化工设备设计手册（上、下卷） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:化学工业出版社发行部

作者:朱有庭

出品人:

页数:1835

译者:

出版时间:2005-6

价格:260.00元

装帧:精裝本

isbn号码:9787502562533

丛书系列:

图书标签:

• CBE
• 871-1
• 化工设备
• 设备设计
• 化工工程
• 机械设计
• 工艺设备
• 流程工业
• 石油化工
• 精细化工
• 传热设备
• 分离设备

《现代化工过程控制技术与应用》 图书简介 本书深入探讨了现代化工过程中控制技术的核心原理、设计方法、优化策略以及实际应用。全书结构严谨，内容涵盖了化工过程控制的理论基础、常见控制回路的实现、先进控制策略的开发与应用，以及过程安全与可靠性管理中的控制系统作用，旨在为化工工程师、过程控制专业人员以及相关领域的研究人员提供一本全面、实用且具有前瞻性的参考手册。 --- 第一部分：化工过程控制基础与理论 本部分重点阐述了化工过程控制的物理、化学基础，以及现代控制理论的基本概念，为理解后续复杂的控制系统打下坚实的理论基础。 第一章：化工过程动力学与建模 化工单元操作的本质是物理化学过程的动态演变。本章详细介绍了反应器、精馏塔、换热器、泵和阀门等典型化工设备的过程机理建模方法。内容包括： 质量、能量与动量守恒定律在过程建模中的应用： 建立描述系统动态特性的微分方程组。 线性化技术与传递函数模型： 如何将复杂的非线性模型线性化，推导经典的一阶、二阶甚至高阶过程传递函数（如一阶加纯过程时间模型Pade近似），并分析其在频域和时域的响应特性。 系统辨识： 介绍基于实验数据（脉冲响应、阶跃响应）辨识过程参数的方法，包括最小二乘法在参数估计中的应用。 状态空间表示法： 阐述利用状态变量描述系统内部动态的数学工具，为现代控制理论（如极点配置、卡尔曼滤波）的应用做准备。 第二章：经典反馈控制理论 这是过程控制的核心内容，详细剖析了PID控制器的设计、整定与局限性。 反馈控制的基本原理与结构： 介绍闭环系统的稳定性和性能指标，包括稳态误差、瞬态响应指标（超调量、建立时间）。 PID控制器的原理与实现： 深入剖析比例、积分、微分项对过程控制的作用机制。 经典整定方法： 详细介绍Ziegler-Nichols（齐格勒-尼科尔斯法）的开环法和闭环法，以及基于性能指标的优化整定方法（如IMC法——内部模型控制）。 抗积分饱和与前馈控制： 讨论在实际操作中如何应对积分饱和问题，并引入前馈控制技术以应对可测负荷扰动，提高控制性能。 第三章：过程可靠性与安全仪表系统（SIS） 在化工行业，控制系统的可靠性直接关系到生产安全。本章聚焦于确保控制系统安全运行的规范和技术。 风险评估与安全完整性等级（SIL）： 介绍HAZOP（危险与可操作性分析）在确定安全仪表系统需求中的作用，以及IEC 61508/61511标准对SIL等级的划分和要求。 仪表冗余设计： 分析三取二（2oo3）、双冗余（1oo2）等不同冗余架构在不同安全层级中的应用，以及如何计算系统平均危险失效概率（PFDavg）。 故障诊断与容错控制基础： 探讨如何通过监测执行器和传感器状态，实现对控制回路故障的快速隔离与切换。 --- 第二部：先进过程控制（APC）技术 随着计算能力的增强，先进的数学算法被引入到化工过程控制中，以应对多变量、强耦合系统的复杂性。 第四章：多变量解耦控制与前馈补偿 许多化工过程（如精馏塔）具有多个输入和多个输出，变量间相互耦合，经典单回路控制难以实现最优性能。 过程耦合度分析： 利用相对增益矩阵（RGA）评估变量间的耦合强度，指导控制结构的选择。 