Handbook on Material and Energy Balance Calculations in Metallurgical Processes pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Fine, H. Alan/ Geiger, G. H.

出品人:

页数:584

译者:

出版时间:1998-7

价格:506.00元

装帧:

isbn号码:9780873392242

丛书系列:

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• 冶金学
• 物料平衡
• 能量平衡
• 计算
• 工艺
• 热力学
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• 化学反应
• 过程工程
• 冶金过程

冶金过程中的材料与能量平衡计算手册 本书聚焦于冶金过程的深入分析与优化，旨在为冶金工程师、科研人员及相关专业学生提供一套全面、实用的计算方法与案例指导。 第一部分：冶金过程基础与热力学原理 本书的开篇部分系统梳理了冶金过程的基础理论，为后续的定量分析奠定坚实基础。 第一章：冶金过程概论与系统边界 本章首先界定了冶金过程的范畴，从矿石准备、富集、冶炼到精炼的完整产业链条进行了概述。重点阐述了如何科学地划分计算系统边界，这是进行准确物料和能量平衡的前提。我们将探讨宏观系统与微观反应单元的区别，并介绍在复杂多相体系中确定控制容积的方法论。内容涵盖了炉体、反应器、分离设备等不同单元的边界设定原则，强调了流体动力学和热量传递在定义边界时的考量。 第二章：化学计量学与反应平衡 详细讨论了冶金反应中的化学计量关系，包括化学方程式的配平、反应物摩尔比的确定以及产物收率的计算。本章引入了化学反应的平衡常数、吉布斯自由能变化 ($Delta G$) 与温度、压力之间的关系，这是理解冶金反应方向和程度的关键。我们深入分析了在高温、高压环境下，复杂氧化还原反应的平衡移动规律，并结合实例展示如何利用热力学数据预测反应的自发性。 第三章：热力学基础与物料平衡的桥梁 本章是连接热力学与物料平衡的核心章节。重点阐述了焓、熵、比热容等基本热力学性质的测量、估算与应用。我们详细介绍了标准生成焓、标准生成熵的查找与使用方法，并探讨了温度对这些性质的影响，特别是对于高温冶金体系中非理想溶液和固溶体的处理。此外，本章还引入了活度（Activity）的概念，解释了其在解决复杂溶液体系中组分有效浓度的重要性，为后续的非理想系统计算做好铺垫。 第二部分：稳态与非稳态物料平衡计算 本部分是本书的核心，专注于冶金过程中物料衡算方法的构建与应用。 第四章：稳态物料平衡的建立与求解 本章详细介绍了在给定稳定操作条件下，如何建立和求解冶金过程的稳态物料平衡方程组。内容涵盖了单相、多相体系的组分流量平衡、原子平衡以及电荷平衡的构建方法。我们通过大量冶金实例，如烧结、球团的配料计算、鼓泡塔的进出料平衡、电解槽的电流效率计算等，展示了如何运用矩阵代数和迭代求解方法处理含有循环流的复杂流程。特别关注了惰性组分（如炉渣中的脉石）和挥发性组分的处理策略。 第五章：惰性组分、回收率与过程效率 深入探讨了如何量化冶金过程的物料利用效率。