中国学科发展战略 化工过程强化 国家自然科学基金委员会 中国科学院 科学出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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国家自然科学基金委员会 中国科学院 著

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• 化工
• 过程工程
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店铺： 南源图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030544063

商品编码：26788231476

包装：平装

出版时间：2018-01-01

图书基本信息
图书名称	中国学科发展战略 化工过程强化	作者	国家自然科学基金委员会 中国科学院
定价	168.00元	出版社	科学出版社
ISBN	9787030544063	出版日期	2018-01-01
字数		页码	492
版次	1	装帧	平装
开本		商品重量	0.4Kg

内容简介

《中国学科发展战略·化工过程强化》围绕化工过程强化学科领域，阐述了化工过程强化的学科内涵及其重要性；梳理了化工过程强化国内外的研究现状、过程强化主要方法以及发展趋势；明确了化工过程强化面临的主要问题与挑战，并提出了今后发展的建议与措施。本书重点围绕化工过程强化的四个领域：新材料（介质）强化、外场协同强化、核心反应器（装备）强化和系统耦合强化，着重阐述了国内外研究现状与进展、强化需解决的关键科学问题、强化原理、强化应用实例以及总结与展望。

作者简介

目录

编辑推荐

文摘

序言

中国学科发展战略：化工过程强化 （本书籍未包含的引言） 第一章：化工过程强化的理论基石与发展脉络 化工过程强化（Process Intensification, PI）作为现代化学工程领域的一项革命性技术，旨在通过根本性的工艺革新，实现过程的“小型化、高效化、绿色化”目标。本书籍（此处应为实际书籍内容，非AI生成） 的首要任务，便是深入剖析化工过程强化背后的核心理论支撑，以及其从概念萌芽到蓬勃发展的历史轨迹。 1.1 核心理论：从单元操作到集成系统 化工过程强化的理论根基，并非仅仅是单个单元操作的改进，而是对整个生产流程的颠覆性重塑。其核心在于打破传统化工流程的局限性，充分利用跨学科的知识和前沿技术，实现能量、物质和信息的有效集成。 微观层面： 在反应器设计方面，PI 强调通过增强传质、传热效率来提升反应速率和选择性。例如，微反应器技术利用极小的通道尺寸，极大地增加了物料与催化剂的接触面积，实现了近乎瞬时的混合和高效的热量交换，从而显著缩短反应时间，提高产率，并减少副产物生成。这与传统的大型釜式反应器截然不同，后者通常面临传质传热效率低、反应时间长、温度控制困难等问题。 宏观层面： PI 更加注重多功能集成设备的研发。将多个单元操作（如反应、分离、传热）集成在一个紧凑的设备中，可以显著减少设备数量，降低能耗和物料损耗，同时简化了操作流程，提高了整体的生产效率和安全性。例如，反应精馏一体化设备，将反应和精馏过程在一个塔内完成，利用反应产生的热量或消耗的组分来促进精馏，反之亦然，实现协同效应，大幅提升了能效和经济性。 能量与物质的优化利用： PI 追求的是对能量和物质的极致优化。通过精准控制反应条件，最小化能量输入，同时最大化有用产物的获得。这包括利用新型能源（如微波、超声波）作为驱动力，或者开发高效的能量回收系统，将废热转化为有用能量。同时，对物质流的优化也至关重要，通过设计合理的工艺流程，最大限度地减少物料的循环和损失。 1.2 发展脉络：从“灵光一闪”到系统工程 化工过程强化的概念并非凭空出现，而是历经数十年的探索与积累。 早期萌芽： 在20世纪70年代，随着能源危机和环境保护意识的提升，对传统化工流程的低效和高污染问题开始反思。一些研究者开始探索如何通过创新设计来改进化工过程。例如，开发新型的催化剂，优化反应器结构，以及一些初步的设备集成理念。 概念确立与初步发展（20世纪80-90年代）： 这一时期，“Process Intensification”的概念逐渐形成并得到广泛认可。