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出版者:化学工业

作者:谢克昌//房鼎业

出品人:

页数:636

译者:

出版时间:2010-5

价格:150.00元

装帧:

isbn号码:9787122079886

丛书系列:

图书标签:

• 甲醇
• 化工工艺
• 化学工程
• 工业催化
• 合成气
• 精馏
• 反应工程
• 工艺设计
• 能源化工
• 绿色化工

《现代化学工程基础与实践》 内容简介 本书旨在为化学工程领域的学生、研究人员及工程技术人员提供一本全面、深入且实用的教材与参考手册。内容涵盖了化学工程学的核心理论、基本原理以及在现代工业生产中的具体应用，重点强调了从基础概念到复杂系统集成的完整知识体系构建。 第一部分：化学过程单元操作基础 本部分详尽阐述了流体流动、传热、传质三大核心单元操作的理论基础与工程计算方法。 1. 流体力学与流体输送 流体性质与本构方程： 详细讨论了牛顿流体与非牛顿流体的粘度特性、密度变化规律，以及流体的表面张力、压缩性等参数的测定方法。引入了应力张量和应变率张量的概念，为更高级的流体力学分析打下基础。 宏观动量守恒： 深入讲解了雷诺输运定理（Reynolds Transport Theorem）在描述控制体动量变化中的应用。推导了管道流、非牛顿流体（如剪切稀化流体）在复杂管道系统中的压力降计算，包括摩擦阻力和局部阻力系数的精确确定。 化工设备中的流态分析： 重点分析了搅拌槽、反应器、填充塔等设备内的流场分布，讨论了湍流模型（如 $k-epsilon$ 模型）在CFD（计算流体力学）模拟中的应用，以及颗粒床层（固定床与流化床）的膨胀规律与最小流化速度的确定。 流体输送设备： 详细比较了离心泵、容积泵、鼓风机与压缩机的设计原理、性能曲线解读、系统扬程匹配计算以及气蚀现象的预防与处理。 2. 传热学原理与设备 三大传热机理的深入探讨： 对导热（傅里叶定律）、对流（牛顿冷却定律及其修正）和辐射（斯蒂芬-玻尔兹曼定律及形状因子）进行了详尽的数学描述和物理解释。特别关注了非稳态导热问题（如杜哈默积分的应用）。 对流传热的复杂性： 探讨了边界层理论，分析了层流与湍流状态下的努塞尔数（$Nu$）关联式，包括管道内流体、管束外流体（横向与纵向冲刷）以及自然对流的计算方法。 设备设计与优化： 重点介绍了管壳式换热器（包括U型管、固定管板、浮头式）的结构设计、热负荷计算、面积校核以及污垢热阻（Fouling Factor）的确定与控制。讨论了再沸器、冷凝器、加热炉等关键换热设备的运行特性与节能策略。 3. 动量、热量与质量传递的统一性 输运方程的构建： 阐述了动量、热量和质量传递在数学形式上的相似性，引入了扩散系数（动量扩散系数——粘度，热扩散系数——热扩散率，质量扩散系数——质量扩散系数）的概念。 菲克定律与马克斯韦尔关系： 深入分析了在不同相态和浓度梯度下的质量扩散机理，包括固相扩散、液相扩散以及在多孔介质中的表观扩散系数。 第二部分：分离过程与单元设计 本部分聚焦于利用物理化学性质差异实现物质分离的技术，涵盖了传统与现代的分离方法。 1. 气液分离操作 气液平衡： 详细讲解了理想溶液和非理想溶液（如活度系数模型、Wilson方程、NRTL模型）的气液平衡关系（VLE）。