国内外《化工原理》教材比较

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国内外 《 化工原理》 教材比较

华南理工大学化学与化工学院

董磊

1.引言

化学工程学科的基础课程包括：化工原理、化学反应工程、化工热力学、分离工程和传质工程等。而作为其中重要的一门课程，化工原理是化学工程的核心，其结合数学、物理和化学等基础知识，全面阐述了基本的化工单元操作。 1923 年， W.H. 华克尔、 W.K. 刘易斯和 W.H. 麦克亚当斯等人合著的书籍—《 Principles of Chemical Engineering 》（于 1923 年问世）为基础发展起来的，它也被认为是首本《化工原理》教材。

目前，国内外开设化工原理课程的学校数不胜数，选用的教材版本也层出不穷。本文选择了两本华南理工大学采用的化工原理教材《 Unit Operations of Chemical En gineering 》（英文改编版）和本校老师编著的《化工原理》（分为上、下两册），从教材介绍和教材内容两方面进行比较和分析。

2. 教材介绍

2.1 国外教材

1996 年，由 Warren L. McCabe , Julian C. Smith , Peter Harriott 等学者编著，美国麦格劳 - 希尔（ McGraw-Hill ）出版社出版的美国大学化工原理教材 ——第三版《 Unit Operations of Chemical Engineering 》率先被华南理工大学引用。最初其用于化学工程与工艺专业的《化工原理》课程的英语教学，后逐步被推广至全校修读化工原理课程 70% 的专业。而化学工程单元操作（ Unit Operations of Chemical Engineering ）（英文改编版）则是由华南理工大学教师伍钦，钟理和天津大学夏清等在自 20 世纪 50 年代出版至今的第 7 版《 Unit Operations of Chemical Engineering 》基础上，按照我国化工原理教学大纲的要求进行改编的图书。目前该书由化学工业出版社和美国麦格劳 - 希尔（ McGraw-Hill ）教育出版（亚洲）公司合作出版。

2.2 国内教材

而由华南理工大学教师钟理，伍钦和曾朝霞主编的华南理工大学《化工原理》（图书馆编号 CN201410738437.5 ）图书，该书由化学工业出版社于 2008 年 8 月首次印刷发行。全书分为上、下两册，以化工单元操作为主线，通过介绍“三传一反”，即动量传递、热量传递和质量传递，并结合各类化工单元操作过程诠释了化工原理的各方面内容。此外，全书增加了新分离技术与新单元操作的相关内容，对不同阶段的单元操作的过程进行了介绍。全书主要包括：流体流动、流体输送机械，非均相物系分离、传热与换热设备、蒸发、蒸馏、吸收、塔式气液传质设备、液 - 液萃取、干燥、新分离技术共计十一章内容。其中，钟理，伍钦和曾朝霞担任主编，下册则由钟理，伍钦和马四朋担任主编。上册第一章流体流动与第四章传热与换热，下册第一章蒸馏均由钟理编写。上册第三章非均相物系分离由赖万东和钟理共同编写。上册第五章蒸发，下册第五章干燥和第六章新分离技术则由伍钦编写。曾朝霞编写了下册第二章吸收、第三章塔式气液传质设备与第四章液 - 液萃取。

