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化学工程学系是以教学研究生产化学品程序为中心的学系，而程序设计(process design)则是化学工程学系中将质能平衡、单元操作、动力学、热力学等基本课程综合凝聚在一起的课程。

　　本书是第一本由国人自行编着的中文化工程序设计的教材。内容以平实的叙述笔法铺陈了化工程序设计的过程和步骤、工业界的实务经验，和以美国化工学会(AIChE)年度竞赛题目为基础的设计范例。适合作为化工系程序设计课程的教材，以及作为化工从业人员的基本参考资料，对台湾的化工教育界及产业界提供有意义的参考。
 

流程工业设计与优化：理论基础与工程实践 本书旨在为读者提供一个全面、深入的视角，以理解和掌握现代流程工业的设计、分析与优化方法。 本书内容聚焦于化工、制药、能源及环保等流程密集型行业的共性工程问题，强调从基础原理到实际工程应用的无缝衔接。全书结构严谨，涵盖了流程模拟、设备选型、过程控制以及经济性评估等核心环节。 第一部分：流程工业基础与建模 本部分奠定了流程设计的基础理论框架，重点介绍如何将复杂的物理化学过程转化为可计算的数学模型。 第一章：流程工业的内涵与发展趋势 本章首先界定流程工业的范畴，包括其在国民经济中的战略地位。详细探讨了当前行业面临的挑战，如能源效率、环境法规日益严格以及对产品质量的更高要求。引入了流程工业的生命周期管理概念，从概念设计、详细工程到运行维护的整体视角。着重分析了数字化转型对流程设计带来的变革，如引入大数据分析和人工智能辅助设计（此处的“人工智能辅助设计”是泛指利用先进计算工具进行辅助，而非特指某个软件或系统）。 第二章：物料衡算与能量衡算：原理与应用 详细阐述了质量守恒和能量守恒定律在流程系统中的具体应用。内容不仅限于传统的代数方程求解，更侧重于如何处理复杂的物料流（如多组分、非理想混合物）和能量流（如相变、反应热）。引入了热力学基础，特别是吉布斯自由能、逸度和活度系数在分离过程和反应平衡计算中的关键作用。对能量平衡的讨论延伸至换热网络设计的基础，强调系统级节能的必要性。 第三章：流程模拟的数学基础与数值方法 本章深入探讨流程模拟软件背后的数学原理。详细介绍了非线性方程组的求解技术，如牛顿法及其改进算法在收敛性上的优势与局限。对于涉及微分方程的动态模拟，介绍了常微分方程（ODE）的数值积分方法，如龙格-库塔法。重点解析了稀疏矩阵代数在大型流程网络求解中的高效性，以及如何处理流程中可能出现的奇异性问题。 第二部分：单元操作的深度解析与设计 本部分将理论模型应用于具体的单元操作，探讨其设计参数的确定和性能评估。 第四章：流体流动与输送系统设计 聚焦于管道、泵、压缩机和搅拌器的设计。除了经典的雷诺数、摩擦阻力计算外，重点讲解了湍流模型在复杂管网（含多弯头、变径）压力损失精确计算中的应用。对动态特性，如离心泵的性能曲线拟合和系统工作点的确定进行了详尽的分析。对涉及多相流（气-液、固-液）的输送问题，探讨了其流动模式识别和放大效应的考虑。 第五章：传热过程的设计与优化 深入探讨了换热器设计的核心问题。