過程工程導(dǎo)論

前言

近代高科技和新興工業(yè)的發(fā)展與過程工程有著密切的關(guān)系。過程工程是以傳遞過程與反應(yīng)過程為基礎(chǔ)并以物質(zhì)的化學(xué)與物理分離、合成以及能量轉(zhuǎn)化等過程為對(duì)象的通用工程技術(shù)，它已成為能源、資源、環(huán)境、生物技術(shù)、材料、制藥、石油、化工以及電子等領(lǐng)域所不可缺少的技術(shù)支撐，也是支持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要手段。因此，對(duì)過程工程的研究發(fā)展與傳播普及是當(dāng)前科技工作者的一項(xiàng)重大任務(wù)。上海交通大學(xué)馬紫峰教授長(zhǎng)期從事化工過程基礎(chǔ)教學(xué)和電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換過程工程的研究，組織編寫了《過程工程導(dǎo)論》，從過程的全面觀點(diǎn)出發(fā)，闡述過程工程內(nèi)涵，內(nèi)容豐富，深入淺出，包括過程開發(fā)、過程單元、過程分析與綜合、過程技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析以及過程工程的研究等。此外對(duì)各種過程工業(yè)也作了簡(jiǎn)要介紹。這是一部全面介紹過程工程之作。在高等學(xué)校中，貫徹培養(yǎng)創(chuàng)新精神的素質(zhì)教育已成為共識(shí)，而通識(shí)教育課程的學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育的重要環(huán)節(jié)。但目前通識(shí)教育教材十分缺乏，本書的出版為此作出了貢獻(xiàn)，適用于作為高等學(xué)校學(xué)生的通識(shí)教育教材，同時(shí)也可為有關(guān)科技人員參考。

內(nèi)容概要

　　以全新的視角詮釋了化工、冶金、生物制藥、食品、環(huán)境保護(hù)和能源等過程工業(yè)的共性科學(xué)理論和技術(shù)特點(diǎn)，著重過程研究與開發(fā)的方法論教育。從“化學(xué)工程學(xué)”演變到“過程工程學(xué)”，反映了化學(xué)工程教育思想的轉(zhuǎn)變，體現(xiàn)了多學(xué)科知識(shí)的融合與交叉。全書包括過程工程學(xué)的由來、過程開發(fā)的流程、過程工業(yè)的構(gòu)成單元、過程工程分析與綜合、過程工業(yè)概述、過程工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和過程工程研究?！哆^程工程導(dǎo)論》概念論述清楚，簡(jiǎn)明扼要，通俗易懂；還設(shè)計(jì)了思考題，適合啟發(fā)式教學(xué)和師生互動(dòng)。

作者簡(jiǎn)介

馬紫峰，上海交通大學(xué)教授。博士生導(dǎo)師。化工系系主任，兼任美國(guó)能源部BrookhavenNationalLaboratory客座研究員、核工業(yè)部中核納米材料研究發(fā)展中心特聘研究員。美國(guó)電化學(xué)會(huì)會(huì)員、中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)固態(tài)離子專業(yè)委員會(huì)理事，《J.NewMaterialsforElectrochemicalSystems》（加拿大出版）、《高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào)》、《上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)》編委?？萍疾繃?guó)家重大基礎(chǔ)規(guī)劃項(xiàng)目（973項(xiàng)目）能源領(lǐng)域項(xiàng)目評(píng)審評(píng)估專家組成員?！肮腆w氧化物燃料電池基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目獲得1996年廣東省高校科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。已完成國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目1項(xiàng)，省部級(jí)科研項(xiàng)目3項(xiàng)，出版《燃料電池系統(tǒng)》專著1本，發(fā)表學(xué)術(shù)論文50多篇，獲得中國(guó)發(fā)明專利1項(xiàng),申請(qǐng)專利4項(xiàng)。在研項(xiàng)目包括國(guó)家863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目2項(xiàng)，省部級(jí)項(xiàng)目1項(xiàng)，橫向項(xiàng)目多項(xiàng)。主要研究領(lǐng)域：綠色化學(xué)電源系統(tǒng)新材料（燃料電池、鋰離子電池等）、催化與環(huán)境友好化學(xué)工藝。

