国外名校名著：化工过程分析、综合与设计（英文原版影印 第五版）

Nomenclature
符号表

第0章　Outcomes Assessment
成果评估 1
0．1　Student Self-Assessment / 学生自我评估 / 2
0．2　Assessment by Faculty / 教员评估 / 4
0．3　Summary / 总结 / 6
References / 参考文献 / 6


第1篇　Conceptualization and Analysis of Chemical Processes
化工过程的概念与分析 7
第1章　Diagrams for Understanding Chemical Processes
了解化工过程的图表 9
1．1　Block Flow Diagram (BFD) / 程序框图（BFD）/ 11
1．1．1　Block Flow Process Diagram / 方框流程图 / 11
1．1．2　Block Flow Plant Diagram / 方块流程工厂图 / 12
1．2　Process Flow Diagram (PFD) / 工艺流程图（PFD）/ 14
1．2．1　Process Topology / 流程拓扑 / 14
1．2．2　Stream Information / 物流数据 / 18
1．2．3　Equipment Information / 设备信息 / 21
1．2．4　Combining Topology， Stream Data， and Control Strategy to Give a PFD / 结合拓扑、物流数据和控制策略的PFD图 / 21
1．3　Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) / 管道及仪表流程图（P&ID）/ 27
1．4　Additional Diagrams / 附加图表 / 32
1．5　Three-Dimensional Representation of a Process / 过程的三维表示 / 34
1．6　The 3-D Plant Model / 三维工厂模型 / 41
1．7　Operator and 3-D Immersive Training Simulators / 操作员及3-D沉浸式训练仿真器 / 43
1．7．1　Operator Training Simulators (OTS) / 操作员训练仿真器（OTS）/ 43
1．7．2　3-D Immersive Training Simulators (ITS) / 三维沉浸式训练仿真器（ITS）/ 45
1．7．3　Linking the ITS with an OTS / 连接ITS和OTS / 46
1．8　Summary / 总结 / 48
References / 参考文献 / 49
Short Answer Questions / 简答题 / 49
Problems / 习题 / 50

第2章　The Structure and Synthesis of Process Flow Diagrams
工艺流程图的结构与综合 55
2．1　Hierarchy of Process Design / 过程设计的层次结构 / 55
2．2　Step 1—Batch versus Continuous Process / 步骤1——间歇过程与连续过程 / 56
2．3　Step 2—The Input/Output Structure of the Process / 步骤2——过程的输入/输出结构 / 60
2．3．1　Process Concept Diagram / 过程概念图 / 60
2．3．2　The Input/Output Structure of the Process Flow Diagram / 工艺流程图的输入/输出结构 / 61
2．3．3　The Input/Output Structure and Other Features of the Generic Block Flow Process Diagram / 通用方框流程图的输入/输出结构及其他特征 / 63
2．3．4　Other Considerations for the Input/Output Structure of the Process Flowsheet / 工艺流程图输入/输出结构的其他考虑因素 / 65
2．3．5　What Information Can Be Determined Using the Input/Output Diagram for a Process? / 使用过程的输入/输出图可以确定哪些信息 / 68
2．4　Step 3—The Recycle Structure of the Process / 第三步——过程的循环结构 / 70
2．4．1　Efficiency of Raw Material Usage / 原材料使用效率 / 70
2．4．2　Identification and Definition of the Recycle Structure of the Process / 工艺循环结构的识别和定义 / 71
2．4．3　Other Issues Affecting the Recycle Structure That Lead to Process Alternatives / 影响导致工艺替代的循环结构的其他问题 / 75
2．5　Step 4—General Structure of the Separation System / 第4步——分离系统的一般结构 / 83
2．6　Step 5—Heat-Exchanger Network or Process Energy Recovery System / 第5步——换热网络或过程能量回收系统 / 83
2．7　Information Required and Sources / 所需信息和来源 / 83
2．8　Summary / 总结 / 83
References / 参考文献 / 85
Short Answer Questions / 简答题 / 86
Problems / 习题 / 86

第3章　Batch Processing
间歇过程 91
3．1　Design Calculations for Batch Processes / 间歇过程的设计计算 / 91
3．2　Gantt Charts and Scheduling / 甘特图和进度计划 / 97
3．3　Nonoverlapping Operations， Overlapping Operations， and Cycle Times / 非重叠操作、重叠操作和周期时间 / 98
3．4　Flowshop and Jobshop Plants / 流水线和车间工厂 / 101
3．4．1　Flowshop Plants / 流水线工厂 / 101
3．4．2　Jobshop Plants / 车间工厂 / 103
3．5　Product and Intermediate Storage and Parallel Process Units / 产品和中间存储及并行处理单元 / 106
3．5．1　Product Storage for Single-Product Campaigns / 单一产品活动的产品存储 / 106
3．5．2　Intermediate Storage / 中间存储 / 108
3．5．3　Parallel Process Units / 并行处理单元 / 110
3．6　Design of Equipment for Multiproduct Batch Processes / 多产品间歇处理设备的设计 / 111
3．7　Summary / 总结 / 113
References / 参考文献 / 114
Short Answer Questions / 简答题 / 114
Problems / 习题 / 114

第4章　Chemical Product Design
化工产品设计 123
4．1　Strategies for Chemical Product Design / 化工产品设计策略 / 124
4．2　Needs / 需求 / 125
4．3　Ideas / 方法 / 127
4．4　Selection / 筛选 / 128
4．5　Manufacture / 加工 / 130
4．6　Batch Processing / 间歇过程 / 131
4．7　Economic Considerations / 经济因素 / 131
4．8　Summary / 总结 / 132
References / 参考文献 / 132

第5章　Tracing Chemicals through the Process Flow Diagram / 通过工艺流程图追踪化学品 135
5．1　Guidelines and Tactics for Tracing Chemicals / 追踪化学品的指南和策略 / 135
5．2　Tracing Primary Paths Taken by Chemicals in a Chemical Process / 追踪化学品在化学过程中的主要路径 / 136
5．3　Recycle and Bypass Streams / 循环和旁通流 / 142
5．4　Tracing Nonreacting Chemicals / 追踪不反应的化学品 / 145
5．5　Limitations / 局限性 / 145
5．6　Written Process Description / 书面流程概况 / 146
5．7　Summary / 总结 / 147
Problems / 习题 / 147

