Optimization of the Production and Utilization of Hydrocarbons pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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作者:Frias, M. (EDT)

出品人:

页数:1000

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价格:3123.00元

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isbn号码:9781853338793

丛书系列:

图书标签:

• Hydrocarbons
• Optimization
• Production
• Utilization
• Petroleum Engineering
• Chemical Engineering
• Energy
• Fuels
• Process Optimization
• Industrial Chemistry

《复杂系统中的能流与物质循环：现代工程与环境的交汇点》 图书简介 本书深入剖析了当代工程科学与环境科学交叉领域的核心议题——复杂系统中的能流（Energy Flow）与物质循环（Material Cycling）。我们生活在一个由高度互联的工业、生态和社会网络构成的宏大系统中，理解这些系统如何获取、转化、分配和最终耗散能量与物质，是实现可持续发展和提升系统韧性的关键所在。 第一部分：复杂系统建模与动力学 本部分奠定了分析复杂系统的理论基础。我们首先界定了“复杂系统”在工程和环境背景下的具体内涵，强调了非线性和涌现现象在系统行为中的核心作用。 第一章：系统科学的范式转移 本章回顾了经典工程方法论（如线性控制论和稳态分析）的局限性，并引入了系统科学中的关键概念：反馈回路（Feedback Loops）、时间延迟（Time Lags）和多尺度特性（Multi-scale Nature）。通过对典型工程案例（如电网稳定性和供应链弹性）的初步探讨，展示了传统模型在预测突变和非预期后果方面的不足。 第二章：网络理论与结构分析 复杂系统的功能与其结构密不可分。本章详细介绍了图论在系统描述中的应用，包括节点（Nodes）和边（Edges）的定义，以及不同拓扑结构（如小世界网络、无标度网络）对信息和物质传递效率的影响。重点分析了关键节点（Hubs）识别方法及其在系统脆弱性评估中的作用。例如，分析城市供水管网中的关键泵站故障如何引发级联失效。 第三章：非线性动力学与临界点 本章聚焦于系统状态的非线性演变。我们引入了相空间（Phase Space）、吸引子（Attractors）和分岔理论（Bifurcation Theory），用以理解系统从稳定状态向新行为模式转变的机制。深入探讨了“临界点”（Tipping Points）的概念，特别是在生态系统退化（如湖泊富营养化）和工程系统（如结构疲劳的加速）中，小扰动如何导致巨大且不可逆转的变化。 第二部分：能流的转化、优化与损失 本部分将焦点集中于能量在系统中的动态行为，从宏观的能源结构到微观的能量转化效率。 第四章：能源系统的热力学基础与宏观约束 本章重申了热力学第一和第二定律在能源分析中的不可动摇性。重点讨论了能源流动的多级转换过程，包括一次能源开采、二次能源转化（如发电、燃料合成）和终端使用。利用“能值理论”（Emergy Theory）来评估不同能源形式的真正环境负载，超越了单纯的焦耳或BTU计算。 