Distillation Design and Control Using Aspen Simulation

Distillation Design and Control Using Aspen Simulation pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Wiley-AIChE
作者:William L. Luyben
出品人:
页数:360
译者:
出版时间:2006-04-21
价格:USD 120.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780471778882
丛书系列:
图书标签:
  • Aspen
  • 模拟
  • 学术
  • simulation
  • chemical
  • Distillation
  • Chemical Engineering
  • Process Simulation
  • Aspen Plus
  • Process Control
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  • Separation Technology
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  • Control
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具体描述

A timely treatment of distillationcombining steady-state designand dynamic controllability As the world continues to seek new sources of energy, the distillation process remains one of the most important separation methods in the chemical, petroleum, and energy industries. And as new renewable sources of energy and chemical feedstocks become more universally utilized, the issues of distillation design and control will remain vital to a future sustainable lifestyle. Distillation Design and Control Using Aspen Simulation introduces the current status and future implications of this vital technology from the dual perspectives of steady-state design and dynamics. Where traditional design texts have focused mainly on the steady-state economic aspects of distillation design, William Luyben also addresses such issues as dynamic performance in the face of disturbances. Utilizing the commercial simulators Aspen Plus and Aspen Dynamics, the text guides future and practicing chemical engineers first in the development of optimal steady-state designs of distillation systems, and then in the development of effective control structures. Unique features of the text include: In-depth coverage of the dynamics of column design to help develop effective control structures for distillation columns Development of rigorous simulations of single distillation columns and sequences of columns Coverage of design and control of petroleum fractionators Encompassing nearly four decades of research and practical developments in this dynamic field, the text represents an important reference for both students and experienced engineers faced with distillation problems.

