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出版者:化学工业

作者:孙彦

出品人:

页数:453

译者:

出版时间:2005-3

价格:45.00元

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isbn号码:9787502565398

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绿色化工设计与实践：迈向可持续的生产未来 本书简介 在当代工业生产的转型浪潮中，环境保护与资源效率已不再是可选项，而是决定企业生存与发展的核心要素。本书《绿色化工设计与实践》正是在这一时代背景下应运而生，它致力于为化工、化学工程、环境工程及相关领域的工程师、设计师和研究人员提供一套全面、系统且极具操作性的绿色化设计理论框架和工程实施指南。 本书深度聚焦于如何将可持续性原则——最小化环境足迹、优化能源与物质利用、消除或替代有害物质——融入化工工艺的整个生命周期，从源头设计到最终运营和废物处理。我们摒弃了传统上将“环保”视为末端治理的旧有观念，转而倡导“本质安全与绿色化”的设计理念，即在工艺开发阶段就内在地嵌入环境友好的特性。 第一部分：绿色化工的设计哲学与理论基石 本部分为全书的理论基础，旨在建立读者对现代绿色化学和绿色工程核心原则的深刻理解。 第一章：可持续化学的演进与绿色化工的战略地位 本章追溯了化学工业从“三废”时代到环境友好型生产的演变历程。详细阐述了由保罗·阿纳斯塔斯和约翰·华纳提出的十二项绿色化学原则，并将其转化为工程实践中的具体指导方针。重点讨论了原子经济性（Atom Economy）的精确计算方法及其在反应路线选择中的决定性作用，区别于传统的产率（Yield）概念，强调将所有反应物原子纳入最终产品的目标。同时，探讨了生命周期评价（LCA）在化工产品和工艺选择中的关键地位，它要求我们从原材料开采到产品报废的整个链条进行综合环境负荷评估。 第二章：工艺风险评估与本质安全设计 绿色化工的基石是安全。本章系统地介绍了现代化工工艺中的固有安全（Inherently Safer Design, ISD）理念。ISD超越了传统的安全仪表系统（SIS），强调通过改变工艺参数、原料性质和设备布局来实现本质上的安全。内容涵盖了最小化（Minimization）、替代（Substitution）、缓和（Moderation）和简化（Simplification）四大核心策略。例如，如何通过使用更安全的替代溶剂、降低反应温度和压力（缓和），或采用微反应器技术（最小化和简化）来从根本上消除爆炸和泄漏的风险。本章还详细解析了工艺危害分析（PHA）方法，如HAZOP、What-If分析，并将其与绿色设计目标相结合。 第二部分：绿色反应工程与催化剂技术 化工的核心在于反应。本部分将研究如何通过创新的反应条件和催化剂系统来最大化效率并最小化废物产生。 第三章：高效能催化剂的设计与应用 催化剂是绿色化工的“引擎”。本章深入探讨了新型多相催化剂、单原子催化剂（SACs）以及生物催化剂（酶）在提高选择性、降低能耗方面的巨大潜力。详细分析了如何通过负载体工程、孔道结构调控和活性位点设计来优化催化剂的稳定性和再生能力。特别关注了环境友好型催化反应，如氧化反应中采用分子氧代替有毒的化学氧化剂，以及如何设计易于分离和回收的非均相催化体系，避免后处理中的额外溶剂消耗。 第四章：绿色溶剂工程与无溶剂反应 溶剂通常占化工生产中废物总量的80%以上。本章专注于溶剂的绿色化替代策略。详尽对比了超临界流体（如超临界二氧化碳）、离子液体（Ionic Liquids, ILs）以及深共熔溶剂（DESs）的物性、优势与局限性。此外，本章还系统地介绍了无溶剂反应技术，包括机械化学（Mechanochemistry，即球磨技术）在固体反应物混合和活化中的应用，展示了如何在不引入液相介质的情况下实现高效合成。 