《基于多尺度建模的綠色化工流程設計及動態控制》共九章，內容包括：綠色化工的基本概念、方法和新進展，多尺度模擬在綠色化工設計中的具體應用，煤化學鏈氣化過程的分子動力學模擬及實驗驗證、流體力學參數優化、廢水處理優化設計以及聯合循環發電系統設計，基于萃取法的廢水處理工藝設計，“以廢治廢”理念下的廢水處理工藝設計，基于電滲析的高鹽廢水處理工藝設計以及基于醇胺吸收的碳捕獲技術。采用分子模擬與流程模擬、理論計算與實驗測試相結合的多尺度、多策略的新型協同式研究手段，有效提高化工裝置的運行效率和能源利用率，降低生產過程中的環境污染和能源消耗。
本書可作為化工、環境及相關專業的研究生教材及參考書，也可供相關專業的工程技術人員參考使用。
第1章 緒論1
1.1 綠色化工背景及意義 1
1.1.1 化工生產特點 1
1.1.2 綠色化工生產的必要性 2
1.2 廢水處理研究現狀 3
1.2.1 廢水處理方法 4
1.2.2 萃取劑的選擇 5
1.2.3 高鹽廢水處理進展 6
1.2.4 流程設計在廢水處理中的應用 7
1.3 綠色化工過程設計概述 8
1.3.1 化工過程設計與開發現狀 8
1.3.2 過程綜合技術研究 9
1.4 動態控制研究現狀 10
1.4.1 復雜網絡應用 10
1.4.2 動態機理模擬技術 11
1.4.3 動態安全評價 12
1.5 多尺度模擬研究現狀 13
1.5.1 分子動力學模擬 13
1.5.2 流體力學模擬 14
1.5.3 流程模擬 15
1.6 研究思路 15
本章小結 18
參考文獻 18
第2章 煤化學鏈氣化過程的分子動力學模擬研究及實驗驗證26
2.1 研究思路 26
2.2 以氧化銅為載氧體的煤化學鏈氣化微觀過程研究 27
2.2.1 模型構建 28
2.2.2 能量和幾何優化 32
2.2.3 MD 退火模擬 34
2.2.4 溫度與壓力弛豫 36
2.2.5 ReaxFF-MD 模擬 37
2.3 以氧化銅為載氧體的煤化學鏈氣化過程實驗 38
2.3.1 實驗材料及設備 38
2.3.2 載氧體制備 39
2.3.3 實驗流程 39
2.4 MD 模擬與實驗結果對比分析與討論 40
本章小結 43
參考文獻 44
第3章 煤化學鏈氣化過程流體力學參數優化45
3.1 研究思路 45
3.2 化學鏈氣化裝置設計參數 45
3.3 模型的建立 47
3.3.1 連續性方程 47
3.3.2 動量方程 47
3.3.3 能量方程 49
3.3.4 化學反應動力學模型 50
3.4 參數優化 51
3.4.1 載氧體的選擇 51
3.4.2 載氧體的最佳停留時間 54
3.4.3 載氧體流量對化學鏈氣化過程的影響 55
3.4.4 水蒸氣流量對化學鏈氣化過程的影響 55
3.4.5 燃料反應器溫度對化學鏈氣化過程的影響 56
本章小結 58
參考文獻 59
第4章 煤化學鏈氣化過程廢水處理優化設計60
4.1 研究思路 61
4.2 煤化學鏈氣化廢水來源研究 61
4.2.1 煤化學鏈氣化廢水產生過程 61
4.2.2 煤化學鏈氣化廢水來源模擬 62
4.2.3 煤化學鏈氣化廢水對合成氣質量的影響 63
4.3 煤化學鏈氣化廢水處理流程設計 64
4.3.1 萃取劑選擇 64
4.3.2 煤化學鏈氣化廢水處理流程模擬 67
4.3.3 模擬優化結果 68
4.4 煤化學鏈氣化廢水處理流程動態控制 71
4.4.1 控制方案設計 71
4.4.2 動態模擬結果與討論 73
本章小結 75
參考文獻 76
第5章 煤化學鏈氣化過程聯合循環發電系統設計78
5.1 引言 78
5.2 煤氣化系統 79