好的,这是一本名为《反应器设计与过程优化:基于Aspen Plus的化工原理应用》的图书简介,旨在详细阐述该书的内容结构和核心价值,不涉及《Distillation Design and Control Using Aspen Simulation》中的任何信息。 --- 图书名称:《反应器设计与过程优化:基于Aspen Plus的化工原理应用》 图书简介 核心理念与目标读者 《反应器设计与过程优化:基于Aspen Plus的化工原理应用》是一本深度聚焦于化学反应器工程、动力学模拟与系统优化的高级应用教材与参考手册。本书旨在弥合传统化工原理教学与现代工业过程模拟实践之间的鸿沟,为化工、化学工程、过程控制以及相关领域的工程师、研究人员和高年级本科生/研究生提供一套系统化、实战化的知识体系。 本书的核心目标是使读者不仅能够掌握化学反应器的基本设计原理、热力学与动力学基础,更能熟练运用行业标准的Aspen Plus软件平台,对复杂的反应系统进行精确建模、性能预测、灵敏度分析和过程优化。我们坚信,在当今对效率、安全和可持续性要求日益严苛的化工行业中,将理论知识与先进的模拟工具相结合是提升工程决策质量的关键。 内容结构与特色 本书内容组织严谨,从基础理论层层递进至高级应用,共分为七个核心部分,涵盖了反应工程学的全貌: 第一部分:反应过程基础与Aspen Plus环境搭建 本部分首先回顾了化学反应器设计所需的基本热力学(相平衡、反应热)和动力学(反应速率方程、催化剂特性)原理。随后,详细介绍了Aspen Plus软件的用户界面、数据输入流程、关键模块选择(如物性方法、组分数据库)以及基础反应器模块的快速入门。重点在于建立一个稳健、准确的模拟环境,这是后续复杂模型构建的前提。 第二部分:理想反应器建模与分析 本章深入探讨了最基础的反应器模型:连续搅拌釜式反应器(CSTR)和管式反应器(PFR)。内容涵盖了恒定和可变密度条件下的设计方程推导,并详细展示了如何在Aspen Plus中输入反应动力学数据(如Arrhenius方程、Langmuir-Hinshelwood模型),进行稳态模拟。读者将学习如何通过模拟结果评估转化率、产率,并理解停留时间分布对CSTR性能的影响。 第三部分:非理想反应器行为与多相反应 现代化工过程往往涉及气液、气固或复杂的三相系统。本部分将重点解决这些复杂性: 1. 气液反应器(如吸收塔内反应): 讨论了传质阻力在反应速率控制中的作用,以及Aspen Plus中如何耦合反应模块与平衡/吸收模块。 2. 固相催化反应器: 详细讲解了固定床、流化床的特点,以及如何处理催化剂的扩散限制和失活问题。 3. 非等温与热效应管理: 针对强放热或吸热反应,探讨了反应器内温度分布的控制策略,以及如何使用Aspen Plus的能量平衡功能来模拟冷却或加热系统的设计。 第四部分:反应器网络的优化设计 单一反应器往往无法实现最佳经济效益。本部分转向反应器网络的构建与优化。内容包括: 串联反应器设计: 比较了串联CSTR和PFR的组合优势,旨在提高整体转化率或选择性。 反应回路设计: 介绍了带回流、产品分离和再循环的复杂反应系统建模,重点关注如何平衡投资成本与操作效率。 副反应与选择性控制: 阐述了动力学控制下的反应选择性问题,并通过Aspen Plus模拟实例演示了如何通过温度、浓度调控来最大化目标产物的产率。 第五部分:高级动力学与模型校正 对于前沿或专有反应,标准的动力学模型可能不适用。本章提供了先进的模型处理技术: 数据回归与模型参数估计: 介绍如何利用实验数据,在Aspen Plus或配合外部工具(如MATLAB)对复杂的非线性动力学参数进行精确率定。 反应器失衡分析: 讨论了模型与实际操作数据之间的偏差来源(如流体动力学效应、催化剂老化),并展示了如何通过模型校正来提高预测的可靠性。 第六部分:反应过程的动态模拟与安全分析 从稳态设计过渡到动态操作是化工过程工程的重要一步。本部分引入了Aspen Dynamics模块的应用: 动态启动与停机: 模拟反应器从空载到稳定运行的过渡过程,识别关键的瞬态行为。 过程扰动响应: 分析进料流量、温度变化等外部扰动对反应器稳定性和产品质量的影响。 安全裕度评估: 探讨了如何进行“What-if”分析,例如在冷却系统故障时,模拟反应失控的风险,为安全联锁系统的设计提供数据支持。 第七部分:过程集成与绿色反应工程 本章将反应器设计置于更广阔的过程集成背景下: 反应与分离集成(Reactive Distillation/Extraction): 介绍了将反应与分离单元合并的节能策略,并展示了Aspen Plus中相应的模块化构建方法。 可持续性指标: 从原子经济性、E-因子(环境因子)的角度评估反应过程的绿色化程度,并探讨了催化剂回收与溶剂选择对整体过程环境影响的优化。 本书的独特价值 1. 深度集成: 本书的每一个理论章节后都紧跟着详尽的Aspen Plus操作步骤与案例分析,确保理论知识能够直接转化为可操作的工程解决方案。 2. 案例驱动: 案例选择广泛,覆盖了石油化工、精细化工和新能源领域中的典型反应系统,如加氢反应、酯化反应、聚合反应等。 3. 面向实践: 强调了实际工程中常见的“不理想”情况,如填料堵塞、催化剂中毒、热点形成,并提供了通过模拟工具应对这些挑战的方法。 通过对《反应器设计与过程优化:基于Aspen Plus的化工原理应用》的学习,读者将装备起一套强大的工具箱,能够自信地应对从概念设计到工厂优化的全生命周期中的反应工程挑战,成为真正精通模拟技术的现代化工工程师。

