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出版者:化學工業

作者:謝剋昌//房鼎業

出品人:

頁數:636

译者:

出版時間:2010-5

價格:150.00元

裝幀:

isbn號碼:9787122079886

叢書系列:

圖書標籤:

• 甲醇
• 化工工藝
• 化學工程
• 工業催化
• 閤成氣
• 精餾
• 反應工程
• 工藝設計
• 能源化工
• 綠色化工

《現代化學工程基礎與實踐》 內容簡介 本書旨在為化學工程領域的學生、研究人員及工程技術人員提供一本全麵、深入且實用的教材與參考手冊。內容涵蓋瞭化學工程學的核心理論、基本原理以及在現代工業生産中的具體應用，重點強調瞭從基礎概念到復雜係統集成的完整知識體係構建。 第一部分：化學過程單元操作基礎 本部分詳盡闡述瞭流體流動、傳熱、傳質三大核心單元操作的理論基礎與工程計算方法。 1. 流體力學與流體輸送 流體性質與本構方程： 詳細討論瞭牛頓流體與非牛頓流體的粘度特性、密度變化規律，以及流體的錶麵張力、壓縮性等參數的測定方法。引入瞭應力張量和應變率張量的概念，為更高級的流體力學分析打下基礎。 宏觀動量守恒： 深入講解瞭雷諾輸運定理（Reynolds Transport Theorem）在描述控製體動量變化中的應用。推導瞭管道流、非牛頓流體（如剪切稀化流體）在復雜管道係統中的壓力降計算，包括摩擦阻力和局部阻力係數的精確確定。 化工設備中的流態分析： 重點分析瞭攪拌槽、反應器、填充塔等設備內的流場分布，討論瞭湍流模型（如 $k-epsilon$ 模型）在CFD（計算流體力學）模擬中的應用，以及顆粒床層（固定床與流化床）的膨脹規律與最小流化速度的確定。 流體輸送設備： 詳細比較瞭離心泵、容積泵、鼓風機與壓縮機的設計原理、性能麯綫解讀、係統揚程匹配計算以及氣蝕現象的預防與處理。 2. 傳熱學原理與設備 三大傳熱機理的深入探討： 對導熱（傅裏葉定律）、對流（牛頓冷卻定律及其修正）和輻射（斯蒂芬-玻爾茲曼定律及形狀因子）進行瞭詳盡的數學描述和物理解釋。特彆關注瞭非穩態導熱問題（如杜哈默積分的應用）。 對流傳熱的復雜性： 探討瞭邊界層理論，分析瞭層流與湍流狀態下的努塞爾數（$Nu$）關聯式，包括管道內流體、管束外流體（橫嚮與縱嚮衝刷）以及自然對流的計算方法。 設備設計與優化： 重點介紹瞭管殼式換熱器（包括U型管、固定管闆、浮頭式）的結構設計、熱負荷計算、麵積校核以及汙垢熱阻（Fouling Factor）的確定與控製。討論瞭再沸器、冷凝器、加熱爐等關鍵換熱設備的運行特性與節能策略。 3. 動量、熱量與質量傳遞的統一性 輸運方程的構建： 闡述瞭動量、熱量和質量傳遞在數學形式上的相似性，引入瞭擴散係數（動量擴散係數——粘度，熱擴散係數——熱擴散率，質量擴散係數——質量擴散係數）的概念。 菲剋定律與馬剋斯韋爾關係： 深入分析瞭在不同相態和濃度梯度下的質量擴散機理，包括固相擴散、液相擴散以及在多孔介質中的錶觀擴散係數。 第二部分：分離過程與單元設計 本部分聚焦於利用物理化學性質差異實現物質分離的技術，涵蓋瞭傳統與現代的分離方法。 1. 氣液分離操作 氣液平衡： 詳細講解瞭理想溶液和非理想溶液（如活度係數模型、Wilson方程、NRTL模型）的氣液平衡關係（VLE）。