现代化学专著系列 典藏版 11 过程工程 物质 能源 智慧PDF|Epub|txt|kindle电子书版本网盘下载

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基础篇3

1 多尺度方法与过程模拟——回顾多尺度方法，展望虚拟过程工程3

1.1 多尺度概念的产生3

1.2 EMMS模型的建立4

1.3 Nst→min假设受到质疑4

1.4 机制协调概念的深化5

1.5 Compromise概念的初步证明6

1.6 EMMS工业应用和协调概念的扩展7

1.7 Nst=min的证明和极值型多尺度方法的建立7

1.8 多尺度CFD（EMMS+CFD）的发展8

1.9 新的多尺度并行计算模式的提出和挑战11

1.10 探索实现虚拟过程的可能性13

1.11 二十多年来发展极值型多尺度方法的体会13

参考文献14

2 传递基础17

2.1 过程工程体系的特点17

2.2 传递过程的速率18

2.2.1 动量传递的牛顿黏性定律19

2.2.2 热量传递的傅里叶定律20

2.2.3 质量传递的菲克定律20

2.2.4 传热系数和传质系数21

2.2.5 传递过程的相似性23

2.2.6 化学反应速率24

2.3 动量守恒方程26

2.3.1 动量守恒方程的积分形式26

2.3.2 动量守恒方程的微分形式28

2.3.3 应力本构关系29

2.3.4 不可压缩流体的Navier-Stokes方程29

2.4 能量守恒方程30

2.5 传质方程和连续性方程32

2.5.1 总物料衡算32

2.5.2 组分质量守恒34

2.6 传递过程原理的发展35

2.6.1 湍流中的传递过程35

2.6.2 多相流中的传递过程39

2.6.3 场的耦合与协同43

2.7 研究课题45

2.7.1 传递过程的推动力46

2.7.2 相界面的传质过程47

2.7.3 多相流的湍流模型48

2.7.4 多元体系传递过程的非线性性质50

2.7.5 非经典的传递现象52

参考文献56

3 化学反应工程概论59

3.1 非催化反应工程59

3.1.1 非催化气-固反应59

3.1.2 非催化气-液反应61

3.2 催化反应工程62

3.2.1 吸附速率和平衡63

3.2.2 多相催化宏观动力学63

3.3 反应器的类型66

3.3.1 气-固和液-固反应器67

3.3.2 气-液或液-液反应器69

3.3.3 气-液-固三相反应器和其他复杂多相反应器71

3.4 反应器的设计及放大73

3.4.1 反应器的混合74

3.4.2 反应器内多相传递79

3.5 结语81

参考文献83

4 多相流结构与传递及其调控87

4.1 结构问题87

4.2 多相流结构与传递的关系90

4.2.1 快速流化床中气-固流动局部不均匀结构的预测——EMMS模型91

4.2.2 不均匀结构与曳力系数的关系——动量传递93

4.2.3 不均匀结构与传质系数的关系——质量传递96

4.2.4 不均匀结构与传热系数的关系——热量传递101

4.2.5 关于聚团的并聚与分散对传质、传热影响的理论分析与讨论108

4.2.6 理论预测与实验数据的对比109

4.2.7 多相流动和三传一反的计算机模拟前景111

4.3 多相流动结构的调控——散式化方法114

4.3.1 床型设计115

4.3.2 流体设计119

参考文献125

5 微化学工程与技术129

5.1 引言129

5.2 微通道内流体流动特性129

5.2.1 微通道内单相流体流动129

5.2.2 微通道内多相流体流动130

5.3 微通道内流体混合与传质特性137

5.3.1 微通道内液-液互溶两相流体间的混合特性137

5.3.2 微通道内液-液互不相溶两相流体间的传质特性139

5.3.3 微通道内气-液两相流体间的传质特性141

5.3.4 微通道内气-液-液三相流体间的传质特性143

5.3.5 微通道内液-液-固三相流体间的传质特性143

5.4 微通道反应器143

5.4.1 微反应器内的均相反应144

5.4.2 微反应器内的气-固催化反应147

5.4.3 微反应器内的气-液两相反应150

