化工装置的再设计 过程强化PDF电子书下载

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