化工容器及设备简明设计手册 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:化学工业

作者:贺匡国 编

出品人:

页数:1157

译者:

出版时间:2002-8

价格:140.00元

装帧:

isbn号码:9787502537326

丛书系列:

图书标签:

• 化工容器
• 化工设备
• 容器设计
• 设备设计
• 化工工程
• 压力容器
• 储罐
• 反应器
• 换热器
• 管道设计

《现代化学工程过程控制与优化策略》 书籍简介 本书深入探讨了现代化学工程领域中过程控制系统的设计、实施、优化与前沿技术应用。在日益追求高效、安全和环境友好的化工生产背景下，精确的过程控制已成为保障产品质量、降低能耗和减少“三废”排放的关键技术。《现代化学工程过程控制与优化策略》旨在为化工专业的研究人员、工程技术人员以及高年级本科生和研究生提供一本既具理论深度又富工程实践指导意义的参考书。 第一部分：过程控制基础与建模 本书首先系统回顾了化学过程控制的基本原理。这包括对动态系统的数学描述，如常微分方程组的建立与求解，以及针对不同类型反应器、分离设备（如精馏塔、吸收塔、萃取器）的机理建模方法。重点阐述了线性化技术在复杂非线性系统分析中的应用，并详细介绍了过程对象（Process Objects）的传递函数、零极点分析以及状态空间模型的构建方法。 针对过程辨识，本书提供了多种参数估计技术，包括最小二乘法（Least Squares）、系统辨识工具箱的应用，以及在线辨识在应对设备老化和催化剂失活等时变特性中的重要性。辨识的准确性直接决定了后续控制器设计的成败，因此，本部分对模型简化、模型结构选择和模型验证的工业实践标准进行了详尽的论述。 第二部分：经典与先进控制技术 在过程控制器的设计方面，本书内容涵盖了从经典PID控制到前沿模型预测控制（MPC）的完整体系。 2.1 PID控制的深度解析与工程实现 尽管PID控制是应用最广泛的控制策略，本书并未停留在基础的参数整定方法（如Ziegler-Nichols法）上，而是深入探讨了数字PID的实现细节、抗积分饱和技术、死区补偿以及前馈-反馈控制结构的应用。针对复杂过程，阐述了串级控制（Cascade Control）、比值控制（Ratio Control）和解耦控制（Decoupling Control）在多变量系统中的应用边界与局限性。 2.2 现代控制理论在化工中的应用 本书详细讲解了基于状态反馈的现代控制方法，包括极点配置（Pole Placement）和Luenberger观测器的设计，以实现对系统内部状态的精确估计与控制。对于高维、强耦合的化工过程，本书着重介绍了模型预测控制（MPC）的技术细节。MPC部分的讲解覆盖了其核心算法——在线二次规划（Quadratic Programming, QP）的求解方法、约束处理机制（输入约束、状态约束和输出约束），以及在大型烯烃裂解装置、乙烯氧化等复杂流程中的成功案例分析。 2.3 鲁棒控制与自适应控制 针对化工过程中参数不确定性高、外部扰动大的特点，本书专门开辟章节讨论了鲁棒控制（H∞控制）的设计原理，旨在保证控制器性能在模型误差范围内保持稳定和可接受。同时，对自适应控制（如增量学习控制、基于模型的自适应控制）在催化反应器温度控制中的应用进行了探讨，以应对催化剂活性衰减等慢变特性。 第三部分：过程优化与智能控制 过程控制的最终目标是实现经济效益最大化或能耗最小化，这需要引入优化理论。 3.1 过程优化基础 本部分介绍了优化问题在化工中的标准形式，包括无约束和约束优化问题。重点讨论了拉格朗日乘数法、KKT条件在确定最优操作点时的应用。针对精馏过程的优化，阐述了如何利用灵敏度分析来识别关键操作变量，从而有效地将优化目标转化为控制器的设定值调整。 3.2 实时优化（RTO） 本书详细阐述了实时优化（RTO）系统的架构，包括模型的尺度化、在线数据预处理以及优化求解器的选择。特别关注了如何将RTO的优化结果安全、平稳地传递给下层的DCS/PLC系统进行执行，强调了“安全裕度”在优化设定值中的重要作用，避免优化算法将系统推向危险操作区域。 3.3 智能控制与前沿技术 随着工业4.0的推进，本书也引入了智能控制的前沿内容。这包括模糊逻辑控制（Fuzzy Logic Control）在处理难以建立精确数学模型的系统中的应用，以及神经网络在非线性系统辨识和控制中的初步尝试。对基于数据驱动的强化学习（Reinforcement Learning）在流程工业中的潜力与挑战进行了前瞻性分析，旨在为未来的自动化升级提供技术储备。 第四部分：安全、可靠性与诊断 化工过程控制的可靠性至关重要。本书的最后一部分聚焦于安全仪表系统（SIS）与控制系统的集成设计，以及故障诊断技术。 4.1 故障诊断与容错控制 阐述了基于观测器的故障检测方法（如残差分析法），以及如何利用状态估计来区分传感器故障和执行器故障。对于关键设备，系统介绍了容错控制（Fault-Tolerant Control）的基本概念，即在检测到部分组件失效后，系统能够自动切换到降级运行模式，以维持基本安全运行的能力。 4.2 系统集成与生命周期管理 最后，本书讨论了现代控制系统（DCS/PLC/SCADA）的架构选择、网络安全考量，以及控制系统从设计、安装、调试到后期维护的整个生命周期管理流程。强调了建立标准化的操作规程（SOP）和定期对控制器进行性能评估的重要性。 总结 《现代化学工程过程控制与优化策略》立足于化工生产的实际需求，理论与工程实践紧密结合。它不仅是学习过程控制理论的教材，更是指导工程师解决实际复杂化工生产控制难题的实用手册。全书通过大量的化工实例和数据分析，确保读者能够掌握从系统建模到先进控制策略实施的全流程工程能力。

