Elementary Principles of Chemical Processes

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出版者:
作者:Felder, Richard M./ Rousseau, Ronald W.
出品人:
页数:248
译者:
出版时间:2005-1
价格:$ 70.63
装帧:
isbn号码:9780471697596
丛书系列:
图书标签:
  • 化学工程
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  • 过程设计
  • 化工基础
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具体描述

This best-selling book prepares readers to formulate and solve material and energy balances in chemical process systems. It provides a realistic, informative, and positive introduction to the practice of chemical engineering.

化学工程基础原理:从宏观到微观的工艺流程设计与优化 作者: [此处可填入假想作者姓名,例如:李明,张伟] 出版社: [此处可填入假想出版社名称,例如:科学技术出版社] ISBN: [此处可填入假想ISBN号,例如:978-7-5023-8888-8] --- 内容简介 本书旨在为化学工程及相关领域的初学者和从业者提供一套全面、深入且实用的基础理论框架。不同于侧重于特定单元操作的传统教材,本书的独特视角聚焦于化学过程的系统性思维构建,强调从物料衡算、能量衡算到热力学、流体力学和反应动力学等核心原理的有机结合,指导读者如何将这些基础知识转化为实际的工艺流程设计与优化能力。 本书的结构设计遵循了从宏观工艺流程认知到微观物料与能量传递机制的逻辑递进路线,确保读者能够系统性地理解化学工程学科的本质。 第一部分:化工过程的系统概览与物料平衡的艺术 本部分为全书的基石,着重于建立读者对化工生产的整体认识,并掌握最为基础且普适的分析工具——物料衡算。 第一章:化学工程导论与工艺流程的描绘 本章首先界定了化学工程的范畴及其在现代工业中的核心地位。我们详细阐述了化工过程的类型,如分离过程、反应过程和混合/分散过程。重点在于流程图(PFD)的阅读与绘制。这不仅仅是简单的图形符号记忆,而是理解信息流、物流和能量流如何在一个系统中循环和转换的关键技能。我们引入了“系统边界”的概念,这是进行任何衡算分析的先决条件。 第二章:单相与多相体系的物料衡算 物料衡算作为一切定量分析的起点,在本章得到详尽的讲解。我们从最简单的批操作开始,逐步过渡到连续操作单元。重点讨论了组分追踪的方法,特别是针对涉及化学反应的系统中,如何运用化学计量学和反应当量的概念来精确计算反应物流。本章深入探讨了多相体系(如气液、液液分离)中物料的分配规律,并引入了迭代求解的概念,以应对复杂流程中可能出现的循环物流问题。 第三章:复杂工艺流程的计算策略与软件应用初探 针对包含再循环、物流分离和多重耦合的工业流程,本章提供了结构化的解题框架。我们展示了如何利用节点分析法和流程简化技巧,将复杂的流程分解为可管理的子系统。同时,本书适时地引入了现代化工设计中常用的流程模拟软件(如Aspen Plus或HYSYS的原理概念),但重点不在于软件操作,而在于理解软件背后的计算逻辑与收敛性要求,培养用户对模拟结果的批判性判断能力。 第二部分:能量守恒与热力学基础:驱动工艺的引擎 理解能量在化学过程中的转化和传递,是设计高效节能工艺的必要条件。本部分将热力学理论与实际的能量衡算紧密结合。 第四章:热力学基础与过程能耗分析 本章复习了热力学第一定律,并将其应用于化工过程。我们详细分析了容积功、轴功和流动功的计算,并区分了系统与环境之间的热量交换。针对化工过程中的常见工况,如等温、等压和绝热过程,推导了适用的能量衡算方程。重点强调了焓变的精确计算,特别是当组分发生相态变化或发生化学反应时,如何利用标准热力学数据和活度系数模型进行修正。 第五章:流体输送与过程中的能量损失 本部分将能量衡算应用于实际的流体输送单元。我们将流体力学基础(如雷诺数、摩擦因数)与能量衡算相结合,推导了伯努利方程的广义形式。详细分析了管道、阀门、泵和压缩机等设备在工作过程中引入的能量变化和能量损失。本章特别关注流体阻力的计算,以及如何通过优化管道布局和选择合适的设备来最小化无效的能量耗散,直接关系到工厂的运行成本。 第三部分:相平衡与分离过程的精妙设计 相平衡是理解和设计分离过程的理论核心。本部分深入探讨了平衡关系,并将其应用于最常见的单元操作。 第六章:热力学相平衡原理 本章系统地介绍了气液平衡(VLE)和液液平衡(LLE)的基本概念。详细阐述了逸度理论在非理想体系中的应用,并对比了Raoult定律、Henry定律以及基于活度系数模型(如Wilson, NRTL, UNIQUAC)的修正方法。本章的难点在于如何根据给定的数据或模型参数,构建出准确的平衡曲线,这是后续分离设备设计的基础。 第七章:蒸馏与萃取的单元操作设计 基于第六章的相平衡知识,本章转向应用。在蒸馏设计方面,我们不仅讨论了恒沸点混合物和共沸物的处理,还详细介绍了麦凯布-邦德里(McCabe-Thiele)图解法以及有限差分法的原理,用于估算塔板数和回流比。对于萃取过程,则侧重于Ternary Diagram(三元图)的运用,指导读者如何设计最小溶剂用量和确定最优操作线。 第四部分:反应工程基础与过程控制的初步概念 本部分将视线从物理传递转向化学转化,并简要引入过程稳定性与控制的视角。 第八章:化学反应动力学与反应器设计概述 本章介绍了描述反应速率的基本方程(如速率定律式)和反应级数。重点分析了温度对反应速率的影响(阿伦尼乌斯方程),以及催化剂在提高反应效率中的作用。我们将这些动力学知识应用于最基础的反应器模型——CSTR(连续搅拌反应器)和PFR(管式反应器)的设计计算,探讨了恒定容积和非恒定容积反应器的物料与能量衡算。 第九章:过程的稳定运行与控制的理念 现代化工过程需要精确的控制以保证产品质量和操作安全。本章不深入控制系统的数学建模,而是侧重于控制的必要性和基本概念的引入。解释了反馈控制、前馈控制的基本逻辑,并以温度控制、液位控制为例,说明了如何利用传感、执行和调节这三大要素来维持工艺变量在设定值附近波动。本章旨在培养学生对过程动态响应的初步敏感性。 本书的特色与价值 本书的最大特点在于其强烈的工程应用导向和跨学科知识的整合。它避免了将各个原理割裂讲解的弊端,而是始终围绕“一个完整的化工流程”这一核心,展示了物料、能量、相态和反应是如何在一个动态系统中相互作用的。读者学完本书后,不仅能熟练进行基础的物料和能量衡算,更能建立起对复杂化工过程“知其然更知其所以然”的系统化理解,为未来深入学习单元操作的细节设计(如更复杂的传热、传质过程)或从事工艺优化工作打下坚实的基础。本书适合作为大学化学工程专业本科阶段的入门教材,或作为工程师再培训的参考资料。

