间歇过程设计与优化 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:王保国

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1998-8-1

价格:11

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isbn号码:9787800437373

丛书系列:

图书标签:

• 化学工程
• Expertise
• 间歇过程
• 过程设计
• 过程优化
• 化工工程
• 流程工业
• 模型预测控制
• 数据驱动
• 优化算法
• 动态优化
• 批次过程

现代化工生产中的工艺流程分析与控制 本书系统深入地探讨了现代化工生产中至关重要的工艺流程分析与控制技术。化工生产的效率、安全性和经济性，在很大程度上取决于对复杂生产过程的深入理解以及精准有效的控制策略。本书旨在为化工领域的学生、研究人员及工程师提供一套全面、实用的知识体系，帮助他们应对日益严峻的工艺挑战。 第一部分：化工工艺流程的基础理论与分析方法 本部分首先回顾并深化了化工过程的基本概念，包括物料衡算、能量衡算在复杂生产单元中的应用。我们将重点阐述稳态与非稳态过程的特性，以及它们在设计和操作中的重要区别。 物料与能量衡算在复杂系统中的应用： 详细讲解如何建立和求解包含多个反应物、产物和循环流的物料衡算方程组。在此基础上，深入探讨能量衡算在考虑相变、化学反应热效应以及传热过程时的复杂性。我们将通过实例演示，如何利用这些基本原理准确评估生产过程的物料损耗与能量消耗。 过程状态描述与变化： 区分稳态操作的特点及其优势，并分析在设备启停、原料变化、产品需求波动等情况下，过程会经历的非稳态变化。我们将介绍描述非稳态过程的关键数学模型，并探讨其在动态仿真和故障诊断中的作用。 工艺流程图（PFD）与管道和仪表图（P&ID）： 深入解读PFD和P&ID的绘制规范、符号含义以及它们在工艺理解、设计审查和操作指导中的关键作用。通过大量实例，展示如何从这些图表中提取关键信息，识别潜在的设计缺陷和操作风险。 过程模拟与建模： 介绍主流的化工过程模拟软件（如Aspen Plus, HYSYS等）的基本操作和应用。我们将重点讲解如何建立和验证稳态及动态过程模型，并演示如何利用模型进行工艺参数优化、方案评估和生产预测。内容将涵盖热力学模型的选择、单元操作的建模方法以及模型求解的策略。 过程数据分析与诊断： 阐述如何有效地收集、处理和分析生产过程中的实时数据。我们将介绍统计过程控制（SPC）的基本原理，以及利用数据挖掘技术识别过程异常、诊断故障原因和预测设备维护需求的方法。 第二部分：化工过程控制系统的设计与实现 本部分将聚焦于化工过程控制系统的核心技术，从经典控制理论到现代先进控制策略，为读者提供系统性的知识框架。 反馈控制基础： 详细讲解PID控制器的原理、整定方法（如Ziegler-Nichols法、IMC法等）以及在实际应用中常见的问题（如超调、振荡、死区等）的解决之道。我们将通过仿真和实际案例，展示PID控制器在温度、压力、流量、液位等关键参数控制中的应用。 