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出版者:

作者:宋海华

出品人:

页数:310

译者:

出版时间:2005-5

价格:33.00元

装帧:

isbn号码:9787561821305

丛书系列:

图书标签:

• 精馏
• 模拟
• 化工
• 过程
• 分离
• 传质
• 塔板
• 计算
• Aspen Plus
• 化工设计

《化学过程优化与控制》 图书简介 本书深入探讨了现代化学工业中至关重要的化学过程优化与控制理论及其在实际工程中的应用。在能源成本日益高昂、环保法规日益严格的背景下，如何实现化工生产过程的效率最大化、能耗最小化以及产品质量的稳定化，已成为化工企业保持竞争力的核心要素。本书旨在为化工工程师、过程研究人员以及相关专业的研究生提供一套系统、前沿且实用的知识体系。 第一部分：过程建模与系统辨识 过程的有效控制与优化，必须建立在对过程机理深刻理解的基础上。本部分首先回顾了经典的质量、能量守恒定律在化工过程中的应用，并着重介绍了如何利用这些基本原理构建准确的一阶/二阶常微分方程模型。 针对许多复杂反应器和分离设备，由于机理复杂或参数未知，建立严格的机理模型往往十分困难。因此，本书详细阐述了系统辨识（System Identification）技术。从经典的最小二乘法（Least Squares）到更鲁棒的正则化方法（如岭回归），我们系统地介绍了如何利用实验或历史操作数据来辨识出准确的动态模型。特别地，我们引入了基于非线性映射（如高斯过程回归或神经网络）的黑箱建模方法，以捕捉传统线性模型难以描述的强非线性动态特性。辨识过程中的模型验证、残差分析和结构选择标准被详尽阐述，确保辨识模型的可靠性。 第二部分：先进过程控制（APC）理论 在准确的过程模型基础上，本书将重点转向先进过程控制策略的开发与应用。我们认为，传统的PID控制虽然基础，但在处理多变量耦合、长延迟和约束条件时存在明显的局限性。 2.1 模型预测控制（MPC）的原理与实践 模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）是现代化工过程控制的核心。本书系统地梳理了MPC的理论基础，包括滚动时域优化（Receding Horizon Optimization）、约束处理以及状态估计。对于线性系统，我们详细推导了二次规划（QP）求解器的应用；对于非线性系统，本书着重介绍了非线性模型预测控制（NMPC）的求解策略，包括基于牛顿法和内点法的实时优化算法。 为克服高频次优化带来的计算负担，本书还介绍了稀疏化MPC（Sparse MPC）和分层控制架构（Hierarchical Control）的设计思路，使其能够应用于大型、高维度的工业控制系统。 2.2 鲁棒性与不确定性处理 化工过程的参数总是存在不确定性（如催化剂失活、原料组分波动）。本书专门辟出一章讨论鲁棒控制。我们引入了$mathcal{H}_{infty}$ 控制和多模型预测控制（Multi-Model MPC, MMPC），用以保证控制器在模型不确定性范围内依然能维持系统的稳定性和性能指标。 第三部分：过程优化技术 过程控制的目标是实现短期内对设定值的精确跟踪，而过程优化则关注于在给定的生产约束下，如何设定最佳的长期运行点以实现经济效益最大化。 3.1 静态优化：线性与非线性规划 本部分从基础的线性规划（LP）和非线性规划（NLP）入手，讲解了单纯形法、内点法等求解算法在化工生产调度和流程设计中的应用。重点分析了反应收率、能耗和分离成本之间的权衡关系。 3.2 动态优化与实时优化（RTO） 实时优化（Real-Time Optimization, RTO）是连接过程控制与经济目标的关键桥梁。本书详细阐述了如何集成过程模型、在线测量数据与经济参数，形成一个层级优化结构。我们讨论了两层RTO架构（即静态RTO与动态RTO的区别），并强调了在线数据修正（Data Reconciliation）在保证优化输入准确性中的作用。为解决经典RTO的收敛速度慢的问题，本书介绍了基于梯度下降法的实时迭代策略。 第四部分：特定过程的控制与优化案例 为了将理论与工程实践紧密结合，本书选取了几个典型的化工单元操作作为案例进行深入分析。 4.1 反应器控制策略 重点讨论了半间歇反应器和连续搅拌釜反应器（CSTR）的热稳定性控制。针对危险化学反应，我们设计了基于安全约束（Safety Constraints）的控制策略，确保反应温度和压力不超过安全裕度。 4.2 分离过程的耦合控制 以双塔精馏系统为例，本书展示了多变量控制的复杂性。我们使用奇异值分解（SVD）分析了控制回路的耦合程度，并设计了解耦控制器，以实现塔顶产品纯度和塔底回收率的解耦控制目标。同时，针对能耗巨大的再沸器和冷凝器，我们应用MPC实现了热集成优化。 4.3 新型技术：数据驱动的优化与控制 随着工业物联网（IIoT）的发展，本书也前瞻性地引入了基于强化学习（Reinforcement Learning, RL）的控制方法。RL在无需显式模型的情况下，通过与环境的交互来学习最优的控制策略，特别适用于那些变化剧烈或模型结构难以确定的过程。 总结 《化学过程优化与控制》不仅是理论的梳理，更是一本强调工程实践指导的工具书。通过清晰的数学推导、丰富的图示解释以及贴近工业现场的案例分析，本书旨在帮助读者掌握从过程机理分析到先进控制策略实施的全链条能力，从而有效提升化工生产的智能化和经济性水平。

