《化工熱力學》自2009年出版以來得到了讀者的好評,其起點高、眼界闊、理念和形式新、有時代感、脈絡清晰、生動、易於理解的風格受到了師生們的喜愛,被全國50多所兄弟院校使用。本教材2010年榮獲中國石油和化學工業優秀教材獎,2011年榮獲江蘇省精品教材。本書編者馮新教授2018年榮獲“感動江蘇教育人物——2018最美高校教師”的稱號,所主持的南京工業大學化工熱力學課程2009年榮獲國家精品課程;周彩榮教授2016年榮獲河南省高等教育教學名師稱號。為了這些進步能與讀者分享,編者們花了整整三年時間對教材進行了修改。這期間,編者們多方聽取了使用者的意見;同時,不斷汲取國內外及工業界最新養分,希望把自己的所思所想和點滴進步反映到新版教材中。希望這本凝聚了編者們心血的教材能不辜負大家的期望和厚愛。
《化工熱力學》(第二版)在繼承原有風格的基礎上,更加注重邏輯性和擴展知識,強調模型選擇的重要性:
1.第2～7章章首設置了“本章框架”“導言”和“本章基本要求”,讓學生一開始就對每一章的重要作用和主要內容、章與章之間的關係、需要重點掌握的知識點了然於心。
2.為了讓學生能真正認識到化工熱力學最重要的是“概念”而不是“算算算”,第5章新增了“5.5熱力學模型選擇與AspenPlus”,採用南京英斯派工程技術有限公司的工程案例作為例題,真題真做,考察了不同熱力學模型對精餾塔的分離能力、設備和能耗、投資和操作費用及開車情況的影響。該工程案例充分說明,如果沒有準確地選擇熱力學模型,AspenPlus給出的答案可能是非常荒謬的。可以說:沒有熱力學模型,就沒有化工設計。
3.主要的內容變化:①第2章“混合規則”的描述更清晰;②G=H-TS始終是熱力學的主線,為此,第3章新增“3.3.2Gibbs自由能隨T、p的變化關係式”；③第5章新增“5.5熱力學模型選擇與AspenPlus”；④第6章“6.2熱力學第二定律及其應用”部分改動較大,“敞開體系的熵平衡”表述得更清晰,新增了學生喜聞樂見的“工業生產節能實例”；⑤第7章在結構和內容上改動較大,以提高學習效果；⑥新增了較多的例題與習題,以體現各章之間千絲萬縷的聯繫；⑦為了讓學生們瞭解更多化工熱力學的歷史、感受到時代的脈搏,增加了“知識拓展”內容。
本書第1章、第2章由南京工業大學馮新教授編寫,第3章、第7章由鄭州大學周彩榮教授編寫,第4章、第5章由武漢工程大學宣愛國教授編寫,第6章由華北理工大學侯彩霞副教授編寫,全書由馮新教授、宣愛國教授統稿。
各章的參考學時為第1章2學時、第2章6學時、第3章6學時、第4章10～12學時、第5章8～12學時,第6章6～8學時、第7章6～8學時。帶*號的內容可作為選講內容,便於教師根據不同專業、不同學時要求進行取捨。
在《化工熱力學》(第二版)編寫過程中,不僅編者們竭盡了全力,也得到了很多專家、同行、學生的支持和幫助:華東理工大學劉洪來教授、南京工業大學陸小華教授、瑞典呂勒奧工業大學吉曉燕教授給予了高水準的指點；南京英斯派工程技術有限公司謝佳華總經理花費了大量時間和精力為本書撰寫案例,並把很多寶貴的設計案例無私奉獻了出來；南京工業大學化工學院劉暢教授、楊祝紅副教授、呂玲紅教授、朱育丹副教授提出了很多有益的建議,劉暢教授提供了許多有價值的教改成果；武漢工程大學化工與製藥學院楊犁副教授、武漢工程大學郵電與資訊工程學院向麗副教授為本書再版的校正和教材的配套計算軟體發展提供了很多支援；武漢工程大學化工與製藥學院碩士研究生宋子林為本書開發了配套的計算軟體；南京工業大學化工學院樊凡同學對配套的計算軟體進行了測試；許多使用本教材的師生也對再版提出了寶貴意見。再版工作還得到江蘇省精品教材、江蘇省品牌專業建設經費的支持,在此一併深表謝意!
