化学工程基础

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出版者:化学工业出版社
作者:李德华
出品人:
页数:314
译者:
出版时间:2007-8
价格:29.80元
装帧:
isbn号码:9787122006769
丛书系列:
图书标签:
  • 教材
  • 化学
  • 化学工程
  • 化工原理
  • 传热学
  • 流体力学
  • 化学反应工程
  • 分离工程
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  • 化工设备
  • 物性
  • 热力学
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具体描述

《普通高等教育十一五国家级规划教材•化学工程基础》根据高等学校理科化学和应用化学专业。化学工程基础”教学基本要求而编写。主要论述化学工程中典型单元操作及化学反应工程——典型反应器基本原理及其应用。包括, 化学工业与化学工程、流体流动过程、传热、蒸发、吸收、精馏、萃取、新型分离技术,干燥和化学反应工程学——反应器基本原理。

现代材料科学前沿:从微观结构到宏观性能 图书简介 导言:材料科学的时代脉搏 本书旨在为材料科学领域的研究者、工程师和高年级本科生提供一个全面而深入的视角,聚焦于现代材料从原子尺度结构到宏观性能之间复杂而迷人的关联。我们生活在一个由材料定义的时代,从高性能复合材料到智能半导体,材料的创新是驱动技术进步的核心动力。本书摒弃了传统材料学中对特定化学工艺的侧重,转而强调基于物理学原理和计算模拟的材料设计理念。 第一部分:原子与电子世界的构筑 第一章:晶体结构与缺陷的本质 本章深入探讨了晶体结构在原子尺度上的排列规律。我们将从布拉维点阵和晶体学符号入手,详细剖析金属、陶瓷和聚合物的典型晶体结构,例如面心立方(FCC)、体心立方(BCC)和六方密堆积(HCP)。重点放在理解晶体学对称性如何影响材料的宏观各向异性。 随后,我们将系统性地考察晶体缺陷。这些“不完美”的结构,如点缺陷(空位、间隙原子、取代原子)、线缺陷(位错)和面缺陷(晶界、堆垛层错),是决定材料机械、电学和热学性能的关键。我们将运用爱因斯坦-德拜模型和福克-张模型来量化点缺陷的热力学平衡浓度,并详细分析位错的运动学——滑移、交滑移和攀移——如何驱动塑性变形。 第二章:电子结构与能带理论 材料的电子结构是理解其电、磁、光学特性的基础。本章基于量子力学原理,引入布洛赫定理和平带理论,构建电子的能带结构模型。我们将详细阐述费米能级、有效质量的概念,并利用能带结构图来区分导体、半导体和绝缘体。 对于半导体材料,我们将深入探讨掺杂对载流子浓度的影响,分析杂质能级、施主与受主行为。此外,本书还将探讨过渡金属的d电子轨道杂化、稀土元素的f电子局域化,以及这些电子状态如何调控材料的磁矩(铁磁性、反铁磁性)和光学吸收光谱。 第三部分:热力学与动力学:相变与演化 第三章:材料热力学基础与相图构建 材料科学的热力学分析是预测稳定性和反应趋势的基石。本章从吉布斯自由能出发,阐述化学势、活度以及相平衡条件。重点在于如何构建和解读多组分、多相的相图,特别是二元合金(如Fe-C、Cu-Ni系统)的液相线、固相线和共晶点。 我们将引入热力学因子(如熵变、焓变)对相变驱动力的影响,讨论非平衡相变的驱动力——过冷度和过饱和度。书中将详细推导柯文斯-奥斯温模型(Cahn-Hilliard方程的早期形式)在解释亚稳相形成中的应用。 第四章:扩散、生长与微观结构演化 材料的性能在很大程度上取决于其微观结构随时间的变化。本章聚焦于扩散现象,这是固态相变和材料退化的主要机制。我们将区分菲克第一定律和第二定律,并分析点缺陷浓度梯度如何驱动宏观扩散。重点分析柯尔文效应(曲率对溶解度的影响)在细小颗粒沉淀过程中的作用。 我们将探讨相变动力学,从成核到长大。从经典成核理论(CNT)出发,分析成核势垒的高度和临界半径。接着,深入研究诸如拉伸区模型(TDM)和马丁斯-奥斯特瓦尔德(MO)熟化机制,解释为何在长时间热处理后,材料中的第二相粒子会变大,从而导致性能下降。 第三部分:性能与功能:从结构到应用 第五章:力学行为的本构描述 本章关注材料在外部载荷作用下的响应。区别于传统的强度理论,本书强调本构关系的建立。我们将详细分析线弹性区的应力-应变关系,讨论杨氏模量、泊松比的各向异性影响。 随后,进入塑性变形领域。除了位错运动,我们将探讨晶粒尺寸对屈服强度的影响——霍尔-佩奇关系(Hall-Petch)的微观解释。对于高应变率下的动态行为,我们将引入粘塑性模型,如Norton-Bailey关系,并讨论超塑性现象的机制(晶界滑移)。断裂力学部分,我们将用吉布斯自由能原理推导Griffith裂纹扩展的判据,并结合Paris定律分析疲劳裂纹的萌生与扩展。 第六章:先进功能材料的物理机制 本章将视角转向现代高科技应用所需的特殊材料。 介电与铁电材料: 分析电畴的形成与翻转,介电常数随温度和频率的变化,并介绍软铁电体和硬铁电体的应用区别。 半导体异质结: 详细解释能带的阶梯式匹配(Type-I, II, III)如何用于设计LED和太阳能电池。引入空间电荷区(耗尽层)的形成机制和肖特基势垒。 磁性记录材料: 区分超顺磁性、单畴磁性和多畴磁性,重点讨论交换耦合和磁各向异性对热稳定性的影响。 第七章:材料表征与计算模拟 现代材料科学离不开先进的表征技术和强大的计算工具。 表征技术: 本章概述了确定微观结构的手段。重点介绍X射线衍射(XRD)如何用于确定晶格常数和织构;扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)在可视化晶界和位错成像中的应用,特别是高分辨TEM(HRTEM)对原子尺度的解析能力。能量色散谱(EDS)和波长色散谱(WDS)在元素分析中的定量优势。 计算材料学: 介绍从第一性原理(DFT)到介观尺度的模拟方法。重点阐述密度泛函理论(DFT)如何预测材料的电子结构和形成焓。讨论分子动力学(MD)模拟在追踪高温扩散路径和模拟晶体生长动力学中的作用。通过计算模拟,实现对实验的预测和指导。 结论:材料设计的未来方向 本书最后展望了材料科学的未来趋势,包括高熵合金的设计原理、拓扑绝缘体的前景,以及利用机器学习加速新材料的筛选与发现。强调跨学科合作,特别是材料科学家与数据科学家的结合,将是下一代材料创新的关键。 目标读者: 材料物理、材料化学、固态物理、应用物理等相关专业的研究生及高年级本科生。

