Simulation and Assessment of Chemical Processes in a Multiphase Environment pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Barnes, I. (EDT)/ Kharytonov, M. M. (EDT)

出品人:

页数:568

译者:

出版时间:

价格:2154.00

装帧:

isbn号码:9781402088445

丛书系列:

图书标签:

• 化学过程模拟
• 多相流
• 过程评估
• 化工工程
• 数值模拟
• 传热传质
• 反应工程
• 过程优化
• 计算流体力学
• 工业应用

《化学过程模拟与多相环境评估》 书籍概述： 本书深入探讨了化学工程领域的核心课题——化学过程的模拟与评估，并着重于一个复杂且普遍存在于工业实践中的关键环境：多相环境。在现代化学工业中，绝大多数的化学反应和单元操作都发生在气-液、液-液、气-固、液-固或气-液-固等多种相态共存的复杂体系中。理解、预测和优化这些多相过程的性能，对于提高效率、降低成本、确保安全以及实现可持续发展至关重要。《化学过程模拟与多相环境评估》旨在为读者提供一个全面而深入的框架，涵盖多相过程模拟的技术基础、关键理论、常用模型、数值方法以及实际应用。本书不仅会介绍理论知识，更强调如何将这些知识转化为解决实际工程问题的有力工具。 本书内容详述： 第一部分：多相过程的理论基础与建模 1. 多相流体动力学基础： 相态描述与相平衡： 本章将回顾热力学基本原理，重点阐述多组分、多相体系的相平衡计算，包括气液平衡（VLE）、液液平衡（LLE）、固液平衡（SLE）以及固固平衡。将介绍各种相平衡关联式，如Raoult定律、Henry定律、Wilson方程、NRTL方程、UNIQUAC方程等，并讨论其适用范围和局限性。 多相流动的基本概念： 深入解析多相流动的基本特征，包括流动型态（如泡流、弹状流、环状流、分层流等）、相间传质与传热、相界面面积密度等。介绍描述多相流动的关键参数，如空隙率（void fraction）、持液率（hold-up）以及相速度。 多相流动的守恒方程： 详细推导和阐述描述多相流动的守恒方程组，包括质量守恒、动量守恒和能量守恒。重点讨论不同模型（如均匀模型、滑移模型、多流体模型）下守恒方程的建立，以及相间耦合项的建模。 2. 多相过程的传质与传热： 传质机理与模型： 深入探讨多相体系中的传质过程，包括扩散、对流和相际传质。介绍薄膜理论、表面更新理论等经典传质模型，并讨论如何将其应用于不同类型的多相接触器（如填料塔、板式塔、鼓泡塔、搅拌釜反应器等）。 传热机理与模型： 分析多相体系中的传热现象，包括壁面传热、内部传热以及相变传热。介绍传热系数的计算方法，以及如何考虑流动型态、物性参数和设备几何形状对传热性能的影响。 相变过程的建模： 详细介绍蒸发、冷凝、结晶、溶解等相变过程的数学模型，重点关注相变潜热的计算与传热传质的耦合。 3. 多相反应器建模： 反应动力学基础： 回顾均相反应动力学的基本原理，并扩展到多相反应动力学。介绍固催化气-液反应、气-固反应、液-液非均相反应等典型多相反应的动力学模型，包括表面反应、扩散控制、体积反应等。 多相反应器类型及其特点： 分析各类多相反应器的结构、工作原理及其对反应过程的影响，例如固定床反应器、流化床反应器、搅拌釜反应器、管式反应器等。 多相反应器数学模型： 建立描述多相反应器的数学模型，考虑反应动力学、传质传热以及流体动力学耦合作用。将讨论不同模型（如活塞流模型、混合流模型、空隙模型）的应用。 第二部分：化学过程模拟的工具与方法 1. 