讨论了高压和共沸体系的相平衡特性。 精馏理论： 阐述了麦凯布-提勒法（McCabe-Thiele）和吉利兰（Gilliland）关联图在精馏塔设计中的应用。详细分析了塔板效率（如Murphree效率、整体效率）的影响因素，并介绍了侧线进料、回流比优化以及塔釜操作（侧取液、带出汽相）的控制策略。 吸收与脱附： 讨论了气体吸收的传质阻力分析（整体系数法），以及吸收塔（板式塔与填料塔）的设计，包括传质单元数的计算和填料的选择标准。 2. 液液萃取与固液分离 液液萃取： 基于三相图分析萃取过程，介绍溶剂的选择原则（选择性、分配系数、回收成本）。讲解了萃取塔的设计计算，如多级逆流萃取的理论级数确定。 结晶： 阐述了成核与晶体生长动力学，介绍了冷却结晶、蒸发结晶、沉淀结晶的工艺选择与设备（如强制循环结晶器、真空冷却结晶器）的设计参数确定。 过滤与沉降： 深入分析了恒压过滤、恒速过滤的动力学方程，介绍了板框压滤机、离心机（过滤式与沉降式）的操作原理与生产能力计算。 第三部分：化学反应工程（CRE） 本部分是理解化学过程核心——反应器的基础，侧重于反应速率、反应器设计及工艺优化。 1. 化学反应动力学 反应速率表达： 区分了反应级数、半衰期、表观活度和真实活度。详细介绍了零级、一级、二级反应的积分法与半对数法求解。 影响速率的因素： 探讨了温度（阿累尼乌斯方程）、催化剂（活性、选择性、寿命）、反应物浓度、溶剂效应及混合效应（微观混合与宏观混合）对反应速率的定量影响。 催化反应机理： 引入了朗缪尔-希伍德（Langmuir-Hinshelwood）和埃利-瑞恩（Eley-Rideal）反应机理模型，用于描述非均相催化反应的速率方程。 2. 反应器设计与优化 理想反应器模型： 详细推导并对比了间歇反应器（Batch Reactor）、连续返混反应器（CSTR）和管式反应器（PFR）的设计方程，强调了空间时间（$ au$）与转化率的关系。 非理想反应器分析： 介绍了返混分布函数（RTD）的概念，通过平均停留时间与分散参数分析实际反应器（如填充床）的偏离理想行为的程度。 复杂反应系统： 针对系列反应、平行反应、可逆反应和放热/吸热反应，讨论了最佳操作温度曲线（等温操作、绝热操作、分级冷却/加热操作）的确定，以及热点（Hot Spot）的控制策略。 第四部分：过程控制与安全工程 本部分将理论知识应用于实际生产环境的管理与保障。 1. 过程控制系统 动态特性与传递函数： 分析了典型一阶、二阶系统对扰动的响应，并引入了伯德图、奈奎斯特图等频域分析工具。 PID控制器设计： 详细讲解了比例（P）、积分（I）、微分（D）参数的物理意义、整定方法（如Ziegler-Nichols法），以及串级控制、前馈控制等高级控制策略的应用。 2. 化工安全与环境工程基础 工艺安全管理（PSM）： 讨论了危险与可操作性分析（HAZOP）、保护层分析（LOPA）等风险评估技术。 环境影响控制： 概述了三废处理的基本原理，包括废水中的生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）去除技术，以及废气中的VOCs治理技术（如催化氧化、活性炭吸附）。 本书结构严谨，图表丰富，配有大量工程实例和习题，力求使读者能够熟练运用化学工程学的原理解决实际工业生产中的复杂问题。

