Chemical Engineering Design（化学工程设计）

引用

Towler, G., & Sinnott, R. (2021). Chemical Engineering Design: Principles, Practice and Economics of Plant and Process Design (3rd ed.). Elsevier.

章节概要

第三版共20章，分两部分。第一部分“工艺设计”从流程图编制讲到公用工程、模拟、控制、材料、成本估算、经济性、安全和优化；第二部分“工厂设计”涉及各主要设备的选择与设计。出版社称本书把化学工程原理应用于化工过程与设备的设计，并说明第三版更新了工厂与设备成本、法规和技术标准。

第一部分：Process Design（工艺设计）

第1–2章：Introduction to Design；Process Flowsheet Development（设计导论；工艺流程图的编制）

开篇章节介绍设计以及工艺流程图的编制。

第3–5章：Utilities and Energy Efficient Design；Process Simulation；Instrumentation and Process Control（公用工程与节能设计；过程模拟；仪表与过程控制）

这几章讲设计中的公用工程与能量方面、过程模拟的使用，以及仪表与控制。

第6章：Materials of Construction（结构材料）

讨论结构材料的选择。

第7–9章：Capital Cost Estimating；Estimating Revenues and Production Costs；Economic Evaluation of Projects（投资成本估算；收入与生产成本估算；项目的经济评价）

经济方面的几章依次是投资成本估算、收入与生产成本估算，以及项目的经济评价。出版社说明，本版包含学生可有限在线使用的Cost Engineering公司Cleopatra Enterprise成本估算软件。

第10–12章：Safety and Loss Prevention；General Site Considerations；Optimization in Design（安全与损失预防；厂址的一般考虑；设计中的优化）

安全与损失预防、厂址的一般考虑，以及设计中的优化。

第二部分：Plant Design（工厂设计）

第13–14章：Equipment Selection, Specification and Design；Design of Pressure Vessels（设备的选择、规格与设计；压力容器设计）

第13章介绍设备如何选择、确定规格和设计，第14章转向压力容器的设计。

第15–17章：Design of Reactors and Mixers；Separation of Fluids；Separation Columns (Distillation, Absorption and Extraction)（反应器与混合器设计；流体的分离；分离塔（蒸馏、吸收与萃取））

核心的过程设备：反应器与混合器、流体的分离，以及用于蒸馏、吸收和萃取的分离塔。

第18–20章：Specification and Design of Solids-Handling Equipment；Heat Transfer Equipment；Transport and Storage of Fluids（固体处理设备的规格与设计；传热设备；流体的输送与储存）

固体处理设备、传热设备，以及流体的输送与储存。

核心概念

第一部分：工艺设计（第1–12章）

• 工艺流程图：设计由此出发的过程表示。
• 过程模拟：用软件对流程建模。
• 投资成本、收入与生产成本估算：评判设计的经济基础。
• 项目经济评价：在财务基础上比较备选方案。
• 安全与损失预防：通过设计控制危害。
• 设计中的优化：系统地在设计变量中作出选择。

第二部分：工厂设计（第13–20章）

• 设备的选择与规格：使设备与工艺任务相匹配。
• 压力容器设计：一类基本设备的机械设计。
• 反应器、混合器与分离塔：工厂的主要单元操作。
• 传热设备与流体输送：每个过程都需要的配套设备。

评析

优点

• 覆盖设计的全过程。 第一部分涵盖流程图、能量、控制、材料、成本、经济性、安全、厂址和优化；第二部分涵盖设备。两者合起来涵盖了过程设计和实施该过程的工厂设计。
• 作者是实践中的设计工程师。 出版社指出，本书由有丰富本科教学经验的在职设计工程师撰写。
• 大量设计项目。 出版社称书中有100多个取自不同过程工业的典型工业设计项目。
• 悠久的版本历史。 作者简介说明，第一版（作为Coulson和Richardson的第6卷）出版于1983年，此后大约每五年出一版。
• 现行的标准与领域。 第三版采用最新的美国规范与标准，包括API、ASME和ISA设计规范以及ANSI标准，并新增了关于食品、制药和生物过程以及常用单元操作的内容。

局限

• 标准以美国为主。 更新的规范与标准是出版社列出的美国规范；在其他法规体系下工作的设计者需要查阅当地标准。
• 以核心课程为前提。 本书面向高年级和毕业设计的学生以及从业人员；书中是应用而不是讲授物料与能量衡算、热力学、传递现象、分离和反应工程。
• 广度大于深度。 20章涵盖从经济性到压力容器的主题，每个主题只有一章，专门的设备设计可能需要专门的参考书。

在课程中的定位

在本化工过程课程书单中，Towler和Sinnott是设计方面的毕业设计教材。Felder、Rousseau和Bullard的 Elementary Principles of Chemical Processes 与Denn的 Chemical Engineering: An Introduction 讲授设计所由出发的衡算；McCabe、Smith和Harriott的 Unit Operations of Chemical Engineering 与Geankoplis的 Transport Processes and Separation Process Principles 提供第15–20章应用于设备的单元操作与分离理论。

Fogler的 Elements of Chemical Reaction Engineering 提供第15章所用的反应器分析。在这些书之后再读Towler和Sinnott，目的是把它们综合运用到设计中。

如何使用本书

出版社所设想的读者是修读高年级过程设计或毕业设计课程的化学工程与生物化工专业学生，以及化工过程、生物化工、制药和石化行业的从业人员。读者应已修完化学工程的核心课程。

实用的阅读安排：

• 从这里开始： 第1–2章，然后是第7–9章，它们为整个项目提供经济框架。
• 工艺设计： 按项目需要读第3–6章和第10–12章，第10章（安全）要早读，不要留到最后。
• 设备： 第13章，然后读与自己设计中的设备相应的章节：反应器与分离读第15–17章，传热设备读第19章，流体输送与储存读第20章。
• 毕业设计用法： 从书中的设计项目中选一个，从流程图一直做到设备尺寸和成本。