想进课程教材指南》的相关要求，将课程思政元素有机融入知识体系，把立德树人根本任务贯穿教材编写全过程。为了适应新时代创新型人才培养的迫切需要，本次修订在保持原教材总体结构和特色风格的基础上，对部分内容进行了增补、调整和精简，以二维码形式配套数字化资源，力求使教材更契合当前教学实践和学科发展需要。第五版主要修订如下：
（1）保持原教材注重方法论、强调工程观点的特色，按照基本原理-过程计算-典型设备-过程强化的主线组织内容，以理解过程基本原理为先导，以掌握过程计算方法为核心，以认识典型设备为基础，以分析过程强化途径为提升，各单元操作脉络清晰。
（2）紧密跟踪最新化工领域研究进展，围绕实现碳达峰、碳中和的双碳战略，将学科前沿成果以案例形式编入教材中，强化了绿色化工、过程强化、节能环保等内容，展现学科知识继承与发展，体现单元操作的思维方法与逻辑，提高学生对专业知识的理解深度、厚度和广度，激发学生学习兴趣与热情。
（3）开发数字化教学资源，配套微课视频、动画演示、教学课件、习题答案、学科前沿、创新案例、拓展阅读、科学家小传等数字化资源，适应混合式教学的需要，为学习者提供更多的自主学习空间。
（4）在每章前新增学习指导，帮助学生明晰学习目的与方法，提升学习效果。教材采用双色印刷，使关键名词术语、重点公式、插图等更加醒目，突出重点，提升阅读体验。
《化工原理》（第五版）由管国锋、王磊主编。书中二维码链接的主要设备及原理素材资源由北京欧倍尔软件技术开发有限公司提供技术支持，南京工业大学化工原理教研室的同事在本书修订工作中给予了热情帮助。
本书第一版至第四版由管国锋、赵汝溥主编。参与编写和修订的人员还有居沈贵、武文良、王磊、万辉、邢卫红等，在此一并表示衷心感谢。
鉴于笔者学识有限，书中难免有不妥之处，恳请读者批评指正，使本书不断完善。

编者
2025年3月

管国锋，南京工业大学二级教授，博士生导师，国家万人计划专家、享受国务院特殊津贴专家,全国石油和化工教育优秀教学团队负责人。现为南京工业大学西太湖产业学院院长，兼任化工类专业教学指导委员会委员、全国工程教育认证专家、中国化工教育协会常务理事。 主要研究方向为能源催化、环境催化和化工过程耦合强化研究等。作为项目负责人先后承担了国家重点研发计划、国家十二五科技支撑计划、国家自然科学基金重点项目/面上项目、江苏省科技厅、及企业委托科研项目80余项，在AppliedCatalysisB-Environmental、ChemicalEngineeringJournal等期刊上发表学术论文250余篇；授权国家发明专利70余项；获中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖、二等奖、江苏省科学技术进步二等奖、中国石油和化学工业专利奖优秀奖、江苏省优秀专利奖等。 三十多年来扎根本科教学一线，潜心教书育人，每年为化工专业学生讲授《化工原理》及相关课程的教学任务，年均完成教学工作量120学时以上。综合运用启发式、讨论式、案例式等多种教学方法，深受学生推崇。究卓 越工程师人才培养、跨学科人才培养路径、化工原理课程思政教学改革等，承担省部级及以上教改课题6项，在《江苏高教》、《化工高等教育》等期刊发表教改论文10余篇。主编了《化工辞典》（第五版）、《化学工程手册》（第三版）等专著。主编出版国家十一五、十二五规划教材《化工原理》（化学工业出版社）；主编高等教育规划教材、卓 越工程师教育培养计划系列教材《化工多学科工程设计与实例》，荣获中国石油和化学工业优秀出版物奖图书奖1项、教材奖2项。

