Molecular Modeling in Heavy Hydrocarbon Conversions

Molecular Modeling in Heavy Hydrocarbon Conversions pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Marcel Dekker Inc
作者:Klein, Michael T.
出品人:
页数:264
译者:
出版时间:2005-9
价格:$ 225.94
装帧:HRD
isbn号码:9780824758516
丛书系列:
图书标签:
  • Molecular Modeling
  • Heavy Hydrocarbons
  • Catalysis
  • Chemical Engineering
  • Computational Chemistry
  • Petroleum Chemistry
  • Reaction Mechanisms
  • Adsorption
  • Simulation
  • Energy
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具体描述

In the past two decades, new modelling efforts have gradually incorporated more molecular and structural detail in response to environmental and technical interests. "Molecular Modelling in Heavy Hydrocarbon Conversions" introduces a systematic molecule-based modelling approach with a system of chemical engineering software tools that can automate the entire model building, solution, and optimization process. Part one shows how chemical engineering principles provide a rigorous framework for the building, solution, and optimization of detailed kinetic models for delivery to process chemists and engineers. Part two presents illustrative examples that apply this approach to the development of kinetic models for complex process chemistries, such as heavy naphtha reforming and gas oil hydroprocessing. "Molecular Modeling in Heavy Hydrocarbon Conversions" develops the key tools and best possible approaches that process chemists and engineers can use to focus on the process chemistry and reaction kinetics for performing work that is repetitive or prone to human-error accurately and quickly.

好的,这里为您提供一份关于《分子模拟在重烃转化中的应用》的图书简介,内容详实,侧重于该领域的核心技术、挑战与未来方向,并力求自然流畅,避免技术性空洞: --- 《复杂烃类系统中的分子模拟:原理、方法与工业洞察》 图书简介 本书深入探讨了分子模拟技术在理解和优化复杂烃类转化过程中的核心作用。随着能源需求的不断演变和对可持续化学的日益关注,如何高效、精确地将重质原油、沥青质和生物质衍生的复杂碳氢化合物转化为高价值化学品和燃料,已成为现代化学工程面临的重大挑战。本书旨在为科研人员、工程师以及相关领域的专业人士提供一个全面、系统的视角,阐述如何利用先进的计算方法来揭示这些宏大过程背后的微观机制。 核心内容聚焦: 第一部分:理论基础与模型构建 本部分首先奠定了分子模拟的基础。我们从热力学和动力学理论出发,详细回顾了原子间相互作用势(Force Fields)的构建与校准在烃类系统中的关键性。由于重质烃类的组分复杂性,特别是其中包含大量的芳香族、环烷族和杂原子结构,标准势场的适用性受到了极大限制。因此,本书重点讨论了如何针对重油、渣油等高碳数体系开发和验证特定的精炼级势场(Refined Force Fields),包括对硫、氮等杂原子官能团的精确描述。 随后,我们将目光转向介观尺度的挑战。重质烃类转化往往涉及多相界面现象,如催化剂表面的吸附、扩散以及相分离。本书详细介绍了经典分子动力学(MD)模拟在描述这些动态过程中的应用,强调了如何通过增强采样技术(Enhanced Sampling Methods),如Metadynamics或Umbrella Sampling,克服高能垒和复杂构象空间带来的计算瓶颈。此外,我们还探讨了蒙特卡洛(Monte Carlo, MC)模拟在平衡态性质预测,特别是相平衡和溶解度研究中的独特优势。 第二部分:催化转化过程的微观机制解析 重烃转化的核心在于催化剂的作用。本书将分子模拟的应用场景具体聚焦于几个关键的工业过程: 1. 催化裂化(FCC)与加氢裂化(HDC): 详细分析了分子筛骨架(如ZSM-5、Y型沸石)内部的孔道结构如何影响碳正离子中间体的稳定性和产物选择性。通过在催化剂孔道内进行的MD模拟,我们可以量化不同分子尺寸和极性对扩散速率的影响,从而优化催化剂的设计。我们特别关注了积碳(Coking)的形成机制——分子模拟如何帮助识别导致催化剂失活的早期芳烃聚合路径。 2. 延迟焦化与热解(Pyrolysis): 对于这些高难度、高温的转化过程,分子模拟提供了一种安全的、高分辨率的替代手段来观察瞬态反应。本书展示了如何利用量子化学(QM)或QM/MM(量子力学/分子力学)耦合方法来精确计算自由基反应的能垒,从而揭示从大型沥青质分子中剥离轻质组分的关键断裂步骤。 3. 加氢脱硫/脱氮(HDS/HDN): 杂原子的去除是石油精炼的关键环保步骤。本书侧重于硫醇、噻吩、咔唑等典型杂原子化合物在金属催化剂(如CoMoS、NiMoS)表面吸附位点的偏好性研究。通过计算吸附吉布斯自由能,可以预测不同催化剂的活性位点对特定杂原子的选择性,为开发新型非贵金属催化剂提供理论依据。 第三部分:复杂流体与界面现象的模拟 重质烃类在储存、运输和反应过程中,其宏观行为深受分子间作用力和界面现象的影响。 粘度与流变学模拟: 传统的流变学测量在极端温度下往往受限。本书阐述了如何利用MD模拟计算剪切粘度和扩散系数,并将其与Walsh-Wadsworth-Young模型等宏观关系进行对比验证,特别是在描述高粘度沥青质中的分子松弛过程。 相分离与聚集体结构: 沥青质的沉降和堵塞是原油处理中的顽疾。我们运用Coarse-Grained (CG) 模型来模拟数万个分子在溶剂中的聚集行为。通过调整溶剂化参数,可以清晰地观察到胶束的形成、尺寸分布以及与非烃类组分(如金属卟啉)的相互作用,这对于设计有效的稀释剂至关重要。 第四部分:面向工业应用的计算工具与未来展望 本书的最后一部分关注于如何将实验室计算成果转化为工业可行性。我们讨论了高通量计算(High-Throughput Screening)在筛选数千种潜在催化剂配方中的效率优势。同时,鉴于重烃系统的巨大尺度,本书也探讨了机器学习(ML)在加速势场开发和预测复杂反应路径中的前沿应用。 未来展望部分,本书强调了多尺度建模的集成是解决重烃复杂性的必然趋势。从原子层面的量子计算到反应器尺度的计算流体力学(CFD)耦合,如何构建无缝衔接的计算框架,将是推动重烃转化技术实现革命性突破的关键所在。 面向读者: 本书适合于化学工程、材料科学、物理化学、石油化工领域的硕士和博士研究生,以及致力于研发新型催化剂、优化炼油和化工流程的工业研究人员和技术人员。阅读本书需要具备基础的分子模拟概念和热力学知识。通过本书的学习,读者将掌握将复杂的宏观现象追溯至原子尺度行为的能力。 ---

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