具体描述
《生化分离原理与技术》对一些经典技术的原理进行了较为系统的论述，结合近年来新的应用实例来说明这些技术在应用上的拓展以及以它们为基础发展出来的融和技术的特点。重要特色如下：专门编入了分离方案设计的内容，因为生化分离过程往往是将若干单元纯化技术联合使用而实现的，在此过程中，选择合理单元纯化技术固然很重要，然而如何将这些技术合理地组合和按顺序使用也是成功分离所必须考虑的。
每章后增附相应的思考题，是笔者多年来在教学方面的一些积累，可帮助读者更好地学习和掌握各种分离技术的原理。
技术的真正掌握和运用尚需经过实验的实践过程，这是《生化分离原理与技术》仍保留最经典的两个分离实验的主要原因。
《生化分离原理与技术》可以作为生物工程、生物技术、发酵工程、生化工程、食品工程等专业的本科或研究生教材，也可供从事生物分离方向研究的技术人员参考。
现代化工过程设计与优化 书籍简介 本书深入探讨了现代化工过程中从概念设计到实际运行的各个关键环节，聚焦于如何通过创新的设计理念和先进的优化技术，实现化工生产过程的效率提升、成本控制和环境友好。全书结构严谨，内容翔实，旨在为化工、化学工程、过程控制、以及能源等相关领域的工程师、研究人员和高级学生提供一本全面且实用的参考指南。 第一部分：化工过程基础与前沿趋势 第一章：化工过程系统概述与数字化转型 本章首先梳理了现代化工过程的系统化思维，强调将整个工厂视为一个复杂的相互作用的网络。详细介绍了化工过程的层级结构，包括单元操作、单元过程到整个工艺流程的划分。重点阐述了当前化工行业面临的主要挑战，如能源转型、原料多样化和可持续发展压力。 随后，本章将大量篇幅用于介绍化工过程的数字化转型。深入分析了工业物联网（IIoT）在数据采集、实时监控中的作用。讨论了大数据分析如何应用于过程性能的诊断和预测性维护。特别关注了数字孪生（Digital Twin）技术的原理、构建方法及其在模拟、优化和操作员培训中的应用潜力。同时，探讨了云计算和边缘计算在化工数据处理中的角色分配。 第二章：反应工程与催化剂设计新范式 反应器是化工过程的心脏。本章超越了传统的宏观反应动力学描述，转向了更精细的微观和介观尺度分析。详细介绍了先进反应器设计，如微反应器技术（Microreactors）在传热传质强化方面的优势，以及其在精细化学品和高危反应中的安全性提升。 在催化剂设计方面，本章重点阐述了基于第一性原理（First-Principles）的计算催化（Computational Catalysis）方法，包括密度泛函理论（DFT）在活性位点预测和反应机理阐明中的应用。探讨了新型多相催化剂的结构设计，如单原子催化剂（SACs）和金属有机框架（MOFs）在提高选择性和稳定性的最新进展。此外，还涵盖了生物催化和酶工程在绿色化学合成中的集成应用。 第二章：高效传热传质技术 本章着眼于化工过程中最基础但决定能耗的关键环节——传热与传质。系统回顾了传统换热器（如管壳式、板式）的设计优化原则，并引入了先进的强化传热技术。详细介绍了紧凑型换热器（Compact Heat Exchangers）的结构特点及其在空间受限场景下的应用。 在传质方面，本书深入分析了新型吸收、萃取和膜分离技术的原理。重点讨论了反应精馏（Reactive Distillation）和反应萃取（Reactive Extraction）等集成过程如何打破热力学平衡限制，提高分离效率。对于膜技术，详细剖析了渗透蒸发（Pervaporation）、气体分离膜和纳滤技术的工作机制，并探讨了如何通过材料科学创新（如高通量聚合物和无机陶瓷膜）来提升分离性能。 第二部分：过程建模、模拟与优化 第三章：过程模拟的理论基础与高级应用 过程模拟是现代化工设计不可或缺的工具。本章首先系统介绍了稳态和动态模拟的数学基础，包括质量、能量和动量守恒方程的建立。详细讲解了状态方程法（EoS）和活度系数模型在复杂流体性质预测中的适用性。 