以英国皇家工程院为代表的组织积极推动PI的研究和应用。涌现出一批具有代表性的PI技术，如微反应器、反应精馏、膜反应器等。这一阶段的研究更侧重于单一技术或设备层面的创新。 系统化与集成化发展（21世纪初至今）： 随着研究的深入和技术的成熟，PI的研究视角逐渐从单一设备转向整个生产过程的系统优化。强调多学科交叉融合，将 PI 技术与其他先进技术（如自动化控制、模拟仿真、新材料）相结合，实现更深层次的集成与协同。这一阶段，PI不再仅仅是技术的堆砌，而是成为一种系统的工程哲学和方法论。对PI的评估标准也从最初的“效率提升”扩展到“环境友好”、“本质安全”、“经济可行性”等多个维度。 1.3 与传统化工的显著差异 理解化工过程强化，必须清晰认识其与传统化工工艺的本质区别。 规模与形态： 传统化工往往追求规模经济，建造大型、笨重的生产装置。而PI则提倡“小型化、模块化”的生产模式，通过设备的集成和效率的提升，即使在较小的规模下也能实现高效率和低成本。这使得化工生产更具灵活性，能够快速响应市场需求。 能效与物耗： 传统工艺通常能耗高、物料损耗大，副产物和废弃物排放量多。PI则致力于实现近乎零排放、零损耗的绿色生产。通过优化传质传热，减少无效能量消耗；通过提高选择性，最大化目标产物的收率，减少不必要的副产物。 安全与环境： 传统大型装置因其物料量大，一旦发生事故，后果严重。PI的小型化、集成化设计，大幅减少了危险品的存储量，且工艺参数更容易控制，从而显著提高了生产的本质安全水平。同时，绿色化是PI的核心目标之一，致力于减少对环境的污染。 创新范式： 传统化工的创新多是渐进式的改进，例如优化催化剂性能、改进塔板设计等。而PI的创新则是颠覆性的，通过集成设计和跨越式技术，重塑整个生产流程，实现性能上的飞跃。 1.4 本书（指实际书籍内容，非AI生成）的研究范畴与目标 本书（指实际书籍内容，非AI生成）将围绕化工过程强化的关键理论、核心技术、应用案例以及未来发展趋势展开。我们旨在为读者提供一个系统、深入的认知框架，理解PI的价值所在，并为相关领域的研究者、工程师和决策者提供有价值的参考。 深入解析关键理论： 详细阐述传质、传热、反应动力学等在PI中的独特应用，以及如何通过模型预测和优化集成过程。 聚焦核心技术： 介绍和分析一系列具有代表性的PI技术，包括但不限于微反应器、反应精馏、膜分离、超临界流体技术、新型混合技术、超声波/微波强化技术等。 探讨应用案例： 通过实际的工业应用案例，展示PI技术在石油化工、精细化工、制药、新能源等领域的成功实践，量化其带来的效益。 展望未来发展： 预测PI在智能化、数字化、生物制造等新兴领域的应用前景，以及面临的挑战与机遇。 通过对化工过程强化理论基石和发展脉络的梳理，我们希望为后续更深入的技术探讨和案例分析奠定坚实的基础。 --- （以下章节内容将基于上述理论基石，深入探讨具体的化工过程强化技术、应用以及发展前景，详细描述每一个技术原理、设计特点、优势劣势，并结合实际案例进行分析，力求全面、深入、富有洞察力。） 第二章：微反应器技术：微观世界的宏大变革 微反应器作为化工过程强化的明星技术之一，以其独特的微观结构带来了宏观上的性能飞跃。本章将深入剖析微反应器的基本原理、设计特点、制造工艺，以及其在反应、传质、传热等方面的优势。 2.1 微反应器的结构与特点 微反应器是指内部通道尺寸在微米到毫米量级的反应设备。其核心特征在于“微通道”的设计，这带来了几个关键的优势： 极大的比表面积： 微通道的尺寸极小，导致单位体积内的表面积相对于传统反应器大大增加。例如，一个内径为100微米的圆形通道，其比表面积是传统直径1厘米管路的数千倍。这极大地增强了物料与壁面（如催化剂载体、加热/冷却表面）的接触效率。 极短的扩散距离： 在微通道内，反应物分子或热量需要扩散的距离大大缩短。这意味着更快的传质和传热速率。对于快反应，这能显著提高转化率和选择性。 精确的流体控制： 微通道内的流体流动通常是层流，即流体呈现平行流动的状态，混合主要依靠分子扩散。通过精心设计的通道结构（如蛇形通道、锯齿形通道），可以诱导二次流，加速流体的混合，实现高效的宏观混合。 高效的热量传递： 由于极大的比表面积和极短的扩散距离，微反应器能够实现极其高效的热量传递。无论是放热反应的散热，还是吸热反应的供热，都能在极短的时间内完成，实现精确的温度控制。