化工過程設計與集成（原書第二版）

第1 章 化工過程設計與合成的本質 ( 1 )
1.1 化學品 ( 1 )
1.2 設計任務的明確化 ( 3 )
1.3 合成與模擬 ( 4 )
1.4 化工過程設計與集成的層次 ( 6 )
1.5 連續(xù)和間歇過程 ( 9 )
1.6 設計與改進 ( 10 )
1.7 可靠性?有效性和可維護性 ( 11 )
1.8 過程控制 ( 11 )
1.9 化工過程設計和集成的方法 ( 13 )
1.10 化工過程設計和集成的本質———總結 ( 15 )
第2 章 過程經濟學 ( 17 )
2.1 過程經濟學的作用 ( 17 )
2.2 新工藝設計的投資成本 ( 17 )
2.3 升級改造所需的投資成本 ( 22 )
2.4 年投資成本 ( 24 )
2.5 運營成本 ( 24 )
2.6 簡單經濟指標 ( 28 )
2.7 項目現(xiàn)金流和經濟評估u56256 .? ( 28 )
2.8 投資準則 ( 30 )
2.9 過程經濟學———總結 ( 31 )
2.10 習題 ( 32 )
第3 章 化 ( 34 )
3.1 目標函數(shù) ( 34 )
3.2 單變量優(yōu)化 ( 36 )
3.3 多變量優(yōu)化 ( 38 )
3.4 約束優(yōu)化 ( 42 )
3.5 線性規(guī)劃 ( 43 )
3.6 非線性規(guī)劃 ( 46 )
3.7 結構優(yōu)化 ( 46 )
3.8 用化方法求方程的解 ( 50 )
3.9 搜索全局( 51 )
3.10 化———總結 ( 52 )
3.11 習題 ( 52 )
第4 章 化學反應器Ⅰ———反應器性能 ( 55 )
4.1 反應路徑 ( 55 )
4.2 反應體系類型 ( 56 )
4.3 反應器性能的測試 ( 58 )
4.4 反應速率 ( 60 )
4.5 理想的反應器模型 ( 60 )
4.6 選擇理想的反應器模型 ( 69 )
4.7 反應器性能的選擇 ( 72 )
4.8 反應器性能———總結 ( 73 )
4.9 習題 ( 73 )
第5 章 化學反應器Ⅱ———反應條件 ( 75 )
5.1 反應平衡 ( 75 )
5.2 反應器溫度 ( 78 )
5.3 反應器壓力 ( 85 )
5.4 反應器相態(tài) ( 86 )
5.5 反應器的濃度 ( 87 )
5.6 生化反應 ( 91 )
5.7 催化劑 ( 92 )
5.8 反應條件———總結 ( 94 )
5.9 習題 ( 96 )
第6 章 化學反應器Ⅲ———反應器配置 ( 98 )
6.1 溫度控制 ( 98 )
6.2 光催化降解 (102)
6.3 氣液和液液反應器 (102)
6.4 反應器配置 (106)
6.5 非均相固體催化反應的反應器配置 (111)
6.6 反應器配置———總結 (112)
6.7 習題 (112)
第7 章 非均相混合物的分離 (114)
7.1 均相與非均相分離 (114)
7.2 沉降和沉積 (114)
7.3 慣性和離心分離 (118)
7.4 靜電沉淀 (119)
7.5 過濾u56256 .? (121)
7.6 洗滌(122 )
7.7 浮選 (122)
7.8 干燥 (123)
7.9 非均相混合物的分離———總結 (124)
7.10 習題 (125)
第8 章 均相流體混合物的分離Ⅰ—精餾 (127)
8.1 汽-液平衡 (127)
8.2 汽液平衡的計算 (128)
8.3 單級分離 (133)
8.4 精餾 (133)
8.5 二元精餾 (137)
8.6 多組分混合物的全回流和小回流比 (142)
8.7 多種混合物的實際回流條件 (148)
8.8 塔的規(guī)格 (150)
8.9 精餾的概念設計 (159)
8.10 精餾的詳細設計 (162)
8.11 精餾的局限性 (164)
8.12 精餾分離均相液體混合物 (165)
8.13 習題
第9 章 均相流體混合物的分離Ⅱ—其他方法 (169)
9.1 吸收和解吸 (169)
9.2 液-液萃取 (172)
9.3 吸附 (178)
9.4 膜 (182)
9.5 結晶 (192)
9.6 蒸發(fā) (196)
9.7 通過其他方法分離均相流體混合物———總結 (198)
9.8 習題 (199)
第10 章 精餾序列 (201)
10.1 簡單塔的精餾序列 (201)
10.2 影響分離序列數(shù)的實際約束條件 (202)
10.3 簡單非熱集成精餾序列選擇 (202)
10.4 具有兩產品以上的精餾序列 (207)
