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化學(xué)工程導(dǎo)論論文
化學(xué)工程是一門(mén)基于物理、化學(xué)和生物化學(xué),旨在改善人類(lèi)生活品質(zhì)和生命福祉的工程科學(xué),其理論知識(shí)不僅廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)的石油和化學(xué)工業(yè)、生物化工、材料加工,而且在21世紀(jì)還拓展到制藥、醫(yī)療器械、藥物釋放、半導(dǎo)體制造、納米技術(shù)、可再生能源和環(huán)境控制等領(lǐng)域。本書(shū)是化學(xué)工程的入門(mén)課程是Morton M.Denn教授繼1972年與T.W.Fraser Russell教授合著《化學(xué)工程分析導(dǎo)論》(Introduction to Chemical Engineering Analysis)一書(shū)后,全新改寫(xiě)推出的又一佳作。
全書(shū)共分為15章:1.引論;2.分析的基本概念;3.平衡方程;4.組分的質(zhì)量平衡;5.膜分離;6.化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng);7.設(shè)計(jì)反應(yīng)器;8.生物反應(yīng)器和非線性系統(tǒng);9.克服平衡;10.兩相系統(tǒng)和界面?zhèn)髻|(zhì);11.平衡階段化的過(guò)程;12.能量平衡;13.熱交換;14.多組分系統(tǒng)的能量平衡;15.反應(yīng)系統(tǒng)能量衡算。
化學(xué)工程導(dǎo)論是為了讓學(xué)生從基礎(chǔ)課程和數(shù)學(xué)課程順利過(guò)渡到化學(xué)工程的專(zhuān)業(yè)核心課程的學(xué)習(xí),以適應(yīng)工程科學(xué)與技術(shù)的學(xué)習(xí)和研究,并為學(xué)生提供化學(xué)工程的完整圖像和愿景。化學(xué)工程導(dǎo)論課程經(jīng)常也被稱(chēng)為物料和能量平衡,或化學(xué)過(guò)程原理,通常將重點(diǎn)放在流程的合成、總的質(zhì)量平衡和能量平衡計(jì)算,以及熱化學(xué)在過(guò)程中的應(yīng)用等,很少觸及現(xiàn)代化學(xué)工程面臨的真正而有趣的挑戰(zhàn)。經(jīng)典的教材是Felder 和 Rousseau所著的《化學(xué)進(jìn)程的基礎(chǔ)原理》(Elementary Principles of Chemical Processes)以及Regina M Murphy著的《化學(xué)過(guò)程簡(jiǎn)介:原則,分析和合成》(Introduction to Chemical Processes: Principles,Analysis,Synthesis)。
本書(shū)采用了與現(xiàn)有教材完全不同、別具匠心的講述方法,使讀者了解和領(lǐng)略現(xiàn)代化學(xué)工程的范疇,尤其是涉及液相過(guò)程,令人耳目一新。讀者會(huì)從本書(shū)中接觸到反饋控制器的設(shè)計(jì),膜分離和血液透析,集成有化學(xué)反應(yīng)和分離的過(guò)程優(yōu)化設(shè)計(jì),生物反應(yīng)器的非線性行為,兩相反應(yīng)器中的動(dòng)力學(xué)和傳質(zhì)極限,應(yīng)用膜反應(yīng)器克服平衡轉(zhuǎn)化率限制等化學(xué)工程的重要思想,各章內(nèi)容如下:1.對(duì)現(xiàn)代化學(xué)工程的前沿領(lǐng)域的生動(dòng)介紹;2-4.平衡方程,包括經(jīng)濟(jì)平衡和凈現(xiàn)值的概念;5.用膜分離血液透析來(lái)引用分離的概念,強(qiáng)調(diào)逆流操作這一重要的化學(xué)工程范式;6-8.連續(xù)理想攪拌反應(yīng)器的概念,化學(xué)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì),通過(guò)生物反應(yīng)器介紹非線性反應(yīng)器行為;9.通過(guò)膜反應(yīng)器的實(shí)例,講解利用移除反應(yīng)產(chǎn)物來(lái)克服反應(yīng)平衡的理念;10-11.利用兩相系統(tǒng)和界面?zhèn)髻|(zhì)來(lái)介紹另一個(gè)化學(xué)工程的范式:平衡級(jí),并引入兩相間傳質(zhì)速率極限的概念;12-15.關(guān)于能量衡算的內(nèi)容,不需要熱力學(xué)的前期知識(shí),重點(diǎn)是化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)的能量衡算,特別關(guān)注反應(yīng)的熱效應(yīng)。每章后還有內(nèi)涵豐富的文獻(xiàn)目錄及附錄,習(xí)題數(shù)量相對(duì)較少。
本書(shū)強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)模擬手段的運(yùn)用,但所需數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí),不會(huì)超出大學(xué)一年級(jí)微積分的深度。作者從一開(kāi)始就注意引入與實(shí)際工程相關(guān)的設(shè)計(jì),書(shū)中所列舉的設(shè)計(jì)和分析問(wèn)題,雖然是簡(jiǎn)化過(guò)的,但都具有現(xiàn)實(shí)背景和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)閱讀本書(shū),讀者能了解到畢業(yè)時(shí)所能達(dá)到的期望結(jié)果,而且理解后續(xù)核心課程設(shè)置的必要性。作者嚴(yán)謹(jǐn)而準(zhǔn)確地引入時(shí)間尺度和極限行為等在傳遞現(xiàn)象和反應(yīng)工程中貫穿始終的概念,強(qiáng)調(diào)概念而不是詳細(xì)的解題。本書(shū)為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程:熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程和分離工程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。是一本具有強(qiáng)烈時(shí)代特點(diǎn)的化學(xué)工程入門(mén)書(shū)籍。
作者M(jìn)orton M.Denn教授,是美國(guó)紐約城市大學(xué)科學(xué)與工程阿爾伯特·愛(ài)因斯坦講席教授,美國(guó)工程院院士、美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院院士,有多部專(zhuān)著。
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