討論瞭高壓和共沸體係的相平衡特性。 精餾理論： 闡述瞭麥凱布-提勒法（McCabe-Thiele）和吉利蘭（Gilliland）關聯圖在精餾塔設計中的應用。詳細分析瞭塔闆效率（如Murphree效率、整體效率）的影響因素，並介紹瞭側綫進料、迴流比優化以及塔釜操作（側取液、帶齣汽相）的控製策略。 吸收與脫附： 討論瞭氣體吸收的傳質阻力分析（整體係數法），以及吸收塔（闆式塔與填料塔）的設計，包括傳質單元數的計算和填料的選擇標準。 2. 液液萃取與固液分離 液液萃取： 基於三相圖分析萃取過程，介紹溶劑的選擇原則（選擇性、分配係數、迴收成本）。講解瞭萃取塔的設計計算，如多級逆流萃取的理論級數確定。 結晶： 闡述瞭成核與晶體生長動力學，介紹瞭冷卻結晶、蒸發結晶、沉澱結晶的工藝選擇與設備（如強製循環結晶器、真空冷卻結晶器）的設計參數確定。 過濾與沉降： 深入分析瞭恒壓過濾、恒速過濾的動力學方程，介紹瞭闆框壓濾機、離心機（過濾式與沉降式）的操作原理與生産能力計算。 第三部分：化學反應工程（CRE） 本部分是理解化學過程核心——反應器的基礎，側重於反應速率、反應器設計及工藝優化。 1. 化學反應動力學 反應速率錶達： 區分瞭反應級數、半衰期、錶觀活度和真實活度。詳細介紹瞭零級、一級、二級反應的積分法與半對數法求解。 影響速率的因素： 探討瞭溫度（阿纍尼烏斯方程）、催化劑（活性、選擇性、壽命）、反應物濃度、溶劑效應及混閤效應（微觀混閤與宏觀混閤）對反應速率的定量影響。 催化反應機理： 引入瞭朗繆爾-希伍德（Langmuir-Hinshelwood）和埃利-瑞恩（Eley-Rideal）反應機理模型，用於描述非均相催化反應的速率方程。 2. 反應器設計與優化 理想反應器模型： 詳細推導並對比瞭間歇反應器（Batch Reactor）、連續返混反應器（CSTR）和管式反應器（PFR）的設計方程，強調瞭空間時間（$ au$）與轉化率的關係。 非理想反應器分析： 介紹瞭返混分布函數（RTD）的概念，通過平均停留時間與分散參數分析實際反應器（如填充床）的偏離理想行為的程度。 復雜反應係統： 針對係列反應、平行反應、可逆反應和放熱/吸熱反應，討論瞭最佳操作溫度麯綫（等溫操作、絕熱操作、分級冷卻/加熱操作）的確定，以及熱點（Hot Spot）的控製策略。 第四部分：過程控製與安全工程 本部分將理論知識應用於實際生産環境的管理與保障。 1. 過程控製係統 動態特性與傳遞函數： 分析瞭典型一階、二階係統對擾動的響應，並引入瞭伯德圖、奈奎斯特圖等頻域分析工具。 PID控製器設計： 詳細講解瞭比例（P）、積分（I）、微分（D）參數的物理意義、整定方法（如Ziegler-Nichols法），以及串級控製、前饋控製等高級控製策略的應用。 2. 化工安全與環境工程基礎 工藝安全管理（PSM）： 討論瞭危險與可操作性分析（HAZOP）、保護層分析（LOPA）等風險評估技術。 環境影響控製： 概述瞭三廢處理的基本原理，包括廢水中的生化需氧量（BOD）、化學需氧量（COD）去除技術，以及廢氣中的VOCs治理技術（如催化氧化、活性炭吸附）。 本書結構嚴謹，圖錶豐富，配有大量工程實例和習題，力求使讀者能夠熟練運用化學工程學的原理解決實際工業生産中的復雜問題。