10.5 熱耦合精餾序列 (210)
10.6 精餾序列改進 (215)
10.7 原油精餾 (215)
10.8 精餾塔序列的結構優(yōu)化 (217)
10.9 精餾序列設計小結 (220)
10.10 習題(220 )
第11 章 共沸精餾的精餾序列 (224)
11.1 共沸體系 (224)
11.2 壓力變化 (224)
11.3 共沸精餾的表示 (225)
11.4 全回流精餾 (227)
11.5 小回流精餾 (231)
11.6 有限回流精餾 (232)
11.7 使用夾帶劑的精餾序列 (235)
11.8 非均相共沸精餾 (239)
11.9 夾帶劑選擇 (243)
11.10 多組分體系 (245)
11.11 共沸精餾中的權衡 (245)
11.12 膜分離 (245)
11.13 共沸精餾序列———總結 (246)
11.14 習題 (247)
第12 章 傳熱器 (249)
12.1 總傳熱系數(shù) (250)
12.2 換熱器污垢 (252)
12.3 管殼式換熱器的平均溫差 (254)
12.4 換熱器結構 (261)
12.5 管殼式換熱器中流體通道的選擇 (266)
12.6 管殼式換熱器的換熱系數(shù)和壓降 (266)
12.7 換熱器的模擬和檢驗 (274)
12.8 強化傳熱 (280)
12.9 換熱器改進 (287)
12.10 冷凝器 (291)
12.11 再沸器和蒸發(fā)器 (296)
12.12 其他類型的換熱器 (300)
12.13 燃燒加熱器 (302)
12.14 換熱———總結 (319)
12.15 習題 (320)
第13 章 輸送與壓縮 (323)
13.1 工藝操作中的壓降 (323)
13.2 管道系統(tǒng)中的壓降 (323)
13.3 泵的類型u56256 .? (328)
13.4 離心泵性能 (329)
13.5 壓縮機類型 (335)
13.6 往復式壓縮機(338 )
13.7 動力式壓縮機 (339)
13.8 分級壓縮 (341)
13.9 壓縮機性能 (342)
13.10 膨脹機 (344)
13.11 泵送和壓縮———總結 (346)
13.12 習題 (346)
第14 章 連續(xù)工藝循環(huán)結構 (348)
14.1 工藝循環(huán)的作用 (348)
14.2 含分流器放空的循環(huán) (353)
14.3 反應與分離的集成 (357)
14.4 工藝收率 (358)
14.5 原料?產品和中間儲存 (360)
14.6 連續(xù)工藝循環(huán)結構———總結 (361)
14.7 習題 (361)
第15 章 連續(xù)過程的模擬和優(yōu)化 (363)
15.1 流程模擬的物性模型 (363)
15.2 流程模擬單元模型u56256 .? (364)
15.3 流程模型 (369)
15.4 循環(huán)的模擬 (369)
15.5 循環(huán)物流的收斂 (371)
15.6 設計規(guī)定 (376)
15.7 流程順序 (377)
15.8 模型驗證 (378)
15.9 過程優(yōu)化 (378)
15.10 連續(xù)過程模擬與優(yōu)化———總結 (382)
15.11 習題 (382)
第16 章 間歇工藝 (385)
16.1 間歇工藝的特性 (385)
16.2 間歇反應 (385)
16.3 間歇精餾 (388)
16.4 間歇結晶 (397)
16.5 間歇過濾 (400)
16.6 間歇加熱和冷卻 (400)
16.7 間歇操作的優(yōu)化 (403)
16.8 Gantt 圖 (409)
16.9 單一產物的生產時間表 (410)
16.10 多產物的生產時間表 (411)
16.11 設備清潔和物料轉移(412 )
16.12 整合間歇過程的反應和分離系統(tǒng) (413)
16.13 間歇過程的存儲 (416)
16.14 間歇工藝———總結 (416)
16.15 習題 (417)
第17 章 換熱網(wǎng)絡Ⅰ———網(wǎng)絡目標 (420)
17.1 復合曲線 (420)
17.2 熱回收夾點 (424)
17.3 閾值問題 (427)
17.4 問題表法 (429)
17.5 局部小溫差 (434)
17.6 過程約束 (435)
17.7 公用工程的選擇 (436)
17.8 加熱爐 (438)
17.9 熱電聯(lián)產 (440)
17.10 熱泵集成 (444)
17.11 換熱單元數(shù)目 (446)