这对于避免反应过热引起副反应、提高产物收率至关重要。 本质安全： 微反应器内部的反应物滞留体积非常小，即使发生剧烈反应，释放的能量和物料量也相对有限，大大降低了事故发生的风险和危害程度。 2.2 微反应器技术的核心原理 微反应器技术的优势源于其对物理过程的深刻理解和巧妙利用： 传质增强： 在层流条件下，尽管宏观混合依靠扩散，但通过精心设计的微通道几何形状（例如，交错的层流或引入湍流促进），可以极大地加速两种不同相之间（如液-液、液-固、气-液）的传质速率。例如，通过层叠式通道设计，可以将两种不混溶液体在微通道内反复交替，显著增加接触面积和扩散效率。 传热增强： 微通道的巨大比表面积使得热量可以在极短的时间内从反应体系传递到外部的控温介质，或者从控温介质传递到反应体系。这使得温度梯度极小，能够实现对反应温度的精密切断，避免了传统反应器中因温度不均导致的副反应和产率下降。 反应动力学调控： 通过精确控制反应温度、停留时间和物料配比，微反应器能够实现对反应动力学的精细调控。对于一些对反应条件敏感的反应，微反应器能够显著提高目标产物的选择性。 2.3 微反应器的制造工艺 微反应器的制造是实现其结构优势的关键。主要有以下几种工艺： 光刻与蚀刻： 利用半导体制造中的光刻技术，在硅、玻璃等基材上刻蚀出微细的通道结构。这种方法精度高，可以实现复杂的三维结构，但成本较高，适合小批量、高精度的研发和小规模生产。 精密机加工（铣削、钻孔）： 利用CNC（计算机数控）设备，在金属、聚合物等材料上直接加工出微通道。这种方法成本相对较低，易于放大，适合大批量生产。 激光烧结/3D打印： 利用激光将粉末材料（如金属、陶瓷）熔融堆积成型，可以快速制造出复杂的微通道结构。这种方法灵活性高，能够快速实现原型设计和定制化生产。 模压/注塑： 对于聚合物材料，可以通过模具进行大批量压制或注塑成型，成本最低，适合大规模工业化生产。 叠层与键合： 将多层预先加工好的微结构片材（如金属片、聚合物片、玻璃片）通过粘接、焊接、烧结等方式叠合在一起，形成具有复杂内部结构的微反应器。 2.4 微反应器的优势总结与应用领域 微反应器技术在多个方面展现出超越传统反应器的优势： 高效性： 反应时间缩短，转化率和选择性提高。 安全性： 反应物滞留量小，易于控制，本质安全。 绿色化： 减少副产物，降低能耗，减少废弃物排放。 灵活性： 易于放大（通过“numbering-up”而非“scaling-up”），可实现按需生产。 集成化： 易于与其他单元操作（如混合、分离）集成，构建紧凑型生产单元。 主要应用领域： 精细化工： 生产高附加值的精细化学品，如医药中间体、农药、香料、液晶材料等。微反应器能够精确控制反应条件，获得高纯度的产品，并减少昂贵原料的浪费。 制药： 药物合成过程中，许多反应对条件极其敏感。微反应器能够实现对反应过程的精确控制，提高药物合成的效率和产品质量，并且能有效处理高毒性或不稳定反应物。 催化反应： 微反应器非常适合固定床催化反应，通过将催化剂固定在微通道内壁或载体上，实现高效的传质传热。 聚合反应： 控制聚合物的分子量、分子量分布和微观结构。 新能源领域： 如燃料电池的电解质膜反应、新型电池材料的合成等。 2.5 微反应器面临的挑战与发展趋势 尽管微反应器技术优势显著，但仍面临一些挑战，例如： 堵塞问题： 固体颗粒、沉淀物或聚合物在微通道内的沉积可能导致堵塞，影响连续运行。 放大生产： 如何实现从实验室的单片微反应器到工业规模化生产的有效放大（numbering-up）。 材料选择与耐腐蚀性： 针对不同反应体系，选择合适的耐腐蚀、耐高温的微反应器材料。 集成与控制： 如何将多个微反应器单元及其他辅助单元高效集成，并实现智能化控制。 未来的发展趋势将集中在：开发新型防堵塞材料和结构；研究高效的“numbering-up”策略；实现微反应器与其他PI技术的集成；以及开发更智能化的微反应器控制系统。 --- （请注意，以上内容是对“化工过程强化”这一概念的理论性阐述，不包含您提供的书籍名称中“中国学科发展战略”、“国家自然科学基金委员会”、“中国科学院”、“科学出版社”等组织或机构的任何实际内容，也未提及任何具体书籍的编纂过程、目录或参考文献信息。其目的在于提供与“化工过程强化”相关的、详尽且独立的学术性内容。）

