精细化工和制药过程控制 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:251

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出版时间:2009-2

价格:28.00元

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isbn号码:9787562824596

丛书系列:

图书标签:

• 精细化工
• 制药工程
• 过程控制
• 自动化
• 化学工程
• 工业自动化
• 控制系统
• 传感器技术
• 数据分析
• 优化控制

《精细化工和制药过程控制》 本书系统地阐述了精细化工和制药行业中过程控制的核心理论、关键技术和实际应用。全书共分为四个主要部分，旨在为读者构建一个从基础到进阶，再到工程实践的完整知识体系。 第一部分：过程控制基础理论 本部分首先深入剖析了过程控制的基本概念，包括过程、变量、控制器、执行器等关键要素的定义与相互关系。在此基础上，详细介绍了过程的数学建模方法，涵盖了线性模型、非线性模型、传递函数模型、状态空间模型等，并探讨了模型的辨识技术，使得读者能够准确地描述和预测复杂化工和制药过程的动态行为。 随后，本书聚焦于经典的控制理论，详细讲解了比例-积分-微分（PID）控制器的原理、整定方法（如Ziegler-Nichols法、临界比例法、衰减比法等）及其在工业生产中的广泛应用。在此基础上，引入了更先进的控制策略，如前馈控制、串级控制、比值控制、反馈/前馈组合控制等，并分析了它们在提高过程稳定性和响应速度方面的优势。 为了应对实际生产中可能出现的非线性、时滞、参数变化等复杂情况，本书还详细介绍了现代控制理论的相关内容。这包括状态空间方法、观测器设计（如Luenberger观测器）、极点配置技术，以及模型预测控制（MPC）的基本原理、算法设计和在化工及制药过程中的应用潜力。同时，对鲁棒控制和自适应控制的理念和方法进行了初步的介绍，为处理不确定性过程提供了理论指导。 第二部分：精细化工过程控制 本部分将基础理论应用于精细化工领域的具体生产过程。首先，针对精细化工常见的单元操作，如反应器、精馏塔、萃取塔、干燥器、结晶器等，详细分析了各自的工艺特点和过程控制难点。以反应器为例，深入探讨了温度控制、浓度控制、压力控制、液位控制等关键控制回路的设计与优化，并结合化学反应动力学，讲解了如何实现反应速率和产物选择性的精确控制。 在精馏塔控制方面，本书阐述了回流比控制、再沸器蒸汽流量控制、塔顶产品采出率控制等策略，并介绍了如何利用先进控制技术（如模型预测控制）来优化塔的操作，提高分离效率，降低能耗。对于传质单元操作，如萃取和吸收，详细分析了其过程变量和控制方法，强调了传质效率与操作参数的关系。 此外，本部分还关注了精细化工过程的安全性与环保性。探讨了安全联锁系统（SIS）的设计原则和在过程安全管理中的作用，以及如何通过过程控制来减少废弃物排放、提高资源利用率，实现绿色化工。 第三部分：制药过程控制 本部分专注于制药行业特有的过程控制挑战与解决方案。首先，介绍了制药行业与传统化工行业的差异，特别是对产品质量、纯度、均一性以及法规合规性（如GMP）的极高要求。 针对制药生产中的关键单元操作，如发酵罐、生物反应器、结晶器、过滤干燥器、包衣机、灌装机等，进行了详细的分析。以发酵过程为例，深入讲解了对温度、pH值、溶解氧、搅拌速度、底物/产物浓度等关键参数的精确控制，以及如何通过优化控制策略来提高目标产物的产量和质量。 本书重点介绍了制药过程中的在线监测与分析技术。涵盖了pH传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、紫外-可见分光光度计、近红外光谱仪（NIR）、拉曼光谱仪等在线分析仪器的原理、选型和在过程控制中的集成应用，强调了PAT（Process Analytical Technology）理念在制药过程质量控制中的核心地位。 同时，对于产品质量的均一性和批次间一致性，本书详细阐述了如何通过过程控制来实现。这包括对物料投料、混合、反应、结晶、干燥等各个环节的精确控制，以及如何利用统计过程控制（SPC）工具来监控和保证产品质量。 此外，本书还讨论了制药过程中涉及的验证（Validation）问题，以及过程控制系统如何满足法规要求，确保产品的安全性和有效性。 第四部分：高级主题与工程实践 本部分旨在进一步深化读者对过程控制的理解，并提供更具前瞻性的视角和工程实践指导。首先，对过程安全仪表系统（SIS）进行了更为深入的探讨，包括安全完整性等级（SIL）的确定、风险评估方法、以及SIS的设计、实施和维护。 接着，本书引入了数据科学与人工智能在过程控制中的应用。详细介绍了如何利用大数据分析技术来优化过程参数，预测设备故障，以及提升过程性能。重点讲解了机器学习算法（如支持向量机、神经网络、决策树）在过程建模、故障诊断和预测性维护方面的应用。深度学习在处理复杂非线性过程和图像识别（例如在制药过程中的粒子形态分析）方面的潜力也得到了阐述。 仿真与优化是本部分的另一个重要内容。介绍了各种过程仿真软件（如Aspen Plus, HYSYS, MATLAB/Simulink）的应用，以及如何利用仿真来测试和优化控制策略，进行方案比较和可行性分析。 最后，本书提供了关于过程控制系统集成、项目实施以及常见工程问题的解决方案。涵盖了从仪表选型、仪表安装、回路调试到系统验收等全过程的工程考虑。并对过程控制系统的可靠性、可维护性以及网络安全等现代工程实践中的关键问题进行了讨论。 通过以上四个部分的系统阐述，《精细化工和制药过程控制》旨在为从事精细化工和制药工程的工程师、技术人员、研究人员以及相关专业的学生提供一本全面、深入且实用的参考书籍，帮助他们掌握现代过程控制技术，提升生产效率，保证产品质量，确保生产安全。

