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《精细化工过程放大技术研究》 内容简介： 本书深入探讨了精细化工过程放大过程中面临的关键技术挑战与创新解决方案。全书以实践为导向，系统梳理了从实验室小试、中试到工业化生产的全过程技术转化难题，并提供了多维度、可操作性的技术指南。 第一章 绪论：精细化工过程放大的理论基础与工程意义 本章首先界定了精细化工过程放大的概念及其在现代化学工业中的重要地位，阐述了从实验室规模到工业规模生产过程中，物质传递、能量传递、反应动力学、传热传质以及安全风险等方面的显著变化。重点强调了过程放大研究对于降低生产成本、提高产品质量、缩短研发周期、保障生产安全以及实现可持续发展的核心价值。同时，对国内外精细化工过程放大研究的现状进行了概览，指出了当前研究的热点和未来发展趋势。 第二章 反应器设计与优化在过程放大中的作用 本章聚焦于反应器在过程放大中的核心作用。详细分析了不同类型反应器（如釜式反应器、管式反应器、微通道反应器等）在放大过程中的适用性与局限性。针对放大过程中可能出现的混合效率下降、传热传质瓶颈、温度分布不均等问题，提出了具体的解决方案，包括搅拌器类型选择与优化、内部构件设计、反应器几何形状优化以及多相流反应器设计的特殊考量。结合案例研究，说明了如何通过精细化的反应器设计来克服放大效应，实现高效、可控的反应过程。 第三章 传热与传质耦合效应在过程放大中的挑战与对策 传热与传质是化工过程放大的两大基本要素，本章深入探讨了两者在放大过程中的耦合效应及其带来的挑战。分析了当反应器尺寸增大时，表面积与体积比减小所导致的传热效率下降，以及由此引起的局部过热或过冷问题。同样，传质效率的降低也可能成为反应速率的限制因素。本章详细阐述了针对这些问题的工程对策，包括强化传热手段（如换热器优化、增大接触面积）、强化传质手段（如高效分散技术、气液/液液接触改进）以及多相反应体系中传热传质协同优化的策略。 第四章 反应动力学与放大效应的关联性分析 反应动力学是理解和预测化学反应行为的基础。本章强调了反应动力学模型在过程放大中的重要性。阐述了在放大过程中，原有的实验室条件下建立的动力学模型可能失效的原因，如混合效应、传热传质限制对表观反应速率的影响。提出了如何通过实验手段（如不同尺度反应器对比实验、微观过程模拟）来识别和量化这些放大效应，并对动力学模型进行修正，以更准确地预测工业规模的反应行为。 第五章 安全风险评估与控制策略在过程放大中的应用 过程放大往往伴随着能量和物料量的急剧增加，安全风险也随之提升。本章系统地阐述了在精细化工过程放大中进行全面安全风险评估的方法，包括危害识别、风险分析（如HAZOP、FMEA）、失效模式与影响分析等。重点介绍了针对放大过程中可能出现的 runaway 反应、热失控、爆炸、有毒有害物质泄漏等风险的预防与控制措施，如反应条件优化、惰化保护、泄压设计、紧急停车系统以及个体防护装备的选择等。强调了安全设计理念应贯穿于过程放大的每一个环节。 第六章 过程模拟与放大技术在精细化工中的应用实践 过程模拟软件在现代化工设计与优化中扮演着至关重要的角色。本章详细介绍了如何利用 Aspen Plus、COMSOL Multiphysics 等主流过程模拟软件，对精细化工过程进行放大模拟。通过对传热、传质、反应动力学等关键单元操作进行建模与仿真，可以提前预测放大过程中可能出现的问题，并进行虚拟优化，从而大幅减少实际生产中的试错成本。本章通过具体的案例，展示了过程模拟在反应器选型、操作参数优化、安全风险预判等方面的实际应用。 第七章 微反应器技术在过程放大中的潜力和挑战 微反应器技术因其优异的传热传质性能、精确的反应控制能力以及固有的安全性，被认为是实现过程高效放大的一种颠覆性技术。本章深入探讨了微反应器技术在精细化工领域的应用潜力，包括其在高放热反应、快速反应、危险反应以及连续化生产方面的优势。同时，也分析了微反应器技术在放大过程中面临的挑战，如堵塞问题、规模化生产的集成设计、成本效益分析等，并提出了相关的解决方案与发展方向。 第八章 绿色化学理念在过程放大中的体现 绿色化学是现代化学工业可持续发展的必然选择。本章强调了在过程放大过程中应积极融入绿色化学的理念，包括原子经济性、溶剂选择、能源效率、废弃物最小化等。阐述了如何通过优化工艺路线、选用环保型催化剂、采用绿色溶剂、开发高效分离技术等手段，在实现过程放大的同时，降低对环境的影响，提高资源利用效率。 第九章 结论与展望：精细化工过程放大的未来发展趋势 本章对全书内容进行总结，并对精细化工过程放大的未来发展趋势进行了展望。预测了智能化设计、数字化孪生、人工智能辅助优化、模块化与集成化生产等前沿技术在过程放大领域的应用前景。同时，强调了跨学科合作的重要性，以及对高素质复合型人才的需求。 本书适合从事精细化工研发、工艺开发、工程设计、生产管理等领域的科研人员、工程师和研究生阅读。
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