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这本书的排版和图示质量极高，这对于一本涉及大量流程图和数据表格的专业书籍来说，是决定阅读体验的关键因素。插图清晰易懂，坐标轴的标注规范严谨，使得复杂的流程图和相图不再是令人望而却步的符号集合，而是清晰的工艺路径指引。作者在解释复杂数学模型时，也尽可能地使用了直观的类比，例如用“赛跑”来比喻组分在塔内的竞争性上升和下降，这种生动的描述极大地降低了读者的学习门槛。我发现，即使是对于我不太熟悉的特定分离技术（比如反应精馏的耦合模拟），通过书中提供的清晰步骤和逻辑推导，我也能快速掌握其核心模拟思路。总而言之，这是一本集理论深度、实践广度、以及出色可读性于一身的佳作，它不仅是工具书，更像是一本能激发思考的智囊宝典，强烈推荐给所有从事化工分离领域的人士。

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我是一位在职多年的工程师，深知理论知识和实际生产之间存在着巨大的鸿沟。很多时候，我们能算出理论塔板数，却不知道在实际塔釜压力波动下，分离效率会如何变化。这本书仿佛一位经验丰富的前辈，手把手地教我如何跨越这道鸿沟。书中对“假想塔板”和“实际塔板”之间差异的探讨尤其发人深省。作者通过实际运行数据的拟合，展示了如何利用模拟工具来修正设计参数，以适应工厂实际的工况。我尤其喜欢其中关于能耗优化的章节，它不是简单地推荐使用热集成方案，而是详细比较了不同换热器配置对总能耗和初期投资的影响，并给出了多目标决策的思路。这种对成本和效率双重考量的分析，充满了商业的智慧和工程的务实。它让我意识到，精馏模拟的终极目标，是实现经济效益的最大化，而不仅仅是达到理论上的纯度指标。

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这本书的结构设计非常巧妙，读起来有一种层层递进的快感。它不是将所有知识点堆砌在一起，而是遵循了从基础理论到复杂应用的学习路径。开头部分对精馏分离基本原理的复习，虽然简短，但却异常精准，直击要害，为后续的模拟操作打下了坚实的基础。紧接着，作者逐步引入了各种流程模拟软件的特定功能，但令人称道的是，作者并没有沦为某个软件的“操作说明书”。他始终聚焦于“为什么”要这样做，而不是仅仅停留在“如何”做。例如，在讨论动态模拟时，作者详细阐述了停工/开车过程中的物料滞留和能量平衡变化，这对于化工装置的安全性管理至关重要。我个人认为，这本书的价值在于它培养了读者一种系统性的工程思维——如何将一个复杂的工业问题，拆解成若干个可被精确建模和优化的子系统。这种思维训练，比学会几个软件命令要宝贵得多。

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这本《精馏模拟》实在是让人眼前一亮，它不仅仅是一本技术手册，更像是一场思维的探险。我原本以为这种主题的书籍会枯燥乏味，充斥着晦涩难懂的公式和刻板的流程图，没想到作者竟然能将“精馏”这个看似冰冷的过程，描述得如此生动有趣。书中对于模拟软件的操作技巧讲解得极其细致，每一个步骤的背后都蕴含着作者深厚的工程经验。比如，它并没有简单地告诉你“如何设置收敛条件”，而是深入剖析了不同操作单元参数变化对计算结果的敏感性，这一点对于我们这些在实际操作中经常遇到“模型不收敛”困扰的人来说，简直是雪中送炭。我特别欣赏作者在案例分析部分所展现出的洞察力，他总能从看似平常的模拟结果中，挖掘出隐藏在数据背后的工艺瓶颈。读完这些案例，我感觉自己对精馏塔的理解上升到了一个新的高度，不再只是停留在理论层面，而是真正学会了如何用“模拟的眼睛”去看待和优化现实中的分离过程。这种实战导向的写作风格，使得这本书的实用价值远超同类文献。

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坦白讲，我初次拿起这本书时，内心是有些抗拒的，毕竟“模拟”二字听起来就带着一股浓厚的计算机味儿，我更偏爱传统的、基于热力学和传质原理的推导。然而，这本书彻底颠覆了我的这种刻板印象。它巧妙地搭建了一个桥梁，将复杂的化学工程原理与现代计算工具完美地结合起来。书中对不同精馏过程，比如共沸精馏、萃取精馏等特殊情况的模拟策略，有着独到的见解。例如，它在描述共沸体系时，不仅展示了如何选择合适的溶剂和模拟软件模块，更深入地探讨了溶剂回收塔的设计优化，这在很多教科书中是被一笔带过的。作者的文笔流畅，逻辑清晰得令人叹服，即便是我第一次接触某些高级模拟功能，也能凭借着清晰的图文指引，顺利完成操作。最让我印象深刻的是，书中对模型验证和结果不确定性的讨论，作者没有回避模拟的局限性，反而引导读者思考如何通过实验数据来校准和提高模型的可信度，这体现了一种严谨且成熟的科学态度。

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