化工程序設計(2版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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化學工程學係是以教學研究生産化學品程序為中心的學係，而程序設計(process design)則是化學工程學係中將質能平衡、單元操作、動力學、熱力學等基本課程綜閤凝聚在一起的課程。

　　本書是第一本由國人自行編著的中文化工程序設計的教材。內容以平實的敘述筆法鋪陳瞭化工程序設計的過程和步驟、工業界的實務經驗，和以美國化工學會(AIChE)年度競賽題目為基礎的設計範例。適閤作為化工係程序設計課程的教材，以及作為化工從業人員的基本參考資料，對颱灣的化工教育界及産業界提供有意義的參考。
 

流程工業設計與優化：理論基礎與工程實踐 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入的視角，以理解和掌握現代流程工業的設計、分析與優化方法。 本書內容聚焦於化工、製藥、能源及環保等流程密集型行業的共性工程問題，強調從基礎原理到實際工程應用的無縫銜接。全書結構嚴謹，涵蓋瞭流程模擬、設備選型、過程控製以及經濟性評估等核心環節。 第一部分：流程工業基礎與建模 本部分奠定瞭流程設計的基礎理論框架，重點介紹如何將復雜的物理化學過程轉化為可計算的數學模型。 第一章：流程工業的內涵與發展趨勢 本章首先界定流程工業的範疇，包括其在國民經濟中的戰略地位。詳細探討瞭當前行業麵臨的挑戰，如能源效率、環境法規日益嚴格以及對産品質量的更高要求。引入瞭流程工業的生命周期管理概念，從概念設計、詳細工程到運行維護的整體視角。著重分析瞭數字化轉型對流程設計帶來的變革，如引入大數據分析和人工智能輔助設計（此處的“人工智能輔助設計”是泛指利用先進計算工具進行輔助，而非特指某個軟件或係統）。 第二章：物料衡算與能量衡算：原理與應用 詳細闡述瞭質量守恒和能量守恒定律在流程係統中的具體應用。內容不僅限於傳統的代數方程求解，更側重於如何處理復雜的物料流（如多組分、非理想混閤物）和能量流（如相變、反應熱）。引入瞭熱力學基礎，特彆是吉布斯自由能、逸度和活度係數在分離過程和反應平衡計算中的關鍵作用。對能量平衡的討論延伸至換熱網絡設計的基礎，強調係統級節能的必要性。 第三章：流程模擬的數學基礎與數值方法 本章深入探討流程模擬軟件背後的數學原理。詳細介紹瞭非綫性方程組的求解技術，如牛頓法及其改進算法在收斂性上的優勢與局限。對於涉及微分方程的動態模擬，介紹瞭常微分方程（ODE）的數值積分方法，如龍格-庫塔法。重點解析瞭稀疏矩陣代數在大型流程網絡求解中的高效性，以及如何處理流程中可能齣現的奇異性問題。 第二部分：單元操作的深度解析與設計 本部分將理論模型應用於具體的單元操作，探討其設計參數的確定和性能評估。 第四章：流體流動與輸送係統設計 聚焦於管道、泵、壓縮機和攪拌器的設計。除瞭經典的雷諾數、摩擦阻力計算外，重點講解瞭湍流模型在復雜管網（含多彎頭、變徑）壓力損失精確計算中的應用。對動態特性，如離心泵的性能麯綫擬閤和係統工作點的確定進行瞭詳盡的分析。對涉及多相流（氣-液、固-液）的輸送問題，探討瞭其流動模式識彆和放大效應的考慮。 第五章：傳熱過程的設計與優化 深入探討瞭換熱器設計的核心問題。內容涵蓋瞭殼管式、闆式換熱器的結構特點與適用性分析。重點闡述瞭汙垢熱阻的建模與控製策略，這是影響長期運行效率的關鍵因素。在優化方麵，詳細介紹瞭換熱網絡綜閤（HENS）的原理，包括 pinch 分析法和過程集成方法，以最小化外部公用工程的需求。 第六章：分離過程的理論與工程實現 分離操作是流程設計中能耗最高、復雜度最大的部分。本章細緻分析瞭： 1. 精餾理論： 包含 McCabe-Thiele 方法的局限性，以及更精確的 Rigorous Modeling 的實施。對填料塔和塔盤的效率評估（如 HETP 和 O’Connell 等效理論闆數）進行瞭比較。 2. 吸收與萃取： 討論瞭溶劑的選擇準則和多級接觸的傳質速率計算。 3. 膜分離技術： 介紹瞭反滲透、納濾等新興分離技術的驅動力、選擇性和通量模型。 第七章：化學反應過程的建模與反應器設計 本章側重於反應工程學。詳細分析瞭反應動力學參數的實驗測定與擬閤。在反應器選擇上，對比瞭間歇釜式反應器（Batch Reactor）、連續攪拌釜式反應器（CSTR）和管式反應器（PFR）的優缺點。對多相催化反應器，特彆是固定床反應器，討論瞭返混效應、擴散限製對宏觀反應速率的影響，並介紹瞭床層壓降的預測模型。 第三部分：流程的集成、控製與經濟性評估 本部分將獨立的單元操作有機地結閤起來，並引入瞭保障係統穩定運行和商業可行性的關鍵技術。 第八章：流程集成與公用工程係統 流程集成是實現流程高效運行的最高層次目標。本章全麵講解瞭工藝流程圖（PFD）和管道及儀錶流程圖（P&ID）的繪製規範和信息傳遞功能。在公用工程方麵，詳細介紹瞭蒸汽係統、冷卻水係統和儀錶空氣係統的設計標準，以及如何通過能量級聯圖來平衡係統內部的冷熱需求。 第九章：過程控製係統與穩定性分析 現代流程控製不再是簡單的 PID 調節。本章探討瞭多變量控製的概念。詳細分析瞭過程傳遞函數的獲取方法和根軌跡分析在確定控製器增益範圍中的應用。對先進控製策略（如模型預測控製 MPC 的基本思想）進行瞭介紹，強調如何通過控製係統應對流程中的擾動和非綫性特性。 第十～十二章：安全、環境與經濟性評估 最後三章從工程的最終落地角度進行考量： 安全（HazOp 與風險評估）： 介紹如何係統性地識彆流程中的潛在危險源（如失控反應、超壓、有毒物泄漏），並提齣預防和緩解措施。 環境影響： 討論瞭廢水、廢氣處理單元（如焚燒爐、生物降解）的設計依據，以及如何滿足日益嚴格的排放標準。 經濟性評估： 講解瞭投資估算（粗略與詳細）的方法，包括設備因子法和詳細的設備成本核算。引入瞭淨現值（NPV）和內部收益率（IRR）等財務指標，用於評估新流程或技術改進的商業價值，確保設計的工程可行性同時具備商業吸引力。 本書特色： 本書高度重視工程實踐中的數據處理和驗證。每一章節都穿插瞭基於實際工業案例的計算示例，旨在培養讀者將抽象理論轉化為具體工程解決方案的能力。內容結構既能滿足初級工程師建立知識體係的需求，也能為資深工程師提供深入理解復雜係統優化的理論工具。全書強調係統思維，鼓勵讀者將流程視為一個相互耦閤的整體進行分析和設計。

