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出版者:

作者:Rhodes, Martin 编

出品人:

页数:472

译者:

出版时间:2008-6

价格:533.00 元

装帧:

isbn号码:9780470014271

丛书系列:

图书标签:

物理
粒子技术
粉体工程
颗粒物
分散体系
聚集
破碎
粉碎
混合
流化
纳米材料
工业应用
材料科学
化工工程

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具体描述

Particle technology is a term used to refer to the science and technology related to the handling and processing of particles and powders. The production of particulate materials, with controlled properties tailored to subsequent processing and applications, is of major interest to a wide range of industries, including chemical and process, food, pharmaceuticals, minerals and metals companies and the handling of particles in gas and liquid solutions is a key technological step in chemical engineering. This textbook provides an excellent introduction to particle technology with worked examples and exercises. Based on feedback from students and practitioners worldwide, it has been newly edited and contains new chapters on slurry transport, colloids and fine particles, size enlargement and the health effects of fine powders. Topics covered include: Characterization (Size Analysis) Processing (Granulation, Fluidization) Particle Formation (Granulation, Size Reduction) Storage and Transport (Hopper Design, Pneumatic Conveying, Standpipes, Slurry Flow) Separation (Filtration, Settling, Cyclones) Safety (Fire and Explosion Hazards, Health Hazards) Engineering the Properties of Particulate Systems (Colloids, Respirable Drugs, Slurry Rheology) This book is essential reading for undergraduate students of chemical engineering on particle technology courses. It is also valuable supplementary reading for students in other branches of engineering, applied chemistry, physics, pharmaceutics, mineral processing and metallurgy. Practitioners in industries in which powders are handled and processed may find it a useful starting point for gaining an understanding of the behavior of particles and powders. Review of the First Edition taken from High Temperatures - High pressures 1999 31 243–251 "..This is a modern textbook that presents clear-cut knowledge. It can be successfully used both for teaching particle technology at universities and for individual study of engineering problems in powder processing."