第五章：分布式能源与智能电网的能流控制 随着可再生能源（风能、太阳能）的集成，电网的单向、集中式结构正向分布式、双向流动的复杂系统转变。本章探讨了先进控制策略，如需求侧响应（Demand Response）和虚拟同步机技术，以维持系统频率和电压稳定。重点分析了储能技术在平滑间歇性发电波动中的作用，以及如何通过优化控制算法来最小化传输损耗。 第六章：工业过程中的能效与废热回收 在制造业和化工领域，能效是成本控制和环境合规的核心。本章详细考察了关键工业单元（如反应器、蒸馏塔、锅炉）的能耗热点。提出了先进的余热回收技术（如朗肯循环、热电联产），并利用过程集成技术（如Pinch分析的扩展应用）来指导系统级优化，目标是将系统总熵增降至最低。 第三部分：物质循环与生态工程 本部分探讨了物质如何在自然界和人造系统中流动、被利用和最终被归宿，强调循环经济和闭环系统的设计原则。 第七章：物质流分析（MFA）与生命周期评估（LCA） 物质流分析（MFA）是理解资源消耗和废物产生的核心工具。本章详细介绍了如何构建物质流图，计算系统边界内的输入、输出和存量。随后引入生命周期评估（LCA），超越了单一工厂的视角，评估产品或服务从“摇篮到坟墓”或“摇篮到摇篮”对环境的累积影响，包括资源枯竭潜能和酸化潜能。 第八章：水资源系统的物质循环与污染负荷 水是关键的物质载体。本章分析了城市水文循环（雨水、饮用水、废水）的复杂性，以及污染物在其中的迁移路径。讨论了新兴的污染物（如微塑料、持久性有机污染物）的去除技术，并从系统角度设计基于自然的解决方案（Nature-Based Solutions, NBS），如人工湿地，以增强水系统的自净化能力和物质回收效率。 第九章：废物资源化与闭环经济的设计哲学 本章探讨了如何将线性经济（获取-制造-丢弃）模式转变为高效的物质循环系统。内容涵盖了先进的材料分离与回收技术，特别是针对电子废弃物和复杂复合材料的解构。更重要的是，本章从系统设计哲学层面探讨了如何通过产品设计（Design for Disassembly, DfD）和共享经济模式，从源头减少废物的产生，实现更高价值的物质闭环。 第四部分：耦合系统与未来挑战 本部分将能流与物质循环置于更广阔的社会经济和环境背景下进行综合分析。 第十章：能源-水-食物（EWF）耦合系统的相互依赖性 能源、水和食物（Water-Food-Energy Nexus）是人类生存的基础，它们之间存在深刻的、非线性的相互依赖关系。例如，水资源的短缺会影响能源生产（如冷却需求），而能源投入的增加则会加速水资源的耗竭。本章利用多目标优化方法，探索在气候变化和人口增长压力下，如何在这些关键资源之间找到可持续的权衡点。 第十一章：系统的韧性、适应性与风险管理 在面对极端天气事件和地缘政治不确定性时，工程和环境系统的“韧性”（Resilience）至关重要。本章定义了韧性的不同维度（吸收能力、恢复速度、适应能力）。通过案例研究，展示了如何通过系统冗余（Redundancy）、多样性（Diversity）和分散化（Decentralization）来增强关键基础设施对外部冲击的抵抗力，并介绍了基于情景规划的风险评估框架。 第十二章：走向集成化智慧管理 未来的复杂系统管理需要跨学科的集成化智慧。本章探讨了信息物理系统（Cyber-Physical Systems, CPS）、物联网（IoT）和人工智能（AI）在实时监测和优化能流物质循环中的潜力。重点在于开发能够处理海量异构数据的集成决策支持系统，实现从被动响应到主动预测和干预的转变，确保人类社会在地球承载力范围内实现长期繁荣。 本书面向高级工程、环境科学、系统科学及政策制定领域的学生、研究人员和专业工程师。它要求读者具备扎实的数学和基础科学背景，旨在提供一个全面、深刻的分析框架，用以理解和塑造我们复杂的现代世界。

