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出版者:

作者:Reay, David/ Ramshaw, Colin/ Harvey, Adam

出品人:

页数:472

译者:

出版时间:2008-9

价格:1152.00元

装帧:

isbn号码:9780750689410

丛书系列:

图书标签:

• Process Intensification
• Chemical Engineering
• Reaction Engineering
• Separation Technology
• Heat Transfer
• Mass Transfer
• Microreactors
• Flow Chemistry
• Sustainable Engineering
• Process Design

《化学工程单元操作的革新》 本书深入剖析了现代化学工业中，传统单元操作向更高效、更绿色、更安全的现代化方向发展的深刻变革。全书共分五大部分，系统梳理了推动这一革新的关键技术、理论基础及其广泛的应用前景。 第一部分：变革的驱动力与核心理念 本部分首先追溯了化学工业发展的历史脉络，阐述了能源消耗、环境污染、安全生产以及成本控制等现实挑战，这些挑战迫切需要对现有工程实践进行颠覆性的革新。在此基础上，本书详细介绍了“过程强化”（Process Intensification, PI）的核心理念——即通过显著减小设备尺寸、提高传质传热效率、降低能耗、减少废物排放以及提升本质安全度，实现对化学过程的根本性改进。书中强调，过程强化并非简单的设备升级，而是一种系统性的思维转变，旨在从源头上优化化学反应与分离过程的设计与运行。 第二部分：微反应器技术及其应用 微反应器作为过程强化最具代表性的技术之一，在本部分得到了详尽的阐述。内容涵盖了微反应器的基本原理，包括其独特的流体动力学特性、极高的比表面积带来的传质传热优势。书中详细介绍了不同类型的微反应器结构，如微通道反应器、多孔介质反应器、管束式微反应器等，并对其各自的优缺点进行了深入对比分析。 在应用方面，本书重点探讨了微反应器在精细化学品合成、制药、高能材料生产、聚合反应以及催化反应等领域的成功案例。通过丰富的实例，读者可以直观地了解微反应器如何实现精确的温度和停留时间控制，有效抑制副反应，提高产物收率和选择性，以及其在连续化生产和高危反应中的安全优势。同时，本书也探讨了微反应器在大规模工业化应用中面临的挑战，如堵塞问题、材料选择、集成化设计以及成本效益等，并提出了相应的解决方案。 第三部分：新型分离技术与集成化设计 分离过程是化学工业中能耗最高、效率最低的环节之一，也是过程强化的重要突破口。本部分集中介绍了多种新型分离技术，包括但不限于： 膜分离技术： 详细阐述了各种膜材料（如聚合物膜、陶瓷膜、金属膜）的制备原理、性能特点以及在气体分离（如CO2捕获、氢气分离）、液体分离（如水处理、溶剂回收、蛋白分离）中的应用。重点介绍了膜反应器、纳滤、超滤、微滤、反渗透等集成化分离单元。 响应性分离： 探讨了利用外界刺激（如温度、pH、电场、磁场、光）诱导物质分离的原理和技术，例如智能聚合物膜、热致分离、pH响应性分离等。 超临界流体萃取（SFE）： 深入分析了超临界流体（如CO2）作为萃取剂的独特性质，其在天然产物提取、聚合物加工、化学反应介质等领域的绿色高效应用。 反应精馏与反应萃取： 介绍了将化学反应与蒸馏或萃取过程耦合，实现反应和分离同步进行，显著提高反应转化率和产品分离效率的集成化技术。 此外，本部分还强调了将多种分离技术进行集成化设计的重要性，通过组合优势单元，实现整体过程的优化，减少能耗和设备投资。 第四部分：新型反应器与能量强化 除了微反应器，本书还广泛探讨了其他新型反应器设计以及能量利用的优化。 电化学反应器： 介绍了电化学合成的原理，及其在有机合成、能源转化（如电解水制氢、燃料电池）中的应用。重点关注电极材料、电解液选择以及反应器结构对效率的影响。 光化学反应器： 探讨了利用光能驱动化学反应的机理，以及在有机合成、污染物降解、能源存储等领域的应用。书中介绍了不同类型的光源和反应器设计。 超声波反应器： 分析了超声波在促进化学反应、分散、乳化、结晶等方面的强化作用，及其在催化反应、合成、生物处理中的应用。 能量回收与利用： 重点介绍了如何通过热泵、热电联产、相变材料以及与吸热反应耦合的放热反应等方式，最大限度地回收和利用过程中的余热，降低整体能耗。 第五部分：过程强化技术的未来展望与挑战 本书的最后一部分着眼于未来，对过程强化技术的进一步发展进行了展望。内容包括： 数字化与智能化： 探讨了过程强化与大数据、人工智能、机器学习、模型预测控制（MPC）等先进技术相结合，实现过程的智能优化、故障诊断和预测性维护。 可持续发展与绿色化学： 强调了过程强化在实现联合国可持续发展目标（SDGs）中的关键作用，如减少温室气体排放、节约水资源、实现循环经济等。 新材料与新工艺： 展望了纳米技术、生物技术、催化科学等前沿领域为过程强化提供的新的可能性。 面临的挑战与机遇： 深入分析了过程强化技术在推广应用过程中可能遇到的经济性、技术性、标准化以及人才培养等方面的挑战，并提出了应对策略，鼓励科研人员和工程师积极探索，抓住机遇，推动化学工业向更高效、更安全、更可持续的方向迈进。 本书内容丰富，理论与实践相结合，配以大量的图表和实例，旨在为化学工程领域的科研人员、工程师、技术专家以及相关专业的学生提供一个全面、深入的学习和参考平台，帮助他们理解并掌握过程强化这一推动现代化学工业发展的关键技术。

