Energy Optimization in Process Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Sieniutycz, Stanislaw/ Jezowski, Jacek

出品人:

页数:768

译者:

出版时间:2009-7

价格:2007.00 元

装帧:

isbn号码:9780080451411

丛书系列:

图书标签:

• optimization
• energy
• Process Systems
• Energy Optimization
• Chemical Engineering
• Process Control
• Optimization
• Energy Efficiency
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• Modeling
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• Sustainable Engineering

《过程系统中的能量优化：理论、方法与实践》 本书深入探讨了在复杂的工业过程系统中实现能量效率最大化的关键理论、前沿方法以及实际应用。随着全球对可持续发展和环境保护的日益重视，能源消耗的有效控制已成为工业界面临的核心挑战。本书旨在为过程工程师、研究人员以及相关领域的决策者提供一套全面而系统的知识体系，帮助他们理解能量损失的根源，掌握先进的优化工具，并成功地将理论转化为可行的工程解决方案，从而显著降低运营成本，减少环境足迹。 第一部分：过程系统中的能量基础与分析 本部分首先奠定了理解能量优化的基础。我们将从热力学基本定律入手，深入分析能量在各种过程中的转化和传递机制，特别关注不可逆性带来的能量损失。随后，我们将详细介绍多种过程系统能量分析（Process System Energy Analysis, PSEA）的技术，包括： 物质能量衡算（Mass and Energy Balances）：强调准确、可靠的物质能量衡算在能量分析中的核心作用，讨论不同类型衡算的应用场景和计算方法。 能级分析（Exergy Analysis）：系统阐述能级（或称火用）的概念及其在评估过程能量损失中的优势。我们将详细讲解能级衡算原理，分析不同设备和过程的能级损失，识别能量效率的瓶颈所在。 传热与传质过程的能耗分析：聚焦于化工、制药、食品等行业常见的传热（如换热器、蒸发、冷凝）和传质（如蒸馏、吸收、萃取）过程，分析其能量输入与输出，以及可能存在的能量损失点。 泵、压缩机、涡轮等机械设备的能耗评估：研究流体输送和动力设备在过程系统中的能耗特点，分析其效率影响因素，并提出节能改进建议。 热集成分析（Heat Integration Analysis）：引入集中式和分布式热集成概念，详细介绍传热网络综合（Heat Exchanger Network Synthesis, HENS）的基本原理和常用方法，如传热网络图（Pinch Analysis）技术，用于识别潜在的传热改进机会，最小化外部公用工程（如蒸汽和冷却水）的消耗。 分布式能量系统分析：考察如分布式热电联产（CHP）、余热回收利用等小型化、本地化能源解决方案在过程系统中的应用潜力。 第二部分：过程系统能量优化的理论与方法 在掌握了能量分析的基础后，本部分将转向更高级的优化理论和技术。我们将从不同角度探讨如何主动地提升过程系统的能量效率： 热力学优化理论：深入研究过程热力学，理解不同操作条件和设计参数对能量效率的影响，介绍如何通过优化热力学循环和过程设计来减少不可逆性。 数学优化模型：介绍如何将能量优化问题建模为数学规划问题，包括线性规划（LP）、混合整数线性规划（MILP）、非线性规划（NLP）等。我们将详细讨论如何构建能量相关的目标函数（如最小化总能耗、总成本）和约束条件（如物料平衡、能量平衡、设备能力限制）。 