动态流体中的颗粒行为与过程：原理、模型与应用聚焦于多相流、颗粒输运与反应工程的深度探索本书系统深入地探讨了在动态流体环境中，固体颗粒所展现出的复杂行为、相互作用及其在各种工程过程中的应用。它超越了简单的颗粒物料处理范畴，致力于构建一个整合了流体力学、物质传递、热力学和动力学原理的统一理论框架，以精确描述和预测颗粒体系的宏观和微观现象。本书的读者群体涵盖了化学工程、机械工程、材料科学、环境工程以及物理化学等领域的本科高年级学生、研究生以及专业工程师和研究人员。它不仅是高校高级课程的指定教材，更是从事颗粒过程开发、优化与安全评估的科研人员的必备参考书。 --- 第一部分：流体力学基础与颗粒表征 (Fundamentals and Characterization) 本部分奠定了理解颗粒系统行为的理论基础，重点关注流体动力学和颗粒本身的物理特性。第一章：连续介质流体力学回顾本章首先对不可压缩牛顿流体和非牛顿流体的基本方程——纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations）和质量守恒方程进行了系统回顾。特别强调了雷诺数（Reynolds number）在判断流态（层流、湍流）中的关键作用。随后，深入探讨了边界层理论、流场中的速度梯度测量技术（如粒子图像测速 PIV）及其在评估颗粒-流体相互作用时的应用。对适用于描述颗粒周围流动特性的流线、涡量和剪切应力的概念进行了详尽阐述。第二章：颗粒的几何、表面与物理性质详细考察了影响颗粒行为的本质属性。几何特性部分包括粒径分布的统计描述（如粒径的算术平均、面积平均和体积平均的差异）、球形度、长宽比的量化方法。表面特性方面，重点分析了颗粒表面能、表面粗糙度、表面润湿性（接触角测量）及其对颗粒聚集和分散行为的决定性影响。此外，还讨论了颗粒的密度、比热容和导热系数等热物理性质的测量与模型建立，这些参数直接影响颗粒在流体中的沉降和热交换速率。第三章：单颗粒在流场中的运动本章聚焦于单个惰性或活性颗粒在均匀或非均匀流场中的运动学分析。从牛顿第二定律出发，推导了用于计算颗粒所受力的基本方程，包括拖曳力（Drag Force，覆盖了斯托克斯、牛顿和过渡区模型）、升力（如马格努斯力、库特-龙格力）、以及惯性力和压力梯度力。通过对流体力学边界条件的严格处理，详细分析了颗粒在剪切流、旋涡流和冲击波场中的瞬态响应，引入了运动放大因子和响应时间（Relaxation Time）的概念来量化颗粒对流场变化的敏感性。 --- 第二部分：颗粒群体的多相流模型 (Multiphase Flow Modeling) 本部分将研究重点从单颗粒扩展到大量颗粒组成的体系，建立描述颗粒群宏观行为的数学模型。第四章：颗粒沉降与浓相流本章深入研究了颗粒在静止或上升流体中的沉降现象。首先从双力平衡模型出发，引入了终端沉速（Terminal Settling Velocity）的概念。随后，对低浓度下的斯托克斯沉降定律进行了修正，引入了巴格诺德（Bagnold）因子以描述近壁效应和颗粒间相互作用的影响。对于高浓度悬浮液，则全面探讨了牛顿流体中的浓相沉降模型，包括颗粒床形成、界面稳定性和“活化”机制。特别分析了颗粒床的压力降计算方法，并讨论了颗粒团聚体（Agglomerates）的沉降特性。第五章：气固流化床（Fluidized Beds）的动力学流化现象是颗粒技术中的核心过程。本章系统阐述了流化床的原理，从最小流化速度的确定开始，深入分析了鼓泡流化床（Bubbling Fluidized Beds）和具有内构件的流化床。流体力学方面，对比了欧拉-欧拉模型（Euler-Euler Model）和欧拉-拉格朗日模型（Euler-Lagrange Model）在描述气固两相流动中的优缺点，特别是对颗粒相的“压力梯度”项处理进行了详尽的比较。本章还包括了颗粒返混（Backmixing）现象的量化、团聚体在流化床内的破碎与生成动力学。第六章：颗粒输送与管道流针对工业中广泛应用的密相和稀相输送系统，本章提供了详尽的工程分析方法。详细区分了气力输送（Pneumatic Conveying）的稀相（颗粒不接触）和密相（颗粒相互接触，形成塞流或波浪流）模式。提出了用于预测管道内颗粒速度剖面、摩擦损失和系统压降的经验模型和半经验模型。此外，还探讨了颗粒在弯道、分流器和阀门处的磨损与堵塞风险分析方法，并引入了冲击能模型来评估颗粒对管道壁面的侵蚀率。 --- 第三部分：颗粒过程中的传递现象与反应 (Transport Phenomena and Reactions) 本部分将重点放在颗粒体系中关键的能量和物质传递过程，以及颗粒作为反应载体的应用。第七章：颗粒体系中的物质传递与扩散物质传递是控制反应速率和分离效率的关键。本章首先分析了单个颗粒表面的质量传递系数（Sherwood Number）的计算，考虑了流速变化和颗粒表面形貌的影响。随后，重点讨论了多孔颗粒内部的复杂扩散机制，包括宏观扩散、微孔/介孔扩散以及化学反应在不同孔隙尺度上的影响。引入了活化能、扩散激活能和有效扩散系数的概念，并详细阐述了韦伯-史密斯（Weisz-Prater）准则在评估内扩散限制方面的应用。第八章：颗粒体系中的热传递与能耗热传递在催化反应器、干燥和燃烧过程中至关重要。本章分析了颗粒床层中的表观导热系数（Effective Thermal Conductivity），区分了固体导热、气体导热和辐射传热的贡献。讨论了在高温或高流速条件下，颗粒间接触热阻和床层空隙率对整体热性能的影响。针对干燥过程，建立了考虑颗粒内部水分迁移和外部对流热传递的耦合模型，用以预测干燥速率曲线和最终含湿量。第九章：颗粒表面的化学反应动力学将反应工程原理应用于颗粒系统。本章阐述了多相催化反应中颗粒的作用，特别是颗粒尺寸、孔隙结构和催化剂活性位点密度对整体反应速率的控制。详细分析了“颗粒内的扩散控制”和“颗粒外的对流控制”这两种主要限制机制，并提出了判定主导机制的判据。对于涉及相变的颗粒反应（如燃烧、气化或焙烧），本章提供了描述反应界面移动速率和产物逸出速率的动力学模型，包括贝克-阿维尔（Barker-Averill）模型及其在固定床反应器设计中的应用。 --- 第四部分：颗粒过程的控制与优化 (Control and Optimization) 本部分将理论模型应用于实际工程问题的解决和过程的优化。第十章：颗粒分离技术的高级模型系统回顾和分析了主流的颗粒分离技术。在沉降和过滤方面，本书着重于非恒定速率过滤模型（如卡尔斯曼-库珀模型）和滤饼压缩机理的研究。针对离心分离，详细分析了斯托克斯定律在圆筒离心机中的修正，包括颗粒在不同离心力场下的分离轨迹预测。对于气固分离中的旋风分离器，基于涡流场模型和颗粒运动轨迹模拟，评估了分离效率与粒径、入口速度及锥体几何尺寸的关系。第十一章：颗粒体系的稳定性与安全本章探讨了颗粒系统在操作条件变化下的稳定性问题。重点分析了粉尘爆炸的风险评估方法（如最小着火能、爆炸下限），并介绍了惰性化和通风控制策略。针对流化床和反应器中的颗粒堵塞（Clustering/Segregation）问题，提出了基于颗粒荷位势能（Potential Energy）和剪切应力判据的预测方法。讨论了静电荷在气固流中的积累、传输及其引发的设备污染和安全隐患的控制技术。结论与展望本书最后总结了颗粒技术在能源、环保和高端制造中的前沿应用，并展望了计算流体动力学（CFD）结合离散相模型（DPM）以及直接数值模拟（DNS）在未来颗粒过程设计与优化中的不可替代的作用。强调了跨学科研究，特别是与人工智能和机器学习结合，以实现复杂颗粒体系的实时智能控制。 --- 本书特色：理论深度与工程应用并重：紧密结合最新的研究成果，同时提供可直接用于工程计算和模拟的数学模型与参数。模型全面性：涵盖了从单颗粒运动到复杂多相流动的多尺度建模方法。数学严谨性：大量推导和解析解的讨论，为高级研究奠定坚实基础。