绪论 1
0.1 化工原理课程内容与进展 1
0.2 化工原理课程的研究方法 2
0.3 物理量的单位换算 4
习题 5
自测题 6

第1章 流体流动 7
1.1 概述 7
1.1.1 流体及其特征 7
1.1.2 连续介质模型 7
1.1.3 流体力学与流体流动 8
1.2 流体静力学 8
1.2.1 流体静压强 8
1.2.2 流体密度 10
1.2.3 流体静力学基本方程 10
1.2.4 U形压差计 12
1.3 流体流动的基本概念 13
1.3.1 流体在流道中的流量与流速 13
1.3.2 流体流动的考察方法 14
1.3.3 流体黏度 15
1.3.4 流动型态 17
1.3.5 流体在圆直管内流动的流速侧形与流动阻力 19
1.4 流体流动过程的物料衡算与机械能衡算 20
1.4.1 物料衡算式连续性方程 20
1.4.2 理想流体流动的机械能守恒 20
1.4.3 真实流体流动的机械能守恒 25
1.5 圆直管内流体层流时的流速分布与阻力计算 28
1.6 圆直管内流体湍流时的流速分布与阻力计算 30
1.6.1 涡流黏度与圆直管内湍流的流速分布 30
1.6.2 流体沿壁面流动的速度边界层 31
1.6.3 量纲分析方法 32
1.6.4 摩擦系数图 35
1.6.5 流体沿程阻力计算 37
1.6.6 局部阻力计算 38
1.6.7 流体流过非圆形截面管道的阻力计算 40
1.7 管路计算 41
1.7.1 管路的分类和管路计算图表 41
1.7.2 简单管路计算 44
1.7.3 并联管路计算 47
1.7.4 分支管路计算 48
1.8 流速与流量测定 49
1.8.1 毕托管 49
1.8.2 文丘里流量计 50
1.8.3 孔板流量计 51
1.8.4 转子流量计 53
主要符号说明 55
习题 55
自测题 60

第2章 流体输送机械 63
2.1 概述 63
2.1.1 流体输送机械的作用与分类 63
2.1.2 离心泵的结构与工作原理 64
2.2 离心泵操作性能的基本方程 65
2.2.1 流体质点在叶轮内的运动 65
2.2.2 欧拉方程 66
2.3 离心泵的性能参数与特性曲线 67
2.3.1 离心泵的性能参数 67
2.3.2 离心泵的能量损失与效率 67
2.3.3 叶片类型对离心泵性能的影响 69
2.3.4 实测的离心泵特性曲线 70
2.3.5 转速改变与叶轮切削对离心泵性能的影响 71
2.3.6 液体物性对离心泵性能的影响 73
2.4 离心泵的流量调节与操作 73
2.4.1 灌泵及对汲入管路的要求 73
2.4.2 离心泵的工作点 73
2.4.3 离心泵的流量调节 74
2.4.4 离心泵的串联操作 76
2.4.5 离心泵的并联操作 76
2.5 离心泵的安装高度 77
2.5.1 离心泵的安装高度问题 78
2.5.2 离心泵的汽蚀现象 78
2.5.3 离心泵的抗汽蚀性能 79
2.5.4 离心泵的允许安装高度 79
2.5.5 离心泵的允许汲上真空高度 80
2.6 离心泵的类型与选型 81
2.6.1 离心泵的类型 81
2.6.2 离心泵的选型 84
2.6.3 离心泵的安装与操作方法 84
2.7 离心式风机 85
2.7.1 离心式风机的作用与分类 85
2.7.2 离心式风机的性能参数与特性曲线 85
2.7.3 离心式风机选型计算 87
2.8 其他类型的泵与风机 88
2.8.1 动力式泵 88
2.8.2 容积式泵 90
2.8.3 旋转鼓风机和压缩机 92
2.8.4 真空泵 92
2.8.5 化工用泵的比较与选择 93
主要符号说明 94
习题 95
自测题 97

第3章 颗粒流体力学基础与机械分离 99
3.1 概述 99
3.1.1 混合物分离及应用 99
3.1.2 机械分离原理 100
3.2 固体颗粒的几何特性与筛分分析 100
3.2.1 单颗粒的几何特性 100
3.2.2 颗粒群与固定床层的特性 101
3.3 流体通过固定床层的流动 104
3.3.1 固定床层的简化物理模型 105
3.3.2 模型检验与参数测定 105
3.4 过滤 107
3.4.1 滤饼过滤的操作特点 107
3.4.2 物料衡算 108
3.4.3 过滤基本速率方程 108
3.4.4 间歇式过滤设备 110
3.4.5 叶滤机的过滤、洗涤过程计算和最大产率问题 112
3.4.6 板框式压滤机的过滤、洗涤过程计算和最大产率问题 115
3.4.7 过滤常量的测定 115
3.4.8 先恒速后恒压过滤过程计算 118
3.4.9 连续式过滤设备 119
3.4.10 过滤过程的强化 120
3.5 颗粒沉降与沉降分离设备 122
3.5.1 重力沉降速度 122
3.5.2 重力沉降室 126
3.5.3 离心沉降速度 128
3.5.4 旋风分离器 128
3.6 固体流态化 134
3.6.1 固体流态化现象 134
3.6.2 流化床的流体力学特性 136
主要符号说明 139
习题 140
自测题 142

