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出版者:化学工业

作者:陈庆//邵泽波

出品人:

页数:237

译者:

出版时间:2008-6

价格:29.00元

装帧:

isbn号码:9787122018632

丛书系列:

图书标签:

• 过程工程
• 设备设计
• 化工设备
• 机械设计
• 工程概论
• 流程工业
• 设备选型
• 传热
• 分离
• 泵阀

制造与工艺前沿：现代工业体系中的关键流程与设备 引言：工业进步的脉络与挑战 在现代工业的宏大叙事中，从基础材料的生产到尖端产品的制造，其核心驱动力始终在于对物质转化过程的精确控制与优化。本书《制造与工艺前沿：现代工业体系中的关键流程与设备》旨在深入探讨支撑当代工业运转的一系列核心制造技术、流体与能量传输系统，以及如何将这些复杂的单元操作整合为一个高效、安全、可持续的整体流程。我们聚焦于流程工业（如化工、制药、能源、食品加工）中不可或缺的设备选型、系统集成、操作优化以及面对日益严格的环境与安全法规所采取的工程对策。 第一部分：流程基础与单元操作的精深解析 流程工程的基石在于对物质、能量和动量的传递现象的深刻理解。本卷将超越基础热力学与流体力学的初步介绍，深入研究工业实践中的关键单元操作。 第1章：流体输送与流体力学的高级应用 本章详细分析了工业管网设计中的复杂流体流动问题。我们将探讨非牛顿流体在管道中的特性，泵、压缩机和风机等动能设备的设计原理与选型标准，特别关注其在变负荷、高粘度或含有固体颗粒工况下的性能衰减与维护策略。对关键流体设备（如离心泵、往复泵、轴流泵）的选型图谱、汽蚀现象的预防及处理技术，以及密封与润滑系统的可靠性设计进行了全面覆盖。此外，对管道应力分析、柔性连接器的选择以及在极端温度和压力条件下管道系统的完整性管理，提供了实用的工程指导。 第2章：传热技术与热交换器的优化设计 传热是流程工业中最普遍且最关键的能量交换环节。本章聚焦于壳管式换热器、板式换热器以及特殊用途换热器（如空气冷却器、炉管）的详细设计计算与优化。内容涵盖了污垢因子的精确评估、换热效率的提升策略（如采用增强型传热面的设计）、管程与壳程的优化布局，以及在换热网络设计（Pinch Technology）中的应用。同时，对涉及相变的传热过程，如冷凝与再沸器的设计，特别是对回流比控制和塔底液相热负荷的精确平衡，进行了深入探讨。 第3章：分离技术的精密控制：精馏与吸收 分离操作是提纯产品和回收溶剂的核心。本章将精馏过程的理论（如平衡常数、相对挥发度）与实际工程操作紧密结合。详细解析了塔内件的选择（填料与塔盘的性能比较）、塔高与塔径的确定方法、塔底与塔顶系统的设计，以及过程控制在维持产品纯度方面的作用。对于吸收与脱附过程，本章侧重于气液接触效率的评估、吸收剂的选择与再生系统的设计，以及在环保领域（如烟气脱硫）中的应用案例。 第4章：固液分离与颗粒物料处理 针对制药、矿物加工和精细化工领域，颗粒物料的处理至关重要。本章系统介绍了沉降、过滤、离心分离等关键技术。在过滤方面，深入剖析了加压过滤、真空过滤、以及膜过滤技术在不同粒度和浓度物料中的适用性。离心机的选型依据、操作点确定以及清洁与维护规程，也得到了详尽的阐述。此外，对干燥过程的物料特性影响（如热敏性、收缩性）与干燥设备（如喷雾干燥、双锥回转干燥）的匹配性分析，构成了本章的重要组成部分。 第二部分：过程集成、控制与安全保障 流程的有效运行，不仅依赖于单个设备的性能，更取决于系统集成度、自动化水平和风险管理能力。 第5章：反应工程与过程放大 本章将反应动力学知识应用于实际反应器的设计。重点讨论了间歇式反应器（Batch Reactor）与连续式反应器（CSTR, PFR）的适用场景、优缺点及设计计算。针对具有强放热或强吸热特性的反应，深入研究了夹套、盘管以及外循环冷却系统的热管理策略，以避免热失控。本章还探讨了多相反应器（如气液固反应器）中催化剂床层的设计、压降控制与催化剂更换策略。 第6章：过程控制系统与自动化集成 现代流程工厂是高度自动化的。本章系统梳理了过程控制的基本回路（如PID控制器的调谐与应用），并扩展至更复杂的先进过程控制（APC）技术，如模型预测控制（MPC）在优化收率和能耗方面的应用。对传感器、执行器、DCS/PLC系统的架构、可靠性与故障诊断，提供了全面的工程视角，强调了数据采集与实时分析在维持工艺窗口稳定性的关键作用。 第7章：设备材料选择与腐蚀防护 材料的耐受性是流程设备长期稳定运行的先决条件。本章详述了碳钢、不锈钢（奥氏体、铁素体、双相钢）、镍基合金以及非金属材料（如玻璃钢、聚合物衬里）在不同腐蚀环境下的性能表现。重点分析了应力腐蚀开裂（SCC）、点蚀、缝隙腐蚀等常见失效模式，并详细介绍了缓蚀剂的应用、阴极保护技术以及设备表面处理在延长使用寿命中的关键作用。 第8章：工业安全、健康与环保（SHE） 流程安全是不可逾越的红线。本章结合HAZOP（危险与可操作性分析）、LOPA（保护层分析）等风险评估工具，系统讲解了工艺安全管理（PSM）的核心要素。详细阐述了泄压保护系统的设计（安全阀、爆破片的选择与排放计算），火灾与爆炸的预防措施（惰性化、通风），以及有毒有害物质的泄漏检测与应急响应预案。同时，对工业废水、废气和固体废物的减量化、资源化及无害化处理技术，提供了工程化的解决方案。 结语：面向未来的可持续工程 本书的最终目标是培养读者将理论知识转化为解决复杂工程问题的能力。在探讨传统流程设备的同时，我们关注了模块化设计（Modularization）、数字化孪生（Digital Twin）技术在流程模拟、预测性维护中的应用趋势，以及如何通过流程强化（Process Intensification）技术，实现更小规模、更高效率和更低能耗的未来工厂建设。本书是流程工程师、设备设计师以及现场管理人员深入理解并优化现代工业流程体系的实用参考。

