Thermochemical Processes

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出版者:Butterworth-Heinemann
作者:C B Alcock
出品人:
页数:404
译者:
出版时间:2001-02-14
价格:USD 115.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780750651554
丛书系列:
图书标签:
  • 材料学
  • 热化学
  • 热力学
  • 化学反应
  • 相变
  • 燃烧
  • 材料科学
  • 能源
  • 过程工程
  • 传热
  • 化学工程
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具体描述

Today the study of materials is concerned with the underlying thermodynamic and chemical processes involved in the manufacture and processing of a wide range of materials - metals, ceramics, semi-conductors, plastics and composites.

For the first time, this book provides a quantitative description and examples of the application of physical chemical concepts to the processing and degradation of metallic and other inorganic materials, from the atomic scale to the analysis of industrial processes.

Thermochemical Processes: Principles and Models deals with processes dominated in turn by the gas phase (such as chemical vapour deposition), the solid phase (such as powder metallurgy electroceramics and high-temperature corrosion) and the liquid phase (such as extraction metallurgy and glass-making).

C. B. Alcock provides information which will prove invaluable to academics and workers involved in high temperature industries and in particular to those with an interest in the scientific analysis of processes - which will be most useful to those working in the field of modelling.

First ever quantitative approach to the subject of Thermochemical processing.

Companion volume to Kubachewski et al.

深入理解热化学过程:一本全面解析能量转化与物质反应的指南 本书旨在为读者提供一个关于热化学过程的全面且深入的理解,涵盖从基础理论到前沿应用的各个方面。我们聚焦于能量如何在化学反应中储存、释放和转化,以及这些过程如何驱动和影响工程、环境和材料科学等多个领域。 --- 第一部分:热力学基础与化学平衡的基石 本部分为后续复杂过程的深入探讨奠定坚实的理论基础。我们从宏观热力学的基本定律出发,详细阐述了能量、功、热和熵的概念,并着重讨论了它们在化学系统中的应用。 1. 能量与焓变:反应热的量化 我们首先深入探讨了焓($H$)的概念,作为衡量系统能量含量的关键状态函数。详细分析了标准生成焓、燃烧焓以及溶解焓的测定方法和意义。重点章节将演示如何利用赫斯定律(Hess's Law)进行复杂反应热的计算,并讨论了温度对反应热的影响,引入基尔霍夫方程(Kirchhoff's Equation)来精确预测不同温度下的反应热。我们将区分吸热反应和放热反应的微观本质,并探讨能量流动的方向性。 2. 熵与吉布斯自由能:驱动力的决定者 热化学过程的真正驱动力在于吉布斯自由能($G$)。本部分将详尽解析熵($S$)的概念,包括其统计力学基础和宏观热力学表述。随后,我们将把焓变和熵变结合起来,推导出吉布斯-亥姆霍兹方程。本书将花费大量篇幅阐述吉布斯自由能变($Delta G$)如何作为判断反应自发性的黄金标准。我们将详细分析温度如何影响 $Delta G$,并通过构建相图和热力学图表,清晰展示不同条件下的平衡状态。 3. 化学平衡:动态的稳定点 化学反应的平衡状态是热化学研究的核心。我们将从质量作用定律出发,推导平衡常数($K$)与热力学函数之间的关系,特别是 $K$ 与 $Delta G^circ$ 的对数线性关系。本书将介绍范特霍夫方程(Van't Hoff Equation),用以量化温度变化对平衡常数的影响,从而指导工业过程的最优化设计。此外,我们还将讨论勒夏特列原理(Le Chatelier's Principle)在理解和控制反应平衡位移中的实际应用,通过具体的工业案例(如氨的合成)进行演示。 --- 第二部分:动力学、速率与反应机理 仅仅知道一个反应在热力学上是否可能是不够的,我们还需要理解它发生的快慢。本部分将热力学与动力学相结合,探讨反应速率的决定因素。 4. 反应速率论基础 本章详细介绍了反应速率的定义、影响因素(浓度、温度、催化剂)和测量方法。我们将聚焦于碰撞理论(Collision Theory),解释分子如何通过有效的碰撞来实现反应,并引入活化能(Activation Energy, $E_a$)的概念。 5. 阿伦尼乌斯与过渡态理论 我们将对经典的阿伦尼乌斯方程进行深入探讨,并讨论如何通过实验数据拟合来确定反应的活化能。随后,本书将迈向更精确的过渡态理论(Transition State Theory, TST),解释反应势能面、鞍点以及速率常数的精确计算方法。我们还将讨论反应级数、反应机理的确定方法,并区分不同类型的反应(一级、二级、零级反应)。 6. 催化作用的本质 催化剂在现代化学工业中扮演着至关重要的角色。本部分将系统性地介绍均相催化和多相催化的基本原理。重点分析催化剂如何通过提供新的反应路径来降低活化能。我们将讨论酶催化剂的特性,并分析负载型催化剂的设计原理及其对反应效率的提升。 --- 第三部分:特定热化学系统的深度剖析 本部分将理论知识应用于具体的物质系统和工程挑战中,展示热化学过程的多样性和复杂性。 7. 溶液中的热化学与电化学 我们将探讨溶质溶解过程中的热力学(溶解焓、晶格能)。核心内容将转向电化学热化学,详细分析电池和电解槽中的能量转换。重点分析能斯特方程(Nernst Equation)在确定非标准条件下电池电动势中的作用,并探讨燃料电池、腐蚀现象的热力学基础。 8. 高温过程与燃烧热化学 本章聚焦于涉及高温气态反应的系统,特别是燃烧过程。我们将计算燃料的理论空燃比、理论火焰温度,并分析实际燃烧过程中热损失的影响。本书将介绍绝热火焰温度(Adiabatic Flame Temperature)的计算方法,并讨论氮氧化物(NOx)和碳氧化物(CO, $ ext{CO}_2$)生成的热力学限制。 9. 材料科学中的热化学:相图与稳定区 热化学原理是理解材料结构和性能的基础。我们将深入解析一元和多元相图的绘制和解读,解释相变(如熔化、凝固、固态相变)的驱动力。重点讨论共晶点、共熔点的意义,以及如何利用热力学数据来预测合金和陶瓷体系在不同温度和压力下的稳定相,指导材料的制备和热处理工艺。 --- 第四部分:前沿应用与可持续性热化学 最后一部分将目光投向当前及未来的挑战,展示热化学在解决全球能源和环境问题中的潜力。 10. 热化学储能与能源转型 随着可再生能源的普及,高效的热化学储能(Thermochemical Energy Storage, TCES)技术变得愈发重要。本章将详细介绍基于化学反应(如分解反应或吸附反应)的储能系统的工作原理、效率评估以及实际工程挑战。我们将分析材料的选择标准,以及如何通过反应器设计来优化能量的存储与释放循环。 11. 环境热化学与污染物转化 本书将热化学的应用扩展到环境工程领域。我们将分析大气化学过程中光化学烟雾和臭氧层破坏的热力学与动力学限制。在污染物处理方面,我们将探讨热解、气化和等离子体处理等高级氧化过程的热化学基础,旨在实现有害物质的无害化转化或资源化利用。 12. 生物质能与绿色燃料的热化学 面向可持续发展,本章专门探讨生物质(Biomass)的转化过程。我们将详细分析从纤维素到最终产物(如生物油、合成气)的热化学路径,包括热解动力学、催化重整反应的热力学平衡。重点讨论如何通过优化反应条件来提高目标产物的选择性,推动生物质能源的商业化应用。 --- 本书的特点在于其严谨的理论推导与丰富的工程实例相结合。通过对这些复杂过程的系统梳理,读者将不仅掌握热化学的分析工具,更能培养出解决实际能源、材料和环境问题的创新思维。