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这本书的深度和广度，让我想起那些需要耐心和时间去消化的经典著作。它不是那种可以一口气读完的快餐读物，而是需要你带着笔和笔记本，随时停下来，消化其中的每一层含义。我发现，作者在构建知识体系时，采用了一种螺旋上升的结构，前期建立的基础概念，会在后续章节中被赋予更复杂的应用背景，从而实现知识的不断深化。比如，早期对流体力学基础的介绍，在讨论到页岩气开采中的多相流问题时，立即被提升到了一个全新的应用层次。更让我印象深刻的是，作者并没有回避行业内的争议性话题，比如碳捕集与封存（CCS）技术的经济可行性分析，它以一种近乎于学术辩论的严谨态度，展示了不同技术路径的优缺点和环境影响，促使读者进行批判性思考，而不是盲目接受既定结论。这种鼓励独立思考的氛围，是很多工程类书籍所缺乏的，它让读者从一个被动的知识接收者，转变为一个主动的知识探究者。

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这本书，从书名来看，充满了技术性的挑战和工业界的实际意义，但真正翻开扉页，我立刻被一种对宏大叙事和微观机制的精妙平衡所吸引。它并非那种枯燥的教科书，而是像一位经验丰富的工程师，带着你一步步深入到油气田的复杂世界。作者对“优化”这个核心概念的理解非常深刻，不仅仅停留在数学模型或热力学定律上，更是深入到了经济效益与环境责任之间的微妙权衡。例如，书中对新型催化剂在原油分馏过程中的应用分析，那份细致入微，简直让人叹为观止。我尤其欣赏它对“瓶颈识别”的系统性方法论，它教导读者如何在高压、高风险的生产环境中，用结构化的思维去拆解那些看似无解的效率低下问题。这种从理论基石到实际操作的无缝衔接，使得即便是对初级工程师而言，也能快速掌握核心要领，而对于资深专家来说，其中蕴含的最新研究动态和前沿优化算法，无疑提供了宝贵的“刷新”知识库的机会。整本书的叙事节奏把握得非常好，起承转合自然流畅，绝非那种堆砌公式的读物，更像是一部引人入胜的工业史诗，讲述着人类如何更智能地驾驭地球赋予的宝贵资源。

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我接触过不少能源领域的专业书籍，但这本书在“前瞻性”和“可实现性”之间的平衡把握得最为恰当。它没有沉溺于遥远的理论推测，而是紧密结合当下全球能源转型的大背景，探讨如何利用现有技术和新兴思维，在保障供应稳定的前提下，逐步降低碳足迹。作者对可再生能源与传统油气生产的集成优化路径进行了富有洞察力的分析，这在过去被视为两个对立的领域，但书中展示了如何通过智能电网和氢能载体，实现能源系统的互补和效率最大化。这种跨学科的视野，使得这本书不仅对石油化工行业的从业者有价值，对能源政策制定者、乃至关注可持续发展的投资者，都具有不可替代的参考意义。读完此书，我感觉自己不再只是一个关注某个具体环节的工程师，而是有能力从整个能源价值链的角度，去审视和优化每一个生产与利用的环节，这是一种思维格局的全面提升。

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这本书的排版和图示设计，也体现出极高的专业水准。对于如此复杂的工程概念，清晰的视觉辅助至关重要，而本书在这方面做得非常出色。那些流程图、平衡图和效率曲线，无一不是精心绘制，它们不仅美观，更重要的是功能性极强，能瞬间理清复杂系统中的逻辑关系。我特别喜欢它在介绍新工艺流程时，采用的“模块化分解”展示方式，将一个庞大的系统拆解成若干个可以独立分析和优化的功能单元。这种结构化的呈现方式，极大地降低了理解陌生概念的认知负荷。此外，书中的附录部分收录的工程常数表和常用软件接口指南，对于日常工作来说，简直是“救命稻草”，大大减少了我查阅其他参考资料的时间。总而言之，这是一本从内容到形式都力求完美的专业书籍，它在保证学术严谨性的同时，最大限度地提升了读者的使用便利性。

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阅读体验上，这本书给我带来了一种沉静而有力的震撼。它的文字风格极其精准，没有丝毫多余的赘述，每一个句子都像经过精密计算的分子结构，稳固而有力地支撑起整个论证体系。我常常惊叹于作者在描述复杂工艺流程时的清晰度，仿佛面前就铺展着一张巨大的、动态的三维流程图。特别是关于天然气液化（LNG）过程中的能耗优化章节，作者没有满足于罗列现有的技术方案，而是深入探讨了基于实时气象数据和市场价格波动的预测性控制模型，这无疑是站在行业前沿的思考。其中穿插的案例研究，无论是针对老化管线的腐蚀控制策略，还是提高采收率的注入技术改进，都引用了最新的行业标准和专利技术，提供了极具可操作性的参考价值。这本书的价值远超出一本单纯的“技术手册”，它更像是一份高屋建瓴的战略蓝图，指导着企业如何在高波动性的能源市场中保持长期竞争力。它教会我的，是如何在“求稳”与“求进”之间，找到那个黄金分割点。

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