17.12 目標換熱面積u56256 .? (447)
17.13 目標靈敏度 (450)
17.14 資金和總成本目標 (451)
17.15 換熱網(wǎng)絡目標———總結 (453)
17.16 習題 (453)
第18 章 換熱網(wǎng)絡Ⅱ———網(wǎng)絡設計 (456)
18.1 夾點設計方法 (456)
18.2 閾值問題設計 (462)
18.3 物流分流 (464)
18.4 多夾點設計 (467)
18.5 剩余問題分析 (470)
18.6 換熱網(wǎng)絡模擬 (473)
18.7 固定網(wǎng)絡結構的優(yōu)化 (474)
18.8 換熱網(wǎng)絡設計的自動方法 (478)
18.9 固定網(wǎng)絡結構的換熱網(wǎng)絡改造 (480)
18.10 變結構的換熱網(wǎng)絡改造 (484)
18.11 換熱網(wǎng)絡改造的自動方法 (491)
18.12 換熱網(wǎng)絡設計———總結 (492)
18.13 習題u56256 .? (493)
第19 章 換熱網(wǎng)絡Ⅲ———物流信息 (496)
19.1 熱集成工藝變化 (496)
19.2 工藝改變?公用工程選擇?能量以及投資費用之間的權衡(497 )
19.3 數(shù)據(jù)提取 (497)
19.4 換熱網(wǎng)絡物流數(shù)據(jù)———總結 (503)
19.5 習題 (504)
第20 章 反應器的熱集成 (506)
20.1 反應器的熱集成特征 (506)
20.2 反應器的適宜放置 (508)
20.3 應用總復合曲線分析反應器的熱集成 (509)
20.4 反應器設計調優(yōu)以改進熱集成 (511)
20.5 反應器的熱集成———總結 (511)
20.6 習題 (511)
第21 章 精餾的熱集成 (513)
21.1 精餾熱集成的特征 (513)
21.2 精餾的適宜位置 (513)
21.3 采用總復合曲線對精餾進行熱集成 (514)
21.4 改進簡單精餾塔的設計以提升熱集成 (515)
21.5 熱泵精餾 (516)
21.6 精餾熱集成中設備費用的考慮 (517)
21? . 7 精餾序列的熱集成特征 (518)
21.8 熱集成精餾序列設計 (520)
21.9 精餾的熱集成———總結 (521)
21.10 習題 (521)
第22 章 蒸發(fā)器與干燥器的熱集成 (525)
22.1 蒸發(fā)器和干燥器的熱集成 (525)
22.2 蒸發(fā)器的合理放置 (525)
22.3 改變蒸發(fā)器設計以改進熱集成 (526)
22.4 干燥器的熱集成特點 (527)
22.5 改變干燥器設計以改進熱集成 (527)
22.6 案例 (527)
22.7 蒸發(fā)器和干燥器的熱集成———總結 (528)
22.8 習題 (528)
第23 章 蒸汽系統(tǒng)和熱電聯(lián)產 (530)
23.1 鍋爐給水處理 (532)
23.2 蒸汽鍋爐 (536)
23.3 燃氣輪機 (541)
23.4 汽輪機 (547)
23.5 配汽 (554)
__23.6 全局復合曲線(557 )
23.7 熱電聯(lián)產目標 (568)
23.8 產生動力和機械驅動 (571)
23.9 公用工程模擬 (575)
23.10 蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化 (577)
23.11 蒸汽費用 (581)
23.12 蒸汽系統(tǒng)和熱電聯(lián)產———總結 (585)
23.13 習題 (585)
第24 章 冷卻和制冷系統(tǒng) (590)
24.1 冷卻系統(tǒng) (590)
24.2 直流冷卻水 (590)
24.3 循環(huán)冷卻水系統(tǒng) (590)
24.4 空冷器 (593)
24.5 制冷 (599)
24.6 壓縮式制冷中單組分制冷劑的選擇 (605)
24.7 純組分壓縮式制冷功率目標的確定 (607)
24.8 純組分壓縮式制冷過程的熱集成 (610)
24.9 壓縮式制冷的混合制冷劑 '28614)
24.10 膨脹機 (618)
24.11 吸收式制冷 (621)
24.12 間接式制冷 (622)
24.13 循環(huán)冷卻水和制冷系統(tǒng)———總結 (623)
24.14 習題 (624)
第25 章 大氣排放環(huán)境設計 (626)
25.1 空氣污染 (626)