3.教学内容

Unit Operations of Chemical Engineering

化工原理

全书

上册

绪论

—— 单元操作；单位制；量纲分析

绪论

—— 概述；单位制和单位的换算；单元操作的几个基本定律际关系

第1章流体流动

—— 流体静力力学及其应用；流体流动现象；流体流动基本方程；不可压缩流体的流动；管内流动；流体的测量

第 1 章流体流动

—— 流体的基本特性；流体的静力平衡；流体动力学及其在工程上的应用；流体流动的守恒定律、阻力损失、管路计算

第2章流体输送

—— 管路和阀门；泵；风机、鼓风机和压缩机

第< span> 2 章流体输送机械

—— 概述；离心泵和其它类型泵；气体输送机械

第 3 章非均相体系的流动和分离

—— 流体与颗粒之间的相对运动；气固分离；过滤基本原理；流化介绍

第 3 章非均相物系分离

—— 概述；颗粒与颗粒床的特性；颗粒的沉降；过滤

第 4 章传热

—— 概述；热传导；流体中热流原理；无相变管内外对流传热；相变对流传热；热辐射；热交换设备

第 4 章传热与换热设备

—— 概述；能量方程；热传导；对流传热；有（无）相变流体的对流传热系数；辐射传热；总传热速率和传热过程计算；换热器

第 5 章蒸发

—— 概述；蒸发设备；单效蒸发；单效蒸发器的计算；多效蒸发器的计算

第 5 章蒸发

—— 蒸发设备；蒸发过程的影响因素和沸点矫正；单效和多效蒸发；冷凝器；多效蒸发的综合分析；多效蒸发中的最佳效数

第 6 章扩散原理及相间质量传递

—— 扩散理论；扩散系数；质量传递原理

下册

第 7 章平衡关系及平衡级

—— 平衡关系；平衡阶段操作

第 1 章蒸馏

—— 双组分溶液汽 - 液平衡；平衡和简单蒸馏；精馏原理、流程与计算；双组分间歇精馏；多组分精馏；特殊精馏

第8章气体吸收

—— 吸收原理；塔高计算；多组分吸收；解吸；富气吸收；板式塔吸收；化学反应吸收；并流操作

第 2 章吸收

—— 吸收过程的汽 - 液平衡；传质动力学；数学模型与速率方程；吸收塔计算；吸收系数；解吸与其他类型吸收

第9章蒸馏

—— 闪蒸；简单蒸馏；精馏原理；有回流比的精馏过程；不稳定精馏以及恒沸精馏；萃取精馏；板效率

第 3 章塔式气液传质设备

—— 板式塔；填料塔

第10章浸提和萃取

—— 浸提和萃取设备；液 - 液萃取原理和计算

第 4 章液 - 液萃取

—— 萃取相平衡与物料衡算的图解；萃取过程计算；液 - 液萃取设备

第11章除湿与固体干燥

—— 干燥；湿空气性质和湿度图；干燥原理；干燥速率曲线；恒速干燥计算方法；降速干燥计算方法；不同干燥过程方程；湿干燥设备

第 5 章干燥

—— 湿空气与湿物料的性质；干燥过程的物料与热量衡算；干燥动力学与时间；干燥器

第12章板式塔和填料塔的设计

—— 板式塔；填料塔

第 6 章新分离技术

—— 膜分离；超临界萃取；分子精馏

3.1 结构安排和内容差异

由于而化学工程单元操作（ Unit Operations of Chemical Engineering ）（英文改编版）是按照我国化工原理教学大纲的要求进行改编的，因此从章节编排上可发现两书结构相似。此处针对各章的内容相同和差异之处进行简要说明。在绪论中，两书均简要介绍了化工原理（化工单元操作）的基本含义，国际单位制与单位换算以及全书涉及的各章节内容。而英文改编版教材中则提及了量纲分析，中文教材则是介绍了单元操作的基本定律与课程安排。

在流体流动章节，中英文版教材均介绍了流体的基本特性、静力平衡及其应用、流体动力学、质量、动量和机械能守恒定律、阻力损失、流体管路计算，而中文版教材则增加了液位的测量，液封高度的计算，流体流动状态、流体动力学在工程上的应用等内容相关的描述和更多的相关习题。

在流体输送章节，中英文版教材均介绍了离心泵的基本方程式、主要参数性能、特性曲线、安装高度、工作点和流量调节、其他类型泵、鼓风机和压缩机等内容。英文版教材则额外介绍了管路、管件和阀门等内容。而中文版教材则增加了相关的原理和内容性介绍，习题种类也更为丰富。

在非均相物系分离章节，两本教材均涉及了颗粒的沉降、过滤等内容。中文版教材增加了关于颗粒特性与离心沉降、设备等相关内容的描述。英文版教材则提及了颗粒在流体中的运动等相关的内容。

传热作为化工原理中的重点章节，两本教材均使用了大量篇幅对其进行描述。且均涉及了传热的基本概念、方式、换热设备、能量方程、热传导、流体有（无）相变时的对流传热、热辐射、热交换过程的计算及换热器等内容。

在蒸发的章节中，两本教材均介绍了蒸发基本定义。而中文教材增加了其在生活中的典型例子。之后，英文教材则先介绍了单效和多效蒸发，之后介绍了蒸发过程的影响因素和蒸发设备。并对单效蒸发和多效蒸发及其中的物料、热量等计算、多效蒸发的生产能力、强度和最佳效数分别展开描述。而中文教材则依次介绍了不同的蒸发设备、蒸发过程和沸点、温度变化的影响因素、单效和多效蒸发及其中的物料、热量等计算、多效蒸发的生产能力、强度和最佳效数。并增加了冷凝器、多效蒸发的综合分析等相关内容。

