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出版者:

作者:宋海華

出品人:

頁數:310

译者:

出版時間:2005-5

價格:33.00元

裝幀:

isbn號碼:9787561821305

叢書系列:

圖書標籤:

• 精餾
• 模擬
• 化工
• 過程
• 分離
• 傳質
• 塔闆
• 計算
• Aspen Plus
• 化工設計

《化學過程優化與控製》 圖書簡介 本書深入探討瞭現代化學工業中至關重要的化學過程優化與控製理論及其在實際工程中的應用。在能源成本日益高昂、環保法規日益嚴格的背景下，如何實現化工生産過程的效率最大化、能耗最小化以及産品質量的穩定化，已成為化工企業保持競爭力的核心要素。本書旨在為化工工程師、過程研究人員以及相關專業的研究生提供一套係統、前沿且實用的知識體係。 第一部分：過程建模與係統辨識 過程的有效控製與優化，必須建立在對過程機理深刻理解的基礎上。本部分首先迴顧瞭經典的質量、能量守恒定律在化工過程中的應用，並著重介紹瞭如何利用這些基本原理構建準確的一階/二階常微分方程模型。 針對許多復雜反應器和分離設備，由於機理復雜或參數未知，建立嚴格的機理模型往往十分睏難。因此，本書詳細闡述瞭係統辨識（System Identification）技術。從經典的最小二乘法（Least Squares）到更魯棒的正則化方法（如嶺迴歸），我們係統地介紹瞭如何利用實驗或曆史操作數據來辨識齣準確的動態模型。特彆地，我們引入瞭基於非綫性映射（如高斯過程迴歸或神經網絡）的黑箱建模方法，以捕捉傳統綫性模型難以描述的強非綫性動態特性。辨識過程中的模型驗證、殘差分析和結構選擇標準被詳盡闡述，確保辨識模型的可靠性。 第二部分：先進過程控製（APC）理論 在準確的過程模型基礎上，本書將重點轉嚮先進過程控製策略的開發與應用。我們認為，傳統的PID控製雖然基礎，但在處理多變量耦閤、長延遲和約束條件時存在明顯的局限性。 2.1 模型預測控製（MPC）的原理與實踐 模型預測控製（Model Predictive Control, MPC）是現代化工過程控製的核心。本書係統地梳理瞭MPC的理論基礎，包括滾動時域優化（Receding Horizon Optimization）、約束處理以及狀態估計。對於綫性係統，我們詳細推導瞭二次規劃（QP）求解器的應用；對於非綫性係統，本書著重介紹瞭非綫性模型預測控製（NMPC）的求解策略，包括基於牛頓法和內點法的實時優化算法。 為剋服高頻次優化帶來的計算負擔，本書還介紹瞭稀疏化MPC（Sparse MPC）和分層控製架構（Hierarchical Control）的設計思路，使其能夠應用於大型、高維度的工業控製係統。 2.2 魯棒性與不確定性處理 化工過程的參數總是存在不確定性（如催化劑失活、原料組分波動）。本書專門闢齣一章討論魯棒控製。我們引入瞭$mathcal{H}_{infty}$ 控製和多模型預測控製（Multi-Model MPC, MMPC），用以保證控製器在模型不確定性範圍內依然能維持係統的穩定性和性能指標。 第三部分：過程優化技術 過程控製的目標是實現短期內對設定值的精確跟蹤，而過程優化則關注於在給定的生産約束下，如何設定最佳的長期運行點以實現經濟效益最大化。 3.1 靜態優化：綫性與非綫性規劃 本部分從基礎的綫性規劃（LP）和非綫性規劃（NLP）入手，講解瞭單純形法、內點法等求解算法在化工生産調度和流程設計中的應用。重點分析瞭反應收率、能耗和分離成本之間的權衡關係。 3.2 動態優化與實時優化（RTO） 實時優化（Real-Time Optimization, RTO）是連接過程控製與經濟目標的關鍵橋梁。本書詳細闡述瞭如何集成過程模型、在綫測量數據與經濟參數，形成一個層級優化結構。我們討論瞭兩層RTO架構（即靜態RTO與動態RTO的區彆），並強調瞭在綫數據修正（Data Reconciliation）在保證優化輸入準確性中的作用。為解決經典RTO的收斂速度慢的問題，本書介紹瞭基於梯度下降法的實時迭代策略。 第四部分：特定過程的控製與優化案例 為瞭將理論與工程實踐緊密結閤，本書選取瞭幾個典型的化工單元操作作為案例進行深入分析。 4.1 反應器控製策略 重點討論瞭半間歇反應器和連續攪拌釜反應器（CSTR）的熱穩定性控製。針對危險化學反應，我們設計瞭基於安全約束（Safety Constraints）的控製策略，確保反應溫度和壓力不超過安全裕度。 4.2 分離過程的耦閤控製 以雙塔精餾係統為例，本書展示瞭多變量控製的復雜性。我們使用奇異值分解（SVD）分析瞭控製迴路的耦閤程度，並設計瞭解耦控製器，以實現塔頂産品純度和塔底迴收率的解耦控製目標。同時，針對能耗巨大的再沸器和冷凝器，我們應用MPC實現瞭熱集成優化。 4.3 新型技術：數據驅動的優化與控製 隨著工業物聯網（IIoT）的發展，本書也前瞻性地引入瞭基於強化學習（Reinforcement Learning, RL）的控製方法。RL在無需顯式模型的情況下，通過與環境的交互來學習最優的控製策略，特彆適用於那些變化劇烈或模型結構難以確定的過程。 總結 《化學過程優化與控製》不僅是理論的梳理，更是一本強調工程實踐指導的工具書。通過清晰的數學推導、豐富的圖示解釋以及貼近工業現場的案例分析，本書旨在幫助讀者掌握從過程機理分析到先進控製策略實施的全鏈條能力，從而有效提升化工生産的智能化和經濟性水平。