第6章　Understanding Process Conditions
了解工艺条件 149
6．1　Conditions of Special Concern for the Operation of Separation and Reactor Systems / 分离和反应器系统运行的特别关注条件 / 150
6．1．1　Pressure / 压力 / 150
6．1．2　Temperature / 温度 / 150
6．2　Reasons for Operating at Conditions of Special Concern / 在特别关注条件下操作的原因 / 152
6．3　Conditions of Special Concern for the Operation of Other Equipment / 其他设备运行需要特别关注的条件 / 155
6．4　Analysis of Important Process Conditions / 关键工艺条件分析 / 158
6．4．1　Evaluation of Reactor R-101 / 反应器R-101的评估 / 158
6．4．2　Evaluation of High-Pressure Phase Separator V-102 / 高压相分离器V-102的评估 / 164
6．4．3　Evaluation of Large Temperature Driving Force in Exchanger E-101 / 换热器E-101中高温驱动力的评估 / 164
6．4．4　Evaluation of Exchanger E-102 / 换热器E-102的评估 / 164
6．4．5　Pressure Control Valve on Stream 8 / 流路8上的压力控制阀 / 164
6．4．6　Pressure Control Valve on Stream from V-102 to V-103 / V-102至V-103流路上的压力控制阀 / 164
6．5　Summary / 总结 / 165
References / 参考文献 / 165
Short Answer Questions / 简答题 / 165
Problems / 习题 / 166


第2篇　Engineering Economic Analysis of Chemical Processes
化工过程的工程经济分析 169
第7章　Estimation of Capital Costs
固定成本估算 171
7．1　Classifications of Capital Cost Estimates / 固定成本估算的分类 / 172
7．2　Estimation of Purchased Equipment Costs / 采购设备成本估算 / 175
7．2．1　Effect of Capacity on Purchased Equipment Cost / 产能对采购设备成本的影响 / 175
7．2．2　Effect of Time on Purchased Equipment Cost / 时间对采购设备成本的影响 / 179
7．3　Estimating the Total Capital Cost of a Plant / 估算工厂的总固定成本 / 182
7．3．1　Lang Factor Technique / 朗因子技术 / 184
7．3．2　Module Costing Technique / 模块成本技术 / 185
7．3．3　Bare Module Cost for Equipment at Base Conditions / 基本条件下设备的裸模块成本 / 186
7．3．4　Bare Module Cost for Non-Base-Case Conditions / 非基本条件下的裸模块成本 / 189
7．3．5　Combination of Pressure and MOC Information to Give the Bare Module Factor， FBM， and Bare Module Cost， CBM / 结合压力和MOC信息得出裸模块系数（FBM）和裸模块成本（CBM）/ 199
7．3．6　Algorithm for Calculating Bare Module Costs / 计算裸模块成本的算法 / 200
7．3．7　Grassroots (Green Field) and Total Module Costs / 基层（绿地）和总模块成本 / 201
7．3．8　A Computer Program (CAPCOST) for Capital Cost Estimation Using the Equipment Module Approach / 用设备模块法进行固定成本估算的计算机程序（CAPCOST）/ 204
7．4　Estimation of Plant Costs Based on Capacity Information / 基于产能信息的工厂成本估算 / 206
7．5　Summary / 总结 / 208
References / 参考文献 / 208
Short Answer Questions / 简答题 / 209
Problems / 习题 / 210

第8章 Estimation of Manufacturing Costs
生产成本的估算 213
8．1　Factors Affecting the Cost of Manufacturing a Chemical Product / 影响化工产品生产成本的因素 / 213
8．2　Cost of Operating Labor / 运营人工成本 / 218
8．3　Utility Costs / 公用设施成本 / 219
8．3．1　Background Information on Utilities / 公用设施的背景信息 / 219
8．3．2　Calculation of Utility Costs / 公用设施成本计算 / 221
8．4　Raw Material Costs / 原材料成本 / 234
8．5　Yearly Costs and Stream Factors / 年度成本和生产定额 / 237
8．6　Estimating Utility Costs from the PFD / 根据PFD估算公用设施成本 / 238
8．7　Cost of Treating Liquid and Solid Waste Streams / 处理液体和固体废物流的成本 / 240
8．8　Evaluation of Cost of Manufacture for the Production of Benzene via the Hydrodealkylation of Toluene / 甲苯加氢脱烷基制苯的生产成本估算 / 241
8．9　Summary / 总结 / 242
References / 参考文献 / 243
Short Answer Questions / 简答题 / 243
Problems / 习题 / 244

第9章 Engineering Economic Analysis
工程经济分析 247
9．1　Investments and the Time Value of Money / 投资与货币的时间价值 / 248
9．2　Different Types of Interest / 不同类型的利率 / 251
9．2．1　Simple Interest / 单利 / 252
9．2．2　Compound Interest / 复利 / 252
9．2．3　Interest Rates Changing with Time / 利率随时间的变化 / 253
9．3　Time Basis for Compound Interest Calculations / 复利计算的时间基准 / 254
9．3．1　Effective Annual Interest Rate / 实际年利率 / 254
9．3．2　Continuously Compounded Interest / 连续复利 / 255
9．4　Cash Flow Diagrams / 现金流通图 / 255
9．4．1　Discrete Cash Flow Diagram / 离散现金流通图 / 256
9．4．2　Cumulative Cash Flow Diagram / 累积现金流通图 / 258
9．5　Calculations from Cash Flow Diagrams / 现金流通图计算 / 259
9．5．1　Annuities—A Uniform Series of Cash Transactions / 年金——统一的现金交易系列 / 260
9．5．2　Discount Factors / 折现系数 / 261
9．6　Inflation / 通货膨胀 / 266
9．7　Depreciation of Capital Investment / 资本投资折旧 / 268
9．7．1　Fixed Capital， Working Capital， and Land / 固定资本、营运资本和土地 / 269
9．7．2　Different Types of Depreciation / 不同类型的折旧 / 269
9．7．3　Current Depreciation Method (2017)： Modified Accelerated Cost Recovery System (MACRS) / 现行折旧方法（2017年）：修正的加速成本回收系统（MACRS）/ 273
9．8　Taxation， Cash Flow， and Profit / 税收、现金流和利润 / 274
9．9　Summary / 总结 / 277
References / 参考文献 / 277
Short Answer Questions / 简答题 / 278
Problems / 习题 / 278