内容涵盖了壳管式、板式换热器的结构特点与适用性分析。重点阐述了污垢热阻的建模与控制策略，这是影响长期运行效率的关键因素。在优化方面，详细介绍了换热网络综合（HENS）的原理，包括 pinch 分析法和过程集成方法，以最小化外部公用工程的需求。 第六章：分离过程的理论与工程实现 分离操作是流程设计中能耗最高、复杂度最大的部分。本章细致分析了： 1. 精馏理论： 包含 McCabe-Thiele 方法的局限性，以及更精确的 Rigorous Modeling 的实施。对填料塔和塔盘的效率评估（如 HETP 和 O’Connell 等效理论板数）进行了比较。 2. 吸收与萃取： 讨论了溶剂的选择准则和多级接触的传质速率计算。 3. 膜分离技术： 介绍了反渗透、纳滤等新兴分离技术的驱动力、选择性和通量模型。 第七章：化学反应过程的建模与反应器设计 本章侧重于反应工程学。详细分析了反应动力学参数的实验测定与拟合。在反应器选择上，对比了间歇釜式反应器（Batch Reactor）、连续搅拌釜式反应器（CSTR）和管式反应器（PFR）的优缺点。对多相催化反应器，特别是固定床反应器，讨论了返混效应、扩散限制对宏观反应速率的影响，并介绍了床层压降的预测模型。 第三部分：流程的集成、控制与经济性评估 本部分将独立的单元操作有机地结合起来，并引入了保障系统稳定运行和商业可行性的关键技术。 第八章：流程集成与公用工程系统 流程集成是实现流程高效运行的最高层次目标。本章全面讲解了工艺流程图（PFD）和管道及仪表流程图（P&ID）的绘制规范和信息传递功能。在公用工程方面，详细介绍了蒸汽系统、冷却水系统和仪表空气系统的设计标准，以及如何通过能量级联图来平衡系统内部的冷热需求。 第九章：过程控制系统与稳定性分析 现代流程控制不再是简单的 PID 调节。本章探讨了多变量控制的概念。详细分析了过程传递函数的获取方法和根轨迹分析在确定控制器增益范围中的应用。对先进控制策略（如模型预测控制 MPC 的基本思想）进行了介绍，强调如何通过控制系统应对流程中的扰动和非线性特性。 第十～十二章：安全、环境与经济性评估 最后三章从工程的最终落地角度进行考量： 安全（HazOp 与风险评估）： 介绍如何系统性地识别流程中的潜在危险源（如失控反应、超压、有毒物泄漏），并提出预防和缓解措施。 环境影响： 讨论了废水、废气处理单元（如焚烧炉、生物降解）的设计依据，以及如何满足日益严格的排放标准。 经济性评估： 讲解了投资估算（粗略与详细）的方法，包括设备因子法和详细的设备成本核算。引入了净现值（NPV）和内部收益率（IRR）等财务指标，用于评估新流程或技术改进的商业价值，确保设计的工程可行性同时具备商业吸引力。 本书特色： 本书高度重视工程实践中的数据处理和验证。每一章节都穿插了基于实际工业案例的计算示例，旨在培养读者将抽象理论转化为具体工程解决方案的能力。内容结构既能满足初级工程师建立知识体系的需求，也能为资深工程师提供深入理解复杂系统优化的理论工具。全书强调系统思维，鼓励读者将流程视为一个相互耦合的整体进行分析和设计。