模拟软件与集成平台： 常用模拟软件介绍： 详细介绍业内主流的流程模拟软件，如Aspen Plus, HYSYS, Pro/II, DWSIM等。分析其功能特点、适用范围、模块化设计以及用户界面。 集成开发环境（IDE）与脚本编程： 介绍如何利用模拟软件提供的IDE进行流程开发、参数优化和结果分析。讨论使用脚本语言（如Python, MATLAB）与模拟软件进行接口交互，实现更灵活的定制化模拟。 数据库与物性模型： 强调物性数据库在模拟中的重要性，介绍各种物性模型（如状态方程、活度系数模型）的选择与应用，以及如何处理复杂体系的物性参数。 2. 数值计算方法与求解器： 微分方程的数值求解： 深入讲解求解非线性常微分方程组（ODE）和偏微分方程组（PDE）的常用数值方法，如欧拉法、龙格-库塔法、有限差分法、有限体积法等。 代数方程组的求解： 介绍求解大规模非线性代数方程组的方法，如牛顿-拉夫逊法及其改进算法。 模拟器的求解策略： 分析不同模拟软件内置求解器的原理和效率，以及如何根据问题特点选择合适的求解器。 3. 模型验证与不确定性分析： 模型验证方法： 详细介绍如何通过实验数据、文献数据或基准案例来验证模拟模型的准确性。包括参数校准、敏感性分析以及误差评估。 不确定性分析： 探讨输入参数不确定性对模拟结果的影响，介绍蒙特卡洛模拟、Sobol指数等不确定性分析技术。 模型简化与降阶： 在保证精度的前提下，介绍如何对复杂模型进行简化，以提高计算效率。 第三部分：多相过程模拟的实际应用与评估 1. 具体工程案例分析： 精馏过程模拟： 详细介绍多组分、多相精馏塔的模拟，包括塔板效率、回流比、进料位置等参数的优化。 反应-分离耦合过程模拟： 分析包含反应器和分离设备的集成流程模拟，如反应精馏、催化蒸馏等。 结晶过程模拟： 模拟结晶过程中的晶体生长、成核以及产物粒度分布，并评估其对下游分离操作的影响。 气液吸收与解吸过程模拟： 模拟吸收塔和解吸塔的设计与操作优化，以及污染物去除效率的评估。 多相催化反应器设计与操作： 针对固定床、流化床等催化反应器，进行详细的模拟与性能评估，优化操作条件，提高催化剂利用率。 2. 过程优化与参数调整： 工艺流程优化： 介绍如何利用模拟软件进行全局优化，寻找最佳的工艺操作条件，以最大化产品收率、最小化能耗或原料消耗。 设备选型与设计： 利用模拟结果指导设备的选型与尺寸设计，确保其满足工艺要求。 参数敏感性分析： 识别关键工艺参数，了解其对过程性能的影响程度，为操作调整提供依据。 3. 安全与环境评估： 潜在危险分析： 利用模拟结果预测过程中的异常工况，如温度、压力超限，以及物料泄漏等，为安全设计提供参考。 排放物模拟与控制： 模拟过程中的气体、液体排放物，评估其对环境的影响，并为污染控制提供技术支持。 绿色化学与可持续过程设计： 探讨如何通过模拟技术，设计更环保、更节能的化学过程，实现可持续发展目标。 目标读者： 本书适合于化学工程、化工、过程控制、环境工程等相关专业的本科生、研究生以及从事相关领域的科研人员、工程师和技术人员。无论您是初次接触化学过程模拟，还是希望深化对多相过程理解的专业人士，本书都将为您提供有价值的指导和参考。 学习本书将获得： 通过学习本书，读者将能够： 深刻理解多相流体动力学、传质传热和反应动力学的基本原理。 熟练掌握各种主流化学过程模拟软件的使用方法。 能够独立构建和求解复杂的多相过程数学模型。 掌握通过模拟进行过程优化、参数调整以及安全与环境评估的关键技术。 提升解决实际工业生产中复杂多相过程问题的能力。 《化学过程模拟与多相环境评估》是一本集理论深度、方法实用性和应用广度于一体的专业书籍，将成为您在化学工程领域探索与创新的重要伙伴。

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