第10章　Profitability Analysis
盈利能力分析 285
10．1　A Typical Cash Flow Diagram for a New Project / 新项目的典型现金流通图 / 285
10．2　Profitability Criteria for Project Evaluation / 评估项目的盈利标准 / 287
10．2．1　Nondiscounted Profitability Criteria / 无折现盈利标准 / 287
10．2．2　Discounted Profitability Criteria / 折现盈利标准 / 291
10．3　Comparing Several Large Projects： Incremental Economic Analysis / 比较几个大型项目：增量经济分析 / 295
10．4　Establishing Acceptable Returns from Investments： The Concept of Risk / 建立可接受的投资回报：风险概念 / 298
10．5　Evaluation of Equipment Alternatives / 设备替代品评估 / 299
10．5．1　Equipment with the Same Expected Operating Lives / 具有相同预期使用寿命的设备 / 299
10．5．2　Equipment with Different Expected Operating Lives / 具有不同预期使用寿命的设备 / 300
10．6　Incremental Analysis for Retrofitting Facilities / 改造设施的增量分析 / 305
10．6．1　Nondiscounted Methods for Incremental Analysis / 增量分析的无折现方法 / 305
10．6．2　Discounted Methods for Incremental Analysis / 增量分析的折现方法 / 308
10．7　Evaluation of Risk in Evaluating Profitability / 评估盈利能力时的风险评估 / 309
10．7．1　Forecasting Uncertainty in Chemical Processes / 化工过程的不确定性预测 / 310
10．7．2　Quantifying Risk / 量化风险 / 314
10．8　Profit Margin Analysis / 利润率分析 / 325
10．9　Summary / 总结 / 326
References / 参考文献 / 327
Short Answer Questions / 简答题 / 327
Problems / 习题 / 328


第3篇　Synthesis and Optimization of Chemical Processes
化工过程的合成与优化 343
第11章　Utilizing Experience-Based Principles to Confirm the Suitability of a Process Design
利用基于经验的原则来确认过程设计的适用性 347
11．1　The Role of Experience in the Design Process / 设计过程中经验的作用 / 348
11．1．1　Introduction to Technical Heuristics and Shortcut Methods / 技术探索法和简捷法简介 / 348
11．1．2　Maximizing the Benefits Obtained from Experience / 从经验中获得最大化利益 / 349
11．2　Presentation of Tables of Technical Heuristics and Guidelines / 技术探索法和指南表格 / 351
11．3　Summary / 总结 / 354
List of Informational Tables / 信息表 / 354
References / 参考文献 / 368
Problems / 习题 / 368

第12章　Synthesis of the PFD from the Generic BFD
从通用BFD合成PFD 369
12．1　Information Needs and Sources / 信息需求和来源 / 370
12．1．1　Interactions with Other Engineers and Scientists / 与其他工程师和科学家交流 / 370
12．1．2　Reaction Kinetics Data / 反应动力学数据 / 370
12．1．3　Physical Property Data / 物性数据 / 371
12．2　Reactor Section / 反应器部分 / 372
12．3　Separator Section / 分离器部分 / 373
12．3．1　General Guidelines for Choosing Separation Operations / 选择分离操作的一般准则 / 374
12．3．2　Sequencing of Distillation Columns for Simple Distillation / 简单蒸馏的蒸馏塔排序 / 376
12．3．3　Azeotropic Distillation / 共沸蒸馏 / 378
12．4　Reactor Feed Preparation and Separator Feed Preparation Sections / 反应器进料和分离器进料部分 / 388
12．5　Recycle Section / 再循环部分 / 389
12．6　Environmental Control Section / 环境控制组 / 389
12．7　Major Process Control Loops / 主要过程控制回路 / 390
12．8　Flow Summary Table / 流量汇总表 / 390
12．9　Major Equipment Summary Table / 主要设备汇总表 / 390
12．10　Summary / 总结 / 391
References / 参考文献 / 391
Problems / 习题 / 392

第13章　Synthesis of a Process Using a Simulator and Simulator Troubleshooting
使用模拟器进行过程合成及模拟器故障排除 397
13．1　The Structure of a Process Simulator / 过程模拟器的结构 / 398
13．2　Information Required to Complete a Process Simulation： Input Data / 完成过程模拟所需的信息：输入数据 / 401
13．2．1　Selection of Chemical Components / 化学成分的选择 / 401
13．2．2　Selection of Physical Property Models / 物性模型的选择 / 401
13．2．3　Selection and Input of Flowsheet Topology / 流程拓扑的选择和输入 / 404
13．2．4　Selection of Feed Stream Properties / 进料物流特性的选择 / 404
13．2．5　Selection of Equipment Parameters / 设备参数的选择 / 405
13．2．6　Selection of Output Display Options / 输出显示选项的选择 / 411
13．2．7　Selection of Convergence Criteria and Running a Simulation / 收敛性判定准则的选择与仿真 / 411
13．2．8　Common Errors in Using Simulators / 使用模拟器的常见错误 / 412
13．3　Handling Recycle Streams / 处理再循环流 / 413
13．4　Choosing Thermodynamic Models / 选择热力学模型 / 415
13．4．1　Pure-Component Properties / 纯组分性质 / 416
13．4．2　Enthalpy / 焓 / 416
13．4．3　Phase Equilibria / 相平衡 / 416
13．4．4　Using Thermodynamic Models / 使用热力学模型 / 424
13．5　Case Study： Toluene Hydrodealkylation Process / 案例研究：甲苯加氢脱烷基化工艺 / 426
13．6　Electrolyte Systems Modeling / 电解质系统建模 / 428
13．6．1　Fundamentals of Modeling Electrolyte Systems / 电解质系统建模基础 / 429
13．6．2　Steps Needed to Build the Model of an Aqueous Electrolyte System and the Estimation of Parameters / 建立水电解质系统模型的步骤和参数估计 / 435
13．7　Solids Modeling / 实体模型 / 440
13．7．1　Physical Properties / 物理性质 / 440
13．7．2　Parameter Requirements for Solids Model / 实体模型的参数要求 / 442
附录13．1　Calculation of Excess Gibbs Energy for Electrolyte Systems
电解质系统超额吉布斯能的计算 / 445
附录13．2　Steps to Build a Model of a Distillation Column for an Electrolyte System Using a Rate-Based Simulation with a Film Model for Mass Transfer， the Parameters Required at Each Stage， and Possible Sources of These Parameters
使用基于速率的模拟建立电解质系统精馏塔模型的步骤，包括传质薄膜模型、每个阶段所需的参数以及这些参数的可能来源 / 447
13．8　Summary / 总结 / 450
References / 参考文献 / 451
Short Answer Questions / 简答题 / 454
Problems / 习题 / 455

