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第1章 过程强化——历史，理念和原理1

1 简介1

2 历史概况1

3 过程强化的理念和机遇4

3.1 生产成本4

3.2 过程安全性5

3.3 产品上市时间6

3.4 司形象6

4 技术突破和股东价值的创造7

5 过程强化分类7

5.1 过程强化设备8

5.2 过程强化方法12

参考文献15

第2章 超重力场中的化工过程20

1 引言20

2 发展历史20

3 过程原理21

3.1 流体力学21

3.2 液泛23

3.3 停留时间23

3.4 传质24

3.5 压降25

3.6 传热25

3.7 功率26

3.8 转子内件26

4 机械设计26

4.1 悬臂式和中心悬垂式转子26

4.2 水平和竖直转轴28

4.3 密封28

4.4 传动系统28

4.5 液体分布28

4.6 转子填料28

4.7 多转子结构29

5 应用29

5.1 吸收29

5.2 气提30

5.3 精馏31

5.4 传热31

5.5 吸附31

5.6 液液萃取32

5.7 结晶32

5.8 反应33

5.9 其他应用34

6 放大和商业化应用34

6.1 放大准则34

6.2 放大设计35

6.3 商业化应用实例35

7 前景36

参考文献37

第3章 旋转盘反应器40

1 引言40

1.1 “桌面式”的连续过程40

1.2 离心场的开发利用41

1.3 粒子绕转轴的自由运动41

1.4 旋转表面上的流动43

2 旋转盘反应器43

2.1 努塞尔流模型45

2.2 传热／传质性能49

2.3 作为反应器的应用53

2.4 旋转盘反应器的相对成本59

3 结论61

参考文献62

第4章 过程强化途径之一——多功能紧凑换热器63

1 引言63

2 紧凑换热器技术64

2.1 紧凑换热器的分类64

2.2 板式换热器64

2.3 螺旋板换热器66

2.4 板壳式换热器68

2.5 板翅式换热器68

2.6 扁管翅片式换热器70

2.7 微通道换热器71

2.8 Matrix换热器72

2.9 换热器技术的选择73

3 单相流73

3.1 流动形式73

3.2 传热和压降75

3.3 污垢75

4 相变传热76

4.1 两相流动特征76

4.2 蒸发77

4.3 冷凝78

5 传热和传质79

5.1 宏观混合79

5.2 微观混合81

5.3 两相流传热和传质82

6 应用82

6.1 进料／产物换热器82

6.2 过程蒸发器83

6.3 分离过程的集成换热器84

6.4 反应换热器85

7 结论86

参考文献87

第5章 通过微反应技术实现过程强化91

1 微技术成为化工厂先进设计的一个关键因素91

2 小型化对单元操作和反应的影响92

2.1 传热和传质过程的强化92

2.2 小型化设备固有的局限及其可能的解决方案93

2.3 反应路线和工厂设计选择的结果94

2.4 过程控制与安全95

2.5 通过数增放大和分布式生产实现可持续发展95

3 从基本性质到技术设计规则96

4 反应和单元操作设备的微制造96

4.1 总体要求96

4.2 LIGA技术97

4.3 湿式和干式蚀刻过程98

4.4 机械微加工99

4.5 微细电火花加工99

4.6 激光辐射微加工100

5 微反应技术的实施100

6 结论101

参考文献102

第6章 结构化催化剂和反应器：过程强化的组成部分105

1 前言105

2 结构化反应器的概述106

2.1 整体式催化剂和反应器107

2.2 丝网结构109

2.3 结构化（规整）填料109

2.4 泡沫结构110

2.5 排列催化剂-TLP反应器110

2.6 膜包覆催化反应器111

3 气相反应112

3.1 环境催化112

3.2 合成气的生产113

3.3 放大114

4 多相反应114

5 结论121

参考文献121

第7章 管道和高强度混合器125

1 引言125

1.1 为什么混合重要125

1.2 过程强化126

1.3 静态混合器126

2 混合的概念128

2.1 雷诺数128

2.2 水力直径128

2.3 压降129

2.4 湍流—混合长度尺度130

3 混合和反应130

3.1 慢速反应130

3.2 快速反应130

3.3 多重快速反应130

4 管道混合器的混合性能131

4.1 宏观混合性能131

4.2 混合关联式131

4.3 管道混合器中伴有反应的混合133

4.4 静态混合器的放大／缩小（单相）134

5 气液混合134

5.1 引言134

5.2 混合器类型135

5.3 环流反应器135

5.4 设备选型原则135

5.5 混合概念136

5.6 设计准则和关联式137

6 液液分散140

6.1 引言140

6.2 湍流关联式140

6.3 静态混合器与搅拌釜的比较141

6.4 放大／缩小141

7 组合式换热器—反应器（HEX反应器）141