書籍目錄

1　緒論1.1　何謂過程工業(yè)1.2　從化學(xué)工程學(xué)到過程工程學(xué)1.3　本課程目的與基本任務(wù)參考文獻(xiàn)思考題2　過程開發(fā)的流程2.1　過程開發(fā)任務(wù)及特點(diǎn)2.2　過程開發(fā)數(shù)據(jù)2.2.1　化學(xué)反應(yīng)數(shù)據(jù)2.2.2　物料衡算2.2.3　技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估數(shù)據(jù)2.3　過程開發(fā)的步驟2.3.1　概念設(shè)計(jì)2.3.2　基礎(chǔ)設(shè)計(jì)2.3.3　中間試驗(yàn)參考文獻(xiàn)思考題3　過程工業(yè)構(gòu)成單元3.1　催化劑3.1.1　催化劑組成與性能3.1.2　催化劑表征3.1.3　催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)3.2　反應(yīng)器3.2.1　反應(yīng)器分類3.2.2　化學(xué)反應(yīng)技術(shù)基礎(chǔ)3.2.3　常規(guī)反應(yīng)器3.2.4　反應(yīng)器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則3.3　過程分析技術(shù)3.3.1　過程分析技術(shù)目的3.3.2　過程分析技術(shù)方法3.3.3　過程分析技術(shù)應(yīng)用實(shí)例3.4　產(chǎn)物加工和分離3.4.1　熱加工過程3.4.2　機(jī)械分離操作單元3.5　管道、泵和空氣壓縮機(jī)3.5.1　柏努利方程3.5.2　輸送設(shè)備和機(jī)械的安裝與選型3.6　能量供應(yīng)3.6.1　蒸汽與冷凝系統(tǒng)3.6.2　電力、制冷和壓縮空氣參考文獻(xiàn)思考題4　過程工程分析與綜合4.1　過程工程分析理論基礎(chǔ)4.1.1　系統(tǒng)工程學(xué)4.1.2　過程系統(tǒng)工程特點(diǎn)和內(nèi)容4.2　過程工業(yè)系統(tǒng)分析與模擬4.2.1　過程工業(yè)系統(tǒng)分析4.2.2　過程工業(yè)系統(tǒng)模擬4.2.3　過程工業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化4.3　過程工業(yè)系統(tǒng)綜合4.3.1　過程系統(tǒng)綜合基本方法4.3.2　幾種典型的過程系統(tǒng)綜合問題4.3.3　過程工業(yè)綜合設(shè)計(jì)4.4　過程工業(yè)系統(tǒng)分析與綜合軟件4.4.1　過程工業(yè)流程模擬軟件4.4.2　人工智能4.4.3　過程模擬軟件參考文獻(xiàn)思考題5　過程工業(yè)概述5.1　能源化工過程5.1.1　煤化工過程5.1.2　石油煉制過程5.1.3　天然氣利用過程5.1.4　生物質(zhì)能與生物煉制工業(yè)過程5.1.5　電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換過程5.2　氨的合成過程5.2.1　氨合成過程的概念設(shè)計(jì)5.2.2　氨合成催化劑5.2.3　氨合成反應(yīng)器5.2.4　氨合成過程及工藝優(yōu)化5.3　冶金過程工程5.3.1　鋼鐵冶金過程5.3.2　冶金過程工程學(xué)的形成與發(fā)展5.3.3　鋼鐵冶金過程的集成與多聯(lián)產(chǎn)5.4　石油化工過程5.4.1　石油化工過程的發(fā)展5.4.2　石油化工過程基本構(gòu)成5.4.3　乙烯裂解過程5.5　食品加工過程5.5.1　何謂食品加工5.4.2　天然產(chǎn)物提取5.6　制藥過程工程5.6.1　化學(xué)制藥過程5.6.2　生物制藥過程參考文獻(xiàn)思考題6　過程工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析6.1　技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基本要素6.1.1　經(jīng)濟(jì)效益6.1.2　投資6.1.3　成本6.2　過程工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析6.2.1　技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法6.2.2　過程工程項(xiàng)目可行性研究參考文獻(xiàn)思考題7　過程工程研究7.1　有關(guān)過程工程的一些基本概念7.1.1　什么是過程工程研究7.1.2　過程工程研究對(duì)象7.1.3　過程工程研究不能脫離實(shí)踐7.1.4　過程工程研究的進(jìn)展程序7.1.5　過程的發(fā)展可以相互促進(jìn)，相得益彰7.1.6　進(jìn)行過程工程研究要從全面看問題7.1.7　過程發(fā)展沒有止境7.2　過程工程研究的進(jìn)行7.2.1　過程工程研究的發(fā)展步驟7.2.2　新觀念的形成和研討7.2.3　實(shí)驗(yàn)規(guī)模的過程實(shí)驗(yàn)以及在決定作中間工廠規(guī)模實(shí)驗(yàn)以前的評(píng)價(jià)7.2.4　中間工廠規(guī)模和半企業(yè)工業(yè)規(guī)模的實(shí)驗(yàn)和研究7.2.5　觀念的實(shí)現(xiàn)和不斷的革新7.2.6　過程發(fā)展中的計(jì)劃控制7.3　過程工程研究工作具體內(nèi)容一斑7.3.1　理化數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)的計(jì)算和測(cè)定7.3.2　流程的制定、物料平衡和能量平衡7.3.3　估計(jì)在擴(kuò)大規(guī)模時(shí)所產(chǎn)生的效應(yīng)7.3.4　新型設(shè)備的發(fā)展7.3.5　過程實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)的分析——統(tǒng)計(jì)方法的應(yīng)用7.3.6　從間歇過程到連續(xù)過程的轉(zhuǎn)化7.3.7　經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的核算和最佳設(shè)計(jì)7.3.8　操作規(guī)程和控制界限的制訂

