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出版者:Delmar Cengage Learning

作者:Thomas, Charles

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:2005-9

价格:$ 160.18

装帧:

isbn号码:9781418028626

丛书系列:

图书标签:

• 过程技术
• 流程工业
• 化工原理
• 工业流程
• 过程控制
• 设备与管道
• 自动化
• 操作技能
• 安全生产
• 技术入门

现代工业流程与系统设计导论 本书聚焦于化工、能源、制药及材料科学等关键工业领域中，流程的设计、优化、控制与安全管理。它旨在为工程专业学生和初级工程师提供一个全面而深入的理解框架，用以驾驭复杂制造环境下的技术挑战。 --- 第一部分：工业流程基础与热力学原理 本部分奠定了理解所有现代工业过程的物理和化学基础。我们首先探讨物质的相平衡、相变动力学，并深入分析热力学第一和第二定律在流程分析中的应用。重点内容包括： 1.1 流程单元操作的物理化学基础： 详细解析了动量、能量和质量传递在反应器、换热器、分离设备中的核心作用。我们不局限于理论公式，而是通过大量的工业案例研究，展示如何利用边界条件和守恒定律来预测和模型化流体流动、热量交换速率以及组分扩散现象。特别关注了非理想流体（如高粘度、非牛顿流体）在管道和泵送系统中的行为建模。 1.2 热力学建模与过程可行性分析： 深入探讨了基于吉布斯自由能和焓变的反应热力学计算。内容覆盖了活度系数模型的选择（如Wilson, NRTL, UNIQUAC模型）在液-液、汽-液平衡计算中的准确性比较。本书强调了流程可行性评估的重要性，包括能量集约度分析和熵产最小化策略在初步流程设计中的应用。我们详细讨论了先进的方程状态模型（EoS），如Peng-Robinson和Soave-Redlich-Kwong模型，及其在超临界流体应用中的校准与限制。 1.3 过程流图（PFD）与物流平衡： 教授如何构建标准化的流程图符号系统，并进行严谨的物流（质量和摩尔数）与能流平衡计算。本节特别强调了如何处理含有循环物料（Recycle Loops）的复杂网络，并引入了迭代求解方法来确保物料平衡的全局一致性。 --- 第二部分：核心过程单元的工程设计与优化 本部分将理论知识转化为实际工程设计能力，覆盖了现代化工和能源系统中应用最广泛的几类关键设备。 2.1 反应器工程与动力学： 详细分析了间歇反应器（Batch Reactors）、连续搅拌釜式反应器（CSTR）和填充床反应器（PFR）的设计原则。内容不仅包括理想模型的应用，更侧重于真实反应器中的非理想效应，如返混、死区、热点形成和催化剂失活机制。我们提供了一套系统性的方法来确定最佳反应器尺寸和操作条件，以最大化产率和选择性，同时确保热力学稳定性和安全性。特别关注了多相反应（气-固、液-液-固）的传质限制。 2.2 分离过程的先进技术： 本书将分离技术划分为基于相平衡和基于膜分离两大类。 精馏与吸收： 详细介绍了 McCabe-Thiele 法和微分法在多组分精馏塔设计中的应用，并深入探讨了加压精馏、共沸精馏和萃取精馏的设计策略。