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出版者:化学工业

作者:陈新志

出品人:

页数:263

译者:

出版时间:2005-8

价格:29.00元

装帧:

isbn号码:9787502573911

丛书系列:

图书标签:

• 化工热力学
• 热力学
• 化学工程
• 传热
• 相平衡
• 溶液热力学
• 化学反应
• 热力学性质
• 工程热力学
• 热力学计算

工业流程优化与过程强化技术前沿探索 内容提要： 本书深入剖析了当代化工、能源及材料科学领域中，以提高效率、降低能耗和环境影响为核心目标的工业流程优化与过程强化（Process Intensification, PI）技术。全书涵盖了从理论基础到工程实践的广泛内容，旨在为从事化工设计、操作、研究与教学的工程师和科研人员提供一套系统、前沿的工具箱。 第一章：面向可持续性的化工过程基础重构 本章首先回顾了传统化工流程的固有局限性，特别是在能效、物料利用率以及“三废”排放方面的挑战。重点阐述了“绿色化学”和“可持续工程”的核心原则如何驱动流程的根本性变革。我们探讨了如何从分子层面理解反应和分离过程的能量需求，并引入了“原子经济性”和“环境因子（E-factor）”的最新评估标准。 详细介绍了流程模拟与优化的基础框架，包括 Aspen Plus、HYSYS 等主流软件在处理复杂多组分体系时的建模技巧。特别关注了实时优化（Real-Time Optimization, RTO）在动态操作条件下的应用，阐述了如何通过先进的控制策略（如模型预测控制, MPC）实现对生产单元的全局能耗最小化。 第二章：过程强化核心技术：微反应器与高效传热 过程强化是实现设备小型化、本质安全和高效率的关键途径。本章聚焦于微通道技术在化学反应工程中的应用。详细解析了微反应器（Microreactors）的传质与传热优势，包括其极高的比表面积如何有效抑制副反应、精确控制反应温度，以及如何应用于高危或快速反应体系（如硝化、聚合反应）。 深入探讨了高效传热设备的设计与选型。内容覆盖了紧凑型换热器（Compact Heat Exchangers），如板式、螺旋板式以及金属泡沫换热器的热力学与流体力学特性。对比分析了反应-分离一体化设备，例如反应精馏（Reactive Distillation）、膜反应器（Membrane Reactors）的工作原理、优势及其在平衡限制反应中的突破性应用。 第三章：新型分离技术：膜过程与吸附分离的深度集成 传统蒸馏和萃取是高能耗单元操作。本章致力于介绍和评估膜分离技术在化工领域的新进展。详细分析了气体分离膜（如渗透蒸发膜、燃料电池用质子交换膜）、液体分离膜（如纳滤、反渗透）的选择性与渗透通量的理论模型。重点阐述了膜接触器在气体吸收与脱除中的优势。 此外，本章详细讲解了模拟移动床（Simulated Moving Bed, SMB）及变压吸附（Pressure Swing Adsorption, PSA）等高效吸附分离技术。通过案例分析，展示了这些技术如何显著降低提纯过程的蒸汽消耗，特别是在同分异构体分离和复杂气体混合物净化中的应用。 第四章：催化剂创新与反应工程的突破 催化剂是流程效率的决定性因素。本章从多相催化的角度出发，探讨了新型多孔材料（如金属有机框架, MOFs；共价有机框架, COFs）在催化反应中的潜在应用。分析了催化剂的微结构设计如何影响活性、选择性和寿命，特别是对限域效应和孔道内传质阻力的研究。 深入探讨了非传统活化手段在反应工程中的应用，包括微波辅助加热、超声波催化以及光催化。这些技术如何提供更高的能量利用效率和更温和的反应条件，从而实现传统热力学方法难以达到的选择性。 第五章：数字化孪生与智能制造在流程优化中的实践 本章将视角转向工业 4.0 时代的数字化赋能。详细介绍了如何构建化工过程的数字孪生（Digital Twin）模型，该模型结合了高保真物理模型、历史运行数据和机器学习算法。探讨了数字孪生在故障预测与健康管理（PHM）、操作员培训以及未来操作策略验证中的作用。 聚焦于人工智能（AI）与深度学习在复杂系统优化中的应用，例如使用强化学习（Reinforcement Learning）训练控制代理，以应对高度非线性和时变的生产环境。阐述了如何利用大数据分析技术（如过程数据挖掘）来揭示隐藏的工艺瓶颈和能耗热点。 第六章：能源系统集成与热电联产优化 化工企业是主要的能源消耗者，因此能源系统集成是流程优化的核心环节。本章详细介绍了过程集成（Process Integration）的经典方法——热集成（Pinch Analysis）的最新发展，包括最小公用工程量、目标网络的构建和操作优化的扩展应用。 重点剖析了热电联产（Combined Heat and Power, CHP）系统与主要生产单元的优化耦合。分析了如何利用先进的换热网络设计，最大化利用低品位余热，并结合有机朗肯循环（ORC）技术，将原本无法回收的低品位热能转化为电能，从而提高整个工厂的能源综合利用率。 总结与展望： 本书最后总结了流程优化与过程强化技术所面临的挑战——如跨学科知识整合、高成本的初期投资以及操作人员的技能转型，并对未来技术发展方向如模块化工厂设计和生物基化学品的高效合成进行了展望，强调了系统思维和多目标优化的重要性。本书内容紧贴工业前沿，注重理论与工程实践的深度结合。