智能优化算法：探讨先进的智能优化算法在处理复杂、非线性过程系统优化问题中的应用，例如： 遗传算法（Genetic Algorithms, GA） 粒子群优化（Particle Swarm Optimization, PSO） 模拟退火算法（Simulated Annealing, SA） 蚁群优化算法（Ant Colony Optimization, ACO） 这些算法能够有效地搜索全局最优解，克服传统优化方法在处理大规模、高维度问题时的局限性。 多目标优化：在实际的能量优化过程中，往往需要同时考虑多个相互冲突的目标，例如最小化能耗、最大化生产率、最小化排放等。本部分将介绍多目标优化技术，如帕累托前沿（Pareto Front）的概念，以及处理多目标问题的常用方法。 过程模拟与优化集成：深入探讨过程模拟软件（如 Aspen Plus, HYSYS）与优化引擎的集成应用。学习如何利用模拟软件建立精确的过程模型，然后调用优化算法来寻找最优操作参数和设备设计。 实时优化（Real-Time Optimization, RTO）：介绍实时优化技术，如何在现有生产过程中，根据实时变化的生产数据和市场条件，对过程操作进行动态调整，以持续保持最佳的能量效率。 模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）在能量优化中的应用：探讨如何利用MPC技术，结合过程模型和优化算法，对过程进行预测性控制，从而实现动态的能量优化。 第三部分：过程系统能量优化的实践与案例研究 本部分将重点关注能量优化在不同工业领域的实际应用，并通过具体的案例研究来展示理论方法的有效性。我们将涵盖： 化工过程的能量优化： 炼油与石化：聚焦于大型炼化装置的能量集成、余热回收、装置负荷优化等。 基础化学品生产：如氨合成、乙烯裂解等过程的能耗分析与优化。 精细化学品与制药：关注反应器、分离过程（如蒸馏、结晶）的能效提升。 能源与公用工程系统的优化： 锅炉与蒸汽系统：探讨锅炉效率提升、蒸汽管网优化、乏汽回收利用等。 冷却水系统：优化冷却塔运行、冷冻机组配置、循环水温度控制。 电力系统集成：结合分布式发电、能量存储，实现厂区内能源的优化配置。 食品与饮料行业的能量优化： 杀菌、巴氏消毒过程：热量回收与再利用。 干燥、浓缩过程：优化传热与传质效率。 冶金与材料工业的能量优化： 高温炉窑：隔热、余热回收、燃烧优化。 电解、电熔过程：电能效率提升。 废水处理与资源化利用中的能量优化： 生物处理过程：考虑曝气能耗、污泥处理能耗。 膜分离过程：优化操作压力与能耗。 设备选型与升级改造中的能量优化考虑： 高效换热器设计与选型。 低能耗泵、风机、压缩机的使用。 变频驱动（VFD）在电机节能中的应用。 过程控制策略对能量效率的影响： PID控制器的调优与先进控制。 基于模型预测控制（MPC）的动态能量优化。 数据驱动的能量优化： 利用大数据分析识别能耗异常。 机器学习在预测性维护与能耗优化中的应用。 绿色过程设计与生命周期评价： 从源头设计实现高能效。 考虑整个产品生命周期的能耗与环境影响。 本书的特色与价值： 本书内容丰富，结构清晰，理论与实践相结合。它不仅介绍了能量优化的基本原理和数学工具，更通过大量的工业案例，展示了这些方法在实际生产中的应用效果。本书旨在帮助读者： 建立系统性的能量分析思维：能够从全局角度审视过程系统，识别能量损失的关键环节。 掌握先进的能量优化工具：能够运用各种数学模型和算法，解决实际的能量优化问题。 提升过程系统的经济效益和环境绩效：通过降低能耗，实现生产成本的有效控制，并为可持续发展做出贡献。 紧跟行业前沿：了解最新的能量优化技术和发展趋势，为未来的技术创新和应用奠定基础。 无论您是初入过程工程领域的新手，还是经验丰富的行业专家，本书都将为您提供宝贵的知识和深刻的洞见，助力您在实现过程系统能量最优化的道路上不断前行。