解耦器设计： 介绍基于逆矩阵解耦、动态矩阵控制（DMC）的前置解耦器设计原理，用以消除主要耦合效应。 先进前馈与反馈集成： 讨论如何将解耦后的前馈控制与反馈控制相结合，以实现对复杂扰动的快速、精准补偿。 第五章：模型预测控制（MPC） MPC是当前最主流的先进过程控制技术，尤其适用于大型、慢速、约束性强的化工过程。 MPC基本原理： 阐述滚动时域优化、预测模型、控制率计算和无约束优化求解的流程。 线性模型预测控制（LMPC）： 详细推导基于状态空间或传递函数的LMPC在每个采样周期内求解二次规划（QP）问题的过程，并讨论约束处理机制。 约束的类型与处理： 重点分析输入约束（执行器限制）、输出约束（产品质量限制）和状态约束在MPC中的严格实施，这是其优于传统控制的关键。 MPC在关键单元中的应用： 结合案例分析MPC在复杂精馏塔的侧线控制、高压裂解炉的温度控制、以及反应动力学控制中的实际部署与效果评估。 第六章：自适应与鲁棒控制 化工过程参数（如催化剂活性、换热器结垢）会随时间变化，要求控制器具有适应性。 自适应控制（Self-Tuning Control）： 介绍基于参数估计与控制律重整定的在线自适应方法，包括基于最小二乘法的自适应PID。 鲁棒控制基础： 探讨过程模型不确定性对控制性能的影响，引入$mathcal{H}_{infty}$控制的基本思想，以确保控制器在模型误差范围内仍能保持足够的稳定性裕度。 增量非线性控制： 介绍如何利用反馈线性化技术处理强非线性过程，例如对CSTR反应器等进行精确控制。 --- 第三部分：集散控制系统（DCS）与信息集成 本部分关注于控制系统的工程实现、集成化管理以及与企业信息系统的协同。 第七章：集散控制系统（DCS）的架构与功能 DCS是现代大型化工装置的主要控制平台。 DCS的层次结构： 描述从现场仪表层（传感器、执行器）到控制层（控制器、I/O卡件）、监控层（操作员站）和管理层（历史数据库、工程工作站）的完整架构。 控制策略的组态与实现： 介绍在DCS环境中如何使用功能块图（Function Blocks）实现PID、串级控制、前馈控制等策略，并讨论报警管理、操作员界面（HMI）的设计原则。 高可靠性与冗余配置： 详细说明DCS中处理器、通信网络和电源的冗余配置方案，以及热切换机制。 第八章：过程数据管理与性能监控 控制系统产生的大量数据是提升运行效率的关键资源。 实时数据库与历史数据管理： 介绍如何高效存储和检索过程变量（PV, SP, MV）的时间序列数据，以及数据压缩与归档技术。 关键性能指标（KPI）的提取与可视化： 如何利用历史数据计算OEE（设备综合效率）、能耗效率、产品收率等关键KPI，并通过Dashboards实时展示。 过程数据分析与趋势追踪： 介绍如何利用统计过程控制（SPC）技术对过程波动进行监控，识别“失控”状态，并为优化提供数据支持。 第九章：控制系统与企业信息系统的集成 现代工厂强调生产运营的数字化协同。 ISA-95模型概述： 介绍如何通过该标准框架理解控制系统（等级0-2）与制造执行系统（MES，等级3）之间的信息交换需求。 数据接口与通信协议： 讨论 OPC 统一架构（UA）在实现DCS与MES/ERP系统之间安全、标准数据交换中的核心作用。 生产调度与优化信息流： 阐述APC系统如何接收来自MES的生产计划和目标，并将优化后的控制指令反馈给DCS执行，实现闭环的生产优化管理。 --- 总结与展望 本书综合了化工过程控制的理论深度、工程实践的广度以及信息技术的融合趋势。通过对经典控制到先进控制的系统梳理，再结合现代DCS的工程化实现，为读者提供了一个完整的能力框架，以应对当前及未来化工生产对效率、质量和安全日益提高的要求。

