化工过程设计

化工过程设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:世界图书出版公司 作者:R.Simth 出品人: 页数:459 译者: 出版时间:1999-10 价格:72.00 装帧:平装 isbn号码:9787506214599 丛书系列:
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具体描述

《现代材料科学导论:从原子到宏观性能》 图书简介 本书旨在为材料科学领域的初学者和希望拓宽知识边界的工程师、物理学家提供一份全面而深入的导论。我们聚焦于材料的微观结构如何决定其宏观性能,并系统阐述当前材料科学研究的核心概念、实验技术以及前沿应用。全书内容紧密围绕“结构-性能-加工-应用”这一材料科学的核心逻辑展开,力求做到理论的严谨性与实践指导性的完美结合。 第一部分:材料的微观世界——结构基础 本部分首先从原子尺度出发,探讨了晶体结构的基本原理。我们将详细介绍晶格常数、晶胞、布拉维点阵、密堆积结构,以及如何利用X射线衍射(XRD)技术来确定材料的晶体结构和晶粒尺寸。在此基础上,深入剖析了非晶态材料(如玻璃和高分子)的无序结构特征及其与晶体材料的本质区别。 随后,重点转向缺陷工程。材料的性能往往不由完美的晶体结构决定,而是受缺陷的类型和浓度深刻影响。我们系统梳理了点缺陷(空位、间隙原子、取代原子)、线缺陷(位错)和面缺陷(晶界、孪晶界)的形成机制、运动方式及其对材料力学性能(如屈服强度、硬度)的决定性作用。位错滑移和攀移理论是本章的核心,它们是理解金属塑性变形的关键。 第二部分:热力学与动力学驱动 材料的相变是其功能化的基础。本书详细阐述了材料热力学的基本定律,重点关注吉布斯自由能、相图的构建与解读。通过Iron-Carbon(Fe-C)相图这一经典案例,读者将学习如何利用相图预测合金的微观组织演变。 动力学部分则聚焦于扩散过程。我们深入探讨Fick定律在不同温度和浓度梯度下的应用,包括固态扩散机制(如替位扩散和间隙扩散)。此外,热处理过程,如退火、淬火和回火,其本质即是受扩散控制的微观结构演化。本书提供了精确的激活能计算方法,用以指导实际的热处理工艺设计。 第三部分:四大材料家族的深入剖析 本部分将材料体系划分为四大类,分别进行详细的性能解析和应用介绍: 1. 金属与合金: 重点讨论了纯金属的晶体特性与加工硬化现象。在合金设计方面,我们将介绍固溶强化、沉淀强化、晶界强化和加工强化这四大强化机制。特别关注了新型高熵合金(HEA)的设计理念及其带来的非传统性能。同时,详细解析了疲劳、蠕变和断裂力学的基础知识,强调了损伤容限和安全设计的重要性。 2. 陶瓷材料: 陶瓷以其优异的耐高温、耐腐蚀和电绝缘性著称。本书涵盖了离子键和共价键对陶瓷脆性的影响。我们详细分析了氧化物、非氧化物陶瓷(如氮化硅、碳化硅)的制备工艺(如烧结理论,液相烧结与固相烧结),并重点讨论了室温和高温下的断裂韧性提升策略,如引入第二相颗粒或纤维增强。 3. 高分子材料: 聚焦于长链分子的结构特征——构象、构型和缠结。书中阐释了聚合物的粘弹性行为,即时间-温度等效原理。从热塑性塑料到热固性树脂,我们对比了它们的加工方式(如注塑、挤出)以及力学性能随温度变化的特点,并探讨了生物可降解高分子材料的发展方向。 4. 复合材料: 复合材料是实现“1+1>2”性能目标的关键。本书系统介绍了纤维增强复合材料(如碳纤维、玻璃纤维增强环氧树脂)和颗粒增强复合材料的效能模型。着重讲解了界面区的有效性,以及各向异性材料的力学响应分析方法。 第四部分:功能材料与前沿技术 本部分转向对现代电子、能源和生物医学领域至关重要的功能性材料: 1. 电子与磁性材料: 深入探讨了半导体的能带理论,区分了直接带隙和间接带隙材料,并解释了PN结的形成与工作原理。在磁性方面,区分了铁磁性、反铁磁性和抗铁磁性,并介绍了软磁材料(如铁氧体)和硬磁材料(如钕铁硼)的应用场景。 2. 能源材料: 侧重于电化学能源。详细分析了锂离子电池中正负极材料的结构要求(如嵌锂/脱锂动力学),以及固体氧化物燃料电池(SOFC)中电解质材料的离子导电机制。 3. 先进加工与表征: 强调了如何“制造”出具有特定结构的材料。内容包括增材制造(3D打印)中的材料适用性,如选择性激光熔化(SLM)对金属微观组织的影响。表征技术方面,除了XRD,还重点介绍了扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及其配套的能量色散X射线谱(EDS)和电子背散射衍射(EBSD)在微区分析中的强大能力。 总结与展望 本书最后一部分对材料科学的交叉性进行了总结,强调了计算材料学(如密度泛函理论DFT、分子动力学模拟)在加速材料发现中的作用。我们相信,掌握这些从原子尺度到宏观应用的完整知识体系,是未来工程师和科学家解决复杂工程挑战的基石。本书结构清晰,配有大量工程实例和习题,是高等院校本科高年级及研究生学习的理想教材。