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读后感

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用户评价

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这本书,说实话,拿到手里的时候,我还有点小小的期待,毕竟名字听起来就挺“硬核”的,关于热化学过程嘛,感觉会是一本深入探讨能源转化和物质变化的权威著作。然而,读完之后,我的心情就像是经历了一场过山车,先是爬升的兴奋,然后是平稳的行驶,最后却带着一丝不易察觉的失落感。书中的理论框架搭建得相当扎实,对于一些基础的热力学原理阐述得清晰明了,特别是对化学反应平衡的探讨,引人入胜。但当我试图将其应用于解决实际工程问题时,却发现书中的案例分析显得有些陈旧和脱节。例如,它花费了大量的篇幅去讲解一些已经被更先进技术取代的催化反应体系,对于当前工业界热议的碳捕获与封存(CCS)或者绿色氢能制备等前沿课题,涉及得非常浅显,更像是一种蜻蜓点水式的提及,缺乏深入的数学模型和实验数据支撑。这让我这个期待能将书中学到的知识直接投入到项目设计中的读者感到有些力不从心。整本书的叙事节奏也略显拖沓,某些章节为了强调基础概念的严谨性,反复绕圈子,使得阅读过程不够流畅,读到后半部分,我常常需要强迫自己才能继续往下翻。如果它能更侧重于将理论与现代工业需求紧密结合,而不是停留在经典化学反应的细枝末节上,这本书的价值无疑会提升一个档次。

