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内容简介

华东理工大学原校长陈敏恒教授多年来坚持为本科生讲授“化工原理”课程,其水平之高、影响之大在当年化工教育界可说是独步一时。由他主编的教材《化工原理》至今仍是各高校化工专业使用教材的。
陈敏恒教授孜孜不倦致力于化工原理课程的改革与建设,重视学生的能力培养和学习积极性的调动,对教学内容、教学过程、学生的学习方式都有很深的感悟。近年来,又提出在化工原理的教学中应该着力于帮助学生构筑知识框架的观点。《化工原理教学指导与内容精要》结构与陈敏恒《化工原理》基本一致,《化工原理教学指导与内容精要(陈敏恒)》紧紧围绕“加强学生应用能力方面的培养,适当增强实际工程应用方面知识”的理念,进一步阐释了“以传递过程为主线,面向科学研究,面向工业应用,面向技术经济”的教材编写框架,系统梳理了各章的教学方法指导、教学随笔、教学内容精要。
《化工原理教学指导与内容精要》可作为高等学校化工及相关专业化工原理课程的教学参考书,也可供化工及相关专业部门从事科研、设计和生产的技术人员参考。

作者简介

陈敏恒(1933~),,华东理工大学原校长,教授,浙江诸暨人,化学工程专家。1953年加入中国共产党。1955年毕业于华东化工学院(今华东理工大学)有机系。历任华东化工学院副教授、教授、化学工程系主任、院长,华东理工大学校长,国务院学位委员会第二届学科评议组成员,中国化学工程学会首届副理事长。