此外，相较于中文教材，英文教材增加了扩散原理和相间质量传递、平衡关系和平衡阶段操作这两章节。扩散原理和相间质量传递章节介绍了扩散的基本原理，包括其基本方程、扩散系数计算等内容。质量传递原理，包含了膜理论、轴向扩散、边界层、渗透原理等内容。平衡关系和平衡级章节则介绍了理想和非理想溶液的气 - 液平衡、亨利定律、相对挥发度、沸点图、蒸馏和浸出设备、物料和焓平衡、操作线方程、理想平衡等内容，其中部分内容在中文教材的吸收、蒸馏等章节提及。

在蒸馏章节中，中文教材重点介绍了双组分溶液的汽 - 液平衡关系、平衡和简单蒸馏、精馏原理、双组分混合液连续、间歇精馏、多组分精馏以及特殊精馏。英文教材则介绍了包括简单蒸馏、精馏原理、有回流比的精馏过程、不稳定精馏以及恒沸精馏、萃取精馏。

在吸收章节中，两本教材均针对气体混合物中的一个或多个组分吸收进行描述。中文教材提及了吸收过程中的汽 - 液平衡、传质动力学、数学模型与速率方程、吸收塔的计算、吸收系数、解吸以及其他条件下的吸收。而国外教材则涉及吸收原理、塔高计算、吸收过程的物料衡算和操作线方程、稀溶液及浓溶液中的吸收操作、最小液气比、传质系数的表示及相互之间的关系、解吸、富气吸收、板式塔吸收、化学反应吸收、并流操作等内容。

在板式塔和填料塔章节中，中文教材介绍了塔板类型及板上的流体流动、溢流式塔板的结构特点、板式塔的设计与塔板效率、填料的特性参数和种类、填料塔的流体力学特性、计算等内容。英文教材则介绍了填料塔和填料种类、填料塔和板式塔的流体力学、填料塔的计算、塔板效率等内容。

在液 - 液萃取章节中，中文教材介绍了萃取的相平衡与物料衡算的图解规则、萃取过程的计算、液 - 液萃取设备等内容。英文教材则介绍了浸提和萃取设备、浸提和液 - 液萃取原理及计算等内容。

在干燥章节中，中文教材首先对干燥的目的、方法和影响因素进行了描述。之后依次介绍了湿空气和湿物料的性质、干燥过程的物料与热量衡算、干燥动力学和时间、干燥器等内容。英文教材则依次介绍了干燥方法、湿空气和湿固体性质、干燥原理和时间计算、干燥过程的质量和热量衡算、干燥设备和冷却塔。

新分离技术是中文教材下册的最后一章内容，且为中文教材的独有内容。该章介绍了膜分离、超临界萃取、分子精馏等近年来发展起来的新型化工技术，为广大学生提供和丰富了更前沿的化工技术知识。

4.总结与思考

总而言之，国内外化工原理教材虽然从结构和内容上有诸多相似之处，但也存在诸多不同。国外教材更加注重简单性的原理介绍，但在编写过程中存在部分不当之处并忽略了对新型和复杂化工过程的介绍，但这同样值得借鉴并有利于其他专业人士和本专业初学者学习。相较之下，国内教材在偏重原理性介绍的基础上，增加了许多相关内容、习题和关于近年来新型化工技术的介绍，进一步丰富了高校学生对化工原理的知识和理解。但不可忽略的是，国外教材有利于巩固和提升国内大学生的英文水平。采用双语教学的新型模式，给其他课程也提供了良好的教学示范，这也使得我国与国际社会的化工原理教学接轨，取长补短，同时提升高校的教师教学水平和学生的化工专业素质。但需要注意的是，随着时代的不断进步，近年来化工的单元操作也在不断发展和完善。编者在不断学习新知识和比较总结国内教材差异的同时，教材也需要始终保持它新鲜的生命力。不断更新教材，让我国的大学生和化工从业人员不断与时俱进，并对我国的化工领域发展产生积极的影响，这也正是材料它本身的职责与魅力所在。