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这本书的深度体现在它对“不确定性”的处理上。在现实的工业设计中，输入参数往往是模糊的、带有波动的，而这本书没有假定一个完美、线性的世界。它花了相当的篇幅去讨论如何处理工艺参数的偏差和设备制造公差。对于泵和压缩机这类动态设备，它不仅讲解了其选型曲线，更深入探讨了叶轮或转子在不同工况下可能产生的振动模式和气蚀现象，并提供了一套初步的诊断流程。最让我眼前一亮的是，它在讨论设备集成和管路布局时，引入了**整体生命周期成本（LCC）**的概念，这超越了单纯的设备采购成本，将安装难度、维护周期甚至未来的拆除回收成本都纳入了考量。这种超越传统“一次性设计”范畴的系统观，对于培养未来的项目经理级别的工程师至关重要，它要求我们在设计的每一个细节中，都预埋下对未来操作和维护的友好性。

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这本书的视野是超越单一专业的。我原本以为这只是一本关于“硬件制造”的书，但随着阅读深入，我发现它对**自动化和控制系统**的集成考虑是如此的自然和顺畅。它将过程控制的逻辑无缝地嵌入到设备操作规程的讨论中。例如，在描述精馏塔的温度控制回路时，它不仅仅介绍了PID控制器的基本结构，更重要的是，它解释了为什么在塔釜和塔顶需要不同的控制策略（例如，一个侧重于能量平衡，另一个侧重于产品纯度），以及这些控制回路如何影响到塔盘上的液相分布和热量传递效率。这种将“物理设备”与“信息控制”视为一个统一体的设计理念，是现代智能制造和过程优化的基石。这本书成功地向读者展示了，一个优秀的设备工程师必须同时具备对物理过程的深刻理解和对信息流的敏锐洞察力，它确实是一本面向未来的工程入门指南。

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这本关于过程设备设计的书，给我的感觉就像是一份非常详尽且结构清晰的工程蓝图。刚拿到手时，我主要关注的是它在基础概念上的阐述深度。作者并没有停留在对各种设备进行简单罗列，而是花费了大量篇幅去构建一个完整的系统思维框架。比如，在讨论换热器设计时，它不仅仅给出了几种常见的管壳式换热器类型，更深入剖析了不同流体特性对换热效率和设备选型的影响，甚至提到了流体动力学中的非牛顿流体在复杂几何结构中的流动特性，这对于我这种希望建立扎实理论基础的读者来说，简直是宝藏。我特别欣赏它在材料选择部分的处理方式，没有一味追求最先进或最昂贵的材料，而是根据不同工况下的腐蚀性、耐温性和机械强度进行多维度权衡分析，并辅以大量的案例说明不同材料在实际工业应用中遇到的挑战与解决方案，这使得理论学习立刻与工程实践接轨，避免了纸上谈兵的空洞感。它引导我思考的不是“如何画出设备图纸”，而是“为什么这个设备要这样设计”，这种深层次的追问，极大地拓宽了我的工程视野。

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读完第一部分的心得是，作者的叙事节奏非常老练，仿佛一位经验丰富的老工程师在手把手带新人。它没有采用那种堆砌公式和参数的枯燥方式，而是巧妙地将复杂的工程原理融入到实际的工艺流程描述中。例如，在介绍反应器设计时，它首先从化学反应的本质需求出发，逐步推导出对搅拌效率、传热均匀性和停留时间分布的严格要求，最后才落脚到具体的反应器结构形式——搅拌釜、塔式反应器还是流化床。这种“需求倒逼设计”的逻辑链条，极大地增强了理解的连贯性。此外，书中穿插的那些关于“设计规范的演变”的历史背景介绍，虽然看似是题外话，实则为理解当前设计哲学的合理性提供了重要的历史视角。我尤其喜欢其中关于安全冗余设计部分的阐述，它没有将安全视为附加项，而是将其视为设计过程的内建属性，通过多重联锁和故障分析（FTA）的简要介绍，让我对现代化工过程的鲁棒性有了更深刻的认识。

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从排版和图示上看，这本书的专业度是毋庸置疑的，但更值得称赞的是它对“信息密度”的精确控制。很多工程书籍要么过于理论化导致图表晦涩难懂，要么过于简化导致实用性不足。这本书找到了一个绝佳的平衡点。例如，在介绍塔器设计时，书中提供了大量的**塔盘的截面图**，并清晰标注了降液堰高度、溢流孔尺寸等关键几何参数对操作范围（特别是最小回流比和最大负荷）的影响。这些图示并非简单的插图，而是承载着丰富设计信息的载体。而且，作者似乎很了解读者在实际工作中会遇到的常见“陷阱”——比如，在描述关键设备（如大型储罐或压力容器）的接口标准化时，它特别提醒了不同设计规范标准（如ASME与EN标准）在特定连接件上的细微差异，这种细节的强调，避免了初级设计人员在跨国项目中可能犯下的低级错误，非常实用。

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