对于吸收过程，重点分析了气体净化和溶剂回收中的传质驱动力。 膜分离技术： 涵盖了反渗透（RO）、纳滤（NF）和气体分离膜的原理、膜材料选择（如聚合物和陶瓷膜）及其通量与选择性模型的建立。讨论了膜污染（Fouling）的缓解措施。 其他关键分离单元： 包括结晶过程的成核与生长控制，固液分离（过滤和离心）的效率评估，以及用于热敏性物质的高效干燥技术。 2.3 传热设备的设计与集成： 重点在于换热器网络的优化。引入了过程集成（Process Integration）的概念，使用Pinch分析技术来确定最小加热/冷却需求和换热网络集成潜力。设计部分详细介绍了管壳式换热器、板式换热器和空气冷却器的选型与尺寸确定，同时考虑了结垢系数对长期运行性能的影响。 --- 第三部分：过程控制、自动化与安全管理 现代流程的有效运行依赖于精确的控制系统和严格的安全标准。本部分探讨了如何将静态设计转化为动态、可靠的运行系统。 3.1 过程动态学与经典控制理论： 首先，对流程单元进行动态建模，推导一阶、二阶甚至高阶的传递函数模型。然后，深入讲解了比例-积分-微分（PID）控制器的设计、整定（如Ziegler-Nichols 方法）和局限性。本节还涵盖了前馈控制、级联控制和比率控制等高级控制策略的应用场景。 3.2 分散控制系统（DCS）与传感器技术： 介绍现代工厂自动化架构，包括传感器（温度、压力、流量、成分分析仪）的选择、安装和校准，以及执行器（阀门、泵）的动态特性。重点讨论了数据采集、监控与操作员界面的设计原则，确保信息流的实时性和可靠性。 3.3 过程安全与风险评估： 安全是流程设计的最高优先级。本章详细阐述了HAZOP（危险与可操作性研究）的系统化方法，用于识别潜在的工艺偏差。内容包括： 安全仪表系统（SIS）： 介绍SIL（安全完整性等级）的概念，以及如何设计满足特定安全要求的保护层。 泄压与排放系统设计： 基于API标准，计算超压事件下的排放速率，设计合适的泄压阀和火炬系统，确保紧急情况下的安全排放。 可燃性与毒性评估： 讨论如何基于物料特性确定爆炸极限和毒性暴露限值，并制定相应的厂区布局和通风要求。 --- 第四部分：可持续性与未来趋势 本部分着眼于流程技术的未来发展方向，强调资源效率和环境责任。 4.1 绿色化学与可持续流程设计： 探讨了原子经济性、溶剂替代（如使用超临界二氧化碳和离子液体）以及废物最小化的原则。介绍了生物催化和光催化技术在温和条件下进行化学转化的潜力。 4.2 能源效率与碳捕集： 深入分析了余热回收的深度潜力，以及先进的热泵技术在流程中的应用。对于能源密集型行业，本章提供了碳捕集、利用与封存（CCUS）技术的流程概述，包括吸收法和膜分离法的工程挑战。 4.3 流程模拟与数字化孪生： 强调使用高保真模拟软件（如Aspen Plus, HYSYS）进行流程的灵敏度分析和稳态/动态仿真。讨论了利用过程数据和机器学习技术构建“数字化孪生体”的可能性，以实现预测性维护和实时优化操作。 --- 本书的特点在于其强烈的工程实践导向，通过大量的案例分析和定量计算练习，促使读者将理论知识迅速转化为解决实际工业问题的能力，为构建高效、安全、可持续的现代工业流程提供坚实的技术支撑。