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这本书的装帧和排版，说实话，实在是有点挑战读者的耐心。作为一本旨在提供“简明”参考的工具书，它的字体选择偏小，行距也相当紧凑，尤其是在涉及复杂公式和表格密集型的内容时，眼睛很容易产生疲劳感。我记得在查阅关于换热器管束布置的章节时，那些复杂的几何排列图示，配上黑白印刷的模糊线条，根本无法清晰地分辨出鳍片间距和管板开孔的细节。这迫使我不得不借助放大镜或者扫描到电脑上进行局部放大处理，这与“简明手册”追求的快速获取信息的目标背道而驰。更让我感到困惑的是，章节之间的逻辑跳跃性较大。比如，从材料选择直接跳到了设备整体的稳定性校核，中间缺失了关键的制造公差和检验标准的过渡衔接。阅读体验上，它更像是一系列技术资料的堆砌，缺乏一个流畅的叙事线索来引导读者从一个设计步骤平滑地过渡到下一个。如果作者能在排版上多下点功夫，比如使用双色印刷来区分公式与正文，或者在关键的临界设计参数旁用醒目的边框标注，这本书的实用价值会大大提升。现在这个样子，我得承认，它更多地是压在了我的工具书架的角落里，因为每次翻阅都感觉像是在攻克一座信息密集的迷宫。

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对于初学者来说，这本书在概念引入和基本术语解释上的处理方式是相当友好的，这是它最大的优点之一。它不像某些行业巨著那样，一上来就抛出一大堆缩写和行业黑话，而是用相对直白的语言解释了什么是“设计压力”、“充装系数”或者“热膨胀补偿的基本原理”。比如，在解释何时需要设置膨胀节时，它通过对比两个不同长度管道的自由膨胀量，清晰地展示了为什么需要补偿，这一点非常有助于理解“为什么要这么做”而不是仅仅停留在“怎么做”的层面。然而，这种对基础的友好性，也恰恰限制了它的深度。一旦读者开始接触到跨学科的复杂问题，比如化工过程安全管理（PSM）体系下的设备设计要求，或者需要整合热工计算与机械设计的耦合分析时，这本书的指导性就迅速减弱了。它提供了一张地图的轮廓，但上面没有标记出所有的路口和岔道。我希望它能增加一个“高级应用与常见误区”的附录，专门剖析一些设计中容易出错的陷阱，并给出具体的案例分析，而不是仅仅停留在公式的展示和基础定义的罗列上。总的来说，它更像是一个合格的“入门向导”，但远未达到“简明设计手册”所承诺的“实战工具”的级别。