目录

绪论1
0.1关于教学内容的精选1
0.2关于课堂教学的组织2
0.2.1吸收操作过程分析3
0.2.2过程的数学描述3
0.2.3实例分析4
0.3关于学生的自主学习4
第1章流体流动6
1.1教学方法指导6
1.2教学随笔8
1.2.1流动过程8
1.2.2流动阻力问题的研究方法12
1.3教学内容精要16
1.3.1概述16
1.3.2流体静力学18
1.3.3流体流动中的守恒原理19
1.3.4流体流动的内部结构22
1.3.5阻力损失24
1.3.6流体输送管路的计算26
1.3.7流速和流量的测定30
1.3.8非牛顿流体与流动31
第2章流体输送机械33
2.1教学方法指导33
2.2教学随笔34
2.2.1流体输送34
2.2.2管路对输送机械的要求34
2.2.3可调用的工程手段35
2.2.4离心泵的工作原理和理论指导35
2.2.5离心泵的效率36
2.3教学内容精要37
2.3.1概述37
2.3.2离心泵37
2.3.3往复泵43
2.3.4其他化工用泵44
2.3.5气体输送机械45
第3章液体搅拌50
3.1教学方法指导50
3.2教学随笔51
3.2.1液体搅拌51
3.2.2混合过程的定性分析51
3.2.3搅拌装置的功能52
3.2.4搅拌装置的能耗52
3.2.5搅拌装置的放大53
3.3教学内容精要53
3.3.1概述53
3.3.2混合机理55
3.3.3搅拌器的性能56
3.3.4搅拌功率57
3.3.5搅拌器的放大59
3.3.6其他混合设备59
第4章流体通过颗粒层的流动61
4.1教学方法指导61
4.2教学随笔63
4.2.1过程总论63
4.2.2理论分析63
4.2.3实验检验与修正65
4.2.4实际应用65
4.3教学内容精要66
4.3.1概述66
4.3.2颗粒床层的特性66
4.3.3流体通过固定床的压降70
4.3.4过滤原理及设备73
4.3.5过滤过程计算76
4.3.6加快过滤速率的途径82
第5章颗粒的沉降和流态化83
5.1教学方法指导83
5.2教学内容精要85
5.2.1概述85
5.2.2颗粒的沉降运动85
5.2.3沉降分离设备88
5.2.4固体流态化技术91
5.2.5气力输送94
第6章传热95
6.1教学方法指导95
6.2教学随笔98
6.2.1传热过程98
6.2.2传热过程分析98
6.2.3工程处理方法99
6.2.4传热基本方程式的推导与应用100
6.3教学内容精要102
6.3.1概述102
6.3.2热传导103
6.3.3对流给热106
6.3.4沸腾给热与冷凝给热110
6.3.5热辐射114
6.3.6传热过程的计算119
6.3.7换热器126
第7章蒸发134
7.1教学方法指导134
7.2教学内容精要135
7.2.1概述135
7.2.2蒸发设备136
7.2.3蒸发辅助设备139
7.2.4蒸发操作的经济性和操作方式139
7.2.5单效蒸发计算142
7.2.6多效蒸发的过程分析144
第8章气体吸收146
8.1教学方法指导146
8.2教学随笔147
8.2.1吸收过程147
8.2.2完整的工业吸收分离过程148
8.2.3吸收分离过程的物理化学原理148
8.2.4吸收分离过程的经济性149
8.2.5吸收分离过程的工程特征149
8.3教学内容精要150
8.3.1概述150
8.3.2气液相平衡152
8.3.3扩散和单相传质154
8.3.4相际传质160
8.3.5低浓度气体吸收162
8.3.6高浓度气体吸收170
8.3.7化学吸收173
第9章液体精馏179
9.1教学方法指导179
9.2教学随笔182
9.2.1精馏过程182
9.2.2精馏过程的相平衡182
9.2.3精馏过程中的回流183
9.2.4精馏过程的数学描述184
9.3教学内容精要185
9.3.1蒸馏概述185
9.3.2双组分溶液的汽液相平衡186
9.3.3平衡蒸馏与简单蒸馏190
9.3.4精馏191
9.3.5双组分精馏的设计型计算199
9.3.6双组分精馏的操作型计算205
9.3.7间歇精馏207
9.3.8恒沸精馏与萃取精馏209
9.3.9多组分精馏基础210
第10章气液传质设备217
10.1教学方法指导217
10.2教学随笔218
10.2.1气液传质设备218
10.2.2设计目标——从需要出发218
10.2.3设计原则——从过程规律出发219
10.2.4工程因素——从过程分析出发219
10.2.5不同的对策220
10.3教学内容精要221
10.3.1板式塔221
10.3.2填料塔238
第11章液液萃取246
11.1教学方法指导246
11.2教学随笔247
11.2.1萃取过程247
11.2.2萃取过程的数学描述248
11.2.3工业萃取过程的组织248
11.2.4萃取过程动力学与萃取设备249
11.3教学内容精要250
11.3.1概述250
11.3.2液液相平衡251
11.3.3萃取过程的计算256
11.3.4萃取设备262
11.3.5超临界流体萃取和液膜萃取269
第12章其他传质分离方法271
12.1教学方法指导271
12.1.1关于结晶271
12.1.2关于吸附272
12.2教学内容精要273
12.2.1结晶273
12.2.2吸附分离279
12.2.3膜分离286
第13章热、质同时传递294
13.1教学方法指导294
13.2教学随笔295
13.2.1热、质同时传递过程295
13.2.2传递方向可能发生逆转296
13.2.3过程的极限296
13.2.4过程的计算方法297
13.3教学内容精要297
13.3.1概述297
13.3.2气液直接接触时的传热和传质298
13.3.3过程的计算301
第14章固体干燥304
14.1教学方法指导304
14.2教学随笔305
14.2.1干燥过程305
14.2.2水分在气、固两相间的平衡关系306
14.2.3湿空气性质306
14.2.4干燥过程的数学描述307
14.3教学内容精要307
14.3.1概述307
14.3.2干燥静力学308
14.3.3干燥速率与干燥过程计算312
14.3.4干燥器319
参考文献323

