Analysis, Synthesis and Design of Chemical Processes

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出版者:
作者:Turton, Richard; Bailie, Richard C.; Whiting, Wallace B.
出品人:
页数:1104
译者:
出版时间:2012-5
价格:0
装帧:
isbn号码:9780132618120
丛书系列:
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具体描述

Process design is the focal point of chemical engineering practice: the creative activity through which engineers continuously improve facility operations to create products that enhance life. Effective chemical engineering design requires students to integrate a broad spectrum of knowledge and intellectual skills, so they can analyze both the big picture and minute details - and know when to focus on each. Through three previous editions, this book has established itself as the leading resource for students seeking to apply what they've learned in real-world, open-ended process problems. The authors help students hone and synthesize their design skills through expert coverage of preliminary equipment sizing, flowsheet optimization, economic evaluation, operation and control, simulation, and other key topics. This new Fourth Edition is extensively updated to reflect new technologies, simulation techniques, and process control strategies, and to include new pedagogical features including concise summaries and end-of-chapter lists of skills and knowledge. New coverage includes four additional case studies, plus: A new chapter on steady state simulators, addressing key capabilities found in tools such as Chemcad, Aspen Plus, Hysys, and Pro/II A new chapter on dynamic simulators: the first of its kind in any chemical process design book Expanded coverage of process regulation and control at both low and high levels, including Model Predictive Control

