具体描述
本书主要介绍了化工设计的原理和方法，包括化工厂和化工设计的基本知识、工艺路线设计、物料衡算、热量衡算、设备的工艺设计、化工厂布置及非工艺设计等内容。全书结合设计实例进行介绍，可培养学生综合利用所学的基础知识，锻炼学生分析问题和解决问题的能力，是一本理论结合实际的教材。
本书可以作为高等学校化学工程与工艺专业的专业课教材，也可以作为应用化学、制药等专业的选修课教材，同时它也可以作为从事化工工程设计人员的参考书。
《化工设计》 内容概要 《化工设计》是一部深度剖析现代化工领域系统化设计理念与实践方法的权威著作。本书以严谨的学术态度和丰富的工程经验为基础，系统梳理了化工过程的各个环节，从宏观的厂区规划、工艺流程设计，到微观的设备选型、仪表控制，再到安全环保、经济性评估等各个维度，为读者提供了全面而深入的指导。本书不仅关注理论知识的传授，更强调实际应用中的思维方式和决策过程，旨在培养读者独立解决复杂化工设计问题的能力。 第一章：化工设计基础与流程 本章首先为读者构建起化工设计的基本框架，深入阐述了化工设计的核心概念、目标与原则。我们将探讨不同类型的化工过程，如单元操作和化学反应过程，以及它们在工业生产中的关键作用。接着，本书详细介绍了化工设计的典型流程，从项目启动、概念设计，到初步设计、详细设计，再到施工、调试和运行维护，每一个阶段的职责与产出都进行了清晰的界定。此外，本章还将重点介绍化工设计中常用的图纸类型，如流程图 (PFD)、管道及仪表流程图 (P&ID)、设备布置图等，并解析其绘制规范和阅读方法，为后续章节打下坚实基础。 第二章：物料衡算与能量衡算 物料衡算与能量衡算是化工设计中最基础也最重要的计算内容。本章将从理论出发，深入讲解质量守恒定律和能量守恒定律在化工过程中的具体应用。我们将系统介绍不同类型的物料衡算方法，包括基于组分和基于元素守恒的衡算，并结合实际案例，指导读者如何准确计算反应前后物料的组成和流量，以及如何处理物料的相变和循环。在能量衡算方面，本书将详细阐述热力学基本原理，如焓、熵、功和热，并讲解如何应用能量衡算来预测过程中的热负荷，确定加热、冷却和相变所需的能量，以及评估能量回收的可能性。本章还将重点介绍如何在不确定性条件下进行衡算，以及如何处理物料和能量的泄漏与损耗。 第三章：流体输送与单元操作设计 流体输送是化工生产中的普遍需求，本章将深入探讨流体在管道、泵、压缩机等设备中的输送行为。我们将详细介绍流体力学基本原理，包括流体的性质、压力、流速、粘度等，并讲解伯努利方程、达西-魏斯巴赫方程等关键公式的应用。本书将指导读者如何进行管道系统的水力计算，确定管道直径、泵的扬程和流量，以及如何考虑摩擦损失、局部阻力等因素。 在单元操作设计方面，本书将重点关注几类核心的单元操作，如传质、传热和分离过程。我们将分别对蒸馏、吸收、萃取、结晶、过滤、干燥等单元操作的原理、设备类型、设计计算和操作条件进行详细阐述。例如，在蒸馏部分，我们将介绍不同类型的蒸馏塔（如板式塔、填料塔）的设计，包括塔板/填料的选择、塔高和直径的计算，以及回流比、进料位置等操作参数的优化。在传热部分，本书将深入讲解换热器的类型（如管壳式、板式换热器），传热系数的计算，以及换热器面积的确定。通过大量实例分析，读者将掌握如何根据物料性质和分离要求，选择最合适的单元操作和设备，并进行关键的设计计算。 第四章：化学反应工程与反应器设计 化学反应器是化工生产的核心设备，其设计直接关系到生产效率、产品质量和过程安全。本章将系统介绍化学反应工程的基本理论，包括反应动力学、反应器类型和反应器设计。我们将深入探讨不同反应速率方程（如零级、一级、二级反应）的含义和应用，以及如何通过实验手段确定反应动力学参数。 在反应器类型方面，本书将详细介绍常见的反应器，如间歇反应器、连续搅拌釜反应器 (CSTR)、管式反应器 (PFR)、固定床反应器、流化床反应器等，并分析它们各自的优缺点和适用范围。本书将指导读者如何根据反应特性（如反应速率、传热需求、相态）选择合适的反应器类型。在反应器设计方面，我们将讲解反应器体积的计算、传热面的设计、催化剂床层的设计以及停留时间分布的影响。同时，本章还将涉及反应过程中可能出现的副反应、传质限制、传热限制等问题，并提供相应的解决方案。 第五章：过程控制与仪表设计 一个稳定、高效的化工过程离不开精确的过程控制和可靠的仪表系统。本章将深入探讨现代化工过程控制的原理、策略和技术。