具体描述
《现代化学工业基础与应用》 本书导言： 在二十一世纪的科技浪潮中，化学工业作为支撑国民经济发展的基础产业，其重要性不言而喻。从新材料的研发到能源的清洁利用，再到日常生活的方方面面，化学工艺的进步始终走在时代前沿。《现代化学工业基础与应用》一书，旨在为化工、材料、环境等相关领域的专业人士、高等院校师生以及对化学工程抱有浓厚兴趣的读者，提供一本全面、深入且极具实践指导意义的参考著作。 本书并非对某一特定化合物进行详尽的化学结构解析，而是宏观地构建了一个现代化学工业的知识框架，聚焦于那些驱动产业升级和绿色转型的核心技术与原理。全书内容涵盖了从基础单元操作到复杂反应工程的系统知识，力求在理论深度和工程实用性之间找到最佳的平衡点。 第一部分：化学工程基础理论的重塑与深化 本部分着重于巩固和提升读者对化学工程核心概念的理解，为后续高级主题的学习打下坚实的理论基础。 第一章：流体力学与过程传递现象 本章深入探讨了牛顿流体与非牛顿流体的流动特性，特别关注了在复杂管道系统、填料塔和反应器内部的流场模拟与分析。引入了计算流体力学（CFD）在化工过程优化中的最新应用，例如如何通过优化搅拌器的几何形状来增强混合效率，减少能耗。此外，本章详细解析了动量、热量和质量传递三大基本传递过程在化工单元操作中的数学模型建立与求解方法，强调了边界层理论在描述相间（如气-液、液-固）传递时的决定性作用。我们特别关注了高粘度体系和多相流体系中的非理想流动行为及其工程对策。 第二章：反应工程学原理与新型反应器设计 反应动力学是理解化学转化的核心。本章从微观机理出发，阐述了催化反应的表面活性位点、活化能与选择性控制。重点分析了均相、多相催化反应的速率方程建立，以及如何利用阿伦尼乌斯方程和过渡态理论指导反应条件优化。在反应器设计方面，本书突破了传统的CSTR和PFR范畴，详细介绍了微通道反应器、膜反应器、和等离子体辅助反应器等前沿技术。讨论了如何通过精确的温度场和浓度场控制来抑制副反应，实现高收率和高原子经济性的目标。 第三章：过程热力学与相平衡计算 超越理想气体假设，本章聚焦于复杂体系的热力学处理。内容涵盖了高压下气体的逸度理论、液体的活度系数模型（如NRTL、UNIQUAC）的精确应用，以及蒸汽-液体、液体-液体平衡的预测。特别辟出章节讨论了超临界流体萃取中的热力学基础，以及在生物化工和精细化工中，高浓度、强相互作用体系的相容性评估方法。强调了热力学可行性分析在工艺路线选择中的指导作用。 第二部分：核心单元操作的优化与前沿技术 本部分转向具体的化工单元操作，着重于介绍提升效率、降低环境影响的先进技术。 第四章：高效分离技术：超越精馏 虽然精馏仍是主流，但其高能耗的缺点日益突出。本章详细介绍了膜分离技术（纳滤、反渗透、气体分离膜）的机理与膜材料的革新，如金属有机框架（MOF）膜在气体分离中的应用潜力。同时，深度解析了反应精馏、萃取精馏等过程强化技术，如何将反应与分离耦合，实现过程集成化。对于复杂混合物的分离，如手性化合物和同分异构体，超临界流体色谱（SFC）和模拟移动床（SMB）技术被作为重点案例进行剖析。 第五章：传热与能源集成：面向可持续发展 传热单元操作是化工生产中的主要能耗环节。本章不仅复习了管壳式换热器的设计规范，更侧重于新型高效换热器的应用，如板式、螺旋板式换热器以及微反应器中的高效传热设计。核心内容聚焦于化工过程的热集成网络（Pinch Analysis）技术，教授读者如何利用“夹点分析”系统地识别能源浪费点，设计出最优化的热网络，实现余热的梯级利用，大幅降低对外部能源的依赖。 第六章：颗粒物料处理与粉体工程 在制药、食品、催化剂制造等领域，颗粒操作至关重要。本章系统阐述了粉体的基本特性（粒径分布、流动性、可压实性）的表征方法。内容涵盖了从雾化、喷雾干燥到流化床反应器和颗粒物料输送的工程实践。特别关注了湿法造粒与干法造粒的技术选择、过程控制（如通过探针监测颗粒含湿量）及其对最终产品性能的影响。 第三部分：过程控制、安全与智能化 现代化学工厂的运行依赖于精确的控制系统和对风险的有效管理。 第七章：过程控制系统与先进过程控制（APC） 本章从经典PID控制器的调谐和回路交互分析入手，逐步过渡到多变量控制策略。详细介绍了模型预测控制（MPC）的原理、辨识模型构建以及在大型复杂流程（如裂解装置或合成氨装置）中的应用案例。讨论了如何利用软测量技术实时估算难以直接测量的关键变量，以确保过程的平稳运行和产品质量的稳定性。 第八章：化工过程安全管理与风险评估 安全是化工的生命线。本章系统介绍了过程安全管理的四大支柱：工艺安全信息（PSI）、危害与可操作性分析（HAZOP）、保护层分析（LOPA）。深入探讨了化学反应失控的机理（如热失控、连锁反应），并介绍了反应量热技术在评估反应热风险和确定安全操作窗口中的关键作用。此外，本章还涵盖了爆炸与火灾的预防措施，以及应急响应系统的设计规范。 第九章：数字化转型与智能制造 面向工业4.0，本章探讨了如何利用大数据、人工智能和物联网技术赋能传统化工流程。内容包括：过程数据采集与清洗、基于机器学习的故障预测与诊断（PHM）、以及如何利用数字孪生技术（Digital Twin）在虚拟环境中对新工艺进行仿真和优化，实现从“数据驱动”到“智能决策”的转变。 结语： 《现代化学工业基础与应用》力求成为一本跨越基础理论与前沿实践鸿沟的工具书。本书强调的并非某一特定无机盐的制备工艺，而是构建一个普适性的工程思维框架，使读者能够运用系统性的方法论解决当前化学工业界面临的能效、环境和安全挑战，推动化学工程向更高质量、更可持续的方向发展。
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