第14章 Process Optimization
过程优化 463
14．1　Background Information on Optimization / 优化的背景信息 / 463
14．1．1　Common Misconceptions / 常见误区 / 465
14．1．2　Estimating Problem Difficulty / 评估问题难度 / 467
14．1．3　Top-Down and Bottom-Up Strategies / 自上而下法和自下而上法 / 468
14．1．4　Communication of Optimization Results / 优化结果的讨论 / 468
14．2　Strategies / 方法 / 469
14．2．1　Base Case / 基本情况 / 469
14．2．2　Objective Functions / 目标函数 / 470
14．2．3　Analysis of the Base Costs / 基础成本分析 / 471
14．2．4　Identifying and Prioritizing Key Decision Variable / 识别关键决策变量并确定其优先级 / 471
14．3　Topological Optimization / 拓扑优化 / 473
14．3．1　Introduction / 引言 / 473
14．3．2　Elimination of Unwanted Nonhazardous By-Products or Hazardous Waste Streams / 消除不需要的无害副产品或危险废物流 / 473
14．3．3　Elimination and Rearrangement of Equipment / 设备的淘汰和重新布置 / 475
14．3．4　Alternative Separation Schemes and Reactor Configurations / 可选的分离方案和反应器配置 / 477
14．4　Parametric Optimization / 参数优化 / 479
14．4．1　Single-Variable Optimization： A Case Study on T-201， the DME Separation Column / 单变量优化：二甲醚分离塔T-201的实例研究 / 480
14．4．2　Two-Variable Optimization： The Effect of Pressure and Reflux Ratio on T-201， the DME Separation Column / 双变量优化：压力和回流比对二甲醚分离塔T-201的影响 / 481
14．4．3　Flowsheet Optimization Using Key Decision Variables / 利用关键决策变量进行过程优化 / 484
14．5　Lattice Search， Response Surface， and Mathematical Optimization Techniques / 点阵搜索、响应面和数学优化技术 / 489
14．6　Process Flexibility and the Sensitivity of the Optimum / 过程灵活性和最佳灵敏度 / 489
14．7　Optimization in Batch Systems / 间歇处理系统中的优化 / 490
14．7．1　Problem of Scheduling Equipment / 设备调度问题 / 490
14．7．2　Problem of Optimum Cycle Time / 最佳周期问题 / 495
14．8　Summary / 总结 / 497
References / 参考文献 / 498
Short Answer Questions / 简答题 / 498
Problems / 习题 / 498

第15章　Pinch Technology
夹点技术 509
15．1　Introduction / 引言 / 509
15．2　Heat Integration and Network Design / 热集成和网络设计 / 510
15．3　Composite Temperature-Enthalpy Diagram / 复合温度-焓图 / 523
15．4　Composite Enthalpy Curves for Systems without a Pinch / 无夹点系统的复合焓曲线 / 524
15．5　Using the Composite Enthalpy Curve to Estimate Heat-Exchanger Surface Area / 用复合焓曲线估算换热器表面积 / 525
15．6　Effectiveness Factor (F ) and the Number of Shells / 有效系数（F）和壳程数 / 529
15．7　Combining Costs to Give the EAOC for the Network / 综合成本给出网络的EAOC / 534
15．8　Other Considerations / 其他注意事项 / 536
15．8．1　Materials of Construction and Operating Pressure Issues / 设备材料和操作压力 / 536
15．8．2　Problems with Multiple Utilities / 多个公用设施 / 539
15．8．3　Handling Streams with Phase Changes / 处理相变流 / 539
15．9　Heat-Exchanger Network Synthesis Analysis and Design (HENSAD) Program / 换热器网络综合分析与设计（HENSAD）程序 / 540
15．10　Mass-Exchange Networks / 质量交换网络 / 541
15．11　Summary / 总结 / 550
References / 参考文献 / 550
Short Answer Questions / 简答题 / 551
Problems / 习题 / 552

第16章　Advanced Topics Using Steady-State Simulators
使用稳态模拟器的前沿主题 561
16．1　Why the Need for Advanced Topics in Steady-State Simulation? / 为什么要在稳态模拟中讨论前沿话题 / 562
16．2　User-Added Models / 用户添加模型 / 562
16．2．1　Unit Operation Models / 单元操作模型 / 563
16．2．2　User Thermodynamic and Transport Models / 用户热力学和传输模型 / 564
16．2．3　User Kinetic Models / 用户动力学模型 / 568
16．3　Solution Strategy for Steady-State Simulations / 稳态模拟的方案策略 / 571
16．3．1　Sequential Modular (SM) / 序贯模块法（SM）/ 572
16．3．2　Equation-Oriented (EO) / 联立方程法（EO）/ 585
16．3．3　Simultaneous Modular (SMod) / 同步模块化（SMod）/ 586
16．4　Studies with the Steady-State Simulation / 稳态模拟研究 / 589
16．4．1　Sensitivity Studies / 灵敏度研究 / 589
16．4．2　Optimization Studies / 优化研究 / 589
16．5　Estimation of Physical Property Parameters / 物性参数评估 / 601
16．6　Summary / 总结 / 605
References / 参考文献 / 605
Short Answer Questions / 简答题 / 607
Problems / 习题 / 607

第17章　Using Dynamic Simulators in Process Design
在过程设计中使用动态模拟器 617
17．1　Why Is There a Need for Dynamic Simulation? / 为什么需要动态模拟 / 618
17．2　Setting Up a Dynamic Simulation / 建立动态模拟 / 619
17．2．1　Step 1： Topological Change in the Steady-State Simulation / 步骤1：稳态模拟中的拓扑变化 / 619
17．2．2　Step 2： Equipment Geometry and Size / 步骤2：设备几何形状和尺寸 / 622
17．2．3　Step 3： Additional Dynamic Data/Dynamic Specification / 步骤3：附加动态数据/动态规范 / 624
17．3　Dynamic Simulation Solution Methods / 动态模拟求解方法 / 633
17．3．1　Initialization / 赋初值 / 634
17．3．2　Solution of the DAE System / DAE系统求解方法 / 634
17．4　Process Control / 过程控制 / 639
17．5　Summary / 总结 / 647
References / 参考文献 / 647
Short Answer Questions / 简答题 / 648
Problems / 习题 / 649