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说实话，我拿到这套书的时候，内心是相当激动的，毕竟“化工设备设计手册”这几个字本身就带着一股沉甸甸的专业气息。我主要关注的是热力设备的部分，特别是针对各种新型换热器的优化设计章节。这套书在处理换热效率和压降之间的权衡问题上，提供了非常细致的分析模型。我特别尝试着用书里的某个特定湍流流动的经验公式去校验我们近期设计的一个大型列管式换热器，结果发现，书里的预测值和实际运行数据之间的偏差比我之前用的其他软件模拟的结果要小得多，这让我对这套手册的权威性又加深了一层认识。然而，时代在进步，很多现代化的设计工具和软件层出不穷，这本手册的内容虽然严谨，但在某些前沿领域，比如微反应器或者超临界流体应用方面的设计方法，似乎更新得不够及时。我翻阅了好几遍，发现它更多地聚焦于成熟、经典的化工单元操作，对于一些新兴的、对设计参数要求更苛刻的领域，还略显保守。如果作者团队能定期推出补充和修订版，将最新的研究成果融入进来，那它的价值就不仅仅是一本“手册”了，更像是一个活着的知识库。现在的版本，更像是一部奠定了行业基础的经典著作，厚重但略显陈旧。

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哎呀，最近为了准备一个新项目，简直是把手头的资料翻了个底朝天。手头这本《化工设备设计手册（上、下卷）》真是让我又爱又恨。说它爱，是因为它那厚厚的篇幅里，理论基础和设计规范简直是包罗万象，感觉任何一个化工单元操作的设备，从反应器到换热器，再到塔器，只要你想查，基本都能找到对应的设计思路和计算公式。我尤其喜欢它对材料选择和腐蚀防护那块的详尽论述，这一点对于我们这种经常处理强酸强碱环境的工程师来说，简直是救命稻草。记得有一次为了选一种耐高温高压的特种合金材料，光是对比各种标准和性能曲线就头疼不已，幸好手册里提供了好几张直观的选材图表，一下子就锁定了几种备选方案，大大加快了进度。不过话说回来，这书的缺点也很明显，那就是图文并茂的“文”稍微多了点，图例和示意图的清晰度有时候真得凑近了才能看清楚，尤其是一些复杂的管道布置和结构细节，如果能再配上更现代化的三维模型或者更清晰的剖视图，那就完美了。总体来说，对于需要深入理解设备设计原理和规范的老工程师来说，它是一本不可或缺的案头工具书，但对于刚入行的新手来说，可能需要一个资深导师的引导，不然光是啃这几大卷的理论估计就要迷失方向了。

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这套上下两卷的书，分量感十足，拿在手里沉甸甸的，象征着化工设计领域的深厚积淀。我个人是做工艺管道设计出身的，对流体输送和设备连接部分的规范特别关注。这本手册里关于管道应力分析和柔性接头选用的章节，简直是教科书级别的存在。它详细阐述了热胀冷缩对长距离管道布局的影响，以及如何通过合理的支吊架设计来规避破坏性应力集中点。让我印象深刻的是，它对于“非常规”设备连接的描述，比如高粘度流体的无死角设计，考虑得非常周到。但是，作为一个长期与CAD软件打交道的现代工程师，我必须指出，这本手册的图示风格有点过于“复古”了。很多设备剖面图，虽然准确，但缺乏现代工程图纸的简洁性和标准化表达。如果能增加一些国际标准（如ASME或ISO）的符号对照表，并且在复杂的结构部分，提供更多接近工程制图规范的示意图，我想会更方便我们与国际项目团队进行沟通和协作。总而言之，它为我们提供了坚实的理论基石，但与当前全球工程信息交流的效率标准相比，在表达方式上还有很大的提升空间，像是一座知识的宝库，但钥匙的样式需要与时俱进。

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最近在做一个关于反应釜搅拌系统的升级项目，老是觉得搅拌效率上不去，气液传质效果不理想。正好翻开了《化工设备设计手册》的反应器设计卷。这本书的强大之处在于，它不仅仅告诉你设备长什么样，而是深入到流体力学和反应动力学的交叉点上。我花了整整一个下午，对照着书里关于不同类型搅拌桨（如涡轮式、桨叶式）在不同粘度介质中能量输入和剪切速率的计算章节，重新核对了我现有的搅拌功率。那些复杂的无量纲数和经验系数的讲解，虽然枯燥，但一旦理解了背后的物理意义，立马茅塞顿开。我发现我们当前的桨速设置可能在高粘度区域已经效率递减，需要调整。不过，这本书的排版和索引系统，真是让人抓狂。我记得上次要找一个关于塔盘开孔率对分离效率影响的表格，找了快半小时，最后还是通过反复翻目录才勉强定位。如果能有一个功能强大的电子版检索系统，或者至少把关键参数和公式用醒目的颜色标识出来，对于这种超大型参考书来说，绝对能提升使用体验百分之三百。现在的纸质版，更像是在跟图书馆的卡片目录做斗争。

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老实讲，我更看重的是它的“工程实践”价值，而非纯粹的理论推导。这套手册的每一个设计实例和算例都非常贴近实际工厂的工况，这一点在我的日常工作中至关重要。我不是要做学术研究，我需要的是能直接拿去套用的、经过时间检验的工程经验。比如在处理压力容器的焊缝强度校核时，手册给出的那些修正系数和安全裕度，明显比一些简化模型要保守和可靠得多，这直接关系到操作安全。唯一让我不太满意的是，它在“成本估算与经济性评估”这块的内容相对薄弱。设计出符合规范的设备是第一步，但如何在一个预算范围内实现最佳设计，是每个工程师都要面对的难题。这本书似乎默认了只要设计合理，成本就是次要因素，但现实情况往往是预算卡得死死的。如果能在每一章的末尾，增加一些关于不同设计方案在制造成本、维护费用和预期寿命上的对比分析，那它就从一本优秀的“技术手册”升级成一本全面的“工程决策指南”了。现在的版本，更像是一位技艺精湛的老师傅在传授独门绝技，技术无懈可击，但商业头脑还需要自己去培养。

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