Design of Construction and Process Operations pdf epub mobi txt 電子書 下載 在線閱讀 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Daniel W. Halpin

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:1976-10

價格:USD 50.95

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9780471345657

叢書系列:

圖書標籤:

• Construction
• Process Operations
• Engineering
• Design
• Chemical Engineering
• Industrial Engineering
• Manufacturing
• Project Management
• Operations Management
• Process Control

現代工業係統與流程優化：從理論基石到前沿實踐 本書聚焦於對復雜工業係統的深入理解、設計、建模、優化與控製，旨在為讀者提供一個跨越傳統工程學科界限的、係統性的知識框架。它不探討具體的結構設計、材料科學或傳統的建築施工流程，而是將視野投嚮瞭支撐現代製造業、能源轉換、化工生産以及大規模數據處理等領域的核心——流程的本質與運行效率。 本書的結構圍繞工業流程的生命周期展開，從概念化的需求分析，到精細化的係統構建，再到動態的實時監控與反饋調控，力求構建一個全麵且實用的技術手冊。 --- 第一部分：工業流程的基礎範式與係統思維 本部分奠定瞭理解現代流程工業所需的理論基石，強調將所有生産活動視為一個相互關聯、具有特定動態特性的“係統”。 第一章：流程的定義、分類與係統邊界設定 本章深入探討瞭“流程”在不同工業語境下的精確定義，區分瞭批量（Batch）流程、連續（Continuous）流程與混閤（Hybrid）流程的內在差異及其對設備選型和控製策略的決定性影響。重點討論瞭如何科學地界定係統的邊界——即確定哪些變量是輸入、哪些是輸齣，哪些是內部擾動，這對於後續的建模工作至關重要。內容涵蓋瞭物質衡算、能量衡算以及信息流衡算在流程定義階段的初步應用。 第二章：熱力學與化學計量學的流程驅動力分析 本章超越瞭基礎熱力學公式的復述，著重於將熱力學原理應用於流程的可行性分析和效率限製。討論瞭化學反應平衡、相平衡（如汽液平衡VLE）如何決定反應器和分離單元的設計潛力和極限。特彆關注吉布斯自由能的最小化原理在自發反應和過程驅動力中的作用，並介紹如何利用反應計量學數據來預測原料需求和副産物生成速率。 第三章：過程流體力學基礎與單元操作的流體動力學 本書在此處關注的不是管道的應力計算或結構支撐，而是流體在流程設備內部的傳輸特性。詳細分析瞭雷諾數（Reynolds Number）在判斷層流與湍流中的作用，以及不同流型（如塞流Plug Flow, 攪拌流CSTR）對反應動力學的影響。重點講解瞭壓降計算、泵和壓縮機的選型原則，以及多相流體（氣液、固液漿）在管道和設備中的阻力模型，這些是確保物料能夠按設計流量準確輸送的關鍵。 --- 第二部分：核心單元操作的建模與設計原理 本部分詳述瞭現代流程工業中不可或缺的幾個核心“單元操作”的數學模型構建與初步設計準則。 第四章：反應器工程：動力學、停留時間和放大效應 反應器是流程的心髒。本章詳細介紹瞭零級、一級、二級反應的積分和微分形式的動力學模型，並探討瞭非均相反應（如催化反應）的界麵傳質限製。重點分析瞭停留時間分布（RTD）的概念，如何通過RTD來評估反應器內流體混閤程度是否理想。此外，還探討瞭從實驗室規模到工業規模放大過程中必須考慮的傳熱與傳質限製問題。 第五章：傳熱設備設計與熱集成策略 本章聚焦於熱量交換單元，如殼管式換熱器、闆式換熱器等。內容包括平均數溫差法（LMTD）和有效性-寜P法（Effectiveness-NTU）在設計計算中的應用。更重要的是，本章引入瞭過程熱集成（Process Heat Integration）的概念，使用過程網絡綜閤（Pinch Analysis）技術，識彆係統中的熱點和冷點，優化熱能迴收網絡，以最大限度地減少外部能源輸入和排放。 第六章：分離過程的相平衡與精餾塔設計 分離是流程成本的主要構成部分。本章側重於氣液分離，特彆是精餾。詳細解釋瞭相對揮發度和範德華方程等狀態方程在預測復雜混閤物相平衡中的作用。設計方麵，重點講解瞭McCabe-Thiele圖解法和Fenske-Underwood-Gilliland（FUG）方程組在確定理論塔闆數和迴流比上的應用，並討論瞭填料塔和塔盤塔的優缺點對比。 第七章：其他關鍵分離技術：吸收、萃取與膜分離 本章擴展到更復雜的物係分離技術。在吸收和萃取方麵，分析瞭傳質係數和吸收因子對操作綫和平衡綫位置的影響，並介紹瞭氣相吸收塔的填料體積計算。對於新興的膜分離技術，如反滲透（RO）和氣體滲透，重點討論瞭膜的滲透通量模型和選擇性參數在流程選擇中的指導意義。 --- 第三部分：流程的動態行為、控製與優化 本部分將視角從靜態的設備設計轉嚮係統的動態運行與實時性能提升。 第八章：過程動態響應與一階/二階係統建模 本章引入瞭時間變量，將流程單元視為具有慣性的動態係統。詳細推導瞭一階純滯後係統（FOPDT）模型，用於描述傳感器延遲和物料輸運時間。對於具有顯著耦閤效應的係統（如帶有反饋的反應器），則采用二階或高階模型來捕捉其振蕩和阻尼特性。討論瞭傳遞函數和拉普拉斯變換在描述係統動態行為中的數學工具作用。 第九章：反饋控製策略的設計與調優 流程控製的目標是維持在最佳操作點附近。本章深入講解瞭比例-積分-微分（PID）控製器的結構和作用機製。重點不在於簡單的公式應用，而是如何根據過程的動態特性（如過程增益、時間常數）來科學地調優PID參數，包括Ziegler-Nichols法和Cohen-Coon法的應用，並分析瞭積分飽和和微分噪聲帶來的實際工程問題。 第十章：先進過程控製（APC）與模型預測控製（MPC） 作為對傳統PID的提升，本章介紹瞭現代優化控製的基礎。模型預測控製（MPC）被詳細剖析，強調其如何利用係統的動態模型來預測未來的行為，並在嚴格的約束條件下（如溫度上限、壓力下限）滾動優化控製器的輸齣。這使得係統能夠在更接近經濟最優點的區域穩定運行，是實現高效率、高穩定性的關鍵技術。 第十一章：流程模擬、優化與生命周期管理 本章介紹瞭如何利用商業化流程模擬軟件（如基於方程的求解器）來構建和求解大規模的非綫性代數方程組（SNES）和微分代數方程組（DAES），以預測全新或現有流程的性能。優化部分側重於目標函數（如利潤最大化、成本最小化）的建立，以及如何使用梯度下降法或牛頓法等數值優化算法來尋找全局最優操作點。最後，討論瞭流程在生命周期中（啓動、穩定運行、關停）的穩健性設計考量。 --- 總結： 本書旨在培養讀者將工業生産視為一個高度耦閤、動態變化的優化難題的思維模式。它提供的工具是通用的、基於數學和物理原理的，適用於從精細化工到新能源製造等任何需要對連續或批量操作進行精確設計和實時調控的領域。內容側重於如何用數學語言描述物理現象，並用優化算法實現經濟目標。

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