5.4.4 微反应器内的液-液两相反应152

5.5 结束语154

参考文献155

6 分离过程工程前沿164

6.1 引言164

6.2 化工过程中的界面现象165

6.2.1 从分子结构到微相结构预测167

6.2.2 化工分离过程热力学模拟170

6.3 化工分离过程纳微结构界面研究展望173

6.4 分离过程技术发展展望175

6.4.1 微乳相分离技术175

6.4.2 产物的直接捕获技术176

6.4.3 仿生分离技术177

6.4.4 分离过程强化技术178

参考文献178

7 精馏传质分离过程182

7.1 引言182

7.2 精馏过程流体力学及其模拟182

7.2.1 板式塔计算流体力学模拟182

7.2.2 填料塔计算流体力学模拟186

7.3 精馏过程计算传质学187

7.3.1 基本传质方程及其封闭188

7.3.2 计算传质学的方程体系189

7.3.3 基于计算传质学的化工过程建模190

7.3.4 计算传质学在精馏塔及其他化工过程模拟中的应用191

7.3.5 挑战与展望197

7.3.6 结论198

7.4 气-液界面对流现象及其对传质过程的影响198

7.4.1 气-液界面的Marangoni对流及对传质过程的影响199

7.4.2 气-液界面的Rayleigh-Bénard对流及对传质过程的影响201

7.4.3 结论202

7.5 间歇精馏过程202

7.5.1 间歇精馏的基本操作模式203

7.5.2 间歇精馏塔的类型203

7.5.3 特殊间歇精馏204

7.6 精馏过程多元气-液传质理论210

7.6.1 气-液界面的多元传质现象与普遍化Fick定律210

7.6.2 多元传质的普遍化的Maxwell-Stefan方程212

7.6.3 多元传质方程的求解213

7.6.4 多元传质方程非稳态解与点效率计算215

7.6.5 结论225

参考文献226

8 离子液体科学与工程基础231

8.1 引言231

8.2 离子液体的微观结构及氢键相互作用232

8.2.1 离子液体的氢键网络结构232

8.2.2 离子液体团簇234

8.2.3 离子液体中正负离子协同催化作用机制236

8.3 离子液体的物性变化规律及预测方法240

8.3.1 离子液体数据库242

8.3.2 离子液体的分子模拟及周期性变化规律243

8.3.3 离子液体的QSPR研究243

8.4 离子液体中反应-传递原位研究方法以及放大规律244

8.4.1 离子液体中传递-转化耦合性能的原位研究装置244

8.4.2 离子液体中气-液传质过程的实验研究245

8.4.3 离子液体中气-液传质过程的数值模拟研究247

8.5 结论249

参考文献249

9 复杂流体分子热力学254

9.1 引言254

9.2 链状流体的状态方程256

9.2.1 化学缔合统计理论框架257

9.2.2 状态方程259

9.2.3 状态方程的应用262

9.3 链状流体的混合亥姆霍兹函数模型264

9.3.1 密堆积格子模型265

9.3.2 密堆积格子模型的应用268

9.3.3 格子流体模型269

9.3.4 格子流体模型的应用270

9.4 结束语271

参考文献273

10 多相流动的数值模拟——离散单元法及其在炼铁高炉中的应用283

10.1 引言283

10.1.1 颗粒-流体流动的数值模拟概述283

10.1.2 高炉内的多相流动概述286

10.1.3 高炉多相流动的数值模拟287

10.2 数学模型描述288

10.2.1 颗粒相控制方程离散单元法DEM288

10.2.2 流体相控制方程-计算流体力学290

10.2.3 传热模型290

10.2.4 耦合计算方法292

10.2.5 平均方法293

10.3 应用举例295

10.3.1 高炉上部物料分布的模拟296

10.3.2 高炉炉体内气-固两相的模拟302

10.3.3 风口回旋区气-固流动的模拟307

10.3.4 炉缸内颗粒行为的模拟314

10.4 总结317

参考文献318

11 反应粉碎过程原理及应用325

11.1 反应粉碎的特点与机理325