第4章 传热及换热器 145
4.1 概述 145
4.1.1 传热过程及应用 145
4.1.2 加热介质与冷却介质 145
4.1.3 传热的基本方式 146
4.1.4 冷、热流体热交换形式 147
4.1.5 传热速率与热通量 148
4.1.6 定态传热与非定态传热 148
4.2 热传导 148
4.2.1 温度场与温度梯度 148
4.2.2 傅里叶定律 149
4.2.3 热导率 149
4.2.4 平壁的热传导 151
4.2.5 圆筒壁的热传导 153
4.3 对流传热概述 154
4.3.1 给热过程及类型 154
4.3.2 给热速率与给热系数 156
4.4 流体无相变时的对流给热 156
4.4.1 影响因素分析 156
4.4.2 温度边界层 157
4.4.3 对流给热过程的特征数关联式 158
4.4.4 流体在管内强制对流给热 160
4.4.5 流体在管外强制对流给热 163
4.4.6 大空间自然对流给热 166
4.5 流体有相变时的对流给热 167
4.5.1 蒸汽冷凝给热 167
4.5.2 液体沸腾给热 171
4.6 辐射传热 174
4.6.1 辐射传热的基本概念与定律 174
4.6.2 固体壁面间的辐射传热 177
4.6.3 对流与辐射并联传热 180
4.7 串联传热过程计算 180
4.7.1 热量衡算 181
4.7.2 总传热速率方程 181
4.7.3 总传热系数 182
4.7.4 传热温差 184
4.7.5 传热效率法 189
4.8 换热器 194
4.8.1 间壁式换热器 194
4.8.2 传热过程的强化 200
4.8.3 列管式换热器设计与选型 201
主要符号说明 208
习题 209
自测题 212

第5章 蒸发 216
5.1 概述 216
5.2 单效蒸发 217
5.2.1 溶液沸点升高与温度差损失 217
5.2.2 单效蒸发的计算 219
5.3 多效蒸发 222
5.3.1 多效蒸发操作流程 223
5.3.2 多效蒸发效数的限制 224
5.4 蒸发器生产能力和生产强度 224
5.4.1 生产能力 224
5.4.2 生产强度 225
5.4.3 提高生产强度的途径 225
5.5 蒸发过程的强化 226
5.5.1 额外蒸汽引出 226
5.5.2 二次蒸汽的再压缩 227
5.5.3 冷凝水热量的利用 227
5.6 蒸发设备 227
5.6.1 蒸发器 227
5.6.2 蒸发辅助设备 231
主要符号说明 232
习题 233
自测题 233

第6章 气体吸收 234
6.1 概述 234
6.1.1 质量传递与气体吸收过程 234
6.1.2 吸收与解吸联合操作 235
6.1.3 吸收剂的选择 236
6.2 气液相平衡 236
6.2.1 平衡溶解度与相平衡方程 236
6.2.2 气液相平衡在吸收中的应用 239
6.3 分子扩散 240
6.3.1 分子扩散的基本定律费克定律 240
6.3.2 气相中的定态分子扩散 241
6.3.3 组分在气相中的扩散系数 244
6.3.4 组分在液相中的扩散系数 246
6.4 对流传质 246
6.4.1 相际间的对流传质过程 246
6.4.2 吸收过程的对流传质模型 247
6.4.3 对流传质速率方程 249
6.4.4 总吸收速率方程 249
6.5 填料塔中低浓度气体吸收过程的计算 252
6.5.1 填料塔简介 252
6.5.2 低浓度气体吸收的特点 252
6.5.3 物料衡算操作线方程 252
6.5.4 填料层高度的计算式 253
6.5.5 传质单元高度的计算 254
6.5.6 传质单元数的计算 255
6.5.7 填料吸收塔的设计型计算 258
6.5.8 填料吸收塔的操作型计算 262
6.5.9 吸收过程的调节和操作 264
6.5.10 其他吸收操作流程 264
6.6 气体解吸 266
6.6.1 常用的解吸方法 266
6.6.2 逆流气体解吸塔的计算 267
6.7 高浓度气体吸收 267
6.7.1 高浓度气体吸收的特点 267
6.7.2 高浓度气体吸收过程计算 268
主要符号说明 270
习题 271
自测题 273

第7章 液体蒸馏 276
7.1 概述 276
7.1.1 液体蒸馏过程与应用 276
7.1.2 闪蒸 278
7.2 双组分物系的汽液平衡 278
7.2.1 理想物系的汽液平衡 278
7.2.2 非理想物系的汽液平衡 282
7.3 双组分简单蒸馏 285
7.4 双组分物系连续精馏 286
7.4.1 精馏原理与过程分析 286
7.4.2 基本型连续精馏的设计型计算 294
7.4.3 基本型连续精馏的调节与操作型计算 301
7.4.4 其他类型的连续精馏 304
7.4.5 精馏过程强化 309
7.5 双组分间歇精馏 310
7.5.1 间歇精馏过程特点 310
7.5.2 xD 恒定的间歇精馏 310
7.5.3 R 恒定的间歇精馏 311
7.6 特殊精馏 311
7.6.1 萃取精馏 311
7.6.2 共沸精馏 315
7.6.3 反应精馏 319
7.6.4 热泵精馏 320
主要符号说明 321
习题 322
自测题 324