好的,以下是一份关于不包含《Analysis, Synthesis and Design of Chemical Processes》内容的图书简介。这份简介将侧重于化工过程设计领域中其他重要且广泛适用的主题,内容详实,力求体现专业性和深度。 --- 新书发布:《现代化工过程系统工程与优化前沿探索》 主编/作者: [此处填写假定的资深教授或行业专家姓名] 出版社: [此处填写假定的知名科技出版社名称] 页数: 约 850 页(精装) 定价: [此处填写一个合理的定价] 图书定位与目标读者 本书聚焦于面向21世纪化工生产的系统级优化、先进过程控制以及可持续性集成方法,旨在填补现有教材在软件工具集成、大数据分析应用以及非传统能源过程设计方面的知识空白。它并非对传统稳态流程模拟基础的简单重复,而是立足于现有成熟设计方法论之上的前沿进阶与跨学科应用。 本书特别适合以下读者群: 1. 具有化学工程或相关专业(如化工热力学、反应工程)硕士及以上学位的研究生。 2. 致力于流程优化、高级过程控制(APC)与实时优化(RTO)的工业研发工程师和技术专家。 3. 关注碳捕获、生物质转化、微反应器网络等新兴领域的设计与操作人员。 4. 希望深入理解工业4.0背景下化工流程数字化孪生(Digital Twin)构建原理的专业人士。 --- 核心内容深度剖析 本书结构严谨,共分为六大核心篇章,每个篇章均包含最新的研究成果和工程实践案例。 第一篇:过程系统工程(PSE)方法论的深化与拓展 (Approx. 180 Pages) 本篇跳出了传统的流程图绘制与单元操作组合的框架,重点探讨了系统层面的建模与决策支持。 多尺度建模范式: 详细阐述了从分子模拟(如DFT对催化剂活性位点的预测)到宏观反应器网络(Reaction Network Synthesis)的层级化建模策略。重点讨论了如何利用这些模型指导过程的放大(Scale-up)而非仅仅是验证放大后的结果。 非线性优化在流程合成中的应用: 深入分析了使用全局优化算法(如混合整数非线性规划 MINLP)解决复杂流程网络结构决策问题的方法。引入了启发式算法(如遗传算法、粒子群优化)在初步结构搜索中的有效性,并讨论了如何避免局部最优解陷阱。 数据驱动的系统辨识: 涵盖了如何利用历史操作数据和先进的统计学工具(如主成分分析 PCA、偏最小二乘 PLS)对复杂非线性过程进行精确的参数估计和模型降阶,为后续的控制和优化奠定数据基础。 第二篇:先进过程控制(APC)与实时优化(RTO)的集成 (Approx. 220 Pages) 本章是本书区别于基础控制理论的关键部分,聚焦于如何将过程设计与实时操作性能最大化相结合。 模型预测控制(MPC)的深度解析: 详述了求解大规模实时优化问题的计算效率问题。引入了模型阶次选择准则,以及在控制目标函数中融入经济成本指标(如原料价格波动、能耗峰谷电价)的权重分配方法。特别辟章节讨论了约束处理中对“软约束”和“硬约束”的动态切换机制。 实时优化(RTO)的鲁棒性设计: 探讨了RTO系统在面对模型不确定性(Model Mismatch)和传感器漂移时的稳定性。重点介绍了在线模型修正(Online Model Rectification)的技术,包括如何利用卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter, EKF)对反应速率常数或分离因子进行实时迭代更新,以确保优化结果的工程可行性。 基于数字孪生的闭环优化: 阐述了如何构建高保真度的动态仿真模型(数字孪生),并将其与实际过程数据进行同步,实现从设计阶段到操作阶段的平滑过渡。讨论了如何利用孪生模型进行“What-If”场景分析和操作员培训。 第三篇:绿色化学与可持续性过程设计 (Approx. 150 Pages) 本篇致力于解决当前化工行业面临的环境与能源挑战,强调“从摇篮到坟墓”的系统思考。 溶剂选择与替代技术: 不仅停留在传统的“绿色溶剂”列表,而是引入了溶剂可持续性指数(Solvent Sustainability Index, SSI)的构建方法,结合生命周期评估(LCA)对超临界流体、离子液体和深共熔溶剂(DES)在具体分离过程中的经济性与环境足迹进行综合比较。 原子经济性(Atom Economy)与反应网络合成的结合: 探讨如何通过催化剂设计和反应路径选择,将传统低原子经济性反应(如取代反应)转化为高原子经济性的加成或重排反应。涉及对催化剂寿命的内置考量。 废水零排放(ZLD)的设计策略: 详细分析了多效蒸发、膜分离技术(如纳滤NF、反渗透RO)在盐分浓缩与回收中的集成方案,并引入了针对特定污染物(如难降解有机物)的高级氧化技术(AOPs)作为预处理或终处理环节的优化布局。 第四篇:反应器设计与新型反应介质 (Approx. 140 Pages) 关注反应工程领域的最新突破,特别是对传质、传热与反应动力学耦合的精细化处理。 微反应器网络与过程强化(Process Intensification, PI): 分析了微通道反应器在处理高放热、高危险性反应(如硝化反应、自由基聚合)中的优势。重点讨论了传热效率提升如何显著改变反应动力学和选择性,以及如何从实验室微反应器网络高效放大到工业规模(Scale-out)。 多相反应器的先进建模: 针对浆态床和鼓泡塔等复杂反应器,详细介绍了计算流体力学(CFD)与反应动力学的耦合方法,特别是如何准确捕捉气液固三相间的动量、质量和能量传递。 生物催化与酶反应器: 探讨了固定化酶反应器在制药和精细化工中的应用,包括酶失活的动力学建模和反应器内酶活性分布的优化设计。 第五篇:分离过程的创新集成 (Approx. 100 Pages) 本篇超越了传统的精馏和萃取,探索了对能源敏感的分离技术。 膜集成与混合分离系统: 介绍了膜蒸馏(MD)、渗透蒸发(PE)在热敏性物料分离中的应用,以及如何将其与传统热力学分离过程进行串联以降低总能耗。 吸附与变压吸附(PSA)的优化设计: 深入研究了新型吸附剂材料(如MOFs、沸石)的筛选标准,以及如何利用动态模拟来优化PSA/TSA的循环周期和压力/温度切换策略,以提高气体分离的选择性与纯度。 第六篇:案例分析与前沿展望 (Approx. 60 Pages) 案例研究: 选取一个具有挑战性的化工项目(例如,大规模生物燃料的集成生产线),展示如何应用本书介绍的所有工具(从系统建模到RTO部署)进行端到端的优化设计。 展望: 讨论量子计算在催化剂筛选中的潜力、自主运行化学工厂(Autonomous Chemical Plants)的未来架构,以及如何应对日益严格的国际安全与环境法规。 --- 本书的独特价值 本书的最大价值在于其系统集成性和前沿导向性。它要求读者将过程设计视为一个整体优化问题,而非一系列孤立的单元操作的简单堆砌。通过对先进控制、大数据分析和可持续性评估的深入讲解,本书提供了一套面向未来工业挑战的、高度量化的决策框架,是化工过程系统工程领域不可或缺的进阶参考读物。 (全书包含大量工程图表、MATLAB/Python代码片段示例、以及流程模拟软件(如 Aspen Plus/HYSYS, gPROMS/Dymola)的脚本或模型构建指导,但不依赖于特定软件的特定模块,而是强调背后的通用数学和工程原理。)