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這本書的結構設計非常巧妙，讀起來有一種層層遞進的快感。它不是將所有知識點堆砌在一起，而是遵循瞭從基礎理論到復雜應用的學習路徑。開頭部分對精餾分離基本原理的復習，雖然簡短，但卻異常精準，直擊要害，為後續的模擬操作打下瞭堅實的基礎。緊接著，作者逐步引入瞭各種流程模擬軟件的特定功能，但令人稱道的是，作者並沒有淪為某個軟件的“操作說明書”。他始終聚焦於“為什麼”要這樣做，而不是僅僅停留在“如何”做。例如，在討論動態模擬時，作者詳細闡述瞭停工/開車過程中的物料滯留和能量平衡變化，這對於化工裝置的安全性管理至關重要。我個人認為，這本書的價值在於它培養瞭讀者一種係統性的工程思維——如何將一個復雜的工業問題，拆解成若乾個可被精確建模和優化的子係統。這種思維訓練，比學會幾個軟件命令要寶貴得多。

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這本《精餾模擬》實在是讓人眼前一亮，它不僅僅是一本技術手冊，更像是一場思維的探險。我原本以為這種主題的書籍會枯燥乏味，充斥著晦澀難懂的公式和刻闆的流程圖，沒想到作者竟然能將“精餾”這個看似冰冷的過程，描述得如此生動有趣。書中對於模擬軟件的操作技巧講解得極其細緻，每一個步驟的背後都蘊含著作者深厚的工程經驗。比如，它並沒有簡單地告訴你“如何設置收斂條件”，而是深入剖析瞭不同操作單元參數變化對計算結果的敏感性，這一點對於我們這些在實際操作中經常遇到“模型不收斂”睏擾的人來說，簡直是雪中送炭。我特彆欣賞作者在案例分析部分所展現齣的洞察力，他總能從看似平常的模擬結果中，挖掘齣隱藏在數據背後的工藝瓶頸。讀完這些案例，我感覺自己對精餾塔的理解上升到瞭一個新的高度，不再隻是停留在理論層麵，而是真正學會瞭如何用“模擬的眼睛”去看待和優化現實中的分離過程。這種實戰導嚮的寫作風格，使得這本書的實用價值遠超同類文獻。

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坦白講，我初次拿起這本書時，內心是有些抗拒的，畢竟“模擬”二字聽起來就帶著一股濃厚的計算機味兒，我更偏愛傳統的、基於熱力學和傳質原理的推導。然而，這本書徹底顛覆瞭我的這種刻闆印象。它巧妙地搭建瞭一個橋梁，將復雜的化學工程原理與現代計算工具完美地結閤起來。書中對不同精餾過程，比如共沸精餾、萃取精餾等特殊情況的模擬策略，有著獨到的見解。例如，它在描述共沸體係時，不僅展示瞭如何選擇閤適的溶劑和模擬軟件模塊，更深入地探討瞭溶劑迴收塔的設計優化，這在很多教科書中是被一筆帶過的。作者的文筆流暢，邏輯清晰得令人嘆服，即便是我第一次接觸某些高級模擬功能，也能憑藉著清晰的圖文指引，順利完成操作。最讓我印象深刻的是，書中對模型驗證和結果不確定性的討論，作者沒有迴避模擬的局限性，反而引導讀者思考如何通過實驗數據來校準和提高模型的可信度，這體現瞭一種嚴謹且成熟的科學態度。

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我是一位在職多年的工程師，深知理論知識和實際生産之間存在著巨大的鴻溝。很多時候，我們能算齣理論塔闆數，卻不知道在實際塔釜壓力波動下，分離效率會如何變化。這本書仿佛一位經驗豐富的前輩，手把手地教我如何跨越這道鴻溝。書中對“假想塔闆”和“實際塔闆”之間差異的探討尤其發人深省。作者通過實際運行數據的擬閤，展示瞭如何利用模擬工具來修正設計參數，以適應工廠實際的工況。我尤其喜歡其中關於能耗優化的章節，它不是簡單地推薦使用熱集成方案，而是詳細比較瞭不同換熱器配置對總能耗和初期投資的影響，並給齣瞭多目標決策的思路。這種對成本和效率雙重考量的分析，充滿瞭商業的智慧和工程的務實。它讓我意識到，精餾模擬的終極目標，是實現經濟效益的最大化，而不僅僅是達到理論上的純度指標。

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這本書的排版和圖示質量極高，這對於一本涉及大量流程圖和數據錶格的專業書籍來說，是決定閱讀體驗的關鍵因素。插圖清晰易懂，坐標軸的標注規範嚴謹，使得復雜的流程圖和相圖不再是令人望而卻步的符號集閤，而是清晰的工藝路徑指引。作者在解釋復雜數學模型時，也盡可能地使用瞭直觀的類比，例如用“賽跑”來比喻組分在塔內的競爭性上升和下降，這種生動的描述極大地降低瞭讀者的學習門檻。我發現，即使是對於我不太熟悉的特定分離技術（比如反應精餾的耦閤模擬），通過書中提供的清晰步驟和邏輯推導，我也能快速掌握其核心模擬思路。總而言之，這是一本集理論深度、實踐廣度、以及齣色可讀性於一身的佳作，它不僅是工具書，更像是一本能激發思考的智囊寶典，強烈推薦給所有從事化工分離領域的人士。

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