Microchemical And Microfluidic Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Datwani, Sammy S./ Clague, David S.

出品人:

页数:350

译者:

出版时间:

价格:1312.00 元

装帧:

isbn号码:9781574446906

丛书系列:

图书标签:

• Microfluidics
• Microchemistry
• Lab-on-a-Chip
• Chemical Analysis
• Biochemical Engineering
• Micro Total Analysis Systems
• Miniaturization
• Analytical Chemistry
• Sensors
• Biotechnology

好的，这是一本名为《宏观化学与流体工程》的图书简介，其内容完全不涉及微化学与微流控系统。 --- 图书简介：《宏观化学与流体工程：从反应动力学到大规模分离技术》 导言：面向工业应用的大尺度系统设计 在化学工程领域，处理和优化大规模的化学反应器、复杂的流体输送网络以及高效的物质分离过程，始终是推动工业进步的核心议题。本书《宏观化学与流体工程：从反应动力学到大规模分离技术》旨在系统性地梳理和深入探讨在宏观尺度（通常指直径大于几毫米或反应器体积大于几升的系统）下，化学反应过程的传热传质行为、流体动力学特性以及这些因素如何共同决定整个工艺流程的效率与经济性。 本书的核心视角聚焦于工程放大（Scale-up）的挑战与机遇，即如何将实验室规模的成功转化并固化为稳定、安全、经济的工业生产线。我们摒弃了对纳米或微米尺度现象的关注，转而深入研究在典型工业条件下，即高雷诺数、大比表面积限制以及复杂多相流动的环境中，化学过程所面临的实际工程难题。 第一部分：宏观反应工程基础与动力学建模 本部分构建了理解宏观反应器设计所需的基础理论框架，重点在于将本征化学动力学与反应器内的混合、扩散、传热限制耦合起来。 第一章：工业反应器的流体动力学分析 本章首先回顾了牛顿流体和非牛顿流体在管道和大型容器内的流动特性。重点讨论了湍流理论在工业管道流中的应用，包括湍流的结构、壁面剪切应力的估算，以及如何通过修正的经验关系式来预测大型反应器内的宏观混合时间。我们详尽分析了搅拌釜反应器（CSTR）和填充床反应器（PBR）中流体的宏观混合模式，例如死区形成、循环流的影响，以及搅拌器设计（如涡轮式、桨叶式）对流场均匀性的决定性作用。 第二章：传热与传质的放大效应 在宏观尺度上，热量和物质的有效传输是反应器设计成功的关键制约因素。本章深入探讨了在大型反应器中，由于体积与表面积比的下降，传热和传质限制如何变得日益突出。我们分析了宏观对流、导热和扩散在反应过程中的相对贡献。具体内容包括： 宏观传质阻力： 讨论了在多相催化反应中，反应物从主体流体扩散到催化剂颗粒外部，再穿过多孔介质内部的“有效扩散系数”的计算方法，强调了在高温高压工业操作下，这些系数的温度和压力依赖性。 热点与温度控制： 针对高放热反应（如硝化反应、氨氧化反应），详细阐述了如何通过夹套冷却、内部盘管或外置换热器等宏观热交换技术，精确控制反应温度，避免失控的“热点”产生，确保反应安全性与选择性。 