第18章　Regulation and Control of Chemical Processes with Applications Using Commercial Software
使用商业软件对化工过程进行调节和控制 655
18．1　A Simple Regulation Problem / 一个简单的调节问题 / 656
18．2　The Characteristics of Regulating Valves / 调节阀的特性 / 657
18．3　Regulating Flowrates and Pressures / 调节流量和压力 / 660
18．4　The Measurement of Process Variables / 过程变量的测量 / 662
18．5　Common Control Strategies Used in Chemical Processes / 化工过程中常用的控制策略 / 663
18．5．1　Feedback Control and Regulation / 反馈控制和调节 / 663
18．5．2　Feed-Forward Control and Regulation / 前馈控制和调节 / 665
18．5．3　Combination Feedback and Feed-Forward Control / 反馈和前馈联合控制 / 667
18．5．4　Cascade Regulation / 串级调控 / 668
18．5．5　Ratio Control / 比例调节 / 669
18．5．6　Split-Range Control / 分程控制 / 671
18．6　Exchanging Heat and Work between Process and Utility Streams / 在工艺和公用设施流之间交换热量和功 / 674
18．6．1　Increasing the Pressure of a Process Stream and Regulating Its Flowrate / 增加工艺流的压力并调节其流量 / 674
18．6．2　Exchanging Heat between Process Streams and Utilities / 在工艺流和公用设施之间换热 / 676
18．6．3　Exchanging Heat between Process Streams / 在工艺流之间换热 / 679
18．7　Logic Control / 逻辑控制 / 680
18．8　Advanced Process Control / 先进过程控制技术 / 682
18．8．1　Statistical Process Control (SPC) / 统计过程控制（SPC）/ 682
18．8．2　Model-Based Control / 基于模型的控制 / 683
18．9　Case Studies / 案例研究 / 683
18．9．1　The Cumene Reactor， R-801 / 异丙苯反应器R-801 / 683
18．9．2　A Basic Control System for a Binary Distillation Column / 二元精馏塔的基本控制系统 / 685
18．9．3　A More Sophisticated Control System for a Binary Distillation Column / 一种更精密的二元精馏塔控制系统 / 687
18．10　Putting It All Together： The Operator Training Simulator (OTS) / 综合考虑：操作员训练仿真器（OTS）/ 688
18．11　Summary / 总结 / 689
References / 参考文献 / 690
Problems / 习题 / 690


第4篇　Chemical Equipment Design and Performance Process Equipment Design and Performance
化工设备和工艺设备的设计与性能 / 695
第19章　Process Fluid Mechanics / 过程流体力学 697
19．1　Basic Relationships in Fluid Mechanics / 流体力学中的基本关系 / 697
19．1．1　Mass Balance / 物料衡算 / 698
19．1．2　Mechanical Energy Balance / 机械能衡算 / 700
19．1．3　Force Balance / 力平衡 / 703
19．2　Fluid Flow Equipment / 流体流动设备 / 703
19．2．1　Pipes / 管道 / 703
19．2．2　Valves / 阀门 / 705
19．2．3　Pumps / 泵 / 706
19．2．4　Compressors / 压缩机 / 707
19．3　Frictional Pipe Flow / 摩擦管流 / 709
19．3．1　Calculating Frictional Losses / 计算摩擦损失 / 709
19．3．2　Incompressible Flow / 不可压缩流动 / 712
19．3．3　Compressible Flow / 可压缩流动 / 719
19．3．4　Choked Flow / 壅塞流 / 720
19．4　Other Flow Situations / 其他流动情况 / 723
19．4．1　Flow Past Submerged Objects / 流过水下物体 / 723
19．4．2　Fluidized Beds / 流化床 / 728
19．4．3　Flowrate Measurement / 流量测量 / 730
19．5　Performance of Fluid Flow Equipment / 流体流动设备的性能 / 736
19．5．1　Base-Case Ratios / 基本方案比率 / 736
19．5．2　Net Positive Suction Head / 汽蚀余量 / 739
19．5．3　Pump and System Curves / 泵与系统曲线 / 743
19．5．4　Compressors / 压缩机 / 749
19．5．5　Performance of the Feed Section to a Process / 工艺进料部分的性能 / 752
References / 参考文献 / 755
Short Answer Questions / 简答题 / 756
Problems / 习题 / 757

第20章　Process Heat Transfer
过程传热 771
20．1　Basic Heat-Exchanger Relationships / 基本换热器关系 / 771
20．1．1　Countercurrent Flow / 逆流 / 771
20．1．2　Cocurrent Flow / 并流 / 773
20．1．3　Streams with Phase Changes / 相变流 / 775
20．1．4　Nonlinear Q Versus T Curves / 非线性Q-T曲线 / 776
20．1．5　Overall Heat Transfer Coefficient， U， Varies along the Exchanger / 总传热系数U沿换热器的变化 / 777
20．2　Heat-Exchange Equipment Design and Characteristics / 换热设备设计及特点 / 779
20．2．1　Shell-and-Tube Heat Exchangers / 管壳式换热器 / 779
20．3　LMTD Correction Factor for Multiple Shell and Tube Passes / 多管程和多壳程的LMTD校正系数 / 789
20．3．1　Background / 背景 / 789
20．3．2　Basic Configuration of a Single-Shell-Pass， Double-Tube-Pass (1-2) Exchanger / 单壳程、双管程（1-2）换热器的基本配置 / 790
20．3．3　Multiple Shell-and-Tube-Pass Exchangers / 多管壳式换热器 / 793
20．3．4　Cross-Flow Exchangers / 错流换热器 / 797
20．3．5　LMTD Correction and Phase Change / LMTD校正和相变 / 797
20．4　Overall Heat Transfer Coefficients—Resistances in Series / 总传热系数——串联热阻 / 798
20．5　Estimation of Individual Heat Transfer Coefficients and Fouling Resistances / 单项传热系数和污垢阻力的估算 / 800
20．5．1　Heat Transfer Resistances Due to Fouling / 污垢引起的换热阻力 / 800
20．5．2　Thermal Conductivities of Common Metals and Tube Properties / 常见金属的热导率和管材性能 / 800
20．5．3　Correlations for Film Heat Transfer Coefficients / 膜传热系数的关联式 / 803
20．6　Extended Surfaces / 扩大换热面 / 828
20．6．1　Rectangular Fin with Constant Thickness / 等厚矩形翅片 / 829
20．6．2　Fin Efficiency for Other Fin Geometries / 其他形状翅片的效率 / 830
20．6．3　Total Heat Transfer Surface Effectiveness / 总传热表面效率 / 831
20．7　Algorithm and Worked Examples for the Design of Heat Exchangers / 换热器设计的算法与实例 / 837
20．7．1　Pressure Drop Considerations / 压降考虑因素 / 837
20．7．2　Design Algorithm / 设计算法 / 838
20．8　Performance Problems / 性能问题 / 846
20．8．1　What Variables to Specify in Performance Problems / 在性能问题中要指定什么变量 / 847
20．8．2　Using Ratios to Determine Heat-Exchanger Performance / 用比值确定换热器的性能 / 847
20．8．3　Worked Examples for Performance Problems / 性能问题的工作示例 / 850
References / 参考文献 / 859
附录20．A　Heat-Exchanger Effectiveness Charts / 换热器效率图 / 861
附录20．B　Derivation of Fin Effectiveness for a Rectangular Fin / 矩形翅片的翅片效率推导 / 864
Short Answer Questions / 简答题 / 866
Problems / 习题 / 866