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读后感

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用户评价

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这本书的封面设计倒是很朴素,墨绿色的封皮,烫金的字体,透着一股老派的学术气息。我当初选它,主要是冲着“Elementary Principles”这几个词去的,希望能找到一本能把我化学工程的基础知识梳理得清清楚楚的入门读物。结果呢,打开书一看,我的天,这可不是那种轻松愉快的“傻瓜式”指南。里面的内容密度简直是惊人的,每一个章节都像是在进行一场严谨的数学推导和物理定律的深度剖析。比如,在介绍物料衡算的时候,它不是简单地告诉你“输入等于输出”这么肤浅的道理,而是会扯到复杂的反应动力学模型,用一系列偏微分方程来描述瞬时浓度的变化,这对于一个刚接触这个领域的新手来说,简直是晴天霹雳。我记得有一次为了理解一个简单的热力学循环图,我硬是花了一个下午的时间,对照着书里那些密密麻麻的符号和下标,感觉自己的脑细胞都在哀嚎。更别提那些习题了,它们往往不是那种教科书式的标准答案题,而是需要你结合实际工业流程进行系统性思考的开放式问题,往往需要你跨好几个章节的知识点才能勉强搭个框架。说实话,如果不是我对化工这个领域抱有近乎偏执的热情,我可能早就把它扔到角落里吃灰了。它更像是一本给未来工程师准备的“武功秘籍”,而不是给普通读者准备的“入门小册子”。