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回顾我这半年的学习历程,这本书给我的最大启发在于“系统性思维的培养”。化学工程的核心在于将看似分离的单元操作(如传热、传质、反应动力学)整合到一个连续的、相互影响的流程中去。这本书在章节的编排上就体现了这种宏大的结构观。它不是孤立地介绍每一个单元操作,而是总能在介绍完一个新模块后,立即将其放置在一个更宏观的工艺流程图上来审视其在整个系统中的位置和作用。比如,在讲完反应动力学后,紧接着就会讨论反应器的选型和优化,而这些讨论又会立即关联到后续分离单元的负荷变化。这种“牵一发而动全身”的教学设计,迫使读者必须时刻保持全局视角。对我来说,这意味着我不再是分散地掌握知识点,而是开始形成一个立体的知识网络,明白了为什么某个参数的变化会对整个工厂的能耗和产率产生连锁反应。这种思维模式的转变,是任何单一知识点的学习都无法比拟的,它为我未来应对更复杂的工业难题打下了坚实的基础。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮,硬壳封面配上那种略带磨砂质感的纸张,拿在手里沉甸甸的,透露出一种专业和严谨的气息。我特别喜欢它封面上那几组精妙的、用现代设计手法重新演绎的分子结构图,色彩搭配既大胆又克制,完全摆脱了传统教材那种刻板的印象。内页的纸张选用也很考究,不是那种廉价的反光纸,而是略微偏米黄的哑光纸,长时间阅读下来眼睛的疲劳感减轻了不少。排版上,作者和设计团队显然是下了一番功夫的,大段的文字叙述和穿插其中的高清流程图、示意图的布局非常合理,关键公式和定义都用醒目的粗体或不同字号突出显示,使得学习的逻辑线索非常清晰。而且,不得不提的是,随书附带的那个用于查阅核心常数和单位换算的速查卡片真是个贴心的设计,虽然是小物件,但在解题过程中频频救急。整体来看,从触感到视觉,这本书在“物料”层面的体验,完全对得起它所承载的知识的重量,让人从翻开它的第一刻起,就对即将展开的学习旅程充满了期待和尊重,这绝对是近年来我见过的教科书里在物理设计上最下功夫的一本。