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我花了整整一个下午的时间来梳理书中关于催化剂选择与活化再生那一章节的论述，可以说是受益匪浅。作者对不同类型甲醇合成催化剂的微观结构、活性位点分布以及在不同压力和温度条件下的寿命衰减机制进行了极其深入且富有洞察力的剖析。特别是对于新型铜基催化剂在超临界条件下的性能表现的论述，其详尽程度远超我之前参考的几本国际核心期刊的综述。书中不仅仅停留在“是什么”的层面，更深层次地探讨了“为什么”会产生那样的反应动力学特征，引用了大量的实验数据作为支撑，逻辑链条严密得像是精密仪器的工作原理说明书。我尤其佩服作者在对比不同工业化路线时所展现出的宏观把握能力，能够精准地指出每种工艺在能耗、原料适应性以及副产物控制上的优劣势，这种百科全书式的综合分析能力，确实是资深工程师的标志性体现，让人读后对整个甲醇产业链的复杂性有了更深层次的敬畏。

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坦率地说，这本书的理论深度和广度令人感到有些“压力山大”，这显然不是为初涉化工领域的新手准备的入门读物。书中对反应器内流场模拟和热力学平衡计算的阐述，大量引入了偏微分方程和张量分析，对于缺乏扎实数学基础的读者来说，可能会是一个不小的挑战。我尝试去理解其中关于“非理想流体在复杂几何构型催化剂床层中的多相传质阻力”的建模部分，不得不反复查阅高等流体力学教材来辅助理解。但这同时也说明了其学术价值的不可替代性——它为那些希望在甲醇合成领域进行前沿研究的人员，提供了一个坚实的理论基石和前沿的分析框架。它敢于触及那些最难啃的硬骨头，并且用严谨的数学工具去解析它们，这使得这本书更像是研究生阶段的案头必备参考书，而不是业余兴趣的消遣读物。

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这本书的实用性简直是无可挑剔，它完全是为一线操作人员和初级设计工程师量身定制的“工具箱”。比如，针对操作中常见的“低温失活”和“高温烧结”问题，作者没有给出空泛的建议，而是直接给出了具体的温度控制阈值、气体组分波动范围的容忍度，以及相应的应急处理步骤，甚至连紧急停车程序都给出了详细的清单。我特别关注了其中关于废水和尾气处理那一节，它没有采用传统的环保法规罗列方式，而是直接嵌入到工艺流程优化中去讨论，将“减量化”和“资源化”的概念融入到甲醇生产的每一个环节。这使得整本书读起来更像是一本“如何高效且合规地运行一个甲醇装置”的操作手册，而不是一本高深的纯理论著作。这种将知识点转化为可执行操作指南的转化能力，是很多理论书籍所欠缺的宝贵特质。

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这本书最让我感到惊喜的是其历史回顾和未来展望部分。作者并没有将甲醇工艺史视为一串平淡的里程碑事件，而是将其描绘成了一场与能源危机、环境压力和材料科学进步持续博弈的史诗。他追溯了从早期的合成氨工艺移植到甲醇合成的微妙转变，以及历次石油危机如何推动了对低压、低能耗合成技术（如Lurgi和ICI技术）的革新。更具启发性的是，作者对“绿色甲醇”——即利用可再生能源制氢和二氧化碳捕集合成甲醇的前景进行了冷静而客观的评估。他没有过度美化未来技术，而是指出了现有技术在规模化、经济性和稳定性上存在的关键瓶颈，这种脚踏实地的批判性思维，比一味鼓吹新技术更能引发读者的深思。这使得整本书的格局一下子从“工艺操作指南”提升到了“产业发展战略分析”的高度，非常耐人寻味。

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这本书的装帧设计真是令人眼前一亮，封面采用了一种非常沉稳的深蓝色调，配上烫金的书名“甲醇工艺学”，显得既专业又大气。拿到手里，纸张的质感也非常好，厚实且平滑，阅读体验很棒。我特别欣赏作者在排版上的用心，字体选择清晰易读，行距和段落间距都处理得恰到好处，即便是长时间阅读也不会感到视觉疲劳。尤其值得称赞的是书中大量的流程图和设备示意图，线条精准，标注详尽，这对于理解复杂的化工过程简直是雪中送炭。很多教科书上的图例都过于简化，而这本书的图示内容丰富到足以让人在不参考文字的情况下，也能对特定单元的操作有一个大致的框架性的认识。可以说，光是这本手册的物理形态和视觉呈现，就已经展现出极高的专业水准和对读者体验的尊重。翻阅时，能感受到这绝非是匆忙赶工的产物，而是经过精心打磨的工程技术资料汇编，这种对细节的执着，是真正做学问的标志。

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