《Principles of Chemical Engineering Practice》书评

《化学工程实践原理》书评

By 化学与化工学院 苏沁

《Principles of Chemical Engineering Practice》，中文译名为《化学工程实践原理》，由George Delancey教授编著，出版于2013年。Delancey教授现为斯蒂文斯理工学院的化学工程荣誉教授，长期从事化工过程分析与设备设计方面的研究。该书由Wiley出版社出版。

本书概述了化学工程的基本原理，特别是热力学与化工过程的实践应用，内容主要面向化学工程专业本科生。其目的在于帮助学生将化学工程的理论知识与实践应用相结合，提升实际操作能力。全书共分为两大部分，涵盖15章，内容框架严谨且层次分明。以下是本书的概述：

第一部分：宏观层次

第一章 化工过程：介绍了化工过程中的基本概念，结合丙烯酸的生产工艺分析了化学加工过程及相关设备，随后讲解了生物催化过程-酶系统，最后提供了运算需要的基本数据资源。

第二章 质量平衡：首先以丙烯酸分离系统中的活性单元为例，介绍了化学加工系统的基本概念与应用。接着，借助糖类的制备过程和空气分离装置，讲解了在无化学反应条件下如何进行稳态质量平衡的计算与分析。通过引入自由度的概念，进一步探讨了甲醛生产和硝酸甘油制造中的单一化学反应的稳态质量平衡。最后，章末以丙烯酸体系为例，介绍了含多种化学反应的稳态质量平衡的分析方法，阐述了复杂化学反应系统中质量平衡的处理技巧。

第三章 能量和熵平衡：首先介绍了基本的热力学函数，并重点讲解了纯净物和混合物的焓与熵的计算方法。接着，详细讨论了能量流动的基本概念，结合热力学第一定律，分析了无化学反应系统中的能量平衡及其实际应用。随后，章节通过理想溶液反应的实例，进一步阐述了能量平衡的计算和应用。最后，从热力学模型的角度出发，结合工艺可行性和设备效率，详细解释了熵平衡在化工过程中的重要性和应用。

第四章 动量和机械能平衡：介绍了动量平衡和机械能平衡的基本概念，并以管道系统中液体流动为例，讲解了其在不可压缩流动系统中的应用。

第五章 完全混合系统-设备：解释了混合和停留时间分布的定义与测量方法，进一步探讨了搅拌槽的基本设计尺寸与规格。并介绍了气-液、液-液及固-液系统中完成混合与搅拌所需功率的计算方法。

第六章 完全混合体系中的分离和反应过程：讨论了相平衡中的单级分离操作、汽液操作、闪蒸、液液萃取、吸附等分离过程，并结合实际应用进行讲解。随后，介绍了单相搅拌釜式反应器及其在化学反应中的应用，重点分析了化学反应平衡在完全混合体系中的重要作用。

第二部分：微观层次

第七章 多级分离和反应器操作：介绍了吸收和剥离过程，蒸馏过程中涉及的相关工艺操作及计算，液液萃取中的多级错流和逆流萃取、萃取设备，以及筛板塔的高度与效率。此外，本章还比较了多级反应器与间歇式、推流式反应器的特点，讨论了连续搅拌罐式反应器（CSTR）序列的最佳温度程序，并探讨了分级固定床转化炉中放热气相反应的过程。

第八章 微观变化方程：介绍了质量通量与平均速度及扩散的关系，动量通量与应力张量的关系，能量通量与传导的关系；平衡方程包括质量守恒定律、线动量和平衡角动量、能量守恒定律；同时还涉及熵平衡、通量表达式、湍流现象及平衡方程的应用。

第九章 非湍流等温动量传递：介绍了矩形模型中的狭缝流，圆柱系统中的管道和管道中的轴向流动及角流，球面系统中绕实心球的蠕变流动，以及微流体气相系统中微通道气体流动的模型。

第十章 非湍流等温传质：首先介绍了膜技术的基本知识，包括通用膜的物料衡算、气体分离技术、反渗透液体分离过程，以及多孔不对称复合膜的总传质系数。随后，介绍了多孔固体的扩散模型，涵盖了多孔催化剂的有效扩散系数、曲折因子模型和平行孔隙模型。最后，阐述了多相催化过程、多孔固体的瞬态吸附现象以及层流扩散过程。

第十一章 非湍流条件下的能量传递：介绍了固体复合壁的传导、多孔催化剂中的热效应、靠近壁面薄层流体的热传递（特别是短时间接触情况下的传热）以及移动边界问题。

第十二章 湍流条件下的等温传质：解释了相内传质系数、相间传质系数以及这些传质系数的测量方法和关联。介绍了固定床的吸附过程、管道内部的传质系数、填料塔中的气体吸收过程及实验传质系数的应用。

第十三章 湍流条件下的相间动量传递：解释了管道和固定床中的压降问题，通过单粒子的动量平衡、固体悬浮液的终端速度、流化床直径、填料塔中的溢流速度、塔径和压降等方面，深入分析了淹没球体的流体流动过程。

第十四章 湍流条件下的相间能量传递：解释了传热系数及其计算方法，详细介绍了几种典型的换热器，如双管换热器和管壳式换热器。最后，介绍了多管式催化反应器中的固定床恒壁温一维模型及一些操作注意事项。

第十五章 从微观到宏观：详细讲解了宏观质量平衡、宏观能量平衡以及宏观非稳态和稳态系统的机械能平衡等过程的计算。

本书结合实际工程经验，介绍了化学工程中的基本原理和化工过程的工艺技术。全文结构清晰，分别从宏观和微观角度展开，逻辑严谨。每一知识点后都附有相关的工业实例及其解决过程，图表内容丰富详尽。此外，每一章节后还附有大量复习题，利于读者加深对知识的理解。文末的五个附录为书中相关内容提供了详细的数据资源，方便读者查阅和利用。该书的讲述方式新颖易懂，内容精准，对于化工的实践原理的阐述可谓全面深入，适合初学者阅读。

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本书高校馆藏：哥伦比亚大学、哈佛大学、加州大学伯克利分校、重庆大学、牛津大学、普林斯顿大学、耶鲁大学