5.2.1 煤氣化工藝介紹 79
5.2.2 煤氣化工藝建模 81
5.3 化學鏈制氫工藝 82
5.3.1 化學鏈制氫工藝描述 82
5.3.2 化學鏈制氫工藝模擬 83
5.4 余熱回收系統 85
5.4.1 余熱回收系統描述 85
5.4.2 余熱回收系統模擬 86
5.5 二氧化碳催化加氫制甲醇工藝 87
5.5.1 工藝描述 87
5.5.2 工藝模擬 87
5.6 結果驗證 88
本章小結 88
參考文獻 88
第6章 萃取法處理催化裂化含酚廢水工藝設計90
6.1 引言 90
6.2 萃取劑的篩選 90
6.2.1 油中除酚萃取劑的篩選 90
6.2.2 水中除酚萃取劑的篩選 91
6.3 萃取劑的萃取機理 91
6.3.1 油中除酚萃取劑的作用機理 92
6.3.2 甲基丁基酮與苯酚的作用機理 94
6.4 廢水處理流程設計與優化 96
6.4.1 廢水處理流程描述 96
6.4.2 流程模擬與優化 97
6.4.3 廢水處理效果分析 99
6.5 廢水處理流程的動態控制 101
6.5.1 動態模擬參數設置 101
6.5.2 控制方案的設計 102
6.5.3 溫度安全控制 106
本章小結 108
參考文獻 108
第7章 “以廢治廢”的Eastman 生產廢水處理工藝設計110
7.1 研究思路 110
7.2 廢水處理工藝方案確定及流程模擬 111
7.2.1 確定工藝方案 111
7.2.2 流程模擬 114
7.3 實驗探究 114
7.3.1 萃取實驗 115
7.3.2 酯化反應 116
7.3.3 精餾實驗 123
7.4 工藝流程模擬與優化 124
7.4.1 萃取塔模擬 124
7.4.2 反應器模擬 126
7.4.3 精餾塔模擬 127
7.4.4 流程優化 130
7.5 工藝流程動態控制 133
7.5.1 復雜網絡選取關鍵變量 133
7.5.2 工藝流程動態控制方案設計 136
7.5.3 動態模擬結果與討論 137
本章小結 144
參考文獻 144
第8章 雙極膜電滲析處理催化裂化高鹽廢水工藝設計146
8.1 引言 146
8.2 雙極膜電滲析實驗 146
8.2.1 實驗材料 146
8.2.2 實驗過程 147
8.2.3 結果分析 148
8.3 雙極膜電滲析過程模擬及結果分析 150
8.3.1 過程模擬 150
8.3.2 結果分析 154
8.4 雙極膜電滲析流程的優化 155
8.4.1 太陽能熱泵系統 155
8.4.2 太陽能有機朗肯循環 156
8.5 雙極膜電滲析法與多效蒸發技術的對比實驗 158
8.5.1 多效蒸發技術 158
8.5.2 處理效果對比 160
本章小結 161
參考文獻 161
第9章 醇胺吸收法脫碳163
9.1 引言 163
9.2 醇胺溶劑現狀 163
9.3 醇胺溶劑吸收CO2 動力學 165
9.3.1 化學反應的質量傳遞 165
9.3.2 伯胺吸收CO2 反應動力學 167
9.3.3 仲胺吸收CO2 反應動力學 168
9.3.4 叔胺吸收CO2 反應動力學 169
9.4 四種醇胺溶劑吸收CO2 反應動力學及機理的研究 170
9.4.1 MAE-CO2-H2O 體系 171
9.4.2 EAE-CO2-H2O 體系 175
9.4.3 IPAE-CO2-H2O 體系 177
9.4.4 TBAE-CO2-H2O 體系 178
9.4.5 二氧化碳吸收能力 181
本章小結 181
參考文獻 181
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