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用户评价

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作为一名工程师,我深知在实际生产环境中,理论上的完美设计往往需要面对各种各样的挑战,例如设备的老化、原料组分的波动、以及市场需求的快速变化。这本书在“控制”这部分的内容,对我来说尤其具有启发性。它详细探讨了如何设计鲁棒的控制系统,以应对这些不可避免的扰动,并维持蒸馏过程的稳定运行和产品质量。从基本的PID控制到更高级的模型预测控制(MPC),作者都进行了详尽的介绍,并通过Aspen模拟演示了不同控制策略的优劣。我尤其对文中关于“死区”和“积分饱和”等控制难题的分析印象深刻,以及书中提出的解决方案,比如增益调度和抗积分饱和技术。这些内容让我意识到,一个高效的蒸馏过程不仅仅是关于硬件的设计,更是关于软件和算法的优化。通过模拟,我甚至可以“玩转”这些控制参数,观察它们对系统响应时间、稳定性和能耗的影响,这是一种非常有价值的学习体验。

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我本来以为这本书会是一个非常枯燥的技术手册,充斥着公式和图表,但出乎意料的是,它的叙述方式非常引人入胜。作者在引入每个新概念时,都会先从宏观的工程背景出发,解释该概念在实际工业生产中的重要性,然后才逐步深入到具体的理论细节和模拟应用。这种“由大到小”的讲解方式,让我这个并非直接从事蒸馏设计的人,也能清晰地理解每一个环节的意义。例如,在介绍热力学模型选择时,作者并没有直接给出各种模型的数学表达式,而是先讲述了为什么准确的热力学性质对于蒸馏分离至关重要,然后才介绍了不同模型的适用范围和优缺点,最后再通过Aspen模拟展示了不同模型对模拟结果的影响。这种层层递进的讲解,使得学习过程更加顺畅,也更容易建立起知识体系。

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我被这本书对细节的关注程度深深吸引。它不仅仅是教你如何使用Aspen软件,更是深入探讨了蒸馏过程的每一个细微之处。从物料衡算和能量衡算的基本原理,到相平衡数据的高级处理,再到不同类型蒸馏塔的详细设计,作者都给予了充分的关注。书中对“最小回流比”和“最大回流比”等关键参数的讨论,以及它们如何影响分离效率和能耗,让我对蒸馏过程有了更深刻的理解。更重要的是,书中通过Aspen模拟展示了如何优化这些参数,以达到经济效益和技术要求的最佳平衡。例如,通过调整操作参数,我们可以观察到回流比的微小变化如何显著影响塔顶和塔底产品的纯度,以及蒸汽消耗量,这对于理解成本效益分析至关重要。

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在阅读《Distillation Design and Control Using Aspen Simulation》的过程中,我最大的感受是它能够将复杂的化工原理变得易于理解和掌握。作者运用大量的图表、流程图和模拟结果截图,将抽象的概念具体化,使得读者能够更直观地认识蒸馏过程的运作机制。例如,书中对“负荷”和“旁路”等概念的解释,以及如何通过Aspen模拟来评估这些操作对分离效率的影响,都做得非常到位。我特别喜欢书中通过不同操作条件模拟,来展示蒸馏塔的“操作线”和“平衡线”如何变化,以及这些变化如何影响理论板数的需求。这种可视化教学方法,对于我这样一个需要将理论应用于实际的工程师来说,是极其宝贵的。

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我曾尝试过一些关于化工模拟的书籍,但很少有能像《Distillation Design and Control Using Aspen Simulation》这样,在理论深度和实践指导之间取得如此精妙的平衡。本书的结构设计非常合理,从基础知识的介绍,到高级模型的应用,再到控制策略的探讨,层层递进,让读者能够循序渐进地掌握蒸馏设计的全貌。我尤其赞赏作者在处理“共沸蒸馏”和“萃取蒸馏”等复杂分离情况时的严谨性。书中不仅介绍了这些方法的理论基础,还通过Aspen模拟展示了如何对这些特殊的蒸馏过程进行设计和优化,这对于解决实际生产中遇到的难题非常有启发。

