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出版者:冶金工业出版社发行部

作者:徐利华

出品人:

页数:174

译者:

出版时间:2006-7

价格:26.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787502439897

丛书系列:

图书标签:

• 热工学
• 工业窑炉
• 传热学
• 燃烧学
• 窑炉设计
• 热力学
• 节能技术
• 工业工程
• 材料热处理
• 窑炉控制

《化工原理与过程控制》 内容简介： 本书旨在为化学工程、化工设备、以及相关领域的专业人士和学生提供一个系统、深入的学习平台。内容涵盖了化工生产过程中最为核心的基础理论、关键单元操作、以及现代工业生产不可或缺的过程控制技术。全书结构严谨，逻辑清晰，理论讲解与工程实践紧密结合，旨在培养读者扎实的专业基础和解决实际工程问题的能力。 第一部分：化工基础理论 物质传输与相平衡： 物质传输： 深入剖析了动量、热量和质量的传递机理。 动量传递： 详细阐述了流体的静力学和动力学，包括流体在管道中的流动阻力、压降计算、流体输送机械（如泵、风机）的工作原理及选型依据。内容涵盖了粘性流体和非粘性流体在不同流态（层流、湍流）下的行为特征，以及雷诺数的意义和应用。此外，还将探讨非牛顿流体的流变学特性及其在特定工业过程中的表现。 热量传递： 详细介绍了传导、对流和辐射三种基本传热方式。 传导： 深入讲解了傅里叶导热定律，分析了稳态和瞬态导热的计算方法，包括一维、二维及三维问题的求解。重点关注了复合壁结构的导热，以及热阻的概念在工程计算中的应用。 对流： 区分了自然对流和强制对流，并深入探讨了传热系数的计算方法，包括影响对流传热效率的关键因素，如流体性质、流速、表面几何形状等。特别强调了在实际工程中，如何通过强化传热或减缓传热来达到工艺要求，并介绍了几种常用的强化传热技术，如增加换热面积、改变流体流动方式等。 辐射： 详细阐述了黑体、灰体辐射定律，以及表面间的辐射换热计算。分析了辐射在高温工艺中的重要性，如熔炉、焚烧炉等。 质量传递： 阐述了扩散和对流扩散的原理，介绍了菲克定律及其在分离过程中的应用。深入分析了气液、液液、气固、液固等界面间的传质过程，包括传质系数的概念，以及影响传质效率的因素，如浓度梯度、界面面积、相间阻力等。 相平衡： 重点研究了多组分体系在不同相态下的平衡关系。 气液平衡： 详述了理想溶液的拉乌尔定律和非理想溶液的活度系数概念。深入分析了蒸汽压、泡点和露点温度的计算，以及二元和多元体系的相图（如T-x、P-x、y-x图）的解读与应用，特别关注了恒沸现象的产生机理及其对分离过程的影响。 液液平衡： 探讨了互溶和部分互溶体系的相行为，介绍了分配系数和萃取效率的计算。 固液平衡： 分析了溶解度、结晶过程的热力学基础，以及固液两相平衡的特点。 汽液固三相平衡： 简要介绍了在特定压力和温度下，三相共存的条件。 化学反应工程基础： 反应动力学： 深入研究了化学反应的速率方程、反应级数、表观活化能等概念。详细讲解了恒定温度、恒定体积和恒定压力下反应速率的积分和微分法求解。重点关注了影响反应速率的关键因素，如温度、浓度、催化剂的活性和选择性。 反应器类型及设计： 介绍了不同类型反应器的特点、适用范围及设计原则。 釜式反应器： 包括间歇釜式反应器（CSTR）和连续搅拌釜式反应器（CSTR）的稳态和动态分析。 管式反应器： 包括理想活塞流反应器（PFR）和固定床反应器，详细讲解了它们的设计 equations 和传热/传质的考虑。 流化床反应器： 介绍了其优缺点，以及在催化反应中的应用。 多相反应器： 探讨了气-液、气-固、液-液等反应器的设计，如鼓泡塔、喷雾塔、固定床、流化床等。 反应器优化： 探讨了提高反应器效率和选择性的方法，包括反应条件优化、催化剂选择、多段反应与循环等。 