第21章　Separation Equipment
分离设备 875
21．1　Basic Relationships in Separations / 分离中的基本关系 / 876
21．1．1　Mass Balances / 质量衡算 / 876
21．1．2　Energy Balances / 能量衡算 / 877
21．1．3　Equilibrium Relationships / 平衡关系 / 877
21．1．4　Mass Transfer Relationships / 传质关系 / 878
21．1．5　Rate Expressions / 速率表达式 / 882
21．2　Illustrative Diagrams / 示意图 / 883
21．2．1　TP-xy Diagrams / TP-xy图 / 883
21．2．2　McCabe-Thiele Diagram / M-T图 / 888
21．2．3　Dilute Solutions—The Kremser and Colburn Methods / 稀释溶液——Kremser和Colburn方法 / 905
21．3　Equipment / 设备 / 911
21．3．1　Drums / 转鼓 / 911
21．3．2　Tray Towers / 板式塔 / 912
21．3．3　Packed Towers / 填料塔 / 926
21．3．4　Tray Tower or Packed Tower? / 板式塔还是填料塔 / 933
21．3．5　Performance of Packed and Tray Towers / 填料塔和板式塔的性能 / 933
Case Study / 案例研究 / 934
21．4　Extraction Equipment / 萃取设备 / 942
21．4．1　Mixer-Settlers / 混合澄清槽 / 943
21．4．2　Static and Pulsed Columns / 静态脉动塔 / 943
21．4．3　Agitated Columns / 搅拌塔 / 943
21．4．4　Centrifugal Extractors / 离心萃取器 / 943
21．5　Gas Permeation Membrane Separations / 气体渗透膜分离 / 947
21．5．1　Equipment / 设备 / 947
21．5．2　Models for Gas Permeation Membranes / 气体渗透膜模型 / 949
21．5．3　Practical Issues / 实际问题 / 950
References / 参考文献 / 951
Short Answer Questions / 简答题 / 952
Problems / 习题 / 954

第22章　Reactors
反应器 961
22．1　Basic Relationships / 基本关系 / 962
22．1．1　Kinetics / 动力学 / 962
22．1．2　Equilibrium / 平衡 / 964
22．1．3　Additional Mass Transfer Effects / 附加传质效应 / 965
22．1．4　Mass Balances / 质量衡算 / 970
22．1．5　Energy Balances / 能量衡算 / 971
22．1．6　Reactor Models / 反应器模型 / 972
22．2　Equipment Design for Nonisothermal Conditions / 非等温条件下的设备设计 / 980
22．2．1　Nonisothermal Continuous Stirred Tank Reactor / 非等温连续搅拌釜反应器 / 980
22．2．2　Nonisothermal Plug Flow Reactor / 非等温活塞流反应器 / 984
22．2．3　Fluidized Bed Reactor / 流化床反应器 / 999
22．3　Performance Problems / 性能问题 / 1003
22．3．1　Ratios for Simple Cases / 简单案例的比率 / 1003
22．3．2　More Complex Examples / 更复杂的情况 / 1004
References / 参考文献 / 1007
Short Answer Questions / 简答题 / 1007
Problems / 习题 / 1008

第23章　Other Equipment
其他设备 1015
23．1　Pressure Vessels / 压力容器 / 1016
23．1．1　Material Properties / 材料特性 / 1016
23．1．2　Basic Design Equations / 基本设计方程 / 1016
23．2　Knockout Drums or Simple Phase Separators / 分液罐或简单分相器 / 1024
23．2．1　Vapor-Liquid (V-L) Separation / 气液（V-L）分离 / 1025
23．2．2　Design of Vertical V-L Separators / 立式气液分离器的设计 / 1029
23．2．3　Design of Horizontal V-L Separators / 卧式气液分离器的设计 / 1032
23．2．4　Mist Eliminators and Other Internals / 除雾器和其他内部构件 / 1036
23．2．5　Liquid-Liquid (L-L) Separation / 液液（L-L）分离 / 1044
23．3　Steam Ejectors / 蒸汽喷射器 / 1049
23．3．1　Estimating Air Leaks into Vacuum Systems and the Load for Steam Ejectors / 估算真空系统的空气泄漏和蒸汽喷射器的负荷 / 1050
23．3．2　Single-Stage Steam Ejectors / 单级蒸汽喷射器 / 1051
23．3．3　Multistage Steam Ejectors / 多级蒸汽喷射器 / 1054
23．3．4　Performance of Steam Ejectors / 蒸汽喷射器的性能 / 1057
References / 参考文献 / 1058
Short Answer Questions / 简答题 / 1059
Problems / 习题 / 1060