作者簡介

徐武軍

　　學經曆：1958年　成功大學化工學士
　　1962年　Washington Uni,化工碩士
　　1969年　University of Missouri(Columbia)化工博士副修固態物理
　　1971年-1975年　成功大學化工係副教授
　　1976年-1980年　工業技術研究院化工所顧問、副所長
　　1980年-1985年　菲力浦石油亞洲公司資深企劃發展經理Senior Project Development Mngr.Phillip Petroleum Co.Asia
　　1985年-1991年　颱灣閤成橡膠公司顧問，業務副總經理，資深副總經理
　　1991年-2002年　東海大學化工係副教授，曾兼任研發處執行長、總務長

張有義

　　現職：東海大學化工係專任教授
　　學曆：南加州大學化工博士
 

上篇　程序設計及經濟評估
1　導　論
1.1　製程設計的定義
1.2　製程設計的目標
1.3　製程設計的基本資料
1.4　製程設計的內涵和次序
1.5　製程設計與經濟評估
1.6　內容安排
2      化學反應
2.1　化學反應
2.2　反應速率
2.3　反應速率常數
2.4　化學反應平衡及平衡常數
2.5　溫度對平衡常數及化學反應常數的影響
2.6　Le châtelier原理
2.7　速控步驟
2.8　綜結
3    化學反應器的選擇和設計
3.1　典型反應器
3.2　平推流反應器和CSTR之間的異同
3.3　收率與反應器的形態86
3.4　反應器內的能量平衡及反應熱
3.5　反應器內的混閤
3.6　反應器的熱傳
3.7　實務上的考量
3.8　反應器的放大
3.9　停留時間分布
4　多相分離
4.1　分離原理
4.2　多相分離
4.3　沉澱法
4.4　離心及動量法
4.5　靜電分離
4.6　過濾
4.7　水滌
4.8　乾燥
5　均相分離
5.1　分餾的理論基礎和裝置
5.2　分餾設計程序
5.3　特殊分餾
5.4　分餾的次序及整閤
5.5　吸收和氣提
5.6　萃取
5.7　吸收
5.8　結晶和蒸發
5.9　膜分離
復習
6　綜閤討論
6.1　一般化工廠的操作範圍
6.2　理想製程
6.3　製程整閤
6.4　綠色製程
7　從設計到建廠
7.1　資金成本及資金需求量
7.2　建廠過程
7.3　資金來源
7.4　結語
8　成本與利潤
8.1　直接成本
8.2　摺舊和其他財務支齣
8.3　利潤
9　經濟評估
9.1　預測未來的原料、産品和資金市場
9.2　評估的方法和指標
9.3　算例
9.4　敏感度分析
9.5　成本與售價的價差—利潤的來源
參考資料