11.1.1 反应粉碎特点325

11.1.2 反应粉碎机理326

11.2 反应粉碎中的机械化学效应328

11.2.1 粉体物理化学性质的变化328

11.2.2 粉体之间的机械化学反应328

11.2.3 粉体晶体结构的变化329

11.2.4 发生固相反应329

11.3 反应粉碎的应用及研究现状330

11.3.1 粉体表面改性330

11.3.2 粉体活化330

11.3.3 机械合金化331

11.3.4 能源材料制备332

11.3.5 污染物处理333

11.3.6 反应粉碎过程模拟333

11.4 反应粉碎过程发展趋势334

参考文献334

12 专业数据和计算资源的网络化共享——构建未来虚拟研究环境的基础337

12.1 引言337

12.2 网络化专业数据的共享337

12.2.1 单一的化学数据库的网络化基本成熟338

12.2.2 发展趋势：多个网络化学数据库的统一检索338

12.2.3 原始实验数据的数字化共享与保藏341

12.3 计算资源的网络化共享341

12.4 化学数据和计算资源的网络化集成343

12.5 结语344

参考文献345

13 计算机辅助化学产品设计349

13.1 引言349

13.2 化学产品工程349

13.2.1 化学产品工程的知识结构350

13.2.2 化学产品金字塔350

13.2.3 产品设计与工艺设计的结合352

13.2.4 多尺度方法352

13.3 化学产品设计352

13.3.1 化学产品设计的基本步骤352

13.3.2 计算机辅助分子设计和混合物设计354

13.3.3 化学产品设计的方法体系355

13.4 化学产品设计中的分子模拟356

13.4.1 微观尺度模拟356

13.4.2 介观尺度模拟357

13.5 化学产品设计中的全局优化问题358

13.6 化学产品工程中的机遇和挑战360

参考文献360

14 过程系统工程——“两化融合”发展与PSE：挑战和前景367

14.1 “两化融合”发展的必要性367

14.1.1 我国的工业化进程367

14.1.2 信息化的含义368

14.1.3 “两化融合”发展是中华民族崛起的战略抉择368

14.2 化学工业“两化融合”的发展趋势369

14.2.1 从规模经济逐步向范围经济过渡369

14.2.2 从传统制造业向服务制造业过渡372

14.2.3 从高能耗高污染的重化经济向绿色生态经济（特别是低碳经济）逐步过渡373

14.3 “两化融合”的发展提出的挑战375

14.4 过程系统工程可以提供的支撑技术375

14.4.1 产品工程和纳米过程系统工程为产品创新和精细化工发展提供支持375

14.4.2 间歇过程系统工程为多产品、多目标的间歇过程设计和操作提供理论基础378

14.4.3 供应链的优化与协同研究为企业做强提供竞争力380

14.4.4 多尺度过程集成为全企业优化运营提供支撑381

14.4.5 绿色过程系统工程为企业的可持续发展和生态工业园区建设提供支持383

14.5 结束语385

参考文献385

15 过程工业与循环经济——在过程工业中推进循环经济发展388

15.1 循环经济关键理论388

15.2 发展资源循环利用产业的重要领域390

15.2.1 对动脉产业过程中未充分利用的资源的利用391

15.2.2 静脉产业过程中的再生资源利用391

15.3 我国资源循环利用的现状与存在问题394

15.4 结语395

参考文献396

专业篇399

16 石化技术自主创新的崎岖之路399

16.1 原始创新要转移现有技术的科学知识基础399

16.2 新构思来自联想，而联想源于博学广识和集体智慧400

16.2.1 分子筛裂化催化剂401

16.2.2 异丁烷／丁烯烷基化402

16.2.3 喷气燃料脱硫醇403

16.2.4 氢-铝交联累托石层柱分子筛404

16.3 验证新构思，实现工业化的道路曲折、崎岖405

16.3.1 铂重整工艺的发明405

16.3.2 非晶态合金的研发407

16.4 《西游记》主题歌的启示——团队精神的重要性408

参考文献408

17 超重力反应过程强化原理与工业应用410