前馈控制与串级控制： 探讨前馈控制如何有效补偿外部干扰，提高控制系统的响应速度和精度。深入介绍串级控制的结构与原理，以及它在解决被控对象惯性大、滞后长等问题中的优势。 复杂系统控制策略： 模型预测控制（MPC）： 深入阐述MPC的核心思想，包括模型建立、优化问题求解以及滚动优化。我们将重点介绍线性MPC和非线性MPC在复杂多变量耦合过程中的应用，并分析其在提高操作经济性、稳定性和安全性方面的显著效果。 模糊逻辑控制与神经网络控制： 介绍模糊逻辑控制如何处理不确定性和非线性系统，以及神经网络控制在学习和逼近复杂非线性函数方面的潜力。我们将探讨这些智能控制方法在传统PID控制难以胜任的场合的应用前景。 状态观测器与状态反馈控制： 讲解如何设计状态观测器来估计不可直接测量的过程状态，并在此基础上实现更鲁棒的状态反馈控制。 控制回路的稳定性分析： 介绍根轨迹法、Nyquist判据、Bode图等分析控制回路稳定性的方法。我们将重点讲解如何通过调整控制器参数和系统结构来保证过程的长期稳定运行。 先进控制系统的工程实现： 探讨分布式控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）在化工过程控制中的应用。我们将介绍控制系统的组态、编程、调试以及与上位机（HMI）的集成，并强调在实际工程中网络安全和可靠性的重要性。 第三部分：化工过程的优化与安全 本部分将结合前两部分的理论基础，探讨如何通过优化控制策略和加强安全管理，全面提升化工生产的整体效益。 操作优化： 经济优化： 讲解如何利用过程模型和优化算法，在满足安全和质量要求的前提下，找到使生产成本最低或效益最大化的操作点。我们将介绍线性规划、非线性规划等优化技术在化工领域的应用。 能量优化： 重点分析化工过程中能量的产生、消耗与回收途径，介绍 Pinch 技术等能量集成优化方法，以及如何通过优化控制策略实现节能降耗。 生产计划与调度优化： 探讨如何结合市场需求、设备能力和原料供应，制定最优的生产计划和调度方案，以最大化生产效率和资源利用率。 过程安全管理（PSM）： 危险与可操作性分析（HAZOP）： 详细讲解HAZOP方法的流程、工具和应用，以及如何通过HAZOP分析识别工艺过程中的潜在危险，并制定相应的预防和缓解措施。 安全仪表系统（SIS）： 介绍SIS的设计原则、功能层级（SIL）以及其在防止工艺事故发生中的关键作用。我们将探讨SIS与基本过程控制系统（BPCS）之间的关系和协同作用。 过程安全信息管理： 强调建立和维护完善的过程安全信息系统的重要性，包括设备完整性、操作规程、变更管理等。 过程故障诊断与处理： 介绍基于模型和基于数据的故障诊断方法，以及如何通过故障树分析（FTA）等工具，系统地识别和评估故障的发生概率及后果。我们将强调建立有效的故障响应预案和应急处理机制。 可持续发展与绿色化工： 探讨如何通过优化工艺设计和控制策略，减少污染物排放，提高资源利用效率，实现化工生产的绿色化和可持续发展。 本书内容结构严谨，理论与实践相结合，辅以大量实例和图表，旨在帮助读者建立扎实的理论基础，掌握实用的分析和控制技术，最终能够独立解决复杂的化工过程设计与优化问题，提升化工生产的安全性和经济效益。