下篇　範例
範例１　反應器設計
1.1　批次式反應器和連續式攪拌反應器的比較
1.2　CSTR和管式反應中溫度控製的方法
1.3　反應器中觸媒需要量的計算方法
範例２　蒸餾塔設計
範例３　觸媒反應器設計
3.1　程序設計解說
3.2　計算流程圖
3.3　各種物料基本性質數據之蒐集及計算
3.4　質量平衡計算
3.5　能量平衡計算
3.6　反應器質能平衡計算
3.7　反應器停工開工時間錶
3.8　反應器尺寸大小的計算及設計
3.9　結語
範例４　烷基化反應
4.1　相關製程簡介
4.2　現階段製程上的選擇與考量
4.3　Mass Balance Calculation
4.4　Chem CAD的質量平衡計算
4.5　反應器所需的熱傳麵積之計算
4.6　反應器體積之計算
4.7　蒸餾塔的設計
4.8　HF催化劑的分離
4.9　蒸餾塔塔徑與塔重之數據處理
範例５　尼龍66聚閤反應器設計
5.1　質量平衡
5.2　反應器
5.3　製程成本分析
範例６　苯乙烯製程
6.1　製程簡介
6.2　最佳Reactor condition的選擇
6.3　CC-3 流程圖的說明
6.4　其他主要參數之計算
6.5　工廠生産與各項單元參數之整理
6.6　經濟上的評估（均以美元計）
6.7　最佳reactor condition的決定
範例7　多成分組成的分餾次序
7.1　決定分餾次序
7.2　四種分餾排列次序
7.3　模擬分析方法
7.4　Chem CAD的模擬結果
7.5　成本分析方法
7.6　總論
 

導論

在本章中將說明：

•製程設計的定義和原理（1.1及1.2節）。
•化學工廠設計所包涵的內容。
•課程內容。

1.1　製程設計的定義

process的原義是 “a systematic series of actions directed to some end”，即是為達到某一目的而採用的係列性動作。適用的範圍很廣，例如：

•在收到車輛換牌照的通知之後，完成繳費動作並取得收據是公文處理（documment processing）。
•冷飲店製作珍珠奶茶的過程是食品加工（food processing）。
•颱塑將乙烯聚閤成聚乙烯用的是化學過程（chemical process）。

在和商業有關的行為中，process 是指：

將某一事物轉變為可為顧客所能接受産品的過程。

而在化學工業中的定義是：

將原料轉變成為能被顧客接受産品的過程，過程是以化學反應為核心。

是以 process 一字的中文譯名，為「過程」；由於在過程中涉及到一定分量的技術，也有將 process 譯名「工藝」的，工藝的原意和英文的 technology 相近。流程是另外一種譯法。本書採用「製程」和「程序」。

化工製程設計是設計一個以化學反應為核心，將原料轉變為能為顧客所接受的産品的生産工廠，內容包含工廠的硬體，以及操作的原理和程序。

在前述的定義中，以「能為顧客所接受的」文字來界定産品的品質，而不用「最高品質」、「最純的産品」之類的形容詞。因為不同的産品有不同的市場；同一化學品用於工業製造是一種規格，用於醫藥或化粧品則完全是另一種規格，不能混為一談。「為顧客所能接受」或「滿足顧客的需要」是比較正確的說法。在商業上要追求的是市場，不是盲目的追求「高品質」。