第8章 塔设备 327
8.1 概述 327
8.2 填料塔 327
8.2.1 填料塔简介 327
8.2.2 填料的种类与特性 329
8.2.3 填料塔的流体力学性能与操作特性 335
8.2.4 填料塔的气液传质特性 338
8.2.5 填料塔的附属设备 342
8.3 板式塔概述 344
8.3.1 板式塔内的气液流动 344
8.3.2 板式塔的主要类型 345
8.4 筛板塔 347
8.4.1 筛板塔的结构 347
8.4.2 筛板塔的流体力学性能与操作特性 349
8.4.3 筛板塔的设计 356
8.5 塔板效率 359
8.5.1 塔板效率的表示方法 359
8.5.2 提高塔板效率的措施 360
8.5.3 全塔效率的经验关联图 361
8.6 板式塔和填料塔的性能比较 362
主要符号说明 363
习题 363
自测题 364

第9章 液液萃取 365
9.1 概述 365
9.1.1 液液萃取原理 365
9.1.2 萃取剂的选择 365
9.1.3 工业萃取过程 366
9.1.4 萃取过程的经济性 366
9.2 液液相平衡 367
9.2.1 三角形相图 367
9.2.2 单级萃取过程 370
9.3 萃取过程计算 372
9.3.1 萃取级的数学描述 372
9.3.2 多级错流萃取 373
9.3.3 多级逆流萃取 376
9.3.4 连续接触逆流萃取 378
9.3.5 萃取过程研究进展与强化 379
9.4 萃取设备 380
9.4.1 常用萃取设备 381
9.4.2 萃取设备的选择 386
主要符号说明 387
习题 388
自测题 389

第10章 固体干燥 391
10.1 概述 391
10.2 湿空气的性质和湿度图 392
10.2.1 湿空气的性质 392
10.2.2 湿空气的I-H 图及其应用 396
10.3 干燥过程的物料衡算和热量衡算 399
10.3.1 物料衡算 399
10.3.2 热量衡算 401
10.3.3 干燥器出口空气状态的确定 402
10.3.4 干燥器的热效率和干燥效率 403
10.4 干燥速率和干燥时间 406
10.4.1 物料中所含水分的性质 406
10.4.2 干燥速率及其影响因素 407
10.4.3 恒定干燥条件下干燥时间的计算 411
10.4.4 干燥过程强化与节能 413
10.5 干燥器 414
10.5.1 干燥器的主要型式 414
10.5.2 干燥器设计 419
10.6 气体的增湿与减湿 424
10.6.1 增湿与减湿过程 424
10.6.2 空气调湿器与水冷却塔 425
主要符号说明 426
习题 427
自测题 428

第11章 其他分离过程 431
11.1 概述 431
11.2 吸附分离 432
11.2.1 吸附分离原理及应用 432
11.2.2 吸附剂及其特性 432
11.2.3 吸附平衡 433
11.2.4 吸附速率 435
11.2.5 吸附过程与设备 436
11.3 膜分离 437
11.3.1 膜分离原理及应用 437
11.3.2 膜材料与膜分离性能 438
11.3.3 膜分离设备膜组件 439
11.3.4 典型膜分离过程 441
11.4 分离方法的选择 443
主要符号说明 444
习题 444
自测题 445

附录 446
1.单位换算 446
2.水的物理性质 449
3.水在不同温度下的黏度 449
4.干空气的物理性质(p=101.3kPa) 450
5.饱和水蒸气的性质(按温度排列) 451
6.饱和水蒸气的性质(按压强排列) 452
7.某些无机物水溶液的表面张力 453
8.某些有机液体的相对密度(液体密度与4℃水的密度之比) 454
9.有机液体的表面张力共线图 455
10.液体黏度共线图 457
11.液体的比热容 459
12.蒸发潜热(汽化热) 461
13.气体黏度共线图(常压下用) 462
14.某些气体的比热容(p=101.3kPa) 463
15.某些液体的热导率 464
16.某些固体物质的黑度 465
17.某些固体材料的热导率 466
18.常用固体材料的密度和比热容 467
19.某些气体溶于水的亨利系数 467
20.某些二元物系的汽液平衡组成 468
21.管子规格 469
22.IS型离心泵性能表 470
23.换热器标准 474
24.标准筛目 477

参考文献 478