第三章：非理想反应器的建模与优化 本章超越了理想CSTR和PFR的假设，专注于描述工业中常见的非理想流动行为。我们引入了如径向色散模型（Radial Dispersion Model）和时间延迟模型来描述轴向混合的影响。通过实际案例分析，展示了如何利用这些模型来解释和预测填充床反应器中可能出现的色谱效应（Chromatographic Effects）和返混现象，并指导工程师选择合适的填料结构和进料方式，以最小化非理想流动对产物收率和选择性的负面影响。 第二部分：大规模物质分离技术与单元操作 本书的第二部分聚焦于化学工业中产出与提纯阶段的关键技术——大规模分离。这些技术的设计直接决定了最终产品的成本和能耗。 第四章：精馏塔的理论与工程放大 精馏作为最主要的液体混合物分离手段，其宏观设计至关重要。本章详细剖析了吉利兰（Gilliland）相关性、Fenske-Underwood-Gilliland (FUG) 方法在设计大型精馏塔时的应用。我们重点讨论了影响塔内气液接触效率的宏观因素： 塔盘设计： 对比了泡罩塔盘、筛板塔盘和浮阀塔盘在不同气液负荷下的效率差异，以及如何根据塔径和所需理论塔板数来选择合适的塔盘类型。 负荷极限与防溃流设计： 详细分析了气相动量限制（如携带和压降）如何决定工业塔的极限操作负荷，以及防止液泛（Flooding）所需的工程裕度计算。 第五章：固液分离与沉降过程 在结晶、沉淀或催化剂回收过程中，高效的固液分离是必不可少的。本章深入研究了宏观尺度下的沉降和过滤动力学。 沉降原理： 应用斯托克斯定律的宏观修正来预测颗粒在大型沉降罐或澄清池中的沉降速率，并探讨了颗粒集合（Flocculation）对沉降效率的影响。 过滤操作： 详细阐述了在板框压滤机、离心机等大型设备中，恒压过滤和恒流过滤的速率方程，并讨论了过滤介质（滤布或滤网）的选择对滤饼结构和清洗周期的影响。 第六章：吸收与萃取的规模化设计 吸收和萃取是气体净化和溶剂回收的关键单元。本章集中讨论了在大型吸收塔和萃取器中，如何平衡传质速率与流体动力学。 吸收塔设计： 侧重于计算大型填料塔或板式塔的气液两相流动的压降和湿润度，使用柯尔布-赫斯（Calderbank-Moo-Young）关联式等宏观经验模型来预测吸收系数。 液-液萃取器： 探讨了离心萃取机和混合沉降器等设备的放大效应，特别是液滴大小分布对萃取效率的影响，并分析了乳化现象对分离性能的制约。 结论：面向可持续性的宏观过程集成 本书最后总结了宏观化学反应器与分离单元如何集成以形成完整的工业流程。我们强调了过程集成（Process Integration）和能源效率在当代化工设计中的核心地位，例如如何利用过程强化（Process Intensification）的宏观思路，如热集成网络（Heat Integration Networks）的设计，以最大化整个工厂的能源回收，降低碳足迹。 《宏观化学与流体工程》为化学工程、过程控制和工业化学方向的本科高年级学生、研究生以及希望深入理解工业化生产瓶颈的工程师，提供了一套全面、实用的工程化分析工具和思维框架。本书强调的是工程实践中的“硬核”计算和经验判断，是连接理论化学与实际工厂操作的桥梁。