第五章：新型反应器技术与过程强化（Process Intensification, PI） 过程强化是实现绿色、紧凑和高效生产的关键。本章详细介绍了如何利用先进反应器技术来打破传统釜式反应器的局限。重点阐述了微反应器（Microreactors）和管式反应器（PFRs）在传质和传热效率上的指数级提升，这使得苛刻反应条件得以安全实施，从而提高选择性。此外，还探讨了反应蒸馏、膜反应器和微波辅助反应等集成技术，它们通过将多个单元操作合并为一个设备，显著减少了设备体积和能耗。 第三部分：分离工程的绿色化转型与资源化 即使反应最完美，分离提纯过程依然是高能耗环节。本部分专注于开发低能耗、高选择性的分离技术。 第六章：低能耗膜分离技术 膜分离技术被誉为“21世纪的分离技术”，因其运行压力低、无相变等特点，成为替代传统蒸馏的理想选择。本章全面解析了微滤、超滤、纳滤和反渗透膜在化工过程中的应用，并重点聚焦于用于有机物分离的高性能渗透蒸发膜、选择性气体分离膜以及新型的金属有机框架（MOF）基分离材料。讨论了如何通过膜技术的集成（如膜接触器、渗透蒸发耦合蒸馏）来进一步降低整体操作能耗。 第七章：吸附与萃取的绿色化改进 对于难以通过膜分离的复杂体系，本章探讨了吸附和萃取的优化。在吸附方面，侧重于新型多孔材料（如COFs、MOFs）的合成及其在特定污染物或目标产物捕获中的高选择性。在萃取方面，着重介绍了反应萃取、双向萃取以及超临界流体萃取（SFE）的应用，强调利用物理化学原理而非简单地增加溶剂用量来实现高效分离。 第八章：热力学驱动分离的优化——蒸馏与结晶的能效提升 尽管蒸馏是传统单元操作，但仍可通过工程手段实现绿色化。本章详细介绍了热集成技术（如热泵辅助蒸馏、多效蒸馏）在回收余热和降低蒸汽消耗方面的设计方法。此外，对于结晶过程，探讨了如何通过精确控制过饱和度、搅拌速率以及引入“种子晶体”来调控晶型和粒度分布，从而简化后续的过滤和洗涤步骤，减少溶剂使用。 第四部分：废弃物最小化、能源集成与生命周期评估 本书最后一部分将视角从单一工艺扩展到整个工厂系统，探讨集成化管理和全生命周期考量。 第九章：工业共生与废物资源化 本章倡导将废物视为“错位的资源”。详细阐述了工业生态学（Industrial Ecology）和工业共生（Industrial Symbiosis）的理念，即一个工厂的副产物可以成为另一个工厂的原料。内容涵盖了从废水中回收高价值金属、从有机废气中回收能源（如热解、催化燃烧），以及生物质废弃物的转化利用（如沼气发酵、生物燃料生产）。重点分析了实现这种共生网络所需的工程基础设施和经济模型。 第十章：化工工厂的能源集成与热力学效率最大化 能源是影响化工过程经济性和环境影响的关键因素。本章教授读者如何运用热力学方法对工厂进行全面能源审计。深入讲解了夹点技术（Pinch Analysis）在工艺热交换网络设计中的应用，目标是最小化外部公用工程（如冷却水、蒸汽）的输入，实现工厂内部热能的最大化循环利用。本章提供了大量实际案例，指导如何通过合理的设备布局和介质流道设计，将工厂的整体能源效率提升至极限。 第十一章：绿色化工项目的经济可行性与生命周期评估（LCA） 绿色设计必须是经济上可持续的。本章讨论了如何将环境成本（如碳排放税、废物处理费）纳入传统的净现值（NPV）分析中，构建“全成本核算”模型。同时，详细演示了ISO 14040系列标准下的LCA操作流程，包括目标设定、清单分析、影响评估和解释，旨在帮助工程师在设计初期就量化评估不同工艺路线的环境足迹，确保绿色创新真正实现环境效益和经济效益的双赢。 结论 《绿色化工设计与实践》不仅是一本技术手册，更是一部引导未来化工产业变革的行动指南。它要求从业者以全新的、跨学科的视角审视每一个设计决策，将效率、安全与环境责任融为一体，共同构建一个资源节约型、环境友好的现代化生产体系。