作者简介

目录信息

Contents
Preface xiii
Acknowledgments xv
Nomenclature xvil
Chapter 1. The Hierarchy of Chemical Process Design
1.1 Introduction
1.2 Overall Process Design
1.3 The Hierarchy of Process Design and the Onion Model
1.4 Approaches to Process Design
1.5 The Hierarchy of Chemical Process Design-Summary
1.6 References
Chapter 2. Choice of Reactor
2.1 Reaction Path
2.2 Types of Reaction Systems
2.3 Reactor Performance
2.4 Idealized Reactor Models
2.5 Reactor Concentration
2.6 Reactor Temperature
2.7 Reactor Pressure
2.8 Reactor Phase
2.9 Catalysts
2.10 Practical Reactors
2.11 Choice of Reactor-Summary
2.12 References
Chapter 3. Choice of Separator
3.1 Separation of Heterogeneous Mixtures
3.2 Separation of Homogeneous Fluid Mixtures
3.3 Distillation
3.4 Distillation of Mixtures Which Exhibit Azeotroplc Behavior or Have
Low Relative Volatility
3.5 Absorption
3.6 Evaporators
3.7 Dryers
3.8 Choice of Separator-Summary
3.9 References
Chapter 4. Synthesis of Reaction-Separation Systems
4.1 The Function of Process Recycles
4.2 Vapor Recycles and Purges
4.3 Vapor versus Liquid Recycles
4.4 Batch Processes
4.5 The Process Yield
4.6 Synthesis of Reaction-Separation Systems-Summary
4.7 References
Chapter 5. Distillation Sequencing
5.1 Distillation Sequencing Using Simple Columns
5.2 Practical Constraints that Restrict Options
5.3 Selection of the Sequence for Simple, Nonintegrated Distillation
Columns
5.4 Heat Integration of Sequences of Simple Dlstillation Columns
5.5 Internal Mass Flows in Sequences of Simple Distillation Columns
5.6 Distillation Sequencing Using Columns with More than Two
Products
5.7 Distillation Sequencing Using Thermal Coupling
5.8 Optimization of a Reducible Structure
5.9 Distillation Sequencing-Summary
5.10 References
Chapter 6. Heat Exchanger Network and Utilities: Energy Targets
6.1 Composite Curves
6.2 The Heat Recovery Pinch
6.3 Threshold Problems
6.4 The Problem Table Algorithm
6.5 Process Constraints
6.6 Utllity Selection
6.7 Furnaces
6.8 Combined Heat and Power (Cogeneration)
6.9 Integration of Heat Pump
6.10 Integration of Refrigeration Cycles
6.11 Heat Exchanger Network and Utilities Energy Targets-Summary
6.12 References
Chapter 7. Heat Exchanger Network and Utilities: Capital and Total
Cost Targets
7.1 Number of Heat Exchange Units
7.2 Heat Exchange Area Targets
7.3 Number of Shells Target
7.4 Capltal Cost Targets
7.5 Total Cost Targets
7.6 Heat Exchanger Network and Utlllties Capital and Total Costs-
Summary
7.7 References
Chapter 8. Economic Tradeoffs
8.1 Local and Global Tradeoffs
8.2 Optimization of Reactor Converslon for Single Reactions
8.3 Optimizatlon of Reactor Converslon for Multiple Reactlons
Producing Byproducts
8.4 Optimization of Processes Involvlng a Purge
8.5 Batch Processes
8.6 Economic Tradeoffs-Summary
8.7 References
Chapter 9. Safety and Health Considerations
9.1 Fire
9.2 Explosion
9.3 Toxlc Release
9.4 Intenslficatlon of Hazardous Materials
9.5 Attenuation of Hazardous Materials
9.8 Quantitative Measures of Inherent Safety
9.7 Safety and Health Consideratlons-Summary
9.8 References
Chapter 10. Waste Minimization
10.1 Mlnimization of Waste from Reactors
10.2 Mlnlmlzatlon of Waste from the Separatlon and Recycle System
10.3 Minimizatlon of Waste from Process Operatlons
10.4 Minimizatlon of Utllity Waste
10.5 Life-Cycle Analysis
10.6 Waste Mlnlrnizatlon in Practlce
10.7 Waste Minlrnization-Summary