第二部分：化工单元操作 本部分将系统介绍化工生产中常见的物质分离、混合、分离等单元操作，重点在于操作原理、设备选择、性能计算和优化设计。 流体输送与混合： 流体输送： 详细介绍各种流体输送设备，包括离心泵、容积泵、风机、压缩机的选型、性能曲线分析及安装使用注意事项。重点讨论了在不同工况下，如何选择最经济、最可靠的输送设备。 混合操作： 介绍各种混合设备，如搅拌器、混合器、静态混合器等，并分析其混合效率，以及在液-液、气-液、固-液混合中的应用。 传热单元操作： 换热器： 详细介绍管壳式换热器、板式换热器、翅片管换热器、套管式换热器等结构形式，并分析其传热原理、传热系数计算、压降计算及选型依据。重点阐述了如何根据介质特性、传热量需求、操作压力、温度等因素进行合理选择和设计。 蒸发与结晶： 介绍蒸发器的类型（如降膜式、刮膜式、强制循环式等）及其工作原理，并分析影响蒸发效率的因素。详细讲解了结晶过程的原理、常用结晶设备（如蒸发结晶器、冷却结晶器、溶液结晶器）以及晶体质量控制方法。 干燥： 介绍各种干燥设备，如烘箱、喷雾干燥器、气流干燥器、滚筒干燥器等，并分析其干燥机理、干燥曲线、干燥速率以及设备选型。 分离单元操作： 精馏与吸收： 精馏： 深入讲解了多组分精馏理论，包括塔板效率、理论塔板数计算、最小回流比、操作回流比等。详细介绍了塔釜、塔顶、塔板（如筛板、泡罩板、填料塔）的设计和操作。 吸收： 讲解了气液传质过程，介绍了填料吸收塔、板式吸收塔等设备，并分析了吸收剂的选择、吸收剂用量、填料的选择及传质系数的计算。 萃取： 介绍液-液萃取原理，包括单级萃取、多级逆流萃取，并分析了萃取设备（如萃取塔、离心萃取机）的选择和操作。 吸附： 介绍吸附分离原理，重点介绍固-气、固-液吸附过程，以及吸附剂的种类、吸附等温线、吸附容量等。 膜分离： 简要介绍反渗透、纳滤、超滤、微滤等膜分离技术在化工生产中的应用。 第三部分：过程控制与自动化 自动控制系统基础： 系统组成： 介绍自动控制系统的基本组成部分，包括测量元件、控制器、执行器和被控对象。 控制回路： 详细讲解了基本控制回路，如比例（P）、积分（I）、微分（D）控制以及PID复合控制的工作原理和各自的特点。 反馈控制与前馈控制： 分析了反馈控制的优缺点，并介绍了前馈控制的作用和应用。 控制器的整定： 介绍常用的控制器整定方法，如齐格勒-尼克斯法、临界比例法等，以获得最佳的控制性能。 化工过程的控制： 主要控制参数： 重点关注温度、压力、流量、液位等主要化工过程参数的测量技术和控制方法。 典型过程控制： 针对精馏塔、反应器、换热器等典型化工设备，详细阐述其过程控制方案的设计，包括变量的选择、控制策略的制定、仪表配置等。 串级控制与比值控制： 介绍串级控制在抑制干扰和提高控制精度方面的应用，以及比值控制在维持物料配比方面的作用。 先进过程控制： 简要介绍模型预测控制（MPC）、模糊控制、神经网络控制等先进控制策略在复杂过程中的应用。 过程分析与优化： 过程监测与数据分析： 介绍过程数据采集、存储、处理和分析的方法，以及利用数据进行过程诊断和优化。 过程仿真与建模： 介绍利用过程仿真软件对化工过程进行建模和模拟，以预测过程行为、优化操作条件和进行设备设计。 适用对象： 本书适用于高等院校化工类、化学工程类、应用化学类专业的本科生和研究生，以及从事化工设备设计、生产操作、过程控制、自动化技术等相关工作的工程技术人员。 本书特色： 理论与实践并重： 紧密结合工程实际，将抽象的理论知识转化为解决实际问题的工具。 内容全面深入： 涵盖了化工生产的各个关键环节，内容深入浅出，易于理解。 图文并茂： 配备大量示意图、流程图和实例，帮助读者直观理解。 注重能力培养： 旨在提升读者的分析问题、解决问题的能力，培养复合型工程人才。 通过学习本书，读者将能够系统掌握化工生产所需的必备知识和技能，为日后从事相关领域的学习和工作打下坚实的基础。

