具体描述
《化工开发与工程设计概论》是一本关于化工开发和工程设计的教科书和指导手册，全面系统地介绍了从化工开发的设想、到建成一个生产装置、再到进行正常生产的全过程。内容包括化工开发的内容和步骤，开发的过程和成果表达，化工设计的程序，工厂的选址和工厂总平面布置，工艺流程的设计，基础计算和化工设备的工艺选型和设计，管道布置设计，工厂和车间布置设计，化工非工艺专业的设计条件和设计概况，环境保护和三废处理，设计文件的要求和编制，设计代表和工程建设，化工试车和工程竣工，其中详略有致。重点介绍的是工艺流程的设计方法和工艺流程变成可以操作的生产装置的工作思路、工作方法和某些技巧。
《化工开发与工程设计概论》适用于高等院校化工、轻工、生物化工、石油化工等专业的本科高年级学生学习，也是毕业环节的指导参考。同时，《化工开发与工程设计概论》也是走上工作岗位的相关工程技术人员、研究人员不可多得的参考书。
聚焦前沿技术与产业实践的化工新篇章 本书并非探讨化工开发与工程设计的入门基础或宏观概览，而是深入聚焦于当代化工领域中那些最具颠覆性、最富挑战性、同时也是最具市场前景的前沿技术分支与创新工程实践。全书围绕“绿色化、智能化、高端化”三大核心驱动力，力求为读者构建一个立体的、面向未来的化工产业知识图谱。 第一部分：高端化学品的精密合成与过程强化 本部分内容侧重于高附加值、高技术壁垒的精细化学品制造，以及为实现这些制造过程效率革命性的过程强化技术。 1. 新一代催化剂设计与应用：从机理到工程化 本章不再赘述传统的负载型催化剂，而是集中剖析单原子催化剂（SACs）的最新设计理念、制备技术（如原子层沉积ALD、电化学诱导沉积）及其在复杂有机转化中的性能突破。重点研究SACs的电子结构调控如何精准影响反应活性和选择性，并详细阐述其在C-H键活化、不对称催化等前沿领域的工程化挑战与解决方案，特别是如何解决单原子位点的稳定性和重复使用性问题。 此外，本书还深入探讨了酶催化与化学催化协同的仿生催化系统，包括人工酶的结构设计、固定化技术，以及如何利用微反应器技术实现生物酶在苛刻工业条件下的稳定运行。 2. 反应工程的极限突破：过程强化（Process Intensification, PI） 过程强化是实现化工生产本质安全与高效的关键。本部分详尽介绍了微反应器技术的最新进展，超越了简单的传质和传热增强，聚焦于多相微反应器（如气液固三相流控反应器）的CFD模拟方法学，以及如何利用其实现对爆炸性、高危化学反应的精确温度和浓度场控制。 同时，本书系统阐述了反应精馏、反应萃取、膜反应器等集成化反应与分离技术的深度集成案例。例如，针对高纯度特定同分异构体分离的复杂体系，如何设计一体化的反应-分离单元，实现一步法产品收率的显著提升，并详细分析了相关反应器内流场分布、停留时间分布（RTD）的量化分析工具。 3. 特种聚合物与先进功能材料的合成工艺 本章避开通用塑料，聚焦于高性能工程塑料（如聚酰亚胺PI、聚醚醚酮PEEK）的特种合成路线，特别是无溶剂聚合技术和高分子量控制技术。在功能材料方面，详细介绍自修复材料、形状记忆聚合物的合成参数优化，以及用于柔性电子领域的导电高分子的精密层级结构控制方法。 第二部分：数字化化工与智能制造 本部分着眼于信息技术（IT）与运营技术（OT）的深度融合，探讨如何构建下一代智能化的化工生产系统。 4. 过程模拟与优化的高级建模方法 本书不再局限于稳态模拟，而是专注于动态模拟与操作员培训系统（OTS）的开发。详细讲解了如何利用高保真、多尺度耦合模型（例如，将分子动力学模拟结果反馈到宏观CFD模型中）来预测复杂工况下的设备性能衰减和过程失稳机理。 在优化层面，重点介绍了数据驱动的混合整数非线性规划（MINLP）模型，用于大型化工联合装置的实时排产和能耗优化，并阐述了如何处理工业现场数据的不确定性与稀疏性，以确保优化结果的鲁棒性。 5. 化工过程的物联网（IIoT）与数字孪生（Digital Twin）构建 本章深度解析了化工数字孪生的核心要素：高精度传感器技术（如在线拉曼光谱、太赫兹成像）、边缘计算在实时数据预处理中的作用，以及如何构建多层次的数字孪生模型。详细介绍了如何利用基于第一性原理（Physics-based）的模型与机器学习（ML）模型进行有效融合（Physics-Informed Neural Networks, PINNs），以实现对关键设备（如压缩机、反应釜夹套）的预测性维护（PdM）和寿命管理。 6. 先进过程控制（APC）与自主操作（Autonomous Operation） 本部分系统介绍了模型预测控制（MPC）在复杂、强耦合化工单元中的应用，包括模型辨识的稳健性提升策略，以及如何处理控制系统中的约束条件变化。更进一步，本书探讨了迈向“无人化工厂”的技术路径，例如如何利用强化学习（Reinforcement Learning, RL）技术训练控制器，使其能够在不确定性环境下自主学习和适应新的操作目标或原料波动，实现操作窗口的自适应调整。 第三部分：可持续发展与环境工程的深度集成 本部分关注化工行业如何实现从“末端治理”向“源头消减”的根本性转变，特别是针对碳中和目标的技术部署。 7. 工业碳捕集、利用与封存（CCUS）的工程挑战 本书超越了基础的胺吸收技术，重点阐述新型高效捕集技术的工程化瓶颈。详细分析了固体吸附剂（如MOFs、COFs）的工业规模化制备工艺、再生能耗优化，以及膜分离技术在低浓度CO2分离中的最新进展。在利用方面，深入探讨了电化学CO2还原（CO2RR）反应器的大规模设计，包括电极材料的稳定性、电解槽的流体动力学设计对法拉第效率的影响。 8. 水资源循环与高难度废水零排放技术 针对高盐、难降解有机物废水，本章聚焦于膜接触氧化（MCO）、高压电化学氧化等高级氧化技术在工业废水处理中的应用集成。重点讨论了多效蒸发与MVR（机械蒸汽再压缩）系统的能耗耦合优化，以及如何设计防结垢、防腐蚀的特种材料换热器，以确保高盐分系统下零排放（ZLD）的经济可行性。 9. 生物基化学品与循环经济的反应路径 本部分探讨如何利用生物质资源替代化石资源进行化学品生产。重点分析了生物基平台化合物（如生物基丁二酸、乳酸）的绿色合成路线，特别是高效生物炼制集成工艺的工程放大。此外，还包括对化学回收（Chemical Recycling）塑料废弃物的热解、气化技术，以及如何将回收产生的合成气或油品重新集成到现有化工流程中的工程接口设计。 --- 本书的目标读者是具备一定化工背景的工程师、研究生、研发人员以及关注产业升级的管理者。它要求读者对基础化工原理有清晰的认识，并渴望了解如何将最新的科学发现转化为具有市场竞争力的工业化解决方案。
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