章節(jié)摘錄

3 過程工業(yè)構(gòu)成單元通常，過程工業(yè)流程包括化學(xué)反應(yīng)過程與物理操作過程兩大部分。構(gòu)成化學(xué)反應(yīng)過程的核心單元是催化劑和反應(yīng)器；物理操作過程包括反應(yīng)過程分析與控制、產(chǎn)物加工和分離、物料輸送、能源供應(yīng)等單元。本章對(duì)過程工業(yè)基本構(gòu)成單元進(jìn)行介紹。3.1催化劑什么是催化劑?要理解催化劑的概念，首先需要了解“催化作用”的概念。早在幾千年前，人類就利用催化作用加工食物，如利用酶素釀酒?，F(xiàn)代催化科學(xué)研究是近200年的事。l836年，Berzelius經(jīng)過多年的化學(xué)反應(yīng)過程研究后認(rèn)為，催化劑提供了一種特殊的能量從而影響反應(yīng)物之間的作用力，并首次命名為“催化作用”（Catalysis）。1895年，0stwald提出“催化現(xiàn)象的本質(zhì)在于某些物質(zhì)具有特別強(qiáng)烈的加速那些沒有它們參加時(shí)進(jìn)行得很慢的反應(yīng)過程的性能”。1981年，國(guó)際純粹及應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)（IU-PAC）對(duì)催化劑的定義為：催化劑是一種物質(zhì)，它能夠加速反應(yīng)的速率而不改變?cè)摲磻?yīng)的標(biāo)準(zhǔn)Gibbs自由焓變化，本身在化學(xué)反應(yīng)過程中不被明顯地消耗。催化劑基本特征是：①催化劑只能加速熱力學(xué)上可行的反應(yīng)，而不能加速熱力學(xué)上無法進(jìn)行的反應(yīng)。②催化劑只能加速反應(yīng)趨于平衡，而不能改變平衡的位置（平衡常數(shù)）。③催化劑對(duì)反應(yīng)具有選擇性。④催化劑具有一定的壽命。⑤催化劑用量少且不消耗，但其組成、結(jié)構(gòu)和紋理組織會(huì)發(fā)生變化。催化劑的作用還表現(xiàn)在：催化劑能改變反應(yīng)歷程、可降低反應(yīng)活化能、能加速正反應(yīng)也能同時(shí)加速逆反應(yīng)。催化作用通常是在一定溫度下提高反應(yīng)速率，或者是降低達(dá)到’給定速率所需要的反應(yīng)溫度。催化劑性能、催化劑表征和催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是催化科學(xué)研究與應(yīng)用中的三個(gè)基本概念。3.1.1 催化劑組成與性能一般催化劑包括三種組分：活性組分、載體和助催化劑。

編輯推薦

《過程工程導(dǎo)論》可作為高等院校本科生和研究生的通識(shí)教育課程教材。也可供從事過程工業(yè)分析與綜合、過程開發(fā)、過程設(shè)計(jì)和決策咨詢的專業(yè)技術(shù)人員參考。

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