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这本书的装帧设计简直是艺术品，封面那种深邃的蓝色调，配上那行优雅的银色字体，初次拿到手里就让人有一种沉浸其中的感觉。我本来还担心内容会过于晦涩难懂，毕竟化工和制药这两个领域听起来就让人头大，但翻开目录后发现，作者显然花了不少心思在结构布局上。它没有采取那种传统的教科书式硬邦邦的叙述，而是用一种近乎讲故事的口吻，将复杂的单元操作和反应动力学娓娓道来。特别是其中关于**过程分析技术（PAT）**的应用案例，描述得极为生动，仿佛能看到那些先进的传感器是如何实时监控反应釜内部的温度、压力和组分变化，这种描述方式极大地降低了我的阅读门槛。我特别欣赏作者在引入新概念时所使用的类比，比如将反馈控制回路比作一个经验老道的厨师，时刻调整火候以保证菜肴的完美，这种接地气的比喻让那些抽象的控制理论瞬间变得鲜活起来。而且，书中对**安全仪表系统（SIS）**的介绍也非常到位，没有仅仅停留在理论层面，而是深入探讨了如何根据风险等级来设计和验证这些保护层，这对于我们工程实践者来说，简直是宝贵的参考资料，读完后感觉对整个工艺流程的风险控制有了更深一层的敬畏与理解。

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这本书的逻辑衔接简直是教科书级别的流畅，它成功地搭建起了一座连接基础化学工程原理和尖端制药过程控制的桥梁。我之前在学习流体力学和热力学基础时，总觉得和后期的控制系统设计脱节，但这本书完美地解决了这个问题。作者非常巧妙地将**反应器设计**中的混合效率、传质速率等关键物理化学参数，直接映射到控制系统的输入变量和约束条件中去。例如，在讨论到连续流反应器（CSTR）的温度控制时，书中没有空泛地谈论“如何控制”，而是先回顾了反应热释放的特点和传热壁面的热惯性，然后才引出多变量控制策略的必要性。这种“先立意，后施策”的叙事方式，让人在理解控制策略的“为什么”时，能追溯到最源头的物理机制，而不是盲目地套用公式。这种对学科交叉点的深入挖掘，使得整本书读起来充满了一种内在的必然性，你不会觉得任何一个章节是多余的，所有的铺垫都是为了最终的控制优化服务的，非常令人信服。

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读完这本大部头，我深刻体会到作者的匠人精神，尤其是它对**数据驱动型控制**的未来趋势的把握，可以说是走在了时代的前沿。书中对如何利用机器学习，特别是深度学习方法来处理制药过程中常见的非线性、时变且带有噪声的过程数据，进行了非常前瞻性的讨论。它详细介绍了如何构建有效的特征工程来提取有意义的过程信息，并展示了如何将这些数据模型无缝集成到现有的基于第一性原理的模型中，形成所谓的“混合模型控制”。我特别关注了其中关于**批次过程的终点预测**章节，作者利用循环神经网络（RNN）成功预测了复杂发酵过程的产物浓度曲线，并且给出了开源代码片段的思路。这对于我们这些在生物制药领域摸索如何实现“智能化生产”的工程师来说，简直是及时雨，它不仅提供了理论框架，更提供了直接的实践路径，展现了一种面向未来的、更具弹性的过程管理理念。

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这本书的排版和细节处理，体现了极高的专业素养，完全符合一本顶尖参考书的标准。尽管内容涉及大量的过程仿真和动态模拟，但书中所有的图例，无论是流程图、P&ID 还是控制框图，都采用了高度一致的行业标准符号，没有任何含糊不清或自创的标记，这大大提高了阅读效率。另外，作者在章节末尾设置的“思考与挑战”环节，设计得非常巧妙，它不是简单的问题复述，而是抛出了一些开放性的、需要结合当前工业实践才能回答的难题，比如“在面对能源价格波动时，如何动态调整反应温度以最小化运营成本而不牺牲产品质量？”这种贴近企业实际痛点的提问，强迫读者跳出书本的定义，去主动思考如何将理论转化为经济效益。可以说，这本书不仅是知识的载体，更像是一个资深导师，在持续地引导和激发读者的批判性思维和创新能力，对于任何希望在精细化工和生物制药领域深耕细作的专业人士而言，都是一本不可或缺的工具书。

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这本书的深度和广度实在令人叹为观止，它绝不仅仅是一本停留在基础理论层面的参考书，更像是一份详尽的、面向实战的“工艺优化圣经”。我最欣赏的地方在于，它对**先进过程控制（APC）**的阐述达到了一个前所未有的高度。书中详细剖析了模型预测控制（MPC）的构建过程，从状态空间模型到传递函数矩阵的推导，每一步都清晰可见，连那些常常在其他教材中一笔带过的矩阵求逆和优化求解的细节，作者都给出了详尽的数学推导和实际软件实现上的注意事项。更关键的是，书中引用了大量近十年内国际顶级期刊的最新研究成果，比如在手性药物合成过程中的**结晶过程控制**，它不仅探讨了传统PID的局限性，还展示了如何利用软测量技术来估计难以在线测量的晶体粒度分布，这对于我们致力于提升产品质量和批次稳定性的研发人员来说，具有极强的指导意义。我甚至发现，书中的一些图表质量高到可以直接截取作为我们内部培训材料的配图，可见其严谨程度非同一般。

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