本章的重点在于高级模拟应用。深入探讨了混合模型（Hybrid Modeling）的构建，即如何结合物理机理模型与数据驱动模型（如机器学习模型）来弥补纯机理模型在复杂或未知系统中的不足。演示了如何利用软件平台（如 Aspen Plus/HYSYS, gPROMS）进行复杂流程的迭代计算、敏感性分析和故障模式预测。特别关注了涉及非理想溶液和化学反应网络的动态模拟，用于启动、停机和失稳工况的分析。 第四章：过程优化理论与工程实践 本章聚焦于如何将过程模型转化为实际的经济效益优化工具。系统介绍了经典的优化算法，包括线性规划（LP）、非线性规划（NLP）及其在平衡限制下的应用。重点讨论了求解大规模、非线性、非凸优化问题的有效策略，如序列二次规划（SQP）和内点法。 在过程优化实践中，本章引入了多种优化方法： 1. 实时优化 (RTO): 探讨如何将优化模型嵌入到实时控制系统中，以应对操作条件和原料价格的变化，实现对操作点的持续调整。 2. 过程集成优化 (Process Integration): 详细阐述了热集成网络（HEN）的设计与优化，包括过程综合（Process Synthesis）的原理，如夹点技术（Pinch Analysis）的高级应用和网络合成算法。 3. 多目标优化与决策: 鉴于现代化工设计中经济性、安全性和环境影响（如碳排放）是相互冲突的指标，本章深入研究了帕累托前沿（Pareto Front）的计算与分析，帮助工程师做出最优的权衡决策。 第三部分：过程控制与安全管理 第五章：先进过程控制（APC）策略 本章从经典PID控制的局限性出发，系统介绍了先进过程控制（APC）的必要性和核心技术。重点讲解了模型预测控制（MPC）的原理、建模（识别）方法以及其实际应用。详细分析了MPC如何处理多输入多输出（MIMO）系统的耦合问题、约束处理和预测视野的选择。 此外，本章还涵盖了其他关键的APC技术，如解耦控制、反馈线性化控制在非线性系统中的应用。对于批次过程（Batch Processes），详细介绍了轨迹跟踪控制和终点检测技术，确保产品质量的一致性。 第六章：过程安全与风险管理 过程安全是化工生产的基石。本章从系统层面探讨了化工过程的固有安全设计（Inherently Safer Design, ISD）。探讨了如何通过流程选择、简化、替代和缓和等策略，从源头上消除或降低风险。 在风险评估方面，本书详细介绍了定性风险分析方法（如HAZOP, What-If分析）和定量风险分析（QRA）的步骤和计算模型。重点讲解了失效树分析（FTA）和事件树分析（ETA）在事故原因追溯和后果评估中的应用。此外，还涵盖了压力容器和管道的安全设计规范，以及安全仪表系统（SIS）的可靠性指标（如PFD_avg, SIL等级）的验证与实施。 第七章：环境工程与可持续生产 本章将可持续性置于核心地位，关注如何将环保要求集成到过程设计的早期阶段。详细分析了温室气体减排技术，特别是二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）的工程挑战与最新进展，包括胺吸收法、膜分离法和新型吸附剂的应用。 在废水处理方面，本书不再局限于传统的活性污泥法，而是侧重于高级氧化技术（AOPs）、膜生物反应器（MBR）以及零液体排放（ZLD）系统的集成设计，以实现水资源的循环利用。最后，本章探讨了生命周期评估（LCA）在评估化学品和材料全生命周期环境影响中的方法论，指导工程师进行更可持续的工艺选择。 结语：面向未来的化工工程 本书总结了现代化工设计所依赖的多学科交叉的知识体系，强调了从单一单元操作优化到全生命周期系统集成的设计理念转变。鼓励读者将计算工具、数据科学与深厚的工程原理相结合，以应对未来能源结构调整和全球可持续发展的挑战。
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