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这本书的语言风格非常具有“工程师的浪漫主义”，它既有严谨的数学推导作为骨架，又有对分子间作用力、界面现象那种近乎诗意的描述作为血肉。我个人对物理化学的理解一直比较薄弱，很多关于热力学和动力学的概念总是模棱两可。但这本书通过引入大量生动的类比和实际的工业案例，比如如何用渗透压来解释蛋白质浓缩的原理，如何用表面张力的概念来理解乳液的稳定性，让我豁然开朗。我曾花了一个下午，反复研读其中关于“相平衡”的那一章，它把看似枯燥的相图，描绘成了一场分子间的舞蹈，精彩绝伦。这本书对不同分离阶段的协同作用也探讨得很深入，它强调的不是单一技术的突破，而是整个工艺链条的优化。对于那些试图建立自己分离平台的科研人员来说，这本书提供了从微观到宏观的完美桥梁，它教会我们如何让每一个分离步骤互相成就，而不是互相掣肘。

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说实话，这本书的深度完全超出了我的预期，我原本以为会是那种公式堆砌、只适合专业研究人员的教科书，结果它更像是一本关于“如何打破壁垒”的实战手册。作者对各种分离技术（比如色谱、膜分离、离心等）的优缺点分析简直是入木三分，不是简单地罗列参数，而是深入到了物理化学的根源。印象最深的是关于“超临界流体萃取”那几章，那些描述流体在临界点附近性质剧变的文字，读起来简直像在看科幻小说一样震撼。它没有回避工程实践中的难点，反而用一种近乎“坦诚”的笔调，去剖析放大生产时会遇到的各种“坑”。我身边的几个同事，都是那种只会套公式的“工具人”，自从读了这本书，他们的思路明显开阔了许多，开始思考如何从源头优化工艺，而不是被动地去调整参数。这本书的价值在于，它教我们如何“思考分离”，而不是仅仅“执行分离”。它提供了一种系统性的解决问题的框架，这种框架的普适性，足以应用于任何需要精确组分控制的领域。

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这本书的封面设计简直是艺术品，深邃的蓝色调配上流动的线条，让人一眼就能感受到那种精密和深奥。我本来是冲着封面去的，但翻开第一页就被作者的文笔深深吸引住了。那种娓娓道来的叙述方式，像是有一位经验丰富的前辈在耳边轻声讲解复杂的原理，每一个概念都被剖析得清清楚楚，却没有丝毫枯燥感。我尤其喜欢它对历史脉络的梳理，从早期的粗放提纯到现代的纳米级分离，那种演进过程读起来充满了史诗感。它没有直接告诉我“怎么做”，而是先构建了一个宏大的知识体系，让我明白“为什么会这样”。对于初学者来说，这无疑是一剂强心针，它把一个看似高冷的领域，变得触手可及。我常常在深夜里捧着它阅读，沉浸在那些关于选择性、效率和纯度的哲学思辨中，感觉不仅仅是在学习技术，更是在理解一种对待科学的严谨态度。这本书的配图也极为考究，那些复杂的流程图和示意图，清晰到让人不需要跳出正文去查阅任何辅助资料，直接就能在脑海中构建出实验装置的三维模型。

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从图书馆借来的这本书，沉甸甸的手感就给人一种“有料”的暗示，而阅读体验完全证实了这一点。我注意到，书中对于不同操作单元的能耗分析做得非常细致，甚至给出了不同年份、不同规模工厂的估算模型。这种贴近实际经济效益的分析视角，对于那些需要进行项目可行性论证的人来说，简直是无价之宝。它没有停留在理论的象牙塔中，而是直面了工业生产中“成本”和“效率”的永恒矛盾。我发现，书中对“绿色化学”分离方法的关注度非常高，对溶剂的毒性、回收率以及废水处理的讨论，都体现了作者强烈的社会责任感。阅读到后面，我感觉自己不仅仅是一个技术学习者，更像是一个正在设计一座未来化工厂的总工程师，需要权衡各种技术、经济、环保因素。这本书的价值不在于它告诉你“标准答案”，而在于它提供了一套完整的决策工具箱，让你有能力自己去推导出最适合你的“最优解”。

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我是一个对细节有轻微强迫症的读者，这本书的排版和字体选择简直是为我量身定做。大量的留白，恰到好处的行距，让阅读体验达到了一个前所未有的高度。最让我赞赏的是，书中对各种新型分离材料的介绍，那些最新的高分子膜材料、仿生分子筛等等，信息量巨大但组织得井井有条。作者似乎掌握了全球各大顶会的前沿动态，很多我还在关注的专利和论文，竟然都在书中得到了专业的解读和对比分析。这让我感觉手中的这本书，不是一本静止的出版物，而是一个实时更新的知识平台。特别是对“过程分析技术（PAT）”在分离领域应用的论述，非常具有前瞻性，它预示了未来智能化的生产流程。我甚至将书中提到的几种新型色谱填料的结构图打印出来，贴在了我的工作台前，时刻提醒自己，技术迭代的速度有多快，我们必须保持学习的饥渴感。

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