7.1 HEX反应器：概念141

7.2 HEX反应器类型141

参考文献142

第8章 反应分离和耦合分离：起因，应用和障碍144

1 引言144

2 反应分离——为什么要集成？144

2.1 反应精馏145

2.2 膜基反应分离145

2.3 反应吸附148

2.4 反应萃取149

2.5 反应结晶／沉淀150

2.6 反应吸收／气提151

3 耦合分离151

3.1 萃取精馏151

3.2 吸附精馏152

3.3 膜精馏153

3.4 膜吸收／气提156

3.5 膜色谱（吸附性膜）158

3.6 膜萃取158

3.7 其他耦合分离160

4 应用障碍和前景161

参考文献162

第9章 流体系统中的反应分离过程171

1 引言：反应分离的回顾171

1.1 反应吸收172

1.2 反应精馏173

1.3 反应萃取176

2 过程模拟的基本原理179

2.1 总述179

2.2 平衡级模型180

2.3 基于速率的方法181

2.4 计算流体力学182

3 案例研究183

3.1 NOx的吸收183

3.2 焦炉气净化184

3.3 间歇精馏合成醋酸甲酯188

3.4 稳态精馏合成醋酸甲酯189

3.5 甲基叔丁基醚的合成190

3.6 锌的反应萃取191

4 总结与展望193

参考文献194

附录A 基于速率建模的详细描述202

A.1 衡算方程202

A.2 流体膜内传质和反应的耦合202

A.3 催化塔内件中的非理想流动行为203

附录B 案例研究中建模的特殊性和模型参数204

B.1 NOx吸收204

B.2 焦炉气净化205

B.3 醋酸甲酯体系，间歇精馏206

B.4 醋酸甲酯体系，稳态精馏207

B.5 甲基叔丁基醚的合成207

B.6 锌的反应萃取208

第10章 多功能反应器：反应和传热的集成210

1 引言210

2 对流式传热210

3 间壁式换热211

3.1 催化剂稀释212

3.2 林德等温反应器212

3.3 流化床213

3.4 催化微反应器213

4 反应—间壁式换热216

5 蓄热式换热216

5.1 蓄热式与对流式，间壁式以及反应式换热的比较217

5.2 HCN生产的蓄热式换热过程218

5.3 脱附冷却用于强化蓄热式传热219

5.4 吸附反应器中的蓄热式换热220

6 电磁场传热221

6.1 电阻加热221

6.2 介电加热221

6.3 电弧过程222

6.4 Peltier冷却222

7 催化剂改进以强化传热223

8 总结223

参考文献224

第11章 过程合成和集成225

1 引言225

2 常规的概念设计实践226

2.1 概念过程设计的要素226

2.2 进式概念过程设计227

3 反应工程228

3.1 单相系统229

3.2 多相系统230

4 复杂精馏233

5 反应—分离和反应性分离系统的综合236

5.1 单元的表述237

5.2 过程的描述238

5.3 优化239

6 工业研究和实际应用240

6.1 反应器设计：丙烯氨氧化生产丙烯腈240

6.2 复杂精馏241

6.3 反应和分离组合系统：活性污泥过程242

7 结论243

参考文献243

第12章 工业实践中的过程强化：方法和应用247

1 引言247

2 过程强化技术的发展概述247

3 为什么要进行强化化工过程的工作247

4 过程强化技术的主要特征250

5 在化工过程中引入过程强化251

6 引入过程强化的实例255

6.1 S-布洛芬255

6.2 尿素256

7 结论258

参考文献258

8 附录258

8.1 附录1 美国2020年愿景规划摘录258

8.2 附录2 欧盟研究计划259

8.3 附录3 欧洲化学工业委员会（CEFIC）技术规划SUSTECH摘录259

第13章 过程强化之于安全261

1 引言261

2 本质安全261

3 本质安全设计的发展历史262

4 过程安全的保护层概念262

5 本质安全策略263

6 过程强化作为一种本质安全策略264

6.1 更小的是更安全的264

6.2 传统的库存最小化方法264

6.3 过程强化266

7 本质安全的标准269

7.1 事故后果分析269

7.2 风险指数269

7.3 总体本质安全指数270

8 过程强化对被动和主动保护层的益处270

9 总结271

参考文献271

第14章 过程强化对可持续发展的贡献273

1 引出可持续发展的一些问题273

1.1 环境问题273

1.2 社会经济问题273

1.3 现有技术是问题的一部分274

2 可持续发展和所需要的技术275

2.1 可持续发展的一般概念275

2.2 可持续技术的定位277

2.3 可持续技术计分卡279

3 过程强化对可持续发展的可能贡献284

3.1 过程强化的定义284

3.2 从工业实例看过程强化的现状284

3.3 过程强化对可持续发展可能的贡献286

3.4 过程强化导致不可持续技术的困境288

4 后记288

参考文献288