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这本书在处理高难度课题时的细腻处理，真的让我叹服。它对偏心因子（acentric factor）在各种状态方程中的作用进行了深入的剖析，并展示了它如何显著改善对低分子量烃类混合物蒸汽压的预测精度。这不仅仅是把一个参数代入公式，而是解释了为什么这个“修正因子”在描述分子形状不对称性时如此有效。此外，在处理高分子溶液的热力学时，本书并未采用那种过于简化的平均场理论，而是引入了更贴近实际的格子模型和Flory-Huggins理论的变体，这对于处理聚合物溶解、萃取等问题提供了坚实的理论基础。特别是对渗透压和聚合物分子量测定的热力学关联，展示了学科间的交叉深度。整本书的行文风格，从始至终保持了一种沉稳、精确的学术调性，既有面向理论研究者的深度，也具备指导工程实践的广度，让人在学习过程中不断感到“原来还可以从这个角度去看待这个问题”。

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读完这本专著的初期部分，我最大的感受是，它不仅仅是一本“教你怎么算”的书，更是一本“教你为什么这么算”的书。它很注重理论的严谨性，但同时又保持了对工程应用的敏感度。我记得在讲解化学平衡时，作者非常细致地探讨了活度系数的计算，并且没有回避标准状态选择对计算结果带来的实际影响。这在很多入门教材中是被一笔带过的，但对于实际的工艺设计来说，标准状态的选择直接影响到经济性评估。书中对于化学反应热的计算和焓变的估算部分，简直就是一本操作指南，它不仅给出了基础的赫斯定律应用，还深入探讨了高温高压条件下，反应热随温度变化的积分方法，这对于我们进行反应器优化设计时至关重要。此外，书中对热力学第三定律的阐述也相当到位，结合了实验数据的不确定性讨论，使得理论推导不再是纯粹的数学游戏，而是与精确测量紧密相连。总的来说，这种既有理论深度，又不失工程实用性的平衡掌握，是这本书最难能可贵的地方，它让我对热力学在化工中的地位有了更清晰的认识。

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阅读过程中，我发现这本书的图表和插图的使用达到了一个很高的水准，它们绝非简单的装饰，而是信息密度的载体。那些压力-温度相图、T-x-y 图以及 VLE (气液平衡) 图，每一个都标注得极为清晰，并且常常配有简短的文字说明，解释了图中特定区域（如亚临界、超临界）所对应的物理状态和热力学行为。这对于我们快速建立过程的“感觉”非常有帮助。比如，在讨论亚临界流体性质时，书中对临界点附近物性变化的剧烈程度的描述，配合着等温线图的陡峭变化，比单纯的公式推导更具震撼力。另一个让我印象深刻的亮点是关于热力学计算软件的辅助应用部分，它没有直接推销某个软件，而是提供了一套通用的计算流程和模块构建思路，教会读者如何利用数值方法去解决那些解析解失效的复杂多相平衡问题。这种“授人以渔”的教学方式，体现了对现代化工研发和生产需求的深刻理解。

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这本书的结构安排，简直像是一位经验丰富的老教授在为你量身定制课程。它巧妙地将理论的抽象性和工程的复杂性切割开来，再逐步缝合。例如，在引入了纯组分的气液平衡后，它立刻用大量的篇幅去讨论混合物的非理想性，特别是对于那些形成共沸物或有强相互作用的体系，它的处理方法比我之前看的任何资料都要细致。作者没有满足于用简单的范特霍夫方程进行泛化，而是深入挖掘了分子间作用力如何影响气液分配系数，这对于理解精馏塔的设计极限非常有帮助。我尤其欣赏其中关于热力学性质测量方法的介绍，虽然篇幅不长，但对于热容、密度等关键参数的测量误差分析和数据校正方法，提供了非常实用的指导。这使得我们在面对真实世界的脏数据时，知道如何运用热力学框架去“清洗”和验证数据。这种对“数据质量”的关注，体现了作者深厚的工程实践背景，而不是纯粹的理论推导者的视角。

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这本厚重的《化工热力学》啊，拿到手里就感觉到了沉甸甸的学术分量。我原本以为这会是一本枯燥乏味的教科书，充满了晦涩难懂的公式和定义，但翻开扉页后才发现，作者的叙述方式相当有章法。一开始就从宏观的热力学基本概念讲起，比如能量守恒定律在化学过程中的具体体现，而不是一开始就钻进那些复杂的偏微分方程里。最让我惊喜的是，书中对“熵”这个概念的解释，简直是化解了多年的困惑。不同于其他教材将熵仅仅定义为“无序度”，这里的阐述更深入地结合了统计力学的基础，用更直观的微观粒子运动来描绘宏观性质的变化，这对于我这种更偏好物理图像的读者来说，无疑是找到了一个绝佳的切入点。而且，作者在引入相平衡理论时，并没有直接丢出吉布斯相律，而是通过一系列精妙的推导，一步步引导我们理解为什么会有这些限制条件，这种循序渐进的教学设计，极大地提升了阅读的连贯性和理解的深度。我特别喜欢其中关于非理想溶液模型的讨论，作者详细对比了各种模型（如Wilson, NRTL等）的适用范围和内在假设的差异，并结合实际的化工分离过程案例进行说明，这让抽象的理论瞬间落到了实处，感觉手中的知识不再是空中楼阁。

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考完就生无可恋了。。。

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