Innovations in Industrial and Engineering Chemistry a Century of Achievements and Prospects for the pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Flank, William H. (EDT)/ Abraham, Martin A. (EDT)/ Matthews, Michael A. (EDT)

出品人:

页数:480

译者:

出版时间:2009-1

价格:$ 197.75

装帧:

isbn号码:9780841269637

丛书系列:

图书标签:

• 工业化学
• 工程化学
• 化学创新
• 工业工程
• 化学史
• 21世纪展望
• 技术进步
• 化学成就
• 工业发展
• 化学工程

化学工程的百年征程与未来展望 本书聚焦于现代化学工程领域最具革命性的技术突破、核心理论的演进，以及未来十年内驱动产业升级的关键方向。 我们深入剖析了自二十世纪初至今，化学工程学科如何从传统的单元操作理论，发展成为支撑现代工业、能源、环境和生物技术等多个关键领域的支柱学科。本书旨在为化学工程师、材料科学家、能源专家以及对工业创新充满热情的读者，提供一个全面而深刻的视角，理解我们如何走到今天，以及前方的道路将通向何方。 第一部分：奠基与转型——二十世纪的化学工程革命 本部分将追溯化学工程学科的早期发展，重点关注其在两次世界大战期间和战后黄金时代所经历的理论与实践的重大飞跃。 第一章：从单元操作到过程强化——理论框架的建立 本章详细阐述了早期的“单元操作”范式（如蒸馏、吸收、萃取等）如何成为化学工程教育和工业实践的基石。我们将探讨这些经典操作的数学模型是如何被建立和完善的，以及它们在石油化工和基础化学品生产中的核心地位。然而，本书的重点不在于重复这些经典内容，而是分析其局限性。 关键讨论点： 单元操作方法的局限性在于其对大规模、高能耗反应器的依赖。本章将引入“过程强化”（Process Intensification, PI）的概念，并追溯其在20世纪后期的兴起。PI 的核心思想是通过将多个功能集成到单个设备中，实现体积的急剧缩小、能耗的降低和本质安全性的提高。我们将分析微反应器技术（Microreactor Technology）和反应蒸馏（Reactive Distillation）等技术如何挑战了传统的反应与分离分离进行的传统模式，为下一代工厂设计奠定基础。 第二章：催化剂科学的里程碑与工业应用 催化剂是现代化学工业的心脏。本章不会停留在对齐泊沸石或负载型金属催化剂的简单介绍，而是深入探讨影响工业效率的两次关键催化革命： 1. 选择性氧化与不对称合成催化： 讨论高效、高选择性催化剂在精细化学品和制药中间体生产中的作用。重点分析过渡金属有机催化剂（如钯催化交叉偶联反应）如何彻底改变了复杂分子合成的路线，极大地减少了副产物，提升了原子经济性。 2. 环境催化： 考察对空气和水污染治理至关重要的催化技术，如选择性催化还原（SCR）在脱硝中的应用，以及用于挥发性有机物（VOCs）去除的高效氧化催化剂的最新进展。 第三章：过程控制与优化——走向自动化 二十世纪中叶，化学过程的复杂性使得手动控制变得不可能。本章考察了先进过程控制（APC）技术的演进，特别是模型预测控制（MPC）如何被引入到大型化工厂中。我们将分析如何利用先进的数学模型和强大的计算能力，实时调整反应温度、压力和物流，以应对原料波动和市场需求变化，实现生产效率的最大化和能耗的最小化，超越了传统的PID控制的限制。 第二部分：面向可持续性的前沿探索——新世纪的挑战与机遇 进入新千年，化学工程面临两大核心挑战：能源转型和环境责任。本部分着重探讨学科如何应对这些挑战，并催生出全新的研究方向。 第四章：能源系统的重构——低碳与替代能源技术 本书认为，化学工程在应对气候变化中的角色远超节能，而是直接关乎能源载体的根本性转变。 聚焦领域： 1. 碳捕集、利用与封存（CCUS）的工程化： 深入探讨先进溶剂吸收、膜分离以及固体吸附剂（如MOFs）在工业规模二氧化碳捕集中的性能瓶颈和工程解决方案。更重要的是，分析将捕集的 $ ext{CO}_2$ 转化为高价值化学品（如甲醇、合成燃料）的催化反应器设计。 2. 绿色氢能的生产与利用： 分析质子交换膜（PEM）和固体氧化物电解槽（SOEC）在高效电解水制氢中的技术进步。探讨氢气在燃料电池中的能量转换效率，以及如何设计安全、高效的氢气储存和运输系统（如液态有机氢载体，LOHCs）。 第五章：材料科学与化学反应的交汇——智能界面工程 本章强调现代化学工程日益依赖于对材料在分子或纳米尺度上的精确设计。 重点分析： “功能化界面” 的设计，这是实现高效率转化的关键。例如，在多相催化中，如何通过精确调控活性位点周围的微环境（如孔道结构、表面官能团）来提高催化剂的寿命和选择性。此外，本书将探讨响应性材料（Smart Materials）在传感器和自修复涂层中的应用，这些材料能够根据外部刺激（温度、pH值、光照）改变其结构和功能，实现过程的自适应控制。 第六章：生物过程工程的深化——从生物反应器到合成生物学 化学工程正在加速与生物学的融合。本章关注的不是基础的发酵过程，而是高度工程化的生物系统。 核心议题： 代谢工程与过程放大（Scale-Up）的鸿沟。 讨论如何将实验室中由合成生物学构建的微生物“细胞工厂”成功放大到工业规模的生物反应器中。这涉及到流体力学（剪切力对细胞活性的影响）、氧气和营养物质的传递效率，以及下游产品的高效分离纯化技术（如连续色谱与膜分离在生物制药中的应用）。 第三部分：迈向未来——数字化、集成化与个性化制造 本书的最后部分展望了化学工程未来十年最有可能带来颠覆性变革的领域，这些领域的核心驱动力是数据科学和先进制造技术。 第七章：工业 4.0 与化学过程的数字化孪生 数字化转型是提高复杂系统效率的必然趋势。本章详细描述了“数字孪生”（Digital Twins）在化工领域的具体实施路径。它不仅仅是过程模拟，而是将实时传感器数据、高保真物理模型与人工智能算法相结合，构建出与物理工厂完全同步的虚拟模型。这将使得预测性维护、无缝的工艺优化和操作员培训进入一个全新的维度。 第八章：分散化、模块化与按需制造 大规模集中式生产正在受到挑战。本书深入探讨了模块化化学工厂（Modular Chemical Plants）的设计哲学。这种方法通过使用标准化的、可快速部署的单元模块，极大地缩短了建设周期，降低了前期投资，并使生产能够更灵活地靠近原料来源或终端市场。这对于快速响应本地市场需求或处理资源分散的小型、高价值化学品生产至关重要。 结论：化学工程师角色的重塑 本书的收尾部分总结了学科的演变：从侧重于大规模、热力学驱动的物理操作，转向一个高度依赖于数据科学、分子设计和跨学科集成的新领域。未来的化学工程师需要掌握计算化学、数据分析和系统集成能力，以应对全球在能源、环境和健康领域提出的复杂挑战。本书提供了一个框架，帮助读者理解如何利用这些百年积累的知识和新生的工具，去塑造一个更高效、更可持续的工业未来。

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