第24章　Process Troubleshooting and Debottlenecking
过程故障排除和瓶颈消除 1065
24．1　Recommended Methodology / 优选方法 / 1067
24．1．1　Elements of Problem-Solving Strategies / 解决问题策略的原理 / 1067
24．1．2　Application to Troubleshooting Problems / 故障排除问题的应用 / 1069
24．2　Troubleshooting Individual Units / 单个单元的故障排除 / 1071
24．2．1　Troubleshooting a Packed-Bed Absorber / 填充床吸收器的故障排除 / 1071
24．2．2　Troubleshooting the Cumene Process Feed Section / 异丙苯工艺进料段故障排除 / 1074
24．3　Troubleshooting Multiple Units / 多个单元的故障排除 / 1076
24．3．1　Troubleshooting Off-Specification Acrylic Acid Product / 不合格丙烯酸产品的故障排除 / 1076
24．3．2　Troubleshooting Steam Release in Cumene Reactor / 异丙苯反应器蒸汽释放的故障排除 / 1078
24．4　A Process Troubleshooting Problem / 过程故障排除问题 / 1081
24．5　Debottlenecking Problems / 消除瓶颈问题 / 1085
24．6　Summary / 总结 / 1091
References / 参考文献 / 1091
Problems / 习题 / 1091


第5篇　The Impact of Chemical Engineering Design on Society
化工设计对社会的影响 1101
第25章　Ethics and Professionalism
伦理学和职业精神 1103
25．1　Ethics / 伦理学 / 1104
25．1．1　Moral Autonomy / 道德自治 / 1105
25．1．2　Rehearsal / 预演 / 1105
25．1．3　Reflection in Action / 反思行动 / 1106
25．1．4　Mobile Truth / 多变的真相 / 1107
25．1．5　Nonprofessional Responsibilities / 非职业责任 / 1108
25．1．6　Duties and Obligations / 责任和义务 / 1110
25．1．7　Codes of Ethics / 道德准则 / 1110
25．1．8　Whistle-Blowing / 披露 / 1115
25．1．9　Ethical Dilemmas / 伦理困境 / 1117
25．1．10　Additional Ethics Heuristics / 其余的道德启发 / 1118
25．1．11　Other Resources / 其他资源 / 1118
25．2　Professional Registration / 职业登记注册 / 1121
25．2．1　Engineer-in-Training / 工程师进修 / 1122
25．2．2　Registered Professional Engineer / 注册专业工程师 / 1124
25．3　Legal Liability / 法律责任 / 1125
25．4　Business Codes of Conduct / 商业行为准则 / 1126
25．5　Summary / 总结 / 1127
References / 参考文献 / 1128
Problems / 习题 / 1129

第26章　Health， Safety， and the Environment
健康、安全和环境 1131
26．1　Risk Assessment / 风险评估 / 1131
26．1．1　Accident Statistics / 事故统计 / 1132
26．1．2　Worst-Case Scenarios / 最坏情景分析 / 1133
26．1．3　The Role of the Chemical Engineer / 化学工程师的作用 / 1134
26．2　Regulations and Agencies / 法规和机构 / 1134
26．2．1　OSHA and NIOSH / OSHA和NIOSH / 1135
26．2．2　Environmental Protection Agency (EPA) / 环境保护署（EPA） / 1140
26．2．3　Nongovernmental Organizations / 非政府组织 / 1143
26．3　Fires and Explosions / 火灾和爆炸 / 1143
26．3．1　Terminology / 专业术语 / 1143
26．3．2　Pressure-Relief Systems / 减压系统 / 1145
26．4　Process Hazard Analysis / 过程危害分析 / 1145
26．4．1　HAZOP (Hazard and Operability Study) / HAZOP（危险与可操作性分析）/ 1146
26．4．2　Dow Fire & Explosion Index and Chemical Exposure Index / 陶氏火灾爆炸指数和化学曝光指数 / 1147
26．5　Chemical Safety and Hazard Investigation Board / 化学品安全和危险调查委员会 / 1153
26．6　Inherently Safe Design / 本质安全设计 / 1153
26．7　Summary / 总结 / 1154
26．8　Glossary / 专业术语 / 1154
References / 参考文献 / 1156
Problems / 习题 / 1157

第27章　Green Engineering
绿色工程 1159
27．1　Environmental Regulations / 环境法规 / 1159
27．2　Environmental Fate of Chemicals / 化学品的环境归宿 / 1160
27．3　Green Chemistry / 绿色化学 / 1163
27．4　Pollution Prevention during Process Design / 工艺设计中的污染防治 / 1164
27．5　Analysis of a PFD for Pollution Performance and Environmental Performance / 污染性能和环境性能的 PFD 分析 / 1166
27．6　An Example of the Economics of Pollution Prevention / 污染防治经济学实例 / 1167
27．7　Life Cycle Analysis / 生命周期分析 / 1168
27．8　Summary / 总结 / 1169
References / 参考文献 / 1170
Problems / 习题 / 1171


第6篇　Interpersonal and Communication Skills
人际关系和沟通技巧 1173
第28章　Teamwork
团队合作 1175
28．1　Groups / 团队 / 1175
28．1．1　Characteristics of Effective Groups / 高效团队的特征 / 1176
28．1．2　Assessing and Improving the Effectiveness of a Group / 评估和提高团队效率 / 1178
28．1．3　Organizational Behaviors and Strategies / 组织行为与策略 / 1180
28．2　Group Evolution / 团队的发展历程 / 1184
28．2．1　Forming / 形成阶段 / 1184
28．2．2　Storming / 调整阶段 / 1184
28．2．3　Norming / 规范化阶段 / 1185
28．2．4　Performing / 执行阶段 / 1186
28．3　Teams and Teamwork / 团队与团队合作 / 1186
28．3．1　When Groups Become Teams / 小组变为团队 / 1186
28．3．2　Unique Characteristics of Teams / 团队的独特特征 / 1187
28．4　Misconceptions / 误区 / 1189
28．4．1　Team Exams / 团队考核 / 1189
28．4．2　Overreliance on Team Members / 过度依赖团队成员 / 1189
28．5　Learning in Teams / 团队学习 / 1189
28．6　Other Reading / 其他材料 / 1190
28．7　Summary / 总结 / 1191
References / 参考文献 / 1192
Problems / 习题 / 1192