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我最近沉迷于一本名为《Distillation Design and Control Using Aspen Simulation》的书,尽管我的实际工作并不直接涉及蒸馏装置的详细设计或操作控制,但我发现这本书提供了一个令人着迷的视角,深入了解了化工领域一个至关重要的单元操作。这本书的魅力在于它将理论知识与实际应用巧妙地结合起来,通过Aspen Plus这样的专业软件进行模拟,将抽象的概念变得可视化和可操作。我特别欣赏作者在解释复杂数学模型时所采取的策略,他们没有简单地罗列公式,而是逐步引导读者理解背后的物理原理和工程考量。例如,在讨论塔板效率时,作者不仅仅给出了计算公式,还详细阐述了影响效率的各种因素,如液相和气相的流体力学特性、传质速率以及塔板结构的设计。通过Aspen模拟,我们可以直观地看到这些因素如何影响分离效果,例如,改变某个参数,蒸馏塔的理论板数会如何变化,所得产品的纯度会提升还是下降,这些在模拟中都能得到清晰的展现,这对于理解“为什么”比单纯记忆“怎么做”要重要得多。

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这本书带来的不仅仅是技术知识的增长,更重要的是思维方式的转变。它让我认识到,在设计和控制复杂的化工过程时,仅仅依靠经验是不够的,必须依赖严谨的理论分析和先进的模拟工具。《Distillation Design and Control Using Aspen Simulation》以其详尽的案例分析和清晰的图示,让我能够更好地理解蒸馏过程中的各种挑战,并学会如何运用Aspen软件来解决这些挑战。例如,书中对“塔盘堵塞”和“漏液”等常见故障的模拟分析,以及如何通过控制策略来预防和应对这些问题,都为我提供了宝贵的经验。

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这本书的出版,对于化工行业的从业者来说,无疑是一份宝贵的财富。我尤其欣赏作者在书中强调的“迭代式设计”和“模拟驱动的优化”的理念。在现代化工生产中,仅仅依靠经验和试错来优化流程是效率低下且成本高昂的。通过Aspen这样的仿真软件,我们可以创建一个虚拟的蒸馏装置,进行各种假设场景的模拟,并在设计阶段就发现潜在的问题并加以解决。书中对不同模拟选项的详细解释,以及如何解读模拟结果,对于指导实际的设计工作非常有帮助。例如,在评估不同塔盘类型(如筛板、泡罩板、阀板)对分离效率和压降的影响时,Aspen模拟可以提供量化的数据,帮助工程师做出更明智的决策。这种基于数据的设计方法,能够显著缩短研发周期,降低项目风险。

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这本书让我对“优化”这个概念有了全新的认识。在蒸馏过程中,存在着众多的变量,例如操作压力、温度、回流比、进料位置等等,而这些变量的相互作用,往往会产生复杂的影响。书中通过Aspen模拟,展示了如何利用优化工具,寻找最佳的操作参数组合,以最大限度地提高分离效率,降低能耗,并确保产品质量。我尤其对书中关于“灵敏度分析”的讨论印象深刻,通过这种分析,我们可以了解各个操作参数对模拟结果的影响程度,从而更有效地进行优化。这种“数据驱动”的优化方法,是现代化工企业提升竞争力的关键。

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这本书的价值在于它提供了一个将理论知识转化为实际工程解决方案的平台。通过Aspen模拟,我可以亲身体验各种设计参数和操作条件的改变对蒸馏过程产生的影响,这比仅仅阅读书本上的文字描述要深刻得多。我特别喜欢书中关于“能耗优化”的章节,它详细阐述了如何通过改进设计和控制策略来降低蒸馏过程的能源消耗,这对于当前日益增长的环保要求和成本控制压力来说,具有非常重要的意义。书中提出的各种节能技术,例如热泵辅助蒸馏和显热回收,都通过Aspen模拟进行了生动的演示。

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