本章详细定义了理论收率、实际收率、分离效率和回收率等关键指标。重点分析了在存在副产物、排放物（如烟气、废水）以及未反应原料循环的流程中，如何精确计算各组分的损失与回收。通过对转炉炼钢、铜冶炼过程的案例分析，读者可以掌握如何利用物料平衡数据诊断工艺瓶颈和优化操作参数。 第六章：非稳态物料平衡与动态过程模拟 本章将物料平衡分析扩展到时间依赖的动态系统。内容包括储罐、反应器等单元的瞬态物质累积量的计算，导出了描述物料浓度随时间变化的微分方程组。我们探讨了如何利用数值积分方法（如欧拉法、龙格-库塔法）求解这些非线性微分方程，以模拟开炉、停炉、负荷波动等动态工况下的系统行为，为过程控制和安全操作提供理论支持。 第三部分：能量平衡计算与热经济学分析 能量平衡是理解冶金过程能耗、热效率和优化燃料使用的基础。 第七章：热量计算基础与热工计量 本章讲解了冶金过程中的热量传递形式（传导、对流、辐射）及其计算方法。详细介绍了显热、潜热的计算，并强调了在高温炉体中精确估算炉衬和环境热损失的重要性。引入了基准温度点的选择对能量平衡计算结果的影响，并讨论了如何利用热量表（Heat Flow Diagram）直观展示能量流。 第八章：稳态能量平衡的构建与应用 系统阐述了冶金反应器（如电炉、鼓风炉、精炼炉）的稳态能量平衡方程的建立。重点分析了反应热（$Delta H_r$）在总能量平衡中的作用，以及如何将燃料燃烧热、电能输入、物料显热、热损失等所有能量项纳入平衡方程。通过具体的冶金实例，如氧化铝生产中的拜耳法、铝电解过程的能耗计算，读者将学会如何确定过程的热效率和热经济性。 第九章：热力学与能量平衡的综合分析 本章将物料平衡和能量平衡紧密结合，探讨了热化学计算在冶金过程设计中的核心地位。重点讨论了计算热力学方法，如使用基准态修正法处理组分热值，以及如何利用焓-摩尔图等工具进行图解分析。本章还介绍了烟气和炉渣的显热回收潜力计算，以及如何基于能量平衡数据优化热交换网络的设计。 第四部分：过程集成与优化实例 最后一部分将前述的理论和方法应用于实际复杂的冶金流程。 第十章：复杂流程的集成计算 本章以大型冶金联合流程为例，展示了如何将多个单元操作（如还原、分离、精炼）的物料和能量平衡进行串联与集成。重点讨论了系统简化、引入假设的合理性判断，以及在集成系统中处理多重循环物料和能量反馈流的方法。内容涵盖了湿法冶金的浸出-净化-沉淀流程的整体计算框架。 第十一章：冶金过程的热经济学与能效诊断 本章引入了先进的过程优化概念。通过热经济学分析，探讨了如何识别流程中的能量品位降级（Degradation）和热损失的关键点。详细介绍了量化过程“浪费”的指标，如熵增分析与火用（Exergy）分析在诊断冶金能耗过高环节中的应用。通过实际案例对比不同操作条件下的能效，指导读者进行科学的过程改进决策。 --- 本书特色： 实用性强： 理论讲解紧密结合冶金工业的实际操作数据和工程挑战。 计算详尽： 提供了大量清晰的步骤指导和详细的数值示例，便于读者模仿和应用。 覆盖面广： 涵盖了从基础化学计量到复杂动态模拟的全套分析工具。 深度解析： 不仅停留在“计算得出结果”，更深入分析了结果背后的物理化学意义和工程含义。 本书是冶金工程领域不可或缺的参考工具书。