作者简介

徐武军

　　学经历：1958年　成功大学化工学士
　　1962年　Washington Uni,化工硕士
　　1969年　University of Missouri(Columbia)化工博士副修固态物理
　　1971年-1975年　成功大学化工系副教授
　　1976年-1980年　工业技术研究院化工所顾问、副所长
　　1980年-1985年　菲力浦石油亚洲公司资深企划发展经理Senior Project Development Mngr.Phillip Petroleum Co.Asia
　　1985年-1991年　台湾合成橡胶公司顾问，业务副总经理，资深副总经理
　　1991年-2002年　东海大学化工系副教授，曾兼任研发处执行长、总务长

张有义

　　现职：东海大学化工系专任教授
　　学历：南加州大学化工博士
 

上篇　程序设计及经济评估
1　导　论
1.1　制程设计的定义
1.2　制程设计的目标
1.3　制程设计的基本资料
1.4　制程设计的内涵和次序
1.5　制程设计与经济评估
1.6　内容安排
2      化学反应
2.1　化学反应
2.2　反应速率
2.3　反应速率常数
2.4　化学反应平衡及平衡常数
2.5　温度对平衡常数及化学反应常数的影响
2.6　Le châtelier原理
2.7　速控步骤
2.8　综结
3    化学反应器的选择和设计
3.1　典型反应器
3.2　平推流反应器和CSTR之间的异同
3.3　收率与反应器的形态86
3.4　反应器内的能量平衡及反应热
3.5　反应器内的混合
3.6　反应器的热传
3.7　实务上的考量
3.8　反应器的放大
3.9　停留时间分布
4　多相分离
4.1　分离原理
4.2　多相分离
4.3　沉淀法
4.4　离心及动量法
4.5　静电分离
4.6　过泸
4.7　水涤
4.8　干燥
5　均相分离
5.1　分馏的理论基础和装置
5.2　分馏设计程序
5.3　特殊分馏
5.4　分馏的次序及整合
5.5　吸收和气提
5.6　萃取
5.7　吸收
5.8　结晶和蒸发
5.9　膜分离
复习
6　综合讨论
6.1　一般化工厂的操作范围
6.2　理想制程
6.3　制程整合
6.4　绿色制程
7　从设计到建厂
7.1　资金成本及资金需求量
7.2　建厂过程
7.3　资金来源
7.4　结语
8　成本与利润
8.1　直接成本
8.2　折旧和其他财务支出
8.3　利润
9　经济评估
9.1　预测未来的原料、产品和资金市场
9.2　评估的方法和指标
9.3　算例
9.4　敏感度分析
9.5　成本与售价的价差—利润的来源
参考资料

下篇　范例
范例１　反应器设计
1.1　批次式反应器和连续式搅拌反应器的比较
1.2　CSTR和管式反应中温度控制的方法
1.3　反应器中触媒需要量的计算方法
范例２　蒸馏塔设计
范例３　触媒反应器设计
3.1　程序设计解说
3.2　计算流程图
3.3　各种物料基本性质数据之蒐集及计算
3.4　质量平衡计算
3.5　能量平衡计算
3.6　反应器质能平衡计算
3.7　反应器停工开工时间表
3.8　反应器尺寸大小的计算及设计
3.9　结语
范例４　烷基化反应
4.1　相关制程简介
4.2　现阶段制程上的选择与考量
4.3　Mass Balance Calculation
4.4　Chem CAD的质量平衡计算
4.5　反应器所需的热传面积之计算
4.6　反应器体积之计算
4.7　蒸馏塔的设计
4.8　HF催化剂的分离
4.9　蒸馏塔塔径与塔重之数据处理
范例５　尼龙66聚合反应器设计
5.1　质量平衡
5.2　反应器
5.3　制程成本分析
范例６　苯乙烯制程
6.1　制程简介
6.2　最佳Reactor condition的选择
6.3　CC-3 流程图的说明
6.4　其他主要参数之计算
6.5　工厂生产与各项单元参数之整理
6.6　经济上的评估（均以美元计）
6.7　最佳reactor condition的决定
范例7　多成分组成的分馏次序
7.1　决定分馏次序
7.2　四种分馏排列次序
7.3　模拟分析方法
7.4　Chem CAD的模拟结果
7.5　成本分析方法
7.6　总论
 

导论

在本章中将说明：

•制程设计的定义和原理（1.1及1.2节）。
•化学工厂设计所包涵的内容。
•课程内容。

1.1　制程设计的定义

process的原义是 “a systematic series of actions directed to some end”，即是为达到某一目的而採用的系列性动作。适用的范围很广，例如：

•在收到车辆换牌照的通知之后，完成缴费动作并取得收据是公文处理（documment processing）。
•冷饮店制作珍珠奶茶的过程是食品加工（food processing）。
•台塑将乙烯聚合成聚乙烯用的是化学过程（chemical process）。