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这本书的学术气质非常浓厚，它似乎是为那些想要从根本上解决批次过程稳定性问题的工程师准备的。书中对“批次间的可重复性”的论述尤为严谨，它没有简单地将批次视为独立的单元，而是探讨了它们之间如何通过公用设备（如干燥器、过滤器）形成复杂的依赖关系网络。我特别关注了书中关于“在线模型预测控制（MPC）”在间歇系统中的扩展应用部分。作者非常细致地解释了如何处理非等时长的批次对采样周期的影响，以及如何实时修正批次终点预测。这部分的数学推导极其扎实，充分体现了作者在控制理论上的深厚功底。从结构上看，它更倾向于建立一个自洽的理论框架，而不是提供一系列即插即用的解决方案。这本书的阅读体验是挑战与回报并存的，它要求读者不仅要理解过程本身，更要精通背后的优化数学，但一旦掌握，将能以一种全新的高度去设计和管理复杂的间歇生产线。

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这本书的排版和图示设计给我留下了非常深刻的印象，它成功地将抽象的优化问题可视化了。我尤其欣赏它对“相空间轨迹”的描绘，那些彩色的图表清晰地展示了最优控制路径是如何穿越约束边界的。与我之前读过的几本侧重于热力学或反应动力学的书籍不同，这本书的关注点更偏向于“时间管理”和“资源分配”。它巧妙地将排队论的概念引入到反应釜的调度中，试图解决多釜系统中的瓶颈问题。然而，对于初学者来说，书中对拉格朗日乘子法和KKT条件的应用显得略为突兀，没有提供足够的基础回顾。我感觉作者默认读者已经对最优控制的基础理论非常熟悉了，所以讲解上省略了一些“为什么”的铺垫，直接进入了“如何做”的精细步骤。总而言之，这是一本需要带着笔和计算器去啃的“硬菜”，但其提供的视角——将批次过程视为一个动态的、资源受限的优化任务——绝对是耳目一新的。

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我最近翻阅的这本书，感觉它在化工过程控制领域开辟了一个相当独特的视角。它没有过多纠缠于传统PID控制的经典应用，而是将重点放在了那些需要频繁启动、停止或在不同操作模式间切换的批次生产线上。书中的案例分析非常贴近实际工厂的痛点，比如如何在高价值产品转换周期内最大限度地减少清洗和准备时间，同时保证产品质量的批次间一致性。特别是关于“智能调度”的章节，它结合了最新的机器学习算法，尝试预测最佳的反应终点，而不是依赖于固定的时间表。这对我所在的行业，一个对时间敏感且原料成本高昂的精细化工企业来说，无疑具有极强的指导意义。不过，我也注意到，书中关于软件实现的具体代码示例相对较少，更多的是算法的理论框架，这可能要求读者需要自行进行大量的编程实现和验证工作，才能真正将这些前沿思想转化为生产力。从阅读体验上看，它像是一位经验丰富的老工程师在分享他多年来与“间歇性”难题搏斗的心得。

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阅读这本书的过程，就像是进行了一次思维上的“去碎片化”练习。过去我对间歇操作的理解多停留在流程图的阶段，而这本书强迫我从能耗和效率的角度，去审视每一个停机和启动的瞬间。其中关于“热惯性利用”的章节，简直是点睛之笔。它讨论了如何通过精确控制前一个批次的残余热量来辅助下一个批次的升温需求，从而大幅减少蒸汽或电力的消耗。书中对能量集成网络的分析，结合了 Pinch 技术的基本原理，但又加入了批次特有的时间维度。这使得分析不再是静态的，而是动态耦合的。唯一感到遗憾的是，书中对人机界面（HMI）设计在辅助操作员进行复杂间歇切换时的角色探讨略显单薄，我期待能看到更多关于如何将这些复杂的优化结果，以直观方式反馈给一线操作人员的讨论。这本书的价值在于揭示了流程中那些被忽视的“间歇损耗”。

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这本《间歇过程设计与优化》的理论深度让人印象深刻，尤其是在描述复杂系统的建模方法时，作者似乎将大量的精力投入到了对非线性动力学和随机过程的精细刻画上。阅读过程中，我发现书中对于如何将连续时间模型转化为离散化形式的论述尤为详尽，这一点对于工程实践者来说是极具价值的。它不像市面上很多教材那样只停留在概念的泛泛而谈，而是深入到了具体的数值求解算法的细节，例如如何选择合适的步长、如何处理收敛性问题等。书中对模型参数的敏感性分析部分，也展示了作者对系统不确定性处理的深刻理解，这让我开始重新审视过去在设计稳健性控制策略时可能存在的疏漏。整体而言，它更像是一本面向研究人员和高级工程师的工具书，而非入门读物，需要读者具备扎实的数学基础才能完全领会其中精髓。作者的叙事风格偏向于严谨的学术论证，每一处推导都力求无懈可击，虽然在阅读初期需要投入较多精力去消化，但一旦掌握，对于理解和改进现有生产流程中的波动性管理将大有裨益。

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