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这本书的配套资源几乎为零,这一点在数字时代显得尤为突出。我尝试在网上搜索与这本书配套的勘误表、习题解答,或者任何形式的在线教学视频,结果一无所获。它似乎把自己定位成一个独立、自给自足的知识孤岛。这意味着,一旦你在某个特定的概念上产生了疑问,比如对相平衡常数的修正因子感到困惑时,你唯一的“救济站”就是书本身,或者你那疲惫不堪的教授。我特别怀念那种有一个活跃的在线论坛,大家可以一起讨论某个难解的习题,或者分享自己对某个理论的独特见解的氛围。这本书给你的感觉是:“我已经把所有你需要的一切都写在这里了,剩下的路你自己走。” 这种“放养式”的教育哲学,虽然能培养独立思考能力,但对于需要及时反馈和群体支持的学习者来说,无疑增加了学习的孤独感和挫败感。它要求读者具备极高的自我驱动力和解决问题的能力,否则很容易在某个章节迷失方向。

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坦白讲,我对这本书的排版和插图设计有点意见。在这个时代,一本技术书籍如果还停留在上个世纪的印刷水平,确实有点说不过去。这本书的内页纸张偏黄,字号偏小,而且很多关键的流程图和设备示意图,看起来像是用最基础的CAD软件画出来的,线条生硬,缺乏必要的色彩区分和立体感。举个例子,在介绍复杂的精馏塔结构时,我需要不断地在正文和附录的插图之间来回翻阅,试图分辨哪个是冷凝器,哪个是回流泵,结果往往是在昏黄的灯光下看得头昏眼花。这种视觉上的体验,极大地消耗了我学习的热情。如果作者能引入一些现代化的三维渲染图,或者至少在关键的能耗平衡图上使用更鲜明的色彩对比,相信阅读体验能提升好几个档次。现在这样,就像是拿着一本珍贵的古籍在阅读,虽然内容深邃,但外在的载体却让人感到沉重和费力。对于需要大量视觉辅助来理解空间和流程关系的化工初学者来说,这种设计上的保守,简直是一种遗憾。

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从实用性的角度来衡量,这本书的侧重点明显偏向于“理论的建立”而非“工程的实践应用”。虽然它覆盖了从基础的质量守恒到复杂的反应器设计等所有核心模块,但它在讲解过程中,更专注于推导这些公式背后的物理和化学意义,而非它们在现代工业控制系统中的具体部署和操作细节。比如,它会花大量篇幅讲解如何用代数方法求解一套多变量的平衡方程组,但在如何使用专业的流程模拟软件(如 Aspen HYSYS 或 ChemCAD)来快速建立并优化模型方面,几乎只是一笔带过,或者干脆没有提及。这使得这本书更像是一本面向理论研究人员的参考书,而不是面向一线操作工程师的工具书。对于一个希望快速掌握如何操作一台塔釜或者设计一个泵选型方案的读者来说,这本书提供的知识深度可能过剩,而实用性指导却严重不足。我总感觉,读完这本书,我能写一篇关于化学反应器设计的博士论文,但我可能还不知道怎么正确地拧开一个阀门,这是一种奇特的知识结构失衡感。

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这本书的写作风格,怎么说呢,非常“德高望重”,带着一种不容置疑的权威感。作者的叙事逻辑简直是教科书级别的严谨,每一个论点都建立在前一个论点的坚实基础之上,环环相扣,几乎找不到任何逻辑上的漏洞或者跳跃。这当然是优点,保证了知识体系的完整性,但对于我这种喜欢边学边走的“探索型”学习者来说,就有点煎熬了。翻开任何一页,你看到的都是密集的公式、清晰的图表,以及作者那不动声色的陈述语气。它从不试图用生动的比喻或者引人入胜的故事来吸引你,而是直奔主题,用最精炼的语言阐述最复杂的概念。例如,在讨论流体力学部分时,它会用整整一页纸来推导伯努利方程在非理想流体中的修正形式,中间省略的步骤少之又少,每一步的数学操作都像建筑师在描绘蓝图一样精准到位。我感觉自己不是在读书,而是在参与一场非常严肃的学术会议,作者是主讲人,而我只能屏住呼吸,生怕漏掉了一个小数点。这种深度和密度,使得它更适合作为专业人士的案头参考书,或者作为研究生阶段的精读材料。普通读者想要从中汲取乐趣,恐怕要付出远超预期的努力。

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