25.2 空氣污染來源 (627)
25.3 大氣中固體顆粒物排放的控制 (629)
25.4 VOC 排放的控制 (630)
25.5 硫排放的控制 (641)
25.6 氮氧化物的排放控制 (645)
25.7 燃燒過程的排放控制 (649)
25.8 大氣擴散 (652)
25.9 大氣排放的環(huán)境設計———總結 (654)
25.10 習題 (655)
第26 章 水系統(tǒng)設計 (659)
26.1 水體污染u56256 .? (661)
26.2 一級水處理過程 (663)
26.3 生物處理過程 (667)
26.4 三級處理過程(670 )
26.5 水利用 (671)
26.6 在固定質量負荷下? 限度地再利用有單一污染物的水 (672)
26.7 在固定質量負荷下操作時? 單個污染物的水再利用設計 (674)
26.8 在固定流量操作時? 限度地再利用單一污染物的水 (682)
26.9 固定流量操作的單一污染物水量再利用設計 (686)
26.10 基于上層結構優(yōu)化水再利用量的目標與設計 (693)
26.11 減少再利用水量的工藝改變 (695)
26.12 針對單一污染物的廢水處理量 (696)
26.13 針對單一污染物的小廢水處理流量設計 (700)
26.14 廢水再生 (702)
26.15 基于上層結構優(yōu)化的污水處理和再生目標設計 (705)
26.16 數(shù)據(jù)提取 (706)
26.17 水系統(tǒng)設計———總結 (708)
26.18 習題 (708)
第27 章 化學生產過程的環(huán)境可持續(xù)性 (712)
27.1 生命周期評估 (712)
27.2 過程中原材料的有效利用 (717)
27.3 不同過程中間原材料的有效利用 (723)
27.4 可再生原材料的開發(fā) (725)
27.5 能源的有效利用 (726)
27.6 廢物處理和能量系統(tǒng)的集成 (736)
27.7 可再生能源 (736)
27.8 水的有效利用 (737)
27.9 化工生產的可持續(xù)性———總結 (738)
27.10 習題 (739)
第28 章 過程安全 (741)
28.1 火災 (741)
28.2 爆炸 (742)
28.3 有毒物質泄漏 (743)
28.4 危險識別 (744)
28.5 安全管理的分級層次 (745)
28.6 本質安全設計 (746)
28.7 安全防護的不同層次 (749)
28.8 危險以及可操作性研究 (753)
28.9 保護分析層面 '28754)
28.10 過程安全———總結 (755)
28.11 習題 (756)
附錄A 工藝設計中的物理特性(757 )
A.1 狀態(tài)方程 (757)
A.2 純組分相平衡 (760)
A.3 逸度和相平衡 (761)
A.4 氣液平衡 (761)
A.5 基于活度系數(shù)模型的汽液平衡 (762)
A.6 汽液平衡的基團貢獻法 (765)
A.7 基于狀態(tài)方程的汽液平衡 (766)
A.8 汽液平衡的計算 (767)
A.9 液-液平衡 (770)
A.10 液-液平衡活度系數(shù)模型 (771)
A.11 液-液平衡的計算 (771)
A.12 平衡計算方法的選擇 (773)
A.13 焓值的計算 (775)
A.14 熵的計算 (776)
A.15 其他物理性質 (776)
A.16 工藝設計中的物理特性———總結 (778)
A.17 習題 (778)
附錄B 建筑材料 (780)
B.1 機械性能 (780)
B.2 腐蝕 (781)
B.3 腐蝕裕量 (782)
B.4 常用建筑材料 (782)
B.5 選擇標準 (786)
B.6 結構材料———總結 (787)
附錄C 年投資成本 (788)
附錄D 1-2 管殼式換熱器的熱效率 (789)
附錄E 給定單元的1-2 管殼式換熱器的小數(shù)量表達式 (790)
附錄F 管殼式換熱器的傳熱系數(shù)及壓降 (791)
F.1 管側傳熱和壓降的關聯(lián)式 (791)
F.2 殼程側的傳熱和壓降關聯(lián)式 (793)
附錄G 氣體壓縮理論 (798)
G.1 往復式壓縮機的建模 (798)
G.2 動態(tài)壓縮機的建模 (800)
G.3 壓縮狀態(tài) (800)
附錄H 以換熱網(wǎng)絡面積為目標的算法 (802)
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