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坦白说，我最初翻阅这本书时，是抱着一种“凑合着用”的心态，毕竟市面上关于过程技术的书籍汗牛充栋，能真正做到深入浅出且紧跟时代步伐的寥寥无几。然而，这本书很快就扭转了我的看法。它最大的亮点在于其对“优化”和“能效”的强调，这在当前的工业背景下是绝对的核心议题。作者似乎深谙当代工程师面临的痛点——如何在保证产品质量的同时，将能耗和物耗降到最低。书中关于反应器设计和分离过程的案例分析，没有停留在教科书式的理想模型上，而是引入了大量考虑实际操作限制，比如设备老化、原料波动、环境法规收紧等现实因素的讨论。我特别留意了其中关于过程控制策略的部分，它并没有简单地介绍PID控制，而是花了大量篇幅去探讨如何利用先进过程控制（APC）来应对多变量耦合的复杂系统，这一点对于我们正在进行的老旧工厂现代化改造项目提供了极具价值的参考。文字风格上，它显得非常“老道”，没有那种学术腔过重的空洞说教，更多的是一种资深工程师对后来者的经验传授，读起来有种醍醐灌顶的实在感。

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这本书的深度和广度是相当惊人的，它成功地搭建起了一座连接基础科学与尖端工业实践的坚固桥梁。我注意到，作者在处理诸如流体力学和传热学这些基础内容时，并没有过度地沉溺于复杂的数学推导，而是将重点放在了如何利用这些原理来诊断和解决实际生产中遇到的“疑难杂症”。例如，当描述管路堵塞或热交换器结垢问题时，书中提供的分析步骤简洁明了，直指问题的核心——流体特性、流速变化与沉积速率之间的微妙关系。更令人赞叹的是，它并没有局限于传统的石油化工领域，而是将触角延伸到了生物制药和新能源材料的流程设计上，这显示出作者团队对行业前沿动态的敏锐把握。这种跨领域的知识整合能力，使得这本书不仅对化学工程师有用，对于系统集成商和设备制造商而言，也是一本不可或缺的参考指南。它的结构设计就像一个精心规划的工厂，从“原料接收”（基础概念）到“成品仓储”（高级应用），每一步都衔接得天衣无缝，逻辑严密，令人信服。

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这本《Introduction to Process Technology》的装帧设计着实让人眼前一亮，那种略带磨砂质感的封面，触感上就给人一种专业而沉稳的感觉，不像某些教材那样花里胡哨。我记得我拿到书的时候，正好是赶上项目攻关的关键时期，急需一本能够快速梳理基础概念，同时又能兼顾实际应用的新视角参考书。这本书的排版布局非常人性化，大段的文字叙述被巧妙地穿插着清晰的流程图和示意性图表，这对于理解那些抽象的化学工程或系统控制概念至关重要。特别是它在介绍单元操作的章节，那些流程图的细节标注得极其到位，几乎可以作为现场操作人员的速查手册。我尤其欣赏作者在讲解核心原理时，那种不急不躁、层层递进的逻辑链条，它不像有些老旧的教科书那样只是罗列公式，而是努力去解释“为什么”要这样设计，背后的热力学或动力学驱动力是什么。读起来，我感觉自己不仅仅是在学习技术知识，更是在学习一种解决复杂工业问题的思维框架。那种将理论与实际紧密结合的努力，让这本书在众多同类书籍中脱颖而出，尽管我不是专业学习这个领域的，但它提供的广阔视野和深入浅出的解释，极大地拓宽了我对现代工业流程的认知边界。

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初次接触这本书时，我最大的顾虑是它会不会太偏向理论，变成一本“高冷的”学术专著。但阅读完前几章后，这种疑虑便烟消云散了。这本书的语言风格非常具有画面感和现场感，它仿佛带着你走进了车间，让你亲眼目睹物料是如何在管道中流动，热量是如何在界面上传递的。作者善于使用类比和生活化的例子来解释复杂的物理现象，比如用厨房烧水的例子来解释相平衡的原理，这种处理方式极大地降低了阅读门槛，让非专业背景的读者也能迅速建立起对工艺流程的基本直觉。我特别喜欢它在介绍安全与环境合规性章节时的处理方式，它没有把它视为一个简单的附加章节，而是将其深度融入到整个工艺设计流程的考量之中，强调“本质安全”的设计理念，而非事后的补救措施。这种前瞻性的视角，在我看来，是衡量一本技术书籍是否具有时代价值的关键标准。这本书的实用性，在于它教会你如何“看”流程，如何“想”问题，而不仅仅是“记”公式。

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这本书的价值，远超出了其作为一本“入门”读物的定位。它更像是一部浓缩了数十年行业智慧的“工具箱”。我之所以这么说，是因为它不仅提供了理论框架，更重要的是提供了解决问题的工具和方法论。比如，书中对于故障树分析（FTA）和事件树分析（ETA）在过程安全管理中的应用，描述得非常详尽和实用，配有大量可供练习的真实工业场景模拟数据。这对于培养未来工程师的风险意识和系统思维至关重要。另外，这本书的参考资料部分做得极其出色，作者精选了一些关键的行业标准、规范以及重要的学术论文索引，这为希望进一步深挖特定主题的读者指明了清晰的路径。我个人觉得，这本书的阅读体验是渐进式的：第一次阅读可能侧重于建立整体概念的骨架；第二次阅读则可以在特定技术点上进行深入的骨骼填充；而随着实际工作经验的积累，它又能不断地提供新的视角来重新审视和优化已有的流程。它陪伴你的时间越久，你从中汲取的价值就越大，绝非那种“读完即弃”的快餐式教材。

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