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《精细化工工艺优化与绿色制造前沿技术》 ——面向未来化工产业升级的深度实践指南 图书简介 本书聚焦于当前精细化工领域面临的核心挑战——如何在提高产品质量和产量的同时，实现生产过程的本质安全、环境友好与能源高效利用。它摒弃了传统教科书中对基础理论的冗余罗列，而是以工程实践和前沿技术为导向，深入剖析了现代化工生产系统优化的关键路径与前沿技术应用。全书结构严谨，内容深度聚焦于“优化”与“绿色”，旨在为化工工程师、研发人员、生产管理人员及相关专业研究生提供一套系统的、可操作的理论框架与实践工具。 第一部分：现代化工过程的系统化思维与建模（Systematic Thinking and Modeling in Chemical Processes） 本部分奠定了理解现代化工生产复杂性的基础，强调从系统层面而非孤立单元操作看待问题。 第一章：化工过程的复杂性与系统集成 深入探讨了化工过程固有的非线性、多变量耦合特性。引入系统工程（Systems Engineering）原理在化工设计与操作中的应用，强调过程的整体性。重点讲解了信息流、物流、能量流三流耦合分析法，用于识别过程中的效率瓶颈和潜在风险点。 第二章：过程建模与仿真技术的高级应用 超越传统的基于物料守恒的稳态模型，本章重点介绍动态模拟（Dynamic Simulation）在操作员培训、故障诊断和事故后果预估中的核心作用。详细阐述了多尺度建模（Multi-Scale Modeling），即如何将分子层面的催化剂反应动力学模型与反应器宏观尺度的流体力学模型（CFD）有效集成，以实现对复杂反应过程的精确预测。特别关注了人口热力学与输运现象在极端条件反应器设计中的修正应用。 第三章：过程数据化与工业物联网（IIoT）集成 本章紧密结合工业4.0背景，探讨如何从海量过程数据中提取有价值的知识。内容涵盖：传感器技术（如在线光谱分析、微型化化学传感器）的选型与校准；高频时间序列数据的预处理方法；以及基于边缘计算的实时过程监控框架的构建。强调数据治理在确保模型准确性与操作可靠性中的基础地位。 第二部分：精细化工过程的优化策略与先进控制（Optimization Strategies and Advanced Control） 此部分是本书的核心实践指南，围绕如何在不确定的操作环境下实现效率最大化和成本最小化。 第四章：基于模型的先进过程控制（MPC） 详细解析了模型预测控制（MPC）的理论基础、模型辨识方法以及其在处理长滞后、多变量耦合系统中的优势。重点案例分析包括：反应精馏塔的温度-组分耦合控制、高选择性催化反应器的产物比率精确控制。强调如何构建稳健的MPC模型以应对原料波动和催化剂失活。 第五章：反应过程的强化与集成 反应是精细化工的核心。本章深入探讨反应器强化技术（Process Intensification, PI）。内容包括：微通道反应器（Microreactor）的设计、流体力学特性与传热传质增强机制；膜反应器在平衡转化率限制反应中的应用；以及电化学合成在温和条件下实现高附加值产品合成的潜力。本章还详述了如何通过集成反应与分离单元（如反应蒸馏、反应萃取）来显著降低设备体积与能耗。 第六章：工艺参数的智能优化与决策支持 本章从全局优化角度出发，引入混合整数非线性规划（MINLP）在高层操作优化中的应用。讨论了如何利用启发式算法（如遗传算法、粒子群优化）来解决大规模化工流程的非凸优化问题。此外，还涵盖了如何结合经济模型（成本、市场价格波动）与操作模型，建立实时经济效益优化（Real-Time Optimization, RTO）系统，指导生产调度与目标设定。 第三部分：绿色化工与可持续性工程实践（Green Chemistry and Sustainable Engineering Practices） 本部分关注化工过程的环境足迹最小化，是未来化工企业保持竞争力的关键要素。 第七章：原子经济性与副产物最小化 从源头减少废弃物产生是绿色化工的首要原则。本章详细分析了原子经济性（Atom Economy）的评估方法，并对比了传统高盐、高溶剂消耗反应（如硝化、磺化）与新型催化技术（如C-H键活化、酶催化）在原子利用率上的巨大差异。关注新型高效、可回收的催化剂体系的开发与应用。 第八章：溶剂替代与超临界流体技术 溶剂问题是精细化工中主要的污染源之一。本章系统梳理了绿色溶剂的选择标准（包括生物基溶剂、离子液体）。重点深入讲解超临界二氧化碳（scCO2）在萃取、分离和反应介质中的应用优势，特别是在药物中间体和高分子材料合成领域如何实现无残留分离。 第九章：化工过程的能源效率提升与热集成网络设计 探讨如何最大限度地回收和再利用过程中的低品位热能。详细介绍过程网络综合（Process Network Synthesis, PNS）中的热集成网络设计（Pinch Analysis）的最新进展，包括如何将热泵技术、吸收式制冷集成到热网络中，以实现近零能耗的公用工程系统。分析了余热梯级利用技术在复杂多工厂集群中的部署策略。 第十章：生命周期评估（LCA）与产品环境足迹 面向法规和市场需求，本章介绍了生命周期评估（LCA）的量化方法学，用于评估从原料获取到最终处置的全过程环境影响（如碳足迹、水足迹）。强调将LCA结果反馈至设计初期，指导替代路线的选择，确保所开发的精细化工技术路线在全局上是可持续的。 --- 本书特点： 1. 实践驱动： 案例多源于实际工程问题，注重从理论到实际操作的转化。 2. 前沿导向： 覆盖了从MPC到AI优化、从反应强化到绿色溶剂等最新的工业热点。 3. 深度聚焦： 明确避开化工基础理论的重复讲解，直击复杂过程控制与系统优化的核心难点。 4. 跨学科融合： 强调化学工程、过程控制、数据科学的交叉融合，培养系统性解决问题的能力。
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