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读后感

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用户评价

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我对这本《Introduction to Particle Technology》的评价，必须从其跨学科的视野来谈。很多传统的粉体工程书籍往往偏重于化学工程或材料科学的一端，但这本书的独特之处在于，它成功地将机械工程的严谨性、物理学的基本原理与化学工程的实际单元操作紧密地编织在一起。举个例子，书中关于颗粒破碎（Comminution）的讨论，不仅仅停留在能量输入与产物粒度分布的关系上，还深入探讨了断裂力学在不同破碎设备（如球磨机、撞击式破碎机）中的应用，甚至是颗粒材料的疲劳损伤模型，这对于进行设备选型和能耗优化至关重要。另外，作者在介绍颗粒的表面化学性质时，也展现了高超的驾驭能力，例如对表面能的计算及其对润湿性和分散性的影响，这些内容对于涂料和胶体分散体系的研发人员来说，无疑是提供了强大的理论武器。这本书的深度体现在，它要求读者不仅要知道“如何做”，更要明白“为什么是这样”。它并非提供一堆即插即用的公式，而是培养读者基于第一性原理解决问题的思维模式，这种培养价值是无价的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排有一种古典的韵味，稳扎稳打，没有过多花哨的修饰，一切为了知识的有效传递服务。它在处理气固两相流动的章节时，体现了极高的严谨性。作者并没有简单地将颗粒和气体视为两个独立的介质，而是深入探讨了它们之间复杂的动量交换、能量耗散以及颗粒碰撞模型。对于多相流动的数值模拟方法，如欧拉-欧拉模型和欧拉-拉格朗日模型的适用边界，书中都有非常客观且有说服力的比较和分析。让我感到惊喜的是，书中还对颗粒物料的“存储与输送”这一常被忽视的环节进行了详细的分析。从料仓设计中的壁面摩擦系数到气力输送中的堵塞点预测，这些都是工程师在实际项目中经常头疼却难寻系统性解答的问题。作者的讲解方式是先建立宏观的经验法则，再追溯到微观的颗粒接触力学，最后回归到工程规范的应用，形成一个完美的知识闭环。这本书读起来就像是拥有一位经验丰富、耐心细致的导师在身边，随时解答你在颗粒技术实践中遇到的每一个“为什么”。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，初翻开《Introduction to Particle Technology》时，我带着一丝怀疑，心想这类技术专著大多逃不过晦涩难懂的命运。然而，这本书的叙事节奏和内容组织方式，彻底颠覆了我的预期。它构建知识的逻辑非常清晰，仿佛是带着读者一步步走入一个复杂的颗粒世界。作者的笔触非常克制而精准，不拖泥带水，直击核心概念。我特别喜欢它对“单元操作”的解构。比如，在处理分离技术章节时，作者没有简单罗列沉降、过滤、离心等方法，而是深入挖掘了驱动这些过程的动量传递和质量传递机制。书中对过滤介质的孔隙结构演变过程的分析，结合了随机网络模型，使得“滤饼阻力”这个概念不再是一个凭空出现的参数，而是可以从微观结构上被理解和预测的。再者，书中对干燥过程的章节处理得非常精彩，它不仅讲解了恒速和降速阶段的传质传热机理，还引入了对热敏性物料的温和干燥策略，这一点在制药和食品工业中至关重要。整本书的排版和图表质量也值得称赞，那些复杂的流线图和截面图都清晰明了，极大地降低了理解复杂物理现象的认知负荷。可以说，它为我搭建了一个系统、可靠的颗粒技术知识框架。