第29章　Written and Oral Communication
书面与口头交流 1195
29．1　Audience Analysis / 受众分析 / 1196
29．2　Written Communication / 书面交流 / 1196
29．2．1　Design Reports / 设计报告 / 1197
29．2．2　Transmittal Letters or Memos / 传送信件或备忘录 / 1198
29．2．3　Executive Summaries and Abstracts / 执行概述和摘要 / 1198
29．2．4　Other Types of Written Communication / 其他类型的书面交流 / 1199
29．2．5　Exhibits (Figures and Tables) / 附件（图片和表格）/ 1200
29．2．6　References / 参考文献 / 1200
29．2．7　Strategies for Writing / 写作方法 / 1201
29．2．8　WVU and Auburn University Guidelines for Written Design Reports / 西弗吉尼亚大学和奥本大学书面设计报告指南 / 1202
29．3　Oral Communication / 口头交流 / 1209
29．3．1　Formal Oral Presentations / 正式口头报告 / 1210
29．3．2　Briefings / 简述 / 1211
29．3．3　Visual Aids / 视觉辅助 / 1211
29．3．4　WVU and Auburn University Oral Presentation Guidelines / 西弗吉尼亚大学和奥本大学口头报告指南 / 1212
29．4　Software and Author Responsibility / 软件与作者职责 / 1215
29．4．1　Spell Checkers / 拼写检查 / 1215
29．4．2　Thesaurus / 同义词典 / 1215
29．4．3　Grammar Checkers / 语法检查 / 1215
29．4．4　Graphs / 图片 / 1216
29．4．5　Tables / 表格 / 1217
29．4．6　Colors and Exotic Features / 色彩与异域特征 / 1217
29．4．7　Raw Output from Process Simulators / 过程模拟器的初始结果 / 1217
29．5　Summary / 总结 / 1218
References / 参考文献 / 1218
Problems / 习题 / 1219

第30章　A Report-Writing Case Study
报告写作案例研究 1221
30．1　The Assignment Memorandum / 任务备忘录 / 1221
30．2　Response Memorandum / 回应备忘录 / 1222
30．3　Visual Aids / 视觉辅助 / 1224
30．4　Example Reports / 报告实例 / 1230
30．4．1　An Example of a Portion of a Student Written Report / 学生书面报告的部分示例 / 1231
30．4．2　An Example of an Improved Student Written Report / 学生书面报告的改进示例 / 1232
30．5　Checklist of Common Mistakes and Errors / 常见错误 / 1243
30．5．1　Common Mistakes for Visual Aids / 视觉辅助的常见错误 / 1243
30．5．2　Common Mistakes for Written Text / 书面文本的常见错误 / 1244


电子版附录A　Cost Equations and Curves for the CAPCOST Program
CAPCOST程序的成本方程和曲线 1247
A．1　Purchased Equipment Costs / 采购设备成本 / 1247
A．2　Pressure Factors / 压力因素 / 1264
A．3　Material Factors and Bare Module Factors / 材料因素和裸模块系数 / 1267

电子版附录B Information for the Preliminary Design of Fifteen Chemical Processes
十五种化工工艺初步设计资料 1277
B．1　Dimethyl Ether (DME) Production， Unit 200 / 制备二甲醚（DME）（装置200）/ 1278
B．2　Ethylbenzene Production， Unit 300 / 制备乙苯（装置300）/ 1283
B．3　Styrene Production， Unit 400 / 制备苯乙烯（装置400）/ 1291
B．4　Drying Oil Production， Unit 500 / 制备干性油（装置500）/ 1299
B．5　Production of Maleic Anhydride from Benzene， Unit 600 / 由苯制备马来酸酐（装置600） / 1305
B．6　Ethylene Oxide Production， Unit 700 / 制备环氧乙烷（装置700）/ 1311
B．7　Formalin Production， Unit 800 / 制备福尔马林（装置800）/ 1317
B．8　Batch Production of L-Phenylalanine and L-Aspartic Acid， Unit 900 / 批量制备L-苯丙氨酸和 L-天冬氨酸（装置900）/ 1323
B．9　Acrylic Acid Production via The Catalytic Partial Oxidation of Propylene， Unit 1000 / 丙烯催化部分氧化制备丙烯酸（装置1000）/ 1329
B．10　Production of Acetone via the Dehydrogenation of Isopropyl Alcohol (IPA)， Unit 1100 / 异丙醇（IPA）脱氢制备丙酮（装置1100）/ 1338
B．11　Production of Heptenes from Propylene and Butenes， Unit 1200 / 丙烯和丁烯制备庚烯（装置1200）/ 1345
B．12　Design of a Shift Reactor Unit to Convert CO to CO2， Unit 1300 / 设计由CO转化为CO2的变换反应器（装置1300）/ 1352
B．13　Design of a Dual-Stage Selexol Unit to Remove CO2 and H2S from Coal-Derived Synthesis Gas， Unit 1400 / 设计从煤衍生合成气中去除CO2和H2S的双级Selexol装置（装置1400）/ 1356
B．14　Design of a Claus Unit for the Conversion of H2S to Elemental Sulfur， Unit 1500 / 设计用于将H2S转化为元素硫的Claus装置（装置1500）/ 1363
B．15　Modeling a Downward-Flow， Oxygen-Blown， Entrained-Flow Gasifier， Unit 1600 / 模拟向下流动、吹氧、气流床气化炉（装置1600）/ 1371

电子版附录Ｃ　Design Projects
设计项目 1379
项目1　Increasing the Production of 3-Chloro-1-Propene (Allyl Chloride) in Unit 600 / 提高装置600的 3-氯-1-丙烯（烯丙基氯）的产量 / 1381
项目2　Design and Optimization of a New 20，000-Metric-Tons-per-Year Facility to Produce Allyl Chloride at La Nueva antina， Mexico
设计并优化位于墨西哥La Nueva Cantina的年产20000吨烯丙基氯的新设备 / 1394
项目3　Scale-Down of Phthalic Anhydride Production at TBWS Unit 700 / TBWS 700装置邻苯二甲酸酐生产规模缩减 / 1401
项目4　The Design of a New 100，000-Metric-Tons-per-Year Phthalic Anhydride Production Facility / 设计新的年产10万吨的邻苯二甲酸酐生产装置 / 1412
项目5　Problems at the Cumene Production Facility， Unit 800 / 异丙苯生产设施的问题（装置800）/ 1417
项目6　Design of a New 100，000-Metric-Tons-per-Year Cumene Production Facility / 设计新的年产10万吨的异丙苯生产设施 / 1430

Index
电子版索引