在和商业有关的行为中，process 是指：

将某一事物转变为可为顾客所能接受产品的过程。

而在化学工业中的定义是：

将原料转变成为能被顾客接受产品的过程，过程是以化学反应为核心。

是以 process 一字的中文译名，为「过程」；由于在过程中涉及到一定分量的技术，也有将 process 译名「工艺」的，工艺的原意和英文的 technology 相近。流程是另外一种译法。本书採用「制程」和「程序」。

化工制程设计是设计一个以化学反应为核心，将原料转变为能为顾客所接受的产品的生产工厂，内容包含工厂的硬体，以及操作的原理和程序。

在前述的定义中，以「能为顾客所接受的」文字来界定产品的品质，而不用「最高品质」、「最纯的产品」之类的形容词。因为不同的产品有不同的市场；同一化学品用于工业制造是一种规格，用于医药或化粧品则完全是另一种规格，不能混为一谈。「为顾客所能接受」或「满足顾客的需要」是比较正确的说法。在商业上要追求的是市场，不是盲目的追求「高品质」。

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，能夠清晰地想像出整個工廠的運作。我記得書中關於「多相催化反應器」的講解，用了一個非常形象的比喻，讓我一下子就理解了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，納入了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，簡直是太寶貴了。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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這本《化工程序設計(2版)》真的讓我大開眼界，我原本以為化工程序設計離我有點遙遠，想不到書中這麼細膩地剖析了每一個環節。它不只是冰冷的公式和圖紙，更像是把整個工廠的運作邏輯，巧妙地呈現在讀者眼前。書中關於流程模擬的部分，更是讓我印象深刻。以前我總覺得那些軟體操作很複雜，看了書之後才明白，原來背後的原理是這麼有條理。它不只教你按部就班地操作，更讓你理解為什麼要這樣設定參數，這樣做能達到什麼樣的效果。書中那些案例分析，更是把理論知識和實際應用結合得天衣無縫。例如，在講到熱交換器的設計時，它不僅列出了計算公式，還會分析不同類型熱交換器的適用場景，以及如何在實際操作中優化效率、降低能耗。這種貼近實際的講解方式，讓我這個非專業背景的讀者，也能夠輕鬆理解。我特別欣賞書中那種嚴謹的學術態度，同時又不失親切的教學風格。它就像是一位循循善誘的良師，引導你一步步地探索化工的奧秘。每次翻開這本書，都能學到新的東西，即使是重複閱讀，也會有新的領悟。我甚至覺得，如果學校的化工課程也能像這本書一樣生動有趣，那學習的動力肯定會更強大。總之，這本書的價值遠遠超出了它的紙張和印刷，它點燃了我對化工的熱情，也為我開啟了一扇新的知識大門。

评分☆☆☆☆☆

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了？結果翻開之後，我才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，呈現了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出高效的生產流程，更教你如何設計出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，而這本書在這方面的講解，非常透徹，提供了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家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)》簡直是化工領域的「武功秘笈」！作為一個在產業裡摸爬滾打多年的老工程師，我看到這本書的時候，眼睛都亮了。它的內容非常紮實，從最基礎的原理到最前沿的應用，都涵蓋得相當全面。我特別喜歡書中關於化工設備選型和操作優化的部分。很多時候，我們在實際工作中遇到的問題，在書中都能找到對應的理論基礎和解決方案。而且，它的講解方式非常獨特，不會讓你覺得枯燥乏味。它會用很多生動的例子，來闡釋複雜的化工原理，讓你能夠在理解的基礎上，進一步去應用。書中的圖表設計也非常精美，那些複雜的流程圖和設備結構圖，清晰明瞭，一目了然。我常常把書中的一些圖表，應用到我日常的工作匯報和方案設計中，效果非常好。更重要的是，這本書的更新非常及時，緊跟著行業的發展趨勢，納入了許多最新的技術和理念。這對於我們這些需要不斷學習和進步的工程師來說，簡直是太寶貴了。我強烈推薦這本《化工程序設計(2版)》給所有在這個領域奮鬥的朋友們，它絕對是你案頭必備的參考書，能夠幫助你更好地理解和掌握化工程序設計的核心。