我们将介绍基本控制回路，如比例 (P)、比例-积分 (PI)、比例-积分-微分 (PID) 控制，并讲解如何根据过程特性选择合适的控制算法。本书将详细阐述变量的测量技术，如温度、压力、流量、液位、成分的测量方法，并介绍常用的传感器和变送器。 在仪表设计方面，我们将重点关注仪表的选型、安装和校验。本书将指导读者如何根据测量精度、量程、环境条件等因素选择合适的仪表，并讲解仪表接线、信号传输和接地等方面的注意事项。此外，本章还将介绍安全仪表系统 (SIS) 的概念和设计原则，以及如何通过联锁和报警系统来保障生产安全。读者将了解到如何构建一个稳定可靠的控制系统，从而优化生产过程，提高产品质量，并降低能耗。 第六章：设备选型与布置 化工设备种类繁多，其合理选型和布置对整个工厂的效率和安全性至关重要。本章将提供一系列指导性的原则和方法，帮助读者进行准确的设备选型。我们将从设备的功能、处理量、物料性质、操作条件、可靠性、经济性以及维护性等多个角度，分析影响设备选型的关键因素。本书将针对常见的化工设备，如泵、压缩机、换热器、反应器、分离设备、储罐等，提供详细的选型指南和技术参数参考。 在设备布置方面，本书将强调安全、操作、维护、物流和消防等方面的要求。我们将介绍厂区总体布置的基本原则，包括工艺区、辅助区、公用工程区、仓储区等的划分。对于单台设备，我们将指导读者如何进行其在车间内的具体布置，考虑管道连接、检修空间、操作通道、通风排气等因素。同时，本章还将重点关注设备间的最小安全距离、防爆区域划分以及消防通道的设置，以确保生产过程的整体安全性。 第七章：安全、健康与环境 (SHE) 设计 在现代化工设计中，SHE（Safety, Health, Environment）设计不再是附加项，而是贯穿整个设计过程的核心要素。本章将系统地阐述化工设计的SHE要求，并提供具体的实施方法。我们将深入探讨过程安全管理 (PSM) 的理念和方法，包括危险与可操作性分析 (HAZOP)、失效模式与影响分析 (FMEA) 等风险评估技术，以及如何基于风险评估结果来优化设计，降低事故发生的概率。 在健康方面，本书将关注工作场所的职业健康风险，如接触有毒有害物质、噪声、高温等，并介绍相应的防护措施和工程控制方法，如通风系统设计、密闭操作等。在环境设计方面，我们将重点介绍“三废”（废水、废气、废渣）的处理技术和装置设计。本书将指导读者如何进行废水生化处理、物化处理，废气吸收、吸附、催化氧化等治理，以及固体废物的减量化、资源化和无害化处理。此外，本章还将强调绿色化工和可持续发展的理念，鼓励读者在设计中优先采用环保型工艺和设备，减少对环境的影响。 第八章：经济性评估与项目管理 化工设计的最终目标是实现经济效益，因此，经济性评估是设计过程中不可或缺的一环。本章将介绍几种常用的经济性评估方法，如投资估算、运营成本估算、投资回收期计算、净现值 (NPV)、内部收益率 (IRR) 等。我们将指导读者如何根据设计方案，准确估算设备投资、工程费用、安装费用以及生产成本，并进行综合的经济效益分析。 在项目管理方面，本书将概述化工项目从概念到交付的整个生命周期，并介绍项目管理的关键要素，包括项目计划、进度控制、成本控制、质量管理和风险管理。我们将强调沟通与协调在项目中的重要性，以及如何组建高效的跨职能项目团队。通过对经济性评估和项目管理深入的讲解，读者将能够从更宏观的角度审视化工设计，并为项目的成功实施奠定坚实的基础。 第九章：案例研究与未来展望 为了帮助读者将理论知识融会贯通，本章精选了几个具有代表性的化工设计案例，涵盖了石油化工、精细化工、制药等不同领域。我们将对这些案例的设计过程进行详细剖析，包括项目背景、工艺路线选择、主要设备设计、控制策略以及SHE措施等，并重点分析设计中的关键决策点和遇到的挑战。通过对真实工程项目的深入解读，读者能够更直观地理解书中介绍的设计方法和工具的实际应用。 最后，本章还将对化工设计的未来发展趋势进行展望。我们将探讨数字化设计、智能制造、大数据分析、人工智能等新兴技术在化工设计中的应用前景，以及绿色化工、循环经济等可持续发展理念将如何引领未来的设计方向。本书希望通过这些前瞻性的讨论，激发读者对化工设计创新的思考，并为行业未来的发展贡献力量。
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