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我对这本书的整体评价是：它是一部写给未来工程师的宣言书，而不是写给今天操作员的说明书。它的语言风格充满了学术的冷峻和对效率的极致追求。我尤其欣赏作者在引入“本质安全”概念时所采用的论证方式——通过减小反应物的持有量和降低工作温度（得益于高效的传热），从而在物理层面上就消除了许多潜在的爆炸风险。这是一种从根本上解决问题的思路，非常高明。书中涉及的跨学科知识整合度极高，你必须对化学反应动力学、流体力学、热力学以及材料科学都有所涉猎，才能真正领会其精髓。对于初学者来说，这本书的门槛是高得令人望而却步的，它要求读者具备强大的知识储备和抽象思维能力。但对于有经验的专业人士而言，它提供了一个重新审视和挑战现有设计规范的平台，它迫使你跳出舒适区，去思考如何用更少、更小、更智能的方式去完成同样，甚至更复杂的化学转化任务。总而言之，这是一本需要反复阅读、深度消化的经典之作。

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我必须承认，这本书的某些章节具有颠覆性的思维价值，尤其是在探讨如何打破传统规模限制的讨论部分。它成功地激发了我对“小即是美”这一理念的重新认识。过去我们总是习惯于追求规模经济，认为越大越好，但这本书通过大量案例表明，在某些极端环境下，尺寸的缩小反而能带来效率的指数级提升。我最喜欢的是对“流体动力学调控”的论述，书中描述了如何利用剪切力或电场来主动控制反应物料在微环境中的运动轨迹，这完全跳出了传统上依赖压力和温度驱动反应的思维定势。这种主动控制的概念，对我后续设计一些对敏感性高的催化剂的保护策略提供了全新的视角。这本书的插图设计也很有特点，它们不是那种标准化的流程图，而是更接近于显微镜下的真实观察或者高分辨率的计算流体力学（CFD）渲染图，极具视觉冲击力。然而，我也必须指出，书中对新兴材料，比如某些新型纳米催化剂的讨论相对保守，更多的是基于已成熟技术的优化，这让追求前沿科技的我感觉略有不足，似乎在最尖端的那一小撮领域，这本书的覆盖面稍显滞后。