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用户评价

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作为一名教授过程系统工程的教师,我一直在寻找一本能够平衡“经典理论”与“现代计算工具”的教材,而《Analysis, Synthesis and Design of Chemical Processes》正是这样一本杰出的著作。它对过程控制策略的讲解尤为出色,清晰地区分了反馈控制、前馈控制以及先进过程控制(APC)的应用边界和设计思路。特别值得称赞的是,它对计算工具的介绍是批判性的,而不是盲目推崇。作者会明确指出,计算机模拟的输出永远是基于输入假设的,因此,设计者必须具备对模型有效性的深刻洞察力,这一点在当前AI和大数据盛行的时代显得尤为重要。这本书培养的是能够独立思考、能够质疑计算结果的工程师,而不是只会输入参数等待结果的“操作员”。从宏观的项目规划到微观的阀门定位,这本书提供了一套无懈可击的系统化设计哲学。

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坦白讲,我是一个对数学建模有些畏惧的人,尤其是涉及到大型非线性方程组求解时。然而,这本书在“分析(Analysis)”这一块的处理方式,彻底颠覆了我的看法。作者似乎深知读者的痛点,他们没有直接抛出一个复杂的数学模型就要求读者接受,而是先从最简单的平衡方程入手,逐步引入非理想性、动力学效应,最后才过渡到全流程的动态模拟。这种渐进式的难度提升策略,使得原本高不可攀的数学分析变得平易近近。最让我印象深刻的是关于“安全性与风险评估”的章节,它将HAZOP分析和LOPA方法融入到设计阶段的早期决策中,这种前瞻性的风险意识培养,对于我们这些在化工园区工作的人来说,比任何优化算法都来得实在和重要。它教导我们,一个“好”的设计,首先必须是一个“安全”的设计。

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这本书的结构安排非常巧妙,它不像许多教材那样将理论知识碎片化,而是构建了一个完整的、以项目为导向的知识体系。我个人认为它最大的价值在于其对“设计(Design)”阶段的深度挖掘。它详尽地探讨了设备选型背后的经济学考量和工程实践限制。比如,在泵和压缩机的选择上,它不仅讨论了效率曲线,还深入分析了不同材质的腐蚀耐受性以及维护周期的影响因素。这些细节的丰富性,使得这本书超越了一般的学术著作,更像是一本资深工程师的实战笔记。我发现自己每次在做一个具体的设备规格书撰写时,都会不自觉地翻到相应的章节去核对设计裕度,这本书已经成为我工作流程中不可或缺的一部分,它提供的不仅仅是知识,更是一种严谨的工作态度。

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这本《Analysis, Synthesis and Design of Chemical Processes》简直是化工厂设计人员的圣经,我最近在做毕业设计的时候,里面关于工艺流程模拟和优化那几个章节简直是救星。特别是它对 Aspen Plus 等软件的集成应用讲解得极为透彻,我之前一直觉得那些软件的操作界面晦涩难懂,但这本书通过大量的实例推演,把那些复杂的单元操作,比如精馏塔的设计参数确定、反应器的热平衡计算,都掰开了揉碎了讲。我记得有一章专门讲如何进行“设计空间探索”来寻找最优操作条件,那个方法论的清晰程度,让我这个初学者也能快速上手,构建出既经济又环保的初步设计方案。它不只是告诉你“怎么做”,更重要的是解释了“为什么这么做”背后的化学工程原理,那种深入骨髓的理解,是看那些操作手册完全给不了的。那种把理论、软件应用和实际工程限制完美结合的叙事方式,让枯燥的计算过程都变得富有逻辑的美感,强烈推荐给所有在过程工程领域深耕的同行们。

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初次翻开这本书时,我的第一印象是它异常厚重,但随后的阅读体验却远超出了我的预期。我特别欣赏作者在“综合(Synthesis)”部分所采用的启发式方法论,这与传统的自上而下或自下而上的设计流程有着显著的区别。它不是简单地罗列公式,而是教你如何像一个经验丰富的主任工程师那样去“思考”流程的构建。例如,在介绍物料集成网络(PIN)设计时,它没有停留在理论推导,而是结合了多个实际的能源回收案例,清晰展示了如何通过流程简化和热集成来大幅降低运营成本。这种注重“创造性解决问题”而非“机械性应用”的教育理念,让我意识到化学工程设计远不止于满足反应条件,它更关乎资源的最优配置和系统的健壮性。这本书的排版和图示也处理得极佳,那些流程图和P&ID的绘制规范性极高,可以直接作为我们内部培训的标准参考资料。

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