10.8 References
Chapter 11. Effluent Treatment
11.1 Inclneratlon
11.2 Treatment of Solid Particle Emlsslons to Atmosphere
11.3 Treatment of Gaseous Emlssions to Atmosphere
11.4 Treatment of Combustlon Product Emlssions
11.5 Treatment of Aqueous Emissions
11.6 Effluent Treatment-Summary
11.7 References
Chapter 12. Process Changes for Improved Heat Integration
12.1 The Plus/Minus Principle
12.2 The Tradeoffs Between Process Changes, Utlllty Selectlon, Energy
Cost, and Capital Cost
12.3 Process Changes for Improved Heat Integration-Summary
12.4 References
Chapter 13. Heat Integration of Reactors
13.1 The Heat Integration Characteristlcs of Reactors
13.2 Approprlate Placement of Reactors
13.3 Use of the Grand Composlte Curve for Heat Integration of Reactors
13.4 Evolvlng Reactor Deslgn to Improve Heat Integration
13.5 Heat Integratlon of Reactors-Summary
13.6 References
Chapter 14. Heat Integration of Distlllatlon Columns
14.1 The Heat Integration Characteristlcs of Dlstillation
14.2 Approprlate Placement of Olstlllation
14.3 Use of the Grand Composite Curve for Heat Integration of
Distillatlon
14.4 Evolving the Design of Slmple Dlstlllatton Columns to Improve Heat
Integratlon
14.5 Heat Pumping in Distillatlon
14.6 Evolving the Distlllatlon Sequence
14.7 Capital Cost Considerations
14.8 ACaseStudy
14.9 Heat Integration of Dlstlllation Columns-Summary
14.10 References
Chapter 15. Heat Integration of Evaporators and Dryers
15.1 The Heat Integratlon Characteristlcs of Evaporators
15.2 Approprlate Placement of Evaporators
15.3 Evolving Evaporator Design to Improve Heat Integration
15.4 The Heat Integration Characteristlcs of Dryers
15.5 Evolving Dryer Deslgn to Improve Heat Integration
15.6 ACaseStudy
15.7 Heat Integratlon of Evaporators and Dryers-Summary
15.8 References
Chapter 16. Heat Exchanger Network Design
16.1 The Pinch Deslgn Method
16.2 Deslgn for Threshold Problems
16.3 Stream Splltting
16.4 Design for Mulliple Pinches
16.5 Remaining Problem Analysis
16.6 Network Optimization
16.7 Heat Exchanger Network Design Based on the Optimlzation of
Reducible Stru'cture
16.8 Heat Exchanger Network Design-Summary
16.9 References
Chapter 17. Overall Strategy
17.1 Objectives
17.2 The Hierarchy
17.3 The Final Design
17.4 References
Appendix A. Preliminary Economic Evaluation
A.l The Role of Process Economics
A.2 Simple Economic Criteria
A.3 Operating Costs
A.4 Capltal Costs
A.5 References
Appendlx B Algorithm for the Heat Exchange Area Target
Appendix C. Maximum Thermal Effectlveness for 1-2 Shell-and-Tube
Heat Exchangers
Appendlx D. Expresslon for the Mlnlmum Number of 1-2 Shell-and
Tube Heat Exchangers for a Given Unit
Appendlx E. Algorithm for the Number-of-Shells Target
E.l Mlnlmum Area Target for Networks of 1-2 Shells
E.2 References
Appendlx F Algorithm for Heat Exchanger Capital Cost Target
Index
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我对这本书的评价是,它更像是一部“行业潜规则与经验总结汇编”,而不是一本标准的学院派教材。它的语言风格非常接地气,时不时会冒出一些在课堂上绝对听不到的“行话”和“老法子”。比如,在谈到泵选型时,书中提到“宁选大马力,不选极限工况点附近的低效能设备”,这看似违反了追求效率的原则,但作者紧接着解释了这是为了应对管道老化、介质粘度变化等长期运行中的不确定性,这种基于长期运营视角的建议,简直是金玉良言。我在阅读关于管路布置和支架设计的章节时,体验尤为深刻。作者强调了柔性连接件的合理使用,并配有图示说明了不同固定方式对设备法兰的应力影响。我回忆起自己以前画的图纸,总是在细节上吃亏,不是支架太死板就是补偿器装得不对位。这本书像一个严厉但公正的导师,把这些过去被忽略的“边角料”知识系统地整理了出来,让你意识到,一个优秀的化工设计,最终是体现在这些毫厘之间的。此外,书中对不同流体物性的处理,尤其是针对高粘度、非牛顿流体的特殊考量,给出了非常实用的经验公式和修正方法,这些内容在很多主流的参考书里都是一带而过或者缺失的。读完这部分,我感觉自己对“过程控制与仪表”的理解也上升到了一个新的高度,明白了控制阀的选型不仅仅是 Cv 值的问题。