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光看这堆文字，我立刻联想到了那种厚重、封面设计朴素，内容却极其扎实的国家级出版物。那种书通常是为特定行业专家或高层决策者准备的内部参考资料，每一页都可能蕴含着数亿的科研经费走向和未来十年的技术路线图。我猜想，这本书的语言风格必然是极其严谨、逻辑链条复杂且充满专业术语的。阅读它可能需要我时刻备着一本化学工程领域的专业词典，并且对“过程强化”的各种流体力学、反应动力学模型有深入的理解。对于一个业余爱好者，或者只是对“化工”这个大概念感兴趣的人来说，这本书无疑是高墙深院，难以逾越的。它不会有生动的案例研究来激发读者的好奇心，更不会有通俗的语言来解释复杂的原理。相反，它会充斥着大量的数据图表、公式推导，以及对现有技术瓶颈的系统性剖析。我甚至可以想象，这本书的印刷质量极高，纸张厚实，但阅读体验可能偏向于“攻克堡垒”，而非“享受旅程”。

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最后，这本集成了众多权威元素的出版物，其市场价值和使用寿命是另一个值得思考的问题。如果是对国家科研布局感兴趣的学者，这无疑是一份重要的文献资料，因为它记录了特定时间点上，国家在化工领域的前瞻性部署。但对于一个追求时效性的读者来说，科学技术的发展日新月异，战略报告的内容更新速度可能跟不上实际的技术迭代。今天被认为是“前沿”的强化技术，也许五年后就会被更颠覆性的方法所取代。因此，我更倾向于将这本书视为一个历史性的快照，一个关于特定时期中国化工科研重点的官方定论。它的价值在于其权威性和总结性，而非其预测性或指导未来五年工作的实用性。购买它，更像是在收藏一份关于中国高端科研决策过程的档案，而不是寻求一本能立刻提高工作效率的教科书。

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从读者的角度来看，我对“化工过程强化”这个主题本身是抱有期待的。这是一个关乎能耗、效率和绿色化学的未来方向，其意义非凡。但是，这本书的标题里过多的机构名称和战略定语，反而稀释了这种技术层面的吸引力。如果我是在寻找最新的微通道反应器设计理念，我可能会被标题中的“学科发展战略”和“基金委”等字眼分散注意力，转而去搜索更直接、更侧重应用的文献。这本书似乎更倾向于回答“我们应该往哪里走？”而不是“我们该怎么做？”。我推测，这本书中关于“战略”的部分，可能涉及到政策导向、人才培养的瓶颈分析，甚至是国际竞争力的比较，这些内容对科研管理者来说或许是金玉良言，但对一线工程师而言，可能略显空泛。它散发着一种浓厚的“自上而下”的规划气息，缺少了底层研究人员对实验细节的执着和热情。

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这种组合让我产生了一种“权威报告汇编”的预感。鉴于“国家自然科学基金委员会”和“中国科学院”的参与，这本书极有可能不是单一作者或研究团队的心血结晶，而是在某个重大战略方向会议或国家重点项目结束后，由多位顶尖专家共同撰写、梳理并出版的阶段性成果总结。因此，其内容结构可能会呈现出明显的章节划分，每一章可能代表一个不同的战略维度或者技术子领域。也许开篇会是宏观的学科发展趋势分析，随后进入化工过程强化的具体技术路线讨论，比如微反应器、新型传热技术或者多相流的集成优化。这种结构的好处是系统性强、覆盖面广，能够一览国家在该领域的前沿布局。然而，弊端也很明显：各个章节之间的连贯性和叙事性可能较弱，缺乏一个统一的“故事线”来串联这些硬核知识点。它更像是一套精密的工具箱，而不是一本连续的小说。

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这本书的标题信息罗列得让人有些摸不着头脑，更像是一堆标签的集合，而不是一个明确的作品名称。如果我真的在书店里看到这样一本书，我会感到非常困惑。它似乎试图涵盖“学科发展战略”、“化工过程强化”这两个宏大且专业性极强的主题，同时又挂上了“国家自然科学基金委员会”和“中国科学院”这样权威的机构背书，最后还点明了“科学出版社”的出版身份。这种结构，让我首先怀疑的是这本书的定位和目标读者群。它究竟是一份面向学术前沿的综述报告？还是一部面向科研管理者的战略规划纲要？或者是某一特定领域（比如化工过程强化）的深度技术手册？如果它是一本面向大众或跨学科读者的科普读物，那么这个标题的专业性和冗长感无疑会劝退大部分人。反之，如果它是一份严肃的学术文献，那么这种信息堆砌的方式也显得不够精炼和聚焦。我期待一本书能用一个更清晰的视角来引导我进入它的内容世界，而不是上来就用一连串的关键词轰炸我的信息接收器。这本书的包装，至少从标题来看，更像是一份官方会议的议程摘要，而非一个引人入胜的阅读选择。