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我个人是那种需要通过大量实际案例才能真正理解抽象概念的学习者。这本书在理论阐述的深度上是毋庸置疑的,它对质量守恒、能量守恒这些基础定律的推导过程描述得极为详尽,每一步的数学逻辑都无懈可击。然而,真正让我拍案叫绝的是它在“工程应用实例”这块的处理方式。它没有简单地堆砌枯燥的计算题,而是选取了几个典型的化工过程——比如精馏塔的设计、换热器的优化选择,然后用一种类似“项目制学习”的口吻去引导读者。书中会设置一些现实中会遇到的约束条件,比如成本限制、空间限制、安全裕度等,让你不是单纯地套公式,而是要像一个真正的工程师那样去权衡和决策。其中关于流体力学部分,对不同雷诺数下流态变化的描述,配上那些细致入微的流线图解,一下子就让抽象的“湍流”和“层流”变得可感可知了。这种从理论到实践的平滑过渡,极大地增强了我对所学知识的内化能力,感觉自己不再是死记硬背公式,而是在学习一种解决复杂问题的思维框架。

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坦白说,我接触过不少国外引进的教材,很多翻译过来的版本在术语上总有些生涩或不统一的别扭感。这本书最让我感到亲切和流畅的地方,在于其语言风格的把控。它在保持学术严谨性的前提下,用词非常精准和现代,没有那种老旧教材里特有的晦涩难懂的“书面语病”。作者在解释一些概念时,常常会采用一种像是经验丰富的导师在耳边轻声点拨的语气,那种“你可能会在这里绊倒,所以我们换个角度看一看”的引导,非常有温度。例如,在讲解相平衡的复杂性时,它没有直接抛出复杂的活度系数模型,而是先用一个非常直观的生活例子——比如酒精的挥发速度差异——来铺垫,让读者对“非理想混合物”产生直觉上的认识,然后再逐步引入数学模型。这种由浅入深、由感性认知过渡到理性分析的教学路径,极大地降低了初学者的学习门槛,也让整个阅读过程保持了一种令人愉悦的节奏感,绝不枯燥。

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对于任何理工科学习者来说,工具书的价值远超教材本身。这本书在附录和补充材料上的投入,简直是教科书级别的典范。我尤其关注那些标准化的图例和符号体系。它不仅提供了国际上通用的P&ID(管道及仪表流程图)符号集,还针对一些新兴技术,比如膜分离和反应器工程中的微反应器概念,提供了最新的行业标准表示方法,这对于我们这些准备进入实际工作岗位的学生来说,无异于一张实用的“护照”。更值得称赞的是,书中对于误差分析和数据处理的章节,写得非常系统。它没有停留在简单的“取平均值”的层面,而是深入探讨了测量误差的传递、如何使用最小二乘法拟合实验数据,以及如何量化实验结果的不确定性。这部分内容非常扎实,远超出了很多同类书籍的广度,让我意识到,真正的工程计算,其核心竞争力往往在于对不确定性的管理,而不是对精确度的盲目追求。这部分内容的深度和广度,使这本书超越了一本单纯的入门教材,更像是一本可以长期参考的工程手册。

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