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这本书的封面设计简洁大气，深蓝色调沉稳可靠，与书名中“冶金过程”的专业感十分契合。初次翻阅时，我立刻被其清晰的章节划分和详尽的目录结构所吸引。它似乎没有那种故作高深的学术腔调，而是直接将复杂的物料和能量平衡计算，以一种非常系统化、模块化的方式呈现出来。我特别注意到书中对基础概念的引入非常扎实，作者似乎深知，要驾驭冶金领域的复杂计算，扎实的理论基石是必不可少的。每一章的开头，都会用非常精炼的语言回顾相关的热力学或传递现象原理，然后迅速过渡到如何将这些原理应用于实际的冶金单元操作中，比如高炉炼铁、转炉炼钢或者电解精炼。这种循序渐进的教学方式，对于我这种需要快速将理论知识转化为工程实践的人来说，无疑是极大的福音。书中对于不同类型反应炉和分离过程的案例分析，似乎也考虑到了实际生产中可能遇到的各种变量和限制条件，这使得阅读过程更像是在与一位经验丰富的工程师对话，而不是单纯地研读一本教科书。

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从最终的参考价值来看，这本书的份量和深度都远超出了普通入门教材的范畴。它更像是一本需要长期置于案头，时常翻阅的“工作手册”。我特别留意到书后附带的附录部分，其中包含了大量常用的物理化学常数表、常见冶金渣系的热力学数据以及一些经验性的关联式。这些数据的精确度和覆盖范围非常全面，足以支持大多数中高难度的工业计算任务，减少了读者需要额外查阅其他参考资料的频率。整体而言，这本书成功地将理论的深度、计算的广度以及工程实践的贴合度融为一体，它不是一本读完即束之高阁的书籍，而是一套真正能陪伴冶金工程师从设计、操作到优化的全周期、高价值的专业工具。它成功地将复杂的计算艺术，转化成了一门可学习、可掌握的工程学科。

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这本书在内容组织上展现出一种近乎严苛的逻辑性和连贯性，让人在阅读时几乎不会感到思维的中断或迷失方向。它的叙事节奏非常稳健，从宏观的系统边界定义开始，逐步深入到微观的组分守恒和能量传递细节。我尤其欣赏作者在处理复杂多相平衡时的清晰度。在涉及气液固多相共存的冶金体系时，很多教材会因为试图涵盖过多的细节而显得晦涩难懂，但这本手册却能巧妙地在保证计算严谨性的前提下，将复杂的相图分析和化学势平衡用易于理解的图示和简化模型来辅助说明。每当引入一个新的计算模型，比如针对特定温度区间优化的焓变计算公式，作者总会紧接着提供一到两个贴合实际的工程算例，这些算例的数据选择非常贴近工业界的常用参数，使得我们这些读者能够立刻“上手”测试自己的理解程度。这种“理论阐述—模型建立—工程应用”的闭环设计，极大地增强了知识的吸收效率和实用价值，让人感觉这本书是为解决实际问题而生的工具书。

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这本书的独到之处，在于它不仅仅停留在“如何计算”的层面，更深入地探讨了“为什么这样计算”的工程哲学。它似乎在潜移默化中引导读者去思考，物料和能量平衡计算在整个冶金工艺优化中的战略地位。例如，在讨论炉内还原剂的利用率时，书中并没有简单地给出一个固定的效率值，而是详细分析了不同操作温度、炉气组成和矿石粒度如何相互作用，共同影响最终的平衡点。这种对系统耦合性的强调，让我深刻认识到，优化任何一个单元操作，都必须将其置于整个冶金流程的能量和物料网络中去审视。它所提供的视角是跨越单一反应器限制的，鼓励读者站在更广阔的“工厂级”甚至“系统级”的角度来规划和改进工艺流程，这对于培养全面的冶金工程师至关重要。

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阅读体验上，这本书的排版和插图质量令人印象深刻。在处理流程图和P&ID（管道及仪表流程图）时，图表的清晰度和标注的规范性达到了专业出版物的最高水准。很多描述复杂传热过程的示意图，用颜色和箭头清晰地标示了能量的输入、输出和循环路径，即便不阅读旁边的文字，也能对该过程的能量流向有一个直观的把握。而且，与其他一些偏重理论的参考书不同，这本书似乎非常注重计算过程的“可追溯性”。在推导关键公式时，作者会明确指出所使用的假设条件，并对这些假设在何种操作条件下可能失效进行必要的提示。这种对不确定性的坦诚处理，极大地提升了读者的信心，因为它教会我们，工程计算并非僵硬的公式套用，而是基于对过程理解的主动选择和判断。这种对计算细节的尊重，使得这本书更像是一份严谨的“冶金计算宪章”。

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