17.1 超重力技术概念与发展历史410

17.1.1 超重力技术的基本概念410

17.1.2 超重力技术的发展历史411

17.2 超重力环境下的流体流动412

17.2.1 超重力环境下流体流动形态及分布412

17.2.2 超重力环境下流体力学特性413

17.3 超重力环境下的传递规律及模型化417

17.3.1 相界面积417

17.3.2 传质系数417

17.4 超重力环境下多尺度分子混合规律424

17.4.1 混合尺度分类及定义424

17.4.2 分子混合的作用424

17.4.3 旋转床内多尺度作用下分子混合性能研究425

17.4.4 分子混合对反应结晶的影响与模型化425

17.5 超重力反应强化原理、新工艺与工业应用431

17.5.1 超重力反应过程强化原理431

17.5.2 受分子混合限制的反应过程超重力强化新工艺434

17.5.3 受传递过程限制的多相反应过程超重力强化新工艺440

17.6 展望445

参考文献445

18 铁矿气相还原原理及应用450

18.1 引言450

18.2 基本原理451

18.2.1 氧化铁气相还原热力学451

18.2.2 氧化铁气相还原动力学455

18.2.3 铁矿石的可选性457

18.3 还原反应器459

18.3.1 竖炉459

18.3.2 回转窑460

18.3.3 流化床461

18.3.4 磁化焙烧技术对比分析461

18.4 流化床磁化焙烧463

18.5 流态化铁矿直接还原465

18.6 展望467

参考文献467

19 基于复杂反应过程的材料化工469

19.1 引言469

19.2 复杂气-固相反应与材料制备技术472

19.3 反应过程中材料结构的跨尺度调控477

19.4 大规模材料制备的过程工程问题480

19.4.1 西门子法生产多晶硅482

19.4.2 四氯化硅的氢化技术483

19.4.3 硅烷法流化床沉积多晶硅484

参考文献486

20 纳米材料结构调控及过程工程特征487

20.1 纳米材料制备过程的特殊性487

20.2 纳米材料化学合成与结构调控490

20.2.1 气相燃烧合成纳米材料490

20.2.2 液相反应合成纳米材料495

20.3 纳米材料组装、结构调控及光电性能497

20.3.1 纳米管组装半导体498

20.3.2 树状大分子组装纳米材料498

20.3.3 介孔限域组装纳米复合材料499

20.4 纳米材料制备工程特征与过程放大500

20.4.1 纳米材料燃烧合成工程特征及过程放大500

20.4.2 针状FeOOH合成过程的工程特征及过程放大504

20.5 纳米材料制备过程的工程问题507

参考文献509

21 功能纳米铁氧化物粉体的合成和应用512

21.1 引言512

21.2 实验513

21.2.1 试剂与设备513

21.2.2 实验装置与实验步骤513

21.3 结果与讨论519

21.3.1 α-铁黄的碱法制备519

21.3.2 α-铁红的制备520

21.3.3 α-铁红纳米粒子的尺寸控制521

21.3.4 α-铁红纳米粒子分散性能的控制521

21.3.5 α-铁红的热形成机理523

21.3.6 热分析动力学原理524

21.3.7 热形成过程中微观结构的变化528

21.3.8 α-铁红的热形成机理530

21.3.9 诱导合成法新思路的提出530

21.3.10 单分散α-Fe2O3粒子合成机理的研究531

21.3.11 单分散铁黄粒子合成机理的研究535

21.3.12 单分散氧化铁纳米粒子尺寸的控制537

21.3.13 单分散氧化铁纳米粒子形貌的控制539

21.3.14 高饱和磁化强度Fe3O4磁粉性能测试541

21.4 彩色激光打印机碳粉542

21.4.1 基本原理543

21.4.2 研究内容543

21.4.3 彩色激光粉的合成545

21.4.4 产品性能547

21.5 耐久性防伪彩色激光粉550

21.5.1 组分设计原理550

21.5.2 激光打印机耐久性防伪彩色粉的研制551

21.5.3 激光打印机耐久性防伪彩色粉的合成551