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这本书带给我最大的惊喜，在于它将看似冰冷的工程学与充满活力的生物应用场景完美地融合在一起。我原本以为它会是一本纯粹关于流体机械和微加工工艺的书籍，但书中关于细胞分选和单细胞分析的案例研究部分，简直是令人拍案叫绝。作者详细展示了如何利用微阵列捕获单个细胞，以及如何通过精确控制的微流控脉冲来诱导细胞凋亡或进行基因编辑。这里的描述极其细腻，比如如何设计一个能模拟体内微血管环境的芯片，以观察癌细胞的迁移行为。这种将物理器件设计与生命科学目标紧密结合的叙事方式，极大地拓宽了我的视野。它不再是孤立地讨论如何制造一个更好的通道，而是始终围绕着“这个系统能为生命科学解决什么实际问题”这一核心目标展开论述。这本书的价值在于，它为跨学科研究者提供了一套共同的语言和一套行之有效的系统构建蓝图。

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这本书的封面设计简约却充满了科学的严谨感，拿到手里就有一种沉甸甸的质感，让人不禁对手中的这本《Microchemical And Microfluidic Systems》抱有极高的期待。我原以为这是一本聚焦于基础化学反应在微小尺度下如何被操控的教科书，毕竟“Microchemical”这个词语本身就带着一种精准和微观的暗示。然而，翻开第一页，我发现作者的视角远比我想象的要广阔。书中详细阐述了如何利用微米级别的通道和腔体来构建复杂的化学分析平台。我特别欣赏其中关于新型传感器集成的章节，它不仅仅停留在理论推导，更结合了实际的案例展示了如何将生物分子识别元件嫁接到微流控芯片上，以实现对痕量物质的快速、高灵敏度检测。尤其是对样品预处理技术的深入剖析，比如微液滴生成与合并的机制，这对我目前正在进行的环境监测项目提供了非常及时的启发。这本书的行文流畅，尽管涉及大量工程学和化学物理的交叉知识，但作者巧妙地用类比和丰富的图示来辅助理解，使得即便是初次接触微流控领域的读者也能迅速抓住核心概念，不会感到过于晦涩难懂，整体来看，它更像是一部结合了前沿研究综述和实用操作指南的综合性手册，而不是一本冷冰冰的理论著作。

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坦白说，这本书的阅读体验并非一帆风顺，它对读者的基础知识储备有相当高的要求。当我翻到关于微尺度热传递和电热效应的那几页时，我不得不停下来，重新查阅了大学里关于非平衡态统计力学的知识。这表明，这本书的定位显然是面向高年级本科生、研究生或资深工程师的专业参考书，而不是面向初学者的入门读物。但正是这种挑战性，让它显得如此有价值。它没有用大量篇幅去解释什么是微流控的基本原理，而是直接切入了系统设计中的“瓶颈”问题：如何解决传热效率低下的问题？如何在高电场下维持流体的稳定性？每一个论述都充满了深度和对细节的执着。我个人非常欣赏作者在讨论流体输运机制时，那种近乎哲学思辨的严密性，使得我对微观世界的理解不再停留在表面的现象描述，而是触及到了底层物理的本质规律。

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这本书的章节布局逻辑性极强，但更令人称道的是它对未来趋势的洞察力。虽然书名聚焦于“系统”，但它花了不少笔墨探讨了“自动化”和“便携化”的未来走向。我尤其关注到关于“芯片上的实验室”（Lab-on-a-Chip, LOC）的讨论，书中不仅回顾了经典的LOC发展史，还着重介绍了如何利用低成本制造技术（如3D打印和软光刻的改进版）来实现大规模、低成本的生产。这对于那些希望将高精尖分析技术推广到现场（Point-of-Care Testing）的应用场景的研究者来说，无疑是宝贵的指导。书中对于数据处理和嵌入式系统的集成描述得略显保守，但这种保守恰恰反映了作者的严谨态度——不盲目追逐时髦的技术概念，而是聚焦于在微系统层面，哪些控制方法是真正可靠且可重复的。总的来说，它为我们提供了一个坚实的技术栈，让我们能够站在巨人的肩膀上，去思考如何跨越从实验室验证到商业化应用之间的鸿沟。

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读完这本书的第三章后，我简直是茅塞顿开，它彻底颠覆了我对“系统集成”的理解。我本来以为微流控系统无非就是将泵、阀门和反应池简单地串联起来，但这本书展示了如何将这些组件视为一个高度耦合的、具备智能反馈能力的“生命体”。作者在描述多相流体动力学在微通道内的独特行为时，运用了非常精妙的数学模型，让我清晰地看到了界面张力和电润湿效应是如何被工程师们巧妙地利用来驱动和控制液体的。特别是关于芯片材料选择和表面改性的部分，内容详实到令人咋舌，从PDMS到玻璃、硅片，每种材料的优缺点、如何解决吸附问题，都有详尽的对比和实验数据支撑。我感触最深的是，作者似乎在反复强调“微缩化”带来的不仅仅是体积的减小，更是一种物理规律的重新排序，这在生物医学应用中尤其关键。阅读过程中，我不断地在脑海中构思着如何将书中介绍的微混合器设计应用到我们实验室的药物筛选流程中，这种强烈的实践驱动感，正是我认为一本优秀的专业书籍所应具备的特质。

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