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《材料分离技术：从基础原理到前沿应用》 图书简介 本书深入探讨了材料分离领域的核心原理、关键技术及其在现代工业生产中的广泛应用。全书结构严谨，内容详实，旨在为化工、环境工程、材料科学以及相关领域的学生、研究人员和工程师提供一本全面且具有实践指导意义的参考著作。 第一部分：分离过程的基础理论 本部分奠定了材料分离工程的理论基石。首先，我们详细阐述了热力学在分离过程中的核心作用，包括相平衡、活度系数的确定以及利用吉布斯相律分析多组分体系的稳定性。重点讨论了液-液、气-液和固-液体系的平衡特性，为后续单元操作的选择与设计提供理论依据。 其次，对分离过程的输运现象进行了深入剖析。扩散、对流和粘性流动的基本方程被详细介绍，特别是针对多孔介质和复杂流场中的传质和传热机制。我们通过量纲分析和无量纲数（如雷诺数、佩克雷尔数）的引入，阐明了影响分离效率的关键物理因素。 再者，反应动力学与分离的耦合关系是现代分离工程不可或缺的一环。本书讨论了反应速率与传质速率之间的相互作用，特别是在反应精馏、膜反应器等集成化过程中的优化策略。 第二部分：经典单元操作的原理与实践 本章系统地介绍了工业上应用最广泛的几种分离单元操作。 蒸馏与精馏： 涵盖了基本的气液平衡关系、操作线与平衡线的构建，详细讲解了 McCabe-Thiele 法、Ponchon-Savarit 法等设计与操作计算方法。对于复杂体系，如恒沸物、共沸物和萃取精馏，我们提供了详细的案例分析和优化思路。此外，还包括了新型高效塔盘和填料的设计与性能评估。 吸收与解吸： 重点阐述了气液传质的机理，包括双膜理论和渗透膜模型在计算传质系数中的应用。吸收剂的选择标准、吸收塔的设计（板式塔与填料塔）以及解吸过程的能耗优化被详尽阐述。 萃取： 详细介绍了液-液萃取的原理，包括溶剂的选择标准、三相图的解读与应用。针对多级逆流萃取，阐述了萃取精馏和离心萃取的独特优势和适用范围。 结晶： 从成核与晶体生长动力学入手，区分了沉淀结晶、冷却结晶和蒸发结晶的工艺特点。重点讨论了晶体形貌控制、粒度分布优化以及固液分离（过滤与洗涤）的技术要求。 吸附： 阐述了固体吸附剂的表面化学性质、吸附等温线（Langmuir, Freundlich 模型）的确定，并深入探讨了变压吸附（PSA）和变温吸附（TSA）在气体分离和水处理中的应用案例。 膜分离技术： 介绍了微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO）的膜材料特性和分离机理。重点分析了浓差极化现象及其对分离效率的影响，以及新型复合膜和载体膜的开发进展。 第三部分：固-液分离与颗粒物处理 本部分专注于处理固体颗粒与流体混合物的分离难题。 过滤： 详细分析了过滤的基本定律（包括恒速过滤和恒压过滤），并对深层过滤和表面过滤进行了区分。过滤设备的选型，如板框压滤机、真空皮带过滤机和离心机的工作原理与操作参数优化被系统介绍。 沉降与离心分离： 基于颗粒在流体中的沉降理论（斯托克斯定律、区域沉降），阐述了沉降器的设计原则。离心分离部分重点分析了澄清、浓缩和分级过程中的关键参数，包括分离因数和停留时间。 固液态的洗涤与干燥： 过滤后的洗涤过程对产品纯度的影响至关ட்ட，本书详细分析了洗涤效率与洗涤液用量的关系。干燥单元操作则侧重于热质传递的耦合作用，对比了气流干燥、喷雾干燥和真空干燥的能耗与产品质量控制。 第四部分：前沿与集成化分离过程 面对日益严格的环保要求和对高纯度产品的需求，本部分聚焦于新兴和集成化的分离技术。 反应精馏与膜分离集成： 讨论了如何通过将反应和分离单元耦合，实现热力学限制的突破，提高转化率和选择性。膜反应器和反应萃取的案例展示了流程强化的潜力。 超临界流体萃取（SFE）： 详细介绍了利用超临界二氧化碳作为溶剂进行高附加值产品（如天然产物、药物中间体）分离的原理、设备设计及操作条件的敏感性分析。 电化学分离与色谱分离： 阐述了电渗析、电去离子（EDI）在水处理和痕量物质分离中的应用。对于制药和精细化工领域，色谱分离（特别是模拟移动床 SMB）的分离原理、操作模式和放大效应被作为重点内容进行探讨。 第五部分：过程模拟与优化 本书的最后一部分着眼于现代化工设计与操作的数字化工具。利用 Aspen Plus、ChemCAD 等主流软件，本书提供了如何建立分离过程的数学模型，进行灵敏度分析和能耗优化（如热集成网络设计）的实用指导。通过实际算例，展示了如何将理论知识转化为可行的工业设计方案。 总结： 《材料分离技术：从基础原理到前沿应用》不仅是一本严谨的教科书，更是一本面向工程实践的工具书，它系统地梳理了材料分离的“过去、现在与未来”，是相关专业人员不可或缺的案头参考资料。
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