化工单元操作类教材编写新主线的研究

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1、对本课程现有教材进行创新，下面两篇论文，给出了思考方法和创新途径化工单元操作类教材编写新主线的研究*刘伟民1，赵杰文1，黄阿根2，张建伟3，李保国4，许学勤5，阮征6，张彧7，傅亮8，陈厚荣9，柴春祥10，张岩11，艾凤祥1，马海乐11.江苏大学，2.扬州大学，3.天津科技大学，4.上海理工大学，5.江南大学，6.华南理工大学，7.大连工业大学，8.暨南大学，9.西南大学，10.天津商业大学，11.青岛农业大学摘要针对化工单元操作类教材编写的现状，提出研究编写新主线的问题，揭示并系统表述出化工单元操作内容的内在联系，并对此进一步系统化和简化，创造出一条“三传

2、一致表述”的新主线，以方便编者组织、教师施教和学生学习。基于研究结果，运用新主线编写了一本《食品工程原理》教材，以推动化工单元操作类教材的发展。关键词单元操作化工原理食品工程原理教材编写主线一、现有化工单元操作类教材主线存在的问题化工单元操作类教材是指《化工原理》[1-3]、《食品工程原理》[4-8]、《环境工程原理》[9]、《制药工程原理》[10]等以化工单元操作为主要内容的教材。与此类教材对应的课程为化工、食品、生物工程、制药等专业的专业基础课程，担负着培养学生掌握专业生产过程中单元操作知识的重任，地位极为重要，内容也较难学。化工单元操作类教材传授单元操

3、作学的知识，可使相关专业人员系统化和简化表述化工类型生产过程，如化工、生物工程、食品及制药等的生产过程。但现有的化工单元操作类教材在系统化和简化表述方面仍有完善和发展的余地，编写高质量的化工单元操作类教材依然是相关教师需要努力的目标。本文的多数作者为化工单元操作类课程的一线教师，具有多年不间断讲授此类课程的经验，使用过多种版本的化工单元操作类教材，总结后发现国内现有化工单元操作类教材中，少数教材如华东理工大学陈敏恒等编写的《化工原理》[1]明确了两条主线，即“以单元操作为研究内容”的一条主线和“对研究方法进行研究的方法论”另一条主线，其他大多数教材没有明确提

4、出教材主线。此类教材如果主线简明，将非常有利于教师施教、学生学习以及编者安排内容。作者认为，陈敏恒等揭示的两条主线还可以得到提炼，理由如下：化工单元操作原理可进一步归并到“三传”原理，即动量传递、热量传递和质量传递原理，而人们已经将表述“三传”规律的方程归一为“现象方程”，即“三传量通量=－（扩散系数）（三传量浓度随传递方向导数）”，其中三传量指动量、热量或物质的量，三传量浓度指单位体积的动量、热量和物质的量，扩散系数的的单位均为m2/s，此现象方程预示三传通量计算式究其实质应该表述一致，因此化工单元操作内容虽然庞杂但却可表述一致，此表述的一致性应作为教材更

5、为简明的主线。然而，由于化工单元操作中涡流情形更为广泛使用，但涡流扩散系数难求，涡流的现象方程实际应用意义不大，所以，现有的教材虽然按照“三传”组织内容，并指出这“三传”之间有相似性，但没能以“现象方程”表征的三传表述的一致性为主线进行系统化和简化，给人留有主线内涵还有待深入研究的印象。湍流现象方程中的湍流扩散系数虽然较难求取，但这并不应该妨碍将现象方程所揭示的三传表述的一致性用作化工单元操作类教材的主线，问题仅在于人们还未对化工单元操作类教材中三传表述的一致性和表述方法进行深入的研究和应用。本文作者将研究这一问题的解决方法，试图突破对化工单元操作类教材体系

6、现有的认识，提出一条“三传表述一致”的新主线。二、现有化工单元操作教材内容表述的概括和提炼现有化工单元操作包括以后可能出现的新的单元操作表面看联系不大，互相独立，其实单元操作的传递原理都可归类为动量、热量和质量“三传”原理，因此，“三传”的原理统一了各单元操作的原理，“三传”的研究方法也统一了各单元操作的研究方法。“三传”的原理和研究方法是对各种单元操作的原理和研究方法的统一和简化。如能将“三传”的原理和研究方法归一表述，则将得到简明的化工操作类教材的编写或理解主线。展开而言，要完成一个具体单元操作所需设备的选择或设计，需要有这种设备的计算公式及形成计算公式

7、的方法学。决定一种单元操作设备大小的关键在于得到设备的通量，即单位时间通过单位面积传递的动量（表征出受力）、热量和物质量等，就需要给出设备通量计算的具体表达公式和开发计算公式的方法。以稳态过程的动量传递为例，不难理解，得到流速，要计算某管道稳态输送水的能力，只要再乘以管道截面积即可。同样在规定流速的情况下，也可计算完成规定的送水量所需的管道直径。所以，开发流速的计算公式为流体流动等操作研究的基础问题。流速与流体受力密切相关，根据牛顿第二定律，力可表述为动量随时间的变化率，动量传递速率即表示受力大小，所以流速与流体动量变化速率密切相关。例如，一段水平等径圆直管

8、中，上下游没有压强差时，管中流体不发生流动，平均流速