前言/序言

我1956年毕业于华东化工学院燃料化学工学专业。至今恰六个十年。
第一个十年是勤奋学习的十年。在从事化工原理教学之余,学习化学反应工程。这十年正是化学反应工程从襁褓到成人的十年,从1957年化学反应工程学科(ChemicalReactionEngineering)正式命名,到1964年第一本化学反应工程著作问世,我有幸亲历了一门学科建立的全过程。在学习之余,也做些研究,但是,没有什么值得一提的贡献,充其量,只是推动国内反应工程的学习和研究。
第二个十年是受批判的十年。这十年的批判改变了我的业务方向,我放弃了学术的研究,下决心为国家创造财富。
第三个十年是成长的十年。我依靠自己的学术素养做技术开发工作,做了好几个项目,例如,在青岛化工厂做了五年的氯丁二烯开发;受原化工部的委托用了两年时间协助北京燕山石化公司开发丁烯氧化脱氢反应工艺及反应器,并获得国家科技进步二等奖。在实践的基础上,我编写了《化工原理》教材,这本教材后来被评为国家优秀教材;还写了两本小册子《反应工程基本原理》和《工业反应器的开发方法》。我力图改变当时的逐级放大的经验方法,将开发工作置于学科理论和方法论的指导下。
第四个十年是奉献的十年。在十年的校长工作中我完全放弃了正顺利开展的业务工作。对一个无意于官场的“自由主义者”,放弃自己的业务,从事十年之久的行政工作,根本的原因是“奉献”,是在为母校效力。
第五个十年是清算的十年。我用了十年时间,剔骨削肉,为过去的十年作出了交代,也用这十年的时间洗尽了铅华,回归了自己。
第六个十年是重操旧业的十年。我办了个小公司,为企业提供技术服务。最近的十年中为企业建了几套万吨线工业装置,例如,目前国内最先进的香兰素装置、两种不同原料路线的愈创木酚装置,为企业创造了利润,为社会创造着财富。我已是七老八十的高龄,不能再去大海经受惊涛骇浪,也就在湖里追波逐流,颐养晚年了。
20世纪80年代,我在《化工高等教育》杂志上以教学随笔的形式连载了13篇文章。前些日华东理工大学化工原理教研组与化学工业出版社商量将这些文章结集出版,征求我的同意。我糊里糊涂地同意了。及至出版社准备付诸实施时,我重看了这些文章,发觉内容实在单薄,自惭形秽,不得不提笔重写。
在重写之时,思考今日的教学与三十年前的教学发生了什么变化,我们的教学该做哪些调整。
20世纪50~60年代,学习前苏联,大学培养的目标是工程师,化工系培养的是化工厂的工程师,要求他们有足够的知识和技能以适应工厂工作的需要。那时,学生以化工原理课为重头课,课内课外花相当多的时间,为的是胜任未来的工作。当时,师生不厌其烦地在知识和技能(计算)上下工夫。可如今呢?有多少学生在学习时考虑如何适应未来的具体工作的需要?
80年代,鉴于ChemicalEngineeringScience的长足进步,当时编写的教材学科味重,对化工原理的研究方法给予更多的重视。可如今,化工原理课的学生中有多少未来会从事化工原理的研究工作?他们怎会对这样的内容感兴趣呢?
这是学生学习的主观意愿方面的变化。客观上,解决实际问题需要很多具体、深入的知识,在课程中是不可能提供的,而在资讯如此发达的今天,完全可以很方便地收集到解决具体问题所需要的资讯。同时,这三十年来,我国在化工设备方面,在单元操作方面,已经有很多专业的设备制造厂,这些厂家的技术人员已经具有相当丰富的知识和经验,与三十年前截然不同,在真要解决具体问题时完全可以请教他们、与他们商量。总之,即便是实际工作,需要的不是有具体知识和技能的人,而是一个“明白人”,能够驾驭问题的人。
鉴于学习的主客观条件发生了如此大的变化,我认为,在化工原理的教学中不可能也不需要求全,应该着力于帮助学生构筑知识框架,以便将来可以用各种知识碎片予以充实和外延。
我一直在考虑,我们在课内孜孜不倦地教给学生的东西,在他们离校时还有多少留在他们的脑海中?如果从这个观点来检验我们的教学,我们会发现我们的教学有多失败。要让这些知识留存在学生的脑海中,就需要在学生学习期间让这些知识“内化”,与他们自己的意识融合,成为他们观察分析事物的观点。
为了达到这个目的,需要做两件事。
一是按这个观点筛选、精简教学内容,尽量避免“节外生枝”。让学生的时间、精力聚焦于建立知识框架。
二是组织好教学内容,分清从属。每个单元操作的内容除工艺目的及其经济性外,不外乎过程的物理化学基础、过程的分析、过程的数学描述、过程的计算。我认为不应当以设计计算为最终目的,而应当以过程分析为中心,让物理化学基础、数学描述和计算(例题和习题)的教学内容为过程分析服务。
我就按这两个观点写了我的新教学随笔、教学方法指导。我所写的就是我期望学生在毕业离校时脑海中能留下的。连同原先的老教学随笔以及教学内容精要汇编成《化工原理教学指导与内容精要(陈敏恒)》。书中可能存在各种疏漏,恳请读者批评指正。

陈敏恒
2017年2月

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