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這本書最讓我感到驚喜的是其曆史迴顧和未來展望部分。作者並沒有將甲醇工藝史視為一串平淡的裏程碑事件，而是將其描繪成瞭一場與能源危機、環境壓力和材料科學進步持續博弈的史詩。他追溯瞭從早期的閤成氨工藝移植到甲醇閤成的微妙轉變，以及曆次石油危機如何推動瞭對低壓、低能耗閤成技術（如Lurgi和ICI技術）的革新。更具啓發性的是，作者對“綠色甲醇”——即利用可再生能源製氫和二氧化碳捕集閤成甲醇的前景進行瞭冷靜而客觀的評估。他沒有過度美化未來技術，而是指齣瞭現有技術在規模化、經濟性和穩定性上存在的關鍵瓶頸，這種腳踏實地的批判性思維，比一味鼓吹新技術更能引發讀者的深思。這使得整本書的格局一下子從“工藝操作指南”提升到瞭“産業發展戰略分析”的高度，非常耐人尋味。

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我花瞭整整一個下午的時間來梳理書中關於催化劑選擇與活化再生那一章節的論述，可以說是受益匪淺。作者對不同類型甲醇閤成催化劑的微觀結構、活性位點分布以及在不同壓力和溫度條件下的壽命衰減機製進行瞭極其深入且富有洞察力的剖析。特彆是對於新型銅基催化劑在超臨界條件下的性能錶現的論述，其詳盡程度遠超我之前參考的幾本國際核心期刊的綜述。書中不僅僅停留在“是什麼”的層麵，更深層次地探討瞭“為什麼”會産生那樣的反應動力學特徵，引用瞭大量的實驗數據作為支撐，邏輯鏈條嚴密得像是精密儀器的工作原理說明書。我尤其佩服作者在對比不同工業化路綫時所展現齣的宏觀把握能力，能夠精準地指齣每種工藝在能耗、原料適應性以及副産物控製上的優劣勢，這種百科全書式的綜閤分析能力，確實是資深工程師的標誌性體現，讓人讀後對整個甲醇産業鏈的復雜性有瞭更深層次的敬畏。

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坦率地說，這本書的理論深度和廣度令人感到有些“壓力山大”，這顯然不是為初涉化工領域的新手準備的入門讀物。書中對反應器內流場模擬和熱力學平衡計算的闡述，大量引入瞭偏微分方程和張量分析，對於缺乏紮實數學基礎的讀者來說，可能會是一個不小的挑戰。我嘗試去理解其中關於“非理想流體在復雜幾何構型催化劑床層中的多相傳質阻力”的建模部分，不得不反復查閱高等流體力學教材來輔助理解。但這同時也說明瞭其學術價值的不可替代性——它為那些希望在甲醇閤成領域進行前沿研究的人員，提供瞭一個堅實的理論基石和前沿的分析框架。它敢於觸及那些最難啃的硬骨頭，並且用嚴謹的數學工具去解析它們，這使得這本書更像是研究生階段的案頭必備參考書，而不是業餘興趣的消遣讀物。

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這本書的裝幀設計真是令人眼前一亮，封麵采用瞭一種非常沉穩的深藍色調，配上燙金的書名“甲醇工藝學”，顯得既專業又大氣。拿到手裏，紙張的質感也非常好，厚實且平滑，閱讀體驗很棒。我特彆欣賞作者在排版上的用心，字體選擇清晰易讀，行距和段落間距都處理得恰到好處，即便是長時間閱讀也不會感到視覺疲勞。尤其值得稱贊的是書中大量的流程圖和設備示意圖，綫條精準，標注詳盡，這對於理解復雜的化工過程簡直是雪中送炭。很多教科書上的圖例都過於簡化，而這本書的圖示內容豐富到足以讓人在不參考文字的情況下，也能對特定單元的操作有一個大緻的框架性的認識。可以說，光是這本手冊的物理形態和視覺呈現，就已經展現齣極高的專業水準和對讀者體驗的尊重。翻閱時，能感受到這絕非是匆忙趕工的産物，而是經過精心打磨的工程技術資料匯編，這種對細節的執著，是真正做學問的標誌。

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這本書的實用性簡直是無可挑剔，它完全是為一綫操作人員和初級設計工程師量身定製的“工具箱”。比如，針對操作中常見的“低溫失活”和“高溫燒結”問題，作者沒有給齣空泛的建議，而是直接給齣瞭具體的溫度控製閾值、氣體組分波動範圍的容忍度，以及相應的應急處理步驟，甚至連緊急停車程序都給齣瞭詳細的清單。我特彆關注瞭其中關於廢水和尾氣處理那一節，它沒有采用傳統的環保法規羅列方式，而是直接嵌入到工藝流程優化中去討論，將“減量化”和“資源化”的概念融入到甲醇生産的每一個環節。這使得整本書讀起來更像是一本“如何高效且閤規地運行一個甲醇裝置”的操作手冊，而不是一本高深的純理論著作。這種將知識點轉化為可執行操作指南的轉化能力，是很多理論書籍所欠缺的寶貴特質。

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