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这本书的语言风格带着一种老派工程师的严谨和务实，但又不失现代工程学的活力。它的深度是毋庸置疑的，但更令人称道的是其清晰的逻辑框架和详实的工程案例。我特别欣赏作者在处理热辐射计算时所采用的方法。在面对复杂几何形状和非均匀温度场时，如何简化计算模型又不失精度，书中提供了多种实用技巧，比如利用表面间的“视图因子”进行计算的简化思路，以及如何处理烟气、灰尘等非透明介质对辐射传热的影响。这些内容对于设计大型工业炉膛（如加热炉或煅烧炉）至关重要，因为辐射往往是主要的传热方式。另外，书中对耐火材料的选择和应用也有独到的见解。它不仅仅是罗列材料的耐火等级，而是结合了热冲击、化学侵蚀和机械负荷等多种工况，给出了一套多维度的评估体系。例如，在介绍不定形耐火材料时，对浇注、捣打工艺对最终性能的影响分析得非常透彻，这显然是源自多年一线经验的总结。总而言之，这本书提供了一种系统性的、面向工程实际的解决问题的思路，它教会的不是一套死板的公式，而是一种看待和分析热工系统的方法论。

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阅读这本《热工基础与工业窑炉》的体验，与其说是在学习知识点，不如说是在进行一次系统的工程思维训练。作者在对窑炉的**热平衡**和**能耗分析**部分的处理尤其出色，视角非常宏大且全面。他们没有满足于计算输入热量和输出产品热量的简单相减，而是深入剖析了能量损失的各个环节——从炉体辐射散热、排烟口热损失，到燃烧不完全以及各种操作泄漏。书中提供的能耗结构分解图表，清晰地揭示了企业在哪里“漏财”，这对于推行能源管理体系具有直接的业务价值。此外，书中对于各种燃料特性（如煤、天然气、重油）在不同燃烧设备中的适用性进行了细致的比较，这对于需要根据原料供应情况调整设备或新建项目的工程师来说，是不可多得的参考资料。更让我觉得受用的是，书中对**过程的动态特性**有所涉及，例如如何根据窑炉的体积和热容量来估算其升温和降温的速率，这对于制定安全操作规程和维护计划至关重要。整本书的深度和广度兼顾得非常好，既有坚实的理论基础，又有丰富的工程经验的沉淀，它更像是一本指导工程师如何设计、运行和优化热工系统的“行动指南”。

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这本书的结构安排堪称一绝，它没有那种为了凑字数而堆砌概念的通病，每一章的内容都像是精心雕琢的模块，紧密围绕着“热工基础”如何支撑起“工业窑炉”的实际操作与设计展开。我特别关注了关于工业窑炉分类和运行控制的那几个章节。作者对不同类型窑炉——从简单的马弗炉到复杂的玻璃熔窑——的结构特点、热负荷分布以及燃烧系统的配置进行了详尽的对比分析。这种横向的比较，极大地拓宽了我的视野，让我明白了设计选择背后的权衡取舍：是为了追求极高的温度，还是更注重能源的梯级利用，亦或是要兼顾物料的均匀加热效果。书中对炉内温度场的数值模拟结果展示得非常直观，虽然我们没有直接去运行复杂的计算流体力学（CFD）软件，但通过这些图示，我们已经能大致掌握热流动的规律，这对诊断实际生产中出现的不均匀烧结或局部过热问题极具指导价值。此外，书中对各种新型燃烧技术和节能措施的介绍也紧跟时代步伐，例如对低氮氧化物燃烧器和蓄热式加热炉技术的深入探讨，显示了作者对可持续发展理念的重视。这本书并非只是停留在“是什么”的层面，它更侧重于“为什么是这样设计”以及“如何通过调控来实现目标”，这种对设计思想的阐述，才是其价值的精髓所在。

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拿到这本书时，我原本预期会读到一本相对枯燥的工程手册，但实际的阅读体验却出乎意料的流畅和富有启发性。最大的亮点在于作者对“过程控制”的强调，这在传统的热工学书籍中往往是一笔带过的内容。在这本书中，热工基础知识被直接转化为了一套可执行的监测和调节体系。比如，在谈到炉气成分分析和氧量调节时，作者不仅给出了化学计量比的计算公式，更详细描述了实际操作中传感器滞后、环境干扰等因素如何影响控制精度，并提出了PID控制参数的初步选定原则。这种将理论知识“落地”的处理方式，对于正在从事自动化控制和工艺优化的工程师来说，简直是宝贵的财富。此外，书中对“热工安全”的关注也令人印象深刻。对爆炸极限、有害气体泄漏检测以及紧急泄压系统的设计规范都有明确的提及，这不仅仅是技术层面的讲解，更体现了一种严谨的职业素养。我个人认为，这本书成功地架起了一座桥梁，连接了基础物理定律与复杂的、充满不确定性的工业现场，让读者明白，优秀的热工设计，本质上是对能量流、物质流和信息流的精妙管理。

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这本《热工基础与工业窑炉》的作者显然对热力学和传热学的原理有着深刻的理解，并且能够将这些复杂的理论知识巧妙地融入到实际的工业应用中去。阅读这本书的过程，就像是进行了一次从宏观到微观、从理论到实践的深度探索。开篇的章节对热力学第一、第二定律的阐述严谨而清晰，不同于一些教科书的干巴巴罗嗦，这里的讲解充满了启发性，总能将抽象的概念与现实中的能源转换过程联系起来，让人茅塞顿开。特别是关于熵增和热力学第二定律在限制工业过程效率方面的论述，非常到位，不仅解释了“为什么会这样”，更指明了“如何才能做得更好”。书中对于传热学中导热、对流、辐射三种基本方式的分析，更是细致入微，无论是对不同材料热物性的探讨，还是对复杂换热器设计中流体动力学影响的考量，都体现了作者扎实的工科背景。我尤其欣赏书中对工业实践中常见问题的剖析，比如如何优化燃烧过程以减少污染物排放，如何通过改进炉衬材料来提高窑炉的耐用性和热效率。这种理论与实践紧密结合的写作风格，使得这本书远超一般参考书的范畴，更像是一本高级工程师的实践心得汇编。尽管内容专业性强，但作者的叙述逻辑性极强，层次分明，即便是初次接触这些领域的读者，也能在循序渐进中建立起完整的知识体系。

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