21.5.4 耐久性防伪彩色粉的合成553

21.5.5 产品的性能553

21.6 结论555

参考文献558

22 生物质原料过程工程560

22.1 生物质原料过程工程560

22.1.1 生物质原料过程工程的提出560

22.1.2 生物质原料过程工程的研究内容561

22.2 生物质原料特性561

22.2.1 多样性561

22.2.2 复杂性562

22.2.3 结构的不均一性563

22.3 生物质原料预处理563

22.3.1 生物质原料的初级预处理563

22.3.2 生物质原料的组分分离-定向转化564

22.3.3 生物质原料的选择性结构拆分566

22.4 生物质原料生态产业集成567

22.4.1 生物质原料生态产业集成的必要性567

22.4.2 生态产业集成理论570

22.4.3 生物质原料生态产业集成的特点572

22.4.4 生物质原料生态产业集成范例573

22.5 结语576

参考文献576

23 陶瓷膜的工业化应用研究进展580

23.1 引言580

23.2 陶瓷膜在化工与石油化工中的应用581

23.2.1 超细颗粒的吸附行为及抑制方法581

23.2.2 反应-膜分离耦合系统的典型工程应用586

23.3 陶瓷膜在生物发酵领域中的应用588

23.3.1 连续洗涤预测模型588

23.3.2 模型计算的工业化应用591

23.3.3 典型发酵体系的陶瓷膜应用过程研究592

23.4 结束语598

参考文献598

24 重油梯级分离过程——从概念到工业试验600

24.1 引言600

24.2 重油超临界溶剂深度精细分离方法的建立及取得的新认识602

24.2.1 超临界流体萃取分馏分离体系及条件优化602

24.2.2 重质油性质组成的深入认识605

24.2.3 超临界梯级分离脱残渣的潜力预测605

24.2.4 获得了重油多层次化学结构的深入认识606

24.2.5 提出了重油梯级分离加工利用新分类指标体系608

24.3 重油溶剂脱沥青过程的热力学模型的建立及梯级分离新工艺开发612

24.3.1 深度溶剂脱沥青过程的热力学模型612

24.3.2 深度溶剂脱沥青工艺原理研究616

24.4 重油深度梯级分离——硬沥青喷雾造粒的工程放大研究618

24.4.1 深度溶剂脱沥青中试研究619

24.4.2 深度溶剂脱沥青硬沥青造粒的工程实现620

24.4.3 重油深度梯级分离过程溶剂损失、能耗及经济性估算623

24.5 新型专用装置的研制及工业示范装置的建设625

24.5.1 新型喷雾造粒塔的研究625

24.5.2 可控粒径喷嘴的研究627

24.5.3 沥青颗粒的输送性能及装备研究——星形给料机的输送与密封性能628

24.5.4 旋风分离过滤器的研制629

24.5.5 梯级分离新工艺的工业实现630

24.6 结论631

参考文献632

25 能源过程工程634

25.1 煤多联产技术634

25.1.1 多联产系统分类634

25.1.2 煤分级利用多联产技术开发638

25.2 垃圾焚烧技术641

25.2.1 引言641

25.2.2 焚烧炉结构及技术特点642

25.2.3 焚烧炉设计的关键点645

25.2.4 循环流化床焚烧系统设计的考虑646

25.2.5 小结649

25.3 生物质流化床快速裂解技术研究650

25.3.1 生物质快速热裂解液化技术简介650

25.3.2 生物质快速热裂解液化技术的现状与发展654

25.3.3 浙江大学生物质快速热裂解技术开发659

25.3.4 生物质流化床快速热裂解试验研究661

25.3.5 小结669

参考文献670

26 中药过程工程674

26.1 中药概述674

26.2 中药过程工程676

26.2.1 中药过程工程的概念676

26.2.2 中药过程工程单元操作677

26.3 中药过程工程新进展683

26.3.1 中药材种植（养殖）683

26.3.2 中药炮制686

26.3.3 制剂前处理687

26.3.4 流化床喷雾干燥、制粒和包衣技术714

26.3.5 其他单元操作715

26.4 结语715

参考文献716