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这本书的阅读体验,坦率地说,有点像是在一座装饰华丽但内部结构早已过时的老图书馆里寻找资料。作者的文笔颇具学院派的严谨,逻辑清晰,层层递进,尤其是在处理多组分反应体系的化学势变化时,那种抽丝剥茧的分析能力令人印象深刻。我本来期待这本书能提供一个全面且与时俱进的“热化学过程”概览,涵盖从基础理论到最新应用的全貌。然而,它似乎将大部分精力都倾注在了对早期经典热力学模型的“复述”上,对于近二十年内出现的新型功能材料的热化学行为,比如金属有机框架(MOFs)的吸附与解吸过程中的热力学考量,或者电化学热力学在储能器件中的应用扩展,仅仅是一笔带过。这使得这本书的“时效性”大打折扣。我发现,我阅读过程中需要频繁地查阅外部文献来补充当前领域的热点内容,这本书更像是提供了一个坚实的、但略显锈迹斑斑的基石,而不是一座可以让你直接入住的现代建筑。它在概念的深度上做到了极致,但在广度和前沿性上却远远落后于时代的需求。对于希望紧跟科研前沿的学者来说,这本书可能更适合作为理解历史脉络的补充材料,而非主要参考书目。

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这本书的语言风格,说实话,非常具有挑战性。作者似乎更倾向于用一种极为晦涩和抽象的数学语言来描述物理现实,这对于习惯于直观图像和具体流程图的读者来说,简直是一场智力上的马拉松。我花了大量时间试图在脑海中构建出这些抽象概念对应的物理场景。比如,当描述一个涉及多相反应的复杂动力学模型时,作者直接抛出了一长串的偏微分方程组,却鲜少提供一个清晰的示意图来展示物质如何在不同相之间传递和反应。这种“重公式、轻图像”的风格,虽然在追求形式上的完美,却牺牲了读者的理解效率。我发现,很多本该是顺畅阅读体验的段落,却因为缺乏直观的辅助材料(如高质量的流程图、机制示意图,或者哪怕是一个简单的气泡图),而变得晦涩难懂,需要反复阅读好几遍才能勉强捕捉到作者的真正意图。对于一本旨在传授“过程”的书籍而言,这种对可视化教学的忽视是致命的弱点。它更适合那些已经拥有深厚数学功底,并且能够将抽象符号直接映射到复杂物理系统的专家,对于需要通过视觉辅助来构建知识体系的大多数工程师和学生来说,这本书的门槛设置得实在太高了。

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翻开《热化学过程》这本书,我首先被它那严谨的排版和大量的数学公式所震撼,这无疑是一部面向专业人士或者高年级研究生的教材。它在基本原理的阐述上,展现了作者深厚的学术功底,特别是关于相图分析和非理想溶液热力学的部分,提供了非常详尽的推导过程。我个人非常欣赏作者对于熵增定律在复杂体系中应用的细致剖析,这部分内容对于理解为什么某些反应在特定条件下会自发进行,提供了深刻的洞察力。但是,这种过度的理论导向也带来了显著的局限性。书中对于实验技术的介绍几乎是空白,我一个做实验的,最关心的是如何精确测量反应速率、如何设计能准确反映理论模型的实验装置,但这些在书中完全找不到。所有的数据似乎都来源于理想化的计算,缺乏与真实世界中仪器误差、背景噪声的交互。更令人遗憾的是,书中对计算化学方法的应用讨论甚少,这在当今化学工程领域,使用密度泛函理论(DFT)预测反应路径和活化能已是常态,这本书却仿佛停留在上个世纪,对这些现代工具的价值视而不见。因此,对于那些希望通过这本书来指导实际实验操作或利用计算工具优化流程的读者来说,这本书提供的帮助非常有限,它更像是一部纯粹的理论参考手册,而非一本能指导实践的工具书。

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我接触这本书,主要是想了解如何利用热化学原理来优化工业流程的能效。这本书的标题《Thermochemical Processes》听起来就充满了工业应用的味道,所以我非常关注其中关于能量传递效率和热回收系统的设计。在这一方面,本书的表现可以说是“中规中矩,缺乏亮点”。它详尽地解释了朗肯循环和布雷顿循环的热力学基础,这些是理解传统发电系统的基石,但对于当前化工行业普遍采用的集成反应器与分离过程中的复杂热集成网络,书中的讨论显得过于简化。例如,在处理复杂精馏塔的热量平衡时,作者给出的模型非常基础,几乎没有引入过程控制变量或动态响应的考量。更让我感到困惑的是,书中对“过程优化”的探讨似乎完全停留在理论最大效率的层面,完全没有触及到实际操作中常见的非平衡态效应、设备老化导致的性能衰减等实际工程难题。读完后,我并没有获得一套可以立即应用到我正在设计的换热网络优化算法中的新思路,反而感觉像是在重温大学一年级的基础物理课本,虽然知识点正确,但距离解决实际工程中的“痛点”还相去甚远。它更像是一份关于“什么是热化学过程”的定义性文件,而不是一份指导“如何改进热化学过程”的操作指南。

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