由於編者的學術水準有限,書中難免有不妥之處,敬請讀者批評指正。
編者
2019年1月
第一版前言
化工熱力學是國內外化學工程與工藝專業的主幹課程,是化工過程研究、開發和設計的理論基礎。
化工熱力學概念嚴謹、理論性強,使眾多學子在枯燥的數學公式和抽象的概念面前望而生畏。課時縮短後,問題更加突出。
為解決應用型人才培養中對課程“為什麼學-學什麼-如何學-如何用”的困惑,2007年7月,教育部化學工程與工藝專業教學指導分委員會在北京召開了“化學工程與工藝專業應用型本科教學研討會”,對應用型本科教材提出了新的要求,並確定以南京工業大學馮新、武漢工程大學宣愛國為牽頭人來負責組織應用型《化工熱力學》教材的編寫工作。之後,同年8月在天津大學召開“全國化工類專業教學成果推廣暨人才培養方案與核心課程教學研討會”以及11月在鄭州大學召開“第二屆全國化工熱力學教學與學科發展研討會”上,經過廣泛交流、充分討論,新教材確定了“從生活中來,到生產中去”的主旨。教材編寫內容始終圍繞“為什麼要學-學什麼-如何學-如何用”展開。為了使學生能真正體會到化工熱力學的美麗和智慧所帶來的快樂,本教材無論從內容上還是形式上均有推陳出新之舉,令人耳目一新。
(1)以學生為中心,注重列舉生活和生產實例
改革傳統教育觀念,強調以學生為中心。“理解是走向真知必不可少的階段”,本教材精心設計例題和習題——考慮到學生對生產沒有感性認識,本教材從生活入手,用學生熟悉的生活例子設疑,再用化工熱力學原理解疑,最後上升到生產中去。如“液化氣成分的選擇”“以壓縮天然氣為燃料的計程車的里程問題”等；;此外,各章適時穿插一些與熱力學原理密切相關的科學前沿成果,如“低溫熱管降服青藏鐵路凍土‘多動症’”“化工熱力學與遏制全球變暖的關係”。人所共知,全球氣候變暖是一個關係到人類存亡的大問題,而CO2等溫室氣體的捕集、埋存與熱力學的溶解度緊密相關。這些看似簡單的生活問題,實則隱藏著深深的熱力學原理,希望通過這些例子讓學生們領悟到化工熱力學的重要。
(2)注重科學層面上培養學生的節能減排意識
化工熱力學最根本任務就是給出物質和能量的最大利用極限,因此本教材希望從科學層面上培養學生的節能減排意識。我們深信,與只會翻開書本套公式的學生相比,能在頭腦中有清晰、正確合理利用能源與資源概念的學生對全球可持續發展的貢獻更大。因此,本教材中無論是引言還是例題經常將熱力學原理與國計民生相聯繫,以培養學生對能源資源的憂患意識。
(3)注重化工熱力學巧妙思想方法的傳輸
化工熱力學的數學公式紛繁複雜,理論概念嚴謹、抽象,但其實是“似至晦,實至明；似至繁,實至簡；似至難,實至易”。它時時處處將“複雜事物變成簡單事物加校正”的解決問題的方法,非常巧妙與獨特,值得同學們學習與借鑒。
(4)注重緒論、引言和結論
本教材非常重視緒論、引言和結論。
緒論中詳細地交代了化工熱力學的用途、研究內容和特點、研究方法以及各章之間的關係,這樣可以使學生一開始就對該課程的總體框架有一個較為清晰的認識。
每一章引言從學生已有知識入手,以國家和社會需求為大背景,生動、有時代氣息,親切如同課堂開場白;每一章以設問為出發點,圍繞提出問題和解決問題,循環往復,以問題帶動知識的學習和掌握,使教學活動誘人深入,不斷激發學生的求知欲望。
各章之間內容與公式的前後呼應,更體現了不同章節熱力學原理之間千絲萬縷的聯繫和絲絲入扣的特徵。
每一章的小結,都是從全域來理解該章內容的重要性以及最重要的概念和結論回顧,讓學生一目了然。
(5)圖文並茂、計算手段新穎
本教材最大的創新和特點是,留出1/4版面,插入大量圖片和重點提示圖板,使得教材生動活潑、重點突出、易於理解。而應用Excel“單變數求解”工具和狀態方程計算軟體的圖解說明,將紛繁複雜的計算演繹得清楚明瞭、易於掌握,從而詮釋了電腦、網路與化工熱力學的聯繫和應用,極具時代氣息。
本教材另一創新是通過“創新的軌跡”講述原理和公式背後的故事,讓學生理解基礎研究的重要性和科學技術的繼承性。
全書分為7章。第1章為緒論、第2章為流體的p-V-T關係和狀態方程,由南京工業大學馮新教授編寫；第3章為純流體的熱力學性質計算,由鄭州大學周彩榮教授編寫；第4章為溶液熱力學性質的計算、第5章為相平衡,由武漢工程大學宣愛國教授編寫;第6章是化工過程能量分析,由河北理工大學田永淑教授編寫；第7章是壓縮、膨脹、動力迴圈與製冷迴圈,由瀋陽化工大學龍小柱教授編寫。馮新教授、宣愛國教授對全書進行了通讀和統稿。全書由天津大學馬沛生教授主審。
各章的參考學時為第1章和第2章6學時、第3章6學時、第4章12學時、第5章8～12學時,第6章6～8學時、第7章6～8學時。帶*號的內容可作為選講內容,便於教師根據不同專業、不同學時要求進行取捨。
本書作為化學工程與工藝及有關專業的應用型本科教材,也可作為化學化工教師、化學工程師、研究生和從事相關工作的科研和工程技術人員的參考書。
在本教材的寫作過程中,得到南京工業大學陸小華教授、武漢工程大學王存文教授、鄭州大學蔣登高教授的熱情關懷和指導;也得到了南京工業大學材料化學工程國家重點實驗室錢紅亮碩士生、雲志教授、張雅明教授、楊祝紅副教授、呂玲紅副教授、劉暢副教授和武漢工程大學“綠色化工過程”教育部和湖北省共建實驗室鄒正、王丁,南京工業大學化學化工學院孫超、謝文龍、呂家威的幫助;本教材還得到南京工業大學“化學工程與工藝國家特色專業”以及“化學工程與工藝專業國家優秀教學團隊”建設經費的支持,在此向他們表示深深的感謝!
由於我們的學術水準有限,書中不足之處,敬請讀者批評指正。
編者
2008年12月
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