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翻开这本书，给我的第一印象是它的结构设计非常严谨，像一座精心规划的知识迷宫。作者似乎有一种强烈的倾向，就是要将看似分散的工程技术点强行整合到一个统一的框架下进行审视。我特别欣赏它对“系统集成”理念的强调，不再把反应、分离、传热当作孤立的单元操作来看待，而是试图在一个紧凑的实体内实现多重功能的耦合。例如，书中对于反应蒸馏和膜分离技术的结合应用进行了深入剖析，不仅仅是描述了这种组合的优势，更重要的是追溯了这种耦合背后的热力学驱动力。这本书的行文风格非常“英式”，用词精准，逻辑链条极长，每一个论点都建立在前一个论点之上，环环相扣。读起来有点像在跟随一位经验极其丰富的导师进行一对一的辅导，他会不断地向你提问“为什么会这样？”，迫使你从根本上去理解现象。但这种严谨性也带来了阅读上的挑战——它几乎不提供轻松的例子。每一个案例分析都充满了复杂的参数和变量，需要读者具备相当的背景知识才能跟上作者的思路，否则很容易在某个复杂的数学推导中迷失方向，感觉自己就像在试图解读一份古代的炼金术手稿。

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阅读这本《PROCESS INTENSIFICATION》的过程，更像是一次对现有工业范式的彻底“清算”。作者的语气是极其批判性的，他毫不留情地指出了传统化工设备在能耗和占地面积上的巨大浪费。我感觉作者的出发点不是为了“改进”现有流程，而是为了“颠覆”它们。书中通过大量的对比数据，生动地展示了当流程密度提高后，对安全性和操作灵活性带来的潜在益处。例如，它详细对比了大型塔器与紧凑式模块化反应器的热力学效率差异，数据显示出在特定工况下，模块化设计不仅能节省大量的资本支出，还能在出现故障时将风险控制在极小的单元内。这种从成本和风险管理角度切入的论述，对于决策层来说极具吸引力。不过，这种激进的论调也带来了一些阅读上的不适感：它在探讨新技术潜力的同时，对实施过程中可能遇到的工程难题，比如长期运行的稳定性、管道堵塞的风险、以及设备的清洗维护难度等实际操作层面的顾虑，着墨不多，显得有些理想化，像是只停留在“蓝图”阶段，而没有完全落地到“工地”的现实考量。

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这本《PROCESS INTENSIFICATION》的书，坦白讲，我是在一个偶然的机会下接触到的，当时我正在为一个关于化工流程优化的项目寻找新的思路。说实话，刚拿到这本书的时候，我有点被它厚重的专业性给震慑住了。书中的图表和公式密集得让人眼花缭乱，感觉像是直接从某个高级工程研讨会的PPT里截取出来的。我原本期待的是一本能提供一些立即可用的、操作层面的“秘籍”，但这本书显然走的是理论深度挖掘的路线。它花了大量的篇幅去探讨热力学和流体力学在微观尺度上的相互作用，特别是关于如何通过极小的结构设计来实现宏观性能的飞跃。我记得有一章详细分析了微通道反应器中传质和传热的边界层效应，那部分内容对我理解传统釜式反应器的局限性很有启发。不过，对于我这种更偏向应用实践的人来说，书中关于数学建模和数值模拟的部分显得有些过于抽象了，我花了很长时间才把那些偏微分方程和有限元分析的章节啃下来，感觉自己像是在重温大学高数课，有点烧脑。整本书的阅读体验是，它提供了坚实的理论基础，但如果你指望快速上手做项目，可能需要更多的辅助资料来桥接理论与实践之间的鸿沟。它更像是一本“内功心法”的宝典，而非即插即用的“招式手册”。

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