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坦白说，这本书的深度绝对不是为初学者准备的。它采取了一种自上而下的叙事方式，首先建立了坚实的数学基础，大量使用了非线性规划、混合整数线性规划等优化工具的表述。如果你没有扎实的数学背景，读起来可能会感到吃力，尤其是在推导某些复杂的热力学约束条件时，需要反复回溯和查阅参考文献。然而，正是这种严谨性，使得书中的结论具有极高的说服力和可重复性。它不是在提供一些模棱两可的“最佳实践”，而是在教授一套解决任何能源密集型系统问题的通用方法论。我尤其欣赏作者在讨论不确定性对优化决策影响时所采取的鲁棒优化视角，这反映了作者深刻的行业洞察力，因为现实世界的运行条件是不断波动的，一个只在理想状态下最优的方案往往在实际中不堪一击。这本书更像是一本高级教科书，值得在工作之余静下心来，逐章攻克。

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这本关于能源优化的书，内容涉及的广度简直令人惊叹。我原以为它会集中在某个特定的工业领域，比如石化或者化工，但实际上，作者展现出了对热力学、流体力学乃至高级过程控制理论的深刻理解，并且能将这些看似孤立的知识体系巧妙地编织在一起，构建出一个宏大而统一的能源系统优化框架。书中对模拟工具和软件的使用也有着非常细致的指导，不仅仅是停留在理论层面，更是深入到了如何将模型转化为实际可操作的解决方案。读完后，我感觉自己对“效率”这个词的理解提升了好几个层次，它不再仅仅是简单的输入与产物之比，而是一个涉及多变量、多约束的复杂动态平衡。特别是关于系统集成和余热回收的部分，作者提供了一系列非常具有前瞻性的案例分析，这些案例展示了即便在看似成熟的传统工艺中，依然蕴藏着巨大的优化潜力，这对于我们这些常年在一线工作的工程师来说，无疑是醍醐灌顶的指引。

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这本书最让我感到惊喜的是其对“动态调度与控制”的阐述深度。很多现有的能源优化文献，往往停留在稳态分析层面，给出的优化结果是一套固定的设备配置或运行点。然而，在实际的生产环境中，负荷变化、原料波动和设备故障是常态。这本书却花费了大量篇幅来讨论如何利用模型预测控制（MPC）等先进控制策略，实时地将优化目标融入到日常操作中。它清晰地展示了，一个静态最优的系统，在动态运行中可能效率低下，而一个具备良好自适应能力的系统，尽管初始设计并非极致，却能持续产生更高的综合效益。作者通过对比静态优化和动态优化的结果，有力地论证了将优化理论融入实时控制层面的迫切性，这对于那些负责运营管理和过程控制的专业人士来说，是无价的洞见。

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我一直致力于寻找将可持续发展目标与经济效益紧密结合的工程实践指南，而这本书恰好填补了这一空白。它不仅仅关注于如何省钱，更着眼于如何通过能源系统的优化，显著降低碳足迹和环境影响。书中有一章专门探讨了耦合能源系统（例如，热电联产或区域能源网络）的潜力，这在当前全球都在寻求能源转型的背景下，显得尤为及时和重要。作者并没有回避技术实施过程中的社会经济挑战，而是将其纳入了多目标优化的框架内进行讨论。这种将技术前沿与社会责任感结合起来的写作风格，让我备受鼓舞。它证明了最尖端的工程技术，完全可以成为推动绿色转型的核心驱动力，而非仅仅是利润最大化的工具。这本书为我们树立了一个全新的标杆：真正的优化，必须是环境友好型的优化。

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这本书的排版和图示设计简直是灾难性的。虽然内容本身无疑是重量级的干货，但阅读体验却大打折扣。许多关键的流程图和P-T图（压力-温度图）分辨率低得令人发指，有些关键的参数标注几乎需要用放大镜才能看清，这在需要快速交叉对比不同工艺流程时造成了极大的不便。更别提索引部分，查找特定术语的效率极低，常常需要通过目录反复跳转才能定位到相关内容。我希望未来的再版能够对视觉元素进行彻底的优化，毕竟在处理复杂的系统工程问题时，清晰直观的图表比冗长的文字描述有效得多。如果能提供配套的电子版资源，允许读者在图上进行标注和缩放，那就更完美了。目前来看，这更像是一份内容非常优秀的内部技术报告，而不是一本面向广泛读者的专业书籍。

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