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这本书的封面设计得极其引人注目,色彩搭配大胆而富有层次感,那种深邃的蓝色调与橙黄色的点缀,仿佛直接将读者带入了一个充满化学反应和精密计算的工业现场。我刚拿到手时,就被其厚重的质感和精装的工艺所吸引,这让我对内容的期待值一下子飙升。首先映入眼帘的是序言部分,作者的笔触极为真诚,没有那种高高在上的理论说教,反而像是一位经验丰富的老工程师在和我们这些初学者娓娓道来,分享他多年行走于各个工厂车间的心得体会。他强调了“设计”不仅仅是纸面上的计算,更是对实际操作风险、经济效益、环保法规等多维度因素的综合权衡。特别是关于初期工艺路线选择的那一节,作者用了一个生动的比喻,将不同路线比作走不同的山路,有的平坦但绕远,有的陡峭但直达核心,这种形象化的描述极大地降低了理解门槛。我尤其欣赏他对安全冗余设计的执着探讨,他深入剖析了几个历史上著名的化工事故案例,不是简单地罗列事实,而是层层剥开背后的设计缺陷,让人读来脊背发凉,深刻体会到“安全是化工的生命线”这句话的分量。这本书的排版也很用心,图表的清晰度和标注的精确度都达到了教科书级别的标准,很多复杂的流程图,即便是初次接触的人也能迅速抓住核心逻辑。整体而言,这本书在“理论基石”与“工程实践”之间找到了一个绝佳的平衡点,让人感觉这不是一本冰冷的教材,而是一本充满温度和智慧的行业宝典。