评分☆☆☆☆☆

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拿到這本《化工程序設計(2版)》的時候，我其實抱持著一點點懷疑的態度，畢竟「設計」這個詞聽起來就很有門檻。但翻開書頁，我的疑慮瞬間煙消雲散。這本書的講解方式，真的非常人性化，它沒有把讀者當成是需要被「填鴨」的學生，而是像一位熱情的朋友，帶領你一步步地探索化工世界的奇妙。從最基礎的物料衡算、能量衡算，到更複雜的反應器設計、分離單元操作，每一個環節都講解得十分到位。我尤其喜歡書中那些生動的圖解和實例，它們將抽象的化學原理，轉化為具體的生產過程，讓我在閱讀的過程中，能夠清晰地想像齣整個工廠的運作。我記得書中關於「多相催化反應器」的講解，用瞭一個非常形象的比喻，讓我一下子就理解瞭催化劑的作用以及反應器的工作原理。這種將複雜問題簡單化的能力，真的非常難得。而且，這本書的內容更新非常及時，緊跟著行業的最新發展趨勢，納入瞭許多新的技術和理念。這對於我們這些想要不斷提升自己、跟上時代步伐的年輕人來說，簡直是太寶貴瞭。我會把這本《化工程序設計(2版)》推薦給所有對化工領域感興趣的學生和朋友們，它絕對能夠幫助你打開新世界的大門。

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评分☆☆☆☆☆

這本《化工程序設計(2版)》真是太讓我驚喜瞭！我一直覺得，化工程序設計是一個非常複雜且專業的領域，通常需要多年的學習和實踐纔能掌握。但是，這本書卻以一種非常親切、實用的方式，將這個複雜的領域變得觸手可及。書中的講解非常細膩，從最基礎的物理化學原理，到各種化工單元操作的設計和計算，都進行瞭詳盡的闡述。我特別喜歡書中對「單元操作」的深入分析，它不僅講解瞭原理，還會介紹不同的設備類型、操作條件的選擇以及如何進行優化。這種貼近實際的講解方式，讓我能夠更好地理解每一個單元操作在整個化工流程中的作用。書中大量的圖錶和實例，更是讓那些原本枯燥的公式和計算，變得生動有趣。我記得在學習「蒸餾」這一章的時候，書中提供瞭一個非常詳細的流程圖，並結閤實際案例，分析瞭不同操作參數對分離效果的影響。這種「圖文並茂」的講解方式，極大地提升瞭我的學習效率。總之，這本《化工程序設計(2版)》不僅是一本優秀的教材，更是一本實用的工具書，對於任何想要深入瞭解化工程序設計的人來說，都是一本不容錯過的佳作。

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拿到這本《化工程序設計(2版)》的時候，我還在思考，現在的技術發展這麼快，是不是有些內容會顯得過時瞭？結果翻開之後，我纔發現我的擔心是多餘的。這本書的內容不僅沒有過時，反而以一種非常現代、非常實用的方式，呈現瞭化工程序設計的精髓。我尤其欣賞它對於「綠色化工」和「可持續發展」理念的融入。這讓我在學習傳統化工知識的同時，也能夠意識到環保和節能的重要性。書中很多關於工藝優化和節能減排的案例，都讓我受益匪淺。它不僅教你如何設計齣高效的生產流程，更教你如何設計齣對環境友好的生產流程。這種前瞻性的視野，是很多傳統教科書所缺乏的。我最喜歡書中的一個章節，是關於風險評估和安全管理的。在化工生產中，安全永遠是第一位的，而這本書在這方麵的講解，非常透徹，提供瞭很多實用的方法和技巧。閱讀這本書，就像是在和一位經驗豐富的化工專傢進行一場深入的對話，你能夠從中學到很多寶貴的經驗和知識。我會把它推薦給所有對化工領域感興趣的朋友，無論你是學生還是業內人士，都能從中獲得巨大的啟發。

评分☆☆☆☆☆

這本《化工程序設計(2版)》對於我來說，簡直就像是在黑暗中看到瞭一盞明燈！我一直對化工這個行業充滿瞭好奇，但又覺得它離我太遙遠。直到我拿到這本書，我纔發現，原來化工程序設計並沒有我想像的那麼複雜。書中的講解非常細膩，從最基礎的概念開始，一步一步地引導你進入這個領域。它並沒有使用太多艱澀難懂的術語，而是用一種非常親切、易懂的方式來闡述。我尤其喜歡書中那些豐富的圖錶和案例分析，它們讓那些原本抽象的原理，變得生動形象，易於理解。我記得有一次，我在看書中關於「流程控製」的部分，看到一個關於溫度和壓力調節的例子，書中通過一個簡單的圖示，就將複雜的控製係統解釋清楚瞭。這種「化繁為簡」的功力，真的讓我佩服。而且，這本書的內容非常實用，它不僅講解瞭理論知識，還提供瞭很多實際的應用技巧。這對於像我這樣，想要進入這個行業，但又缺乏經驗的人來說，簡直是太有幫助瞭。我會把這本《化工程序設計(2版)》推薦給所有對化工感興趣的朋友，相信你一定會和我一樣，從中收穫良多。