评分☆☆☆☆☆

这本《Introduction to Particle Technology》真是一本令人眼前一亮的著作！我最近一直在努力啃读，发现它在对粉体和颗粒物料处理这一领域的介绍上，做到了既有深度又不失广度。尤其让我印象深刻的是，作者并没有仅仅停留在枯燥的理论推导上，而是非常巧妙地将复杂的数学模型与实际的工程应用场景结合起来。比如，书中对颗粒表征方法的讲解，详实到令人咋舌，从基础的粒度分布测量技术，到更前沿的形貌分析，每一个环节的原理、优缺点乃至实际操作中的注意事项都阐述得鞭辟入里。我尤其欣赏作者在讨论颗粒间相互作用力时所展现出的细腻。静电力、范德华力、布朗运动等等，这些在宏观尺度上看似微不足道的因素，是如何在微观层面上决定了粉体的流动性、架桥甚至团聚行为，书中用大量的图示和实例进行了生动的阐述，这对于我这种需要优化干燥和混合工艺的人来说，简直是醍醐灌顶。此外，对于反应器设计中的颗粒床层行为分析，那些关于流化床和固定床的流体力学细节，作者的处理方式极为严谨，充分考虑了操作条件变化对系统稳定性的影响，让我对如何进行规模放大设计有了更坚实的理论基础。这本书绝不仅仅是为初学者准备的入门读物，即便是经验丰富的工程师，也能从中汲取到宝贵的、经过时间检验的知识精华。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉是，它仿佛是邀请了一批资深的行业专家，坐下来，用最诚恳的方式向你传授数十年的实践经验与教训。我特别欣赏其对“过程控制与优化”的关注。在现代制造业中，仅仅理解静态的物理化学过程是远远不够的，动态响应和实时控制才是保证产品质量的关键。该书在这方面着墨甚多，特别是对于过程分析技术（PAT）在颗粒操作中的应用进行了前瞻性的介绍。例如，如何利用光谱技术（如拉曼或近红外）实时监测混合均匀度和晶型变化，以及如何将这些数据反馈到搅拌速度或进料速率的调整中。这些内容写得非常具体，甚至提到了传感器在复杂粉尘环境下的维护和校准挑战，显示出作者对实际车间环境的深刻洞察。阅读这些章节时，我能真切地感受到作者对“稳健性设计”的追求，即如何设计一个即使在环境波动下也能稳定生产的颗粒处理系统。对于追求高效、低废弃的智能制造导向的工程师而言，这些关于动态模型和实时反馈控制的论述，价值远超传统教科书的范畴。

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