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这本书的理论深度和广度是令人敬畏的,它对化学工程领域的知识体系做了一次非常彻底而系统的梳理。我关注的重点在于其对“反应器设计”的深入剖析。它并没有将 CSTR、PFR 等反应器视为孤立的单元,而是从热力学限制、传质传热效率、催化剂失活机制等多个角度进行了多学科交叉分析。比如,在讨论固定床反应器设计时,书中引入了先进的计算流体力学(CFD)模拟概念,虽然没有深入讲解 CFD 本身,但明确指出了如何根据模拟结果反推和修正传统的轴向弥散模型,这无疑是站在了当前化工设计研究的前沿。更值得称道的是,作者对放大效应(Scale-up)的阐述。他清晰地划分了从实验室到中试再到工业化的每一个关键瓶颈,并针对性地提出了应对策略,例如,在小试中看似稳定的温度梯度,在大规模生产中可能因为传热面积体积比的急剧下降而导致局部过热,从而引发副反应甚至安全事故。书中用清晰的数学模型展示了这种非线性变化,让人对“放大效应”的复杂性有了切身的体会。这本书要求读者具备扎实的微积分和微分方程基础,但它通过严谨的推导过程,让你真正理解每一个公式背后的物理意义,而不是死记硬背。对于志在深耕研发或工艺优化岗位的工程师来说,这本著作是无可替代的智力投资。

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说实话,我原本对手册类的书籍都有点敬而远之,总觉得里面充斥着各种枯燥的公式和拗口的专业术语,能提炼出真正有用的东西并不容易。然而,这本书完全颠覆了我的刻板印象。它的结构安排简直是大师级的艺术品,逻辑链条紧密得让人拍案叫绝。从最基础的物料平衡、能量平衡开始,作者并没有急于进入复杂的反应动力学,而是花了大篇幅去讲解如何搭建一个“思考框架”。我发现,书中对单元操作的拆解细致入微,比如蒸馏塔的设计,它不仅仅停留在计算塔板数和回流比,而是深入探讨了填料塔和板式塔在不同压力和物料特性下的适用性差异,并配有大量对比表格,这些数据对比极具说服力。更让我惊喜的是,它对软件应用有着独到的见解。作者并未盲目推崇某一个商业软件,而是站在更高的角度,分析了 Aspen HYSYS、Pro/II 等工具背后的计算原理,教我们如何“看穿”软件的计算结果,识别潜在的错误假设。在我最近参与的一个小型优化项目中,我正是运用了书中关于换热网络优化设计的那一套思路,竟然在不增加资本投入的前提下,将系统的能耗降低了近百分之八。这种即学即用的强大效能,证明了这本书的价值远超其定价,它真正教会了我如何用工程思维去“解决问题”,而不是仅仅“完成作业”。

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我更倾向于将这本书看作是一部“跨界融合的工程思维训练手册”。它最独特的地方在于,它将传统的化工设计与现代可持续发展的理念深度融合,呈现出一种前瞻性的视野。在许多章节中,作者反复强调“绿色化学”原则在设计初始阶段就必须嵌入。例如,在溶剂选择和回收系统的设计上,它给出的标准不再仅仅是分离效率,而是要综合考虑溶剂的毒性等级(如根据 ICH Q3C 标准)、可再生性以及废水处理的难易程度。这使得整个设计过程从“制造产品”转向了“高效、清洁地制造产品”。书中关于过程强化(Process Intensification, PI)的讨论尤其精彩,它介绍了几种颠覆性的新技术,比如微通道反应器、反应精馏等,并对这些新技术的工程化可行性进行了冷静而客观的评估,避免了对新技术的盲目追捧。通过对这些前沿技术的介绍,读者可以清晰地看到未来化工行业的发展方向。这本书培养的不是一个简单的“流程图绘制者”,而是一个能够预见技术变革、主动拥抱可持续实践的创新型工程师。它鼓励我们在每一个设计决策中,都多问一个“为什么不换一种更环保的方式?”的深刻问题,这对于提升整个行业的设计水准具有深远的意义。

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还行吧。

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还行吧。

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还行吧。

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还行吧。

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还行吧。