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我本来非常期待这本书能涵盖一些现代化工生产中越来越重要的自动化和智能制造相关的设计考量，比如设备状态监测（SHM）的接口预留、或者在设计阶段就融入的物联网（IoT）传感器的布局优化建议。然而，这本书的内容深度明显停留在上个世纪末期对传统机械设计的要求上。例如，在描述反应釜的搅拌器选型时，重点还在于叶轮的几何形状、功率计算和轴系的扭矩校核，这部分内容虽然详尽，但完全没有提及如何根据流体力学模拟（CFD）的结果来迭代优化搅拌效率，也没有讨论针对高粘度流体或多相流的现代桨型设计趋势。此外，对于设备的防腐蚀设计部分，它主要依赖于传统的涂层和内衬介绍，对于新型的缓蚀剂注入系统设计、或者更先进的表面改性技术，比如等离子喷涂或爆炸复合材料的应用，几乎没有提及。在我看来，一本“简明设计手册”如果不与时俱进地反映出当前工程领域对安全、效率和智能化集成的新要求，那么它的“简明”就可能沦为“落后”。这使得我无法直接将书中的建议应用到我们当前正在规划的智能工厂项目中。

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这本书我找了很久，希望能作为我日常工作的参考手册，但是拿到手之后，我发现它更侧重于基础理论的讲解，而不是我所期望的、那种直接能套用的设计实例和规范速查。例如，对于压力容器的疲劳分析部分，作者花了大量的篇幅来阐述有限元方法的原理和各种应力集中系数的推导过程，这对于一个已经有扎实理论基础，现在急需快速确定焊接接头强度校核参数的工程师来说，信息密度有点偏低。我更希望看到的是，针对不同材料（比如ASME规范中常见的SA-516 Gr.70或不锈钢304L）在特定温度和介质条件下，设计应力如何快速查表或套用简化公式。书中的图表部分也显得有些陈旧，很多是基于早期的设计标准绘制的，比如关于垫片选型和法兰连接的章节，里面引用的标准年代比较久远，这让我不得不花额外的时间去核对现行最新版的设计规范，才能确保我设计的产品符合当前的行业要求。对于处理非常规介质或者新型材料的案例探讨，这本书的覆盖面显得有些不足，它更多地集中在传统化工流程中的标准碳钢和常见合金钢设备上，这对于我们这种需要频繁接触腐蚀性强或高温高压特殊工况的团队来说，实用性打了折扣。整体感觉更像是一本面向本科高年级学生或初级设计人员的教材，而非一个资深工程师的“实战宝典”。

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这本书在处理特定设备设计细节时的严谨性，让我产生了一些疑问。我特别关注了关于塔器结构设计的章节。书中给出了一个关于塔盘结构承载力的简化计算公式，该公式基于一个理想化的均布荷载假设。但在实际操作中，我们知道，在进行大型填料塔的安装或在液体携带量波动较大时，荷载分布往往是不均匀的，这会导致局部应力集中。书中对此类动态或非理想载荷情况下的校核步骤和安全裕度的取值标准，阐述得非常模糊，只是简单地建议“适当增加安全系数”。这个“适当”的界定范围太大了，对于需要通过严密计算来控制成本和安全裕度的项目来说，这种模糊性是致命的。再比如，关于塔器开孔（如人孔、冲洗口）的加强设计，书里提供的加强环计算方法显得过于简单化，没有充分考虑到开孔边缘的应力奇异性问题，特别是当开孔靠近封头或支撑鞍座附近时。我对比了其他几本更专业的压力容器设计规范，发现它们对这些细节的考量更为细致和量化。因此，这本书作为主要参考资料的可靠性，需要读者自己花费大量精力去进行二次验证和修正。

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