具体描述
《工业窑炉节能技术》结合我国工业窑炉节能现状及节能潜力进行分析，讨论了工业窑炉在使用和生产过程中存在的问题，进而全面阐述了工业窑炉一般工作原理、工业窑炉燃烧节能分析、工业窑炉传热过程节能分析、工业窑炉热工控制系统分析和工业窑炉系统节能热力学参数分析；在此基础上对玻璃窑炉节能、水泥窑炉节能和其他工业窑炉节能以及先进燃烧技术的工程应用进行了详细的案例分析。
现代化工过程控制与优化 图书简介 本书深入探讨了现代化工生产过程中至关重要的控制理论、先进过程控制（APC）技术、系统辨识、优化方法及其在复杂化工单元操作中的实际应用。作为一本面向化工过程工程师、自动化专业人员以及相关领域研究人员的专业著作，本书旨在提供一个全面、深入且高度实用的知识体系，以应对当前化工行业对能效提升、产品质量稳定性和操作安全性的严苛要求。 全书内容结构严谨，逻辑清晰，从基础的经典控制理论回顾出发，逐步过渡到复杂的非线性系统控制与先进算法的实现。我们着重强调理论与工程实践的紧密结合，大量引用了工业现场的实际案例和数据模型，确保读者能够将所学知识直接应用于解决实际生产中的难题。 --- 第一部分：化工过程控制基础与系统建模 第一章：化工过程动态特性与数学描述 本章首先回顾了化工单元过程的物理化学特性，如传热、传质、反应动力学等，并阐述了如何将其转化为标准的微分方程或代数方程组。重点分析了化工过程常见的非线性特性（如相平衡的非线性、反应速率的指数依赖性），以及如何运用线性化技术和状态空间方法建立过程的精确数学模型。讨论了模型不确定性对控制系统设计的影响，并介绍了模型简化与降阶的方法，以适应实时控制的需求。 第二章：经典过程控制策略的深度解析 本章详细剖析了工业界应用最为广泛的经典控制算法：比例-积分-微分（PID）控制器。我们不仅复习了PID的基本原理，更深入探讨了其在不同工况下的参数整定方法，包括Ziegler-Nichols法、基于模型的最小相位延迟法以及现代的模糊自整定PID设计。此外，本章还涵盖了比值控制、串级控制、前馈控制等先进经典控制结构的设计、实现与稳定性分析，强调了如何通过合理的控制结构设计来克服过程的固有挑战，如大延迟和过程耦合。 第三章：化工过程系统辨识 在许多复杂化工装置中，准确的数学模型往往难以通过第一性原理推导。本章聚焦于如何利用实际操作数据辨识过程的动态模型。内容涵盖了时域辨识和频域辨识的基本原理，重点介绍了偏差模型（如ARX、OE模型）的结构选择、输入信号的设计（如PRBS信号），以及参数估计算法（如最小二乘法、极大似然估计）。本章特别强调了模型有效性检验（如残差分析、交叉验证）的重要性，确保辨识出的模型能够可靠地用于后续的控制系统设计。 --- 第二部分：先进过程控制（APC）理论与应用 第四章：模型预测控制（MPC）核心算法 模型预测控制（MPC）是现代化工过程控制的基石。本章系统地介绍了MPC的原理、核心算法和实现细节。内容包括：MPC的基本控制结构（滚动时域、优化目标函数、约束处理），对约束优化的求解方法（如二次规划QP），以及MPC在处理多输入多输出（MIMO）系统时的优势。我们通过具体实例，如精馏塔的塔底液位与回流比的耦合控制，演示了MPC如何有效地利用未来预测信息和显式约束条件，实现性能优化和安全裕度保持。 第五章：先进过程控制的鲁棒性与优化 本章探讨了在实际工业环境中，APC系统必须具备的鲁棒性和优化能力。内容涵盖了鲁棒MPC（RMPC）的设计，用以处理模型不确定性和外部扰动。同时，本章详细阐述了如何将经济目标（如原料消耗最小化、能耗最小化）融入到MPC的优化目标函数中，实现“经济效益导向”的控制。此外，还介绍了MPC在处理非线性过程时的关键技术，如分段线性化MPC（PWA-MPC）和基于高阶模型的非线性MPC（NMPC）的基本思想。 第六章：状态估计与观测器设计 在许多重要的反应器和分离过程中，关键的状态变量（如催化剂活性、反应物浓度、组分分布）无法直接测量。本章详细介绍了状态估计的理论与技术。重点阐述了卡尔曼滤波（Kalman Filter）及其扩展形式（EKF、UKF）在处理化工过程噪声和不确定性下的最优状态估计应用。同时，也探讨了基于模型的观测器设计，如何有效融合测量数据和过程模型，提供高精度的在线状态信息，从而支撑先进控制策略的稳定运行。 --- 第三部分：复杂化工过程的特定控制挑战 第七章：反应器过程的精准控制 化工反应器是影响产品收率和安全性的核心单元。本章专门针对反应器控制的独特性进行深入分析。讨论了如何有效控制高放热反应过程，防止热失控，包括采用先进的冷却控制策略和安全互锁系统设计。内容覆盖了连续搅拌釜反应器（CSTR）和管式反应器（PFR）的温度和浓度控制难题，并探讨了先进控制在优化反应选择性、提高催化剂寿命方面的具体应用。 第八章：精馏过程的节能与优化控制 精馏塔是能耗大户，其优化控制具有巨大的经济价值。本章侧重于精馏过程的解耦控制和节能运行。详细分析了精馏塔的SVR（Structure-Variance-Relationship）特性，并阐述了如何设计更有效的控制结构，例如利用塔顶和塔底产品的关键指标同时控制的集成控制方案。此外，本章还探讨了如何利用MPC技术，在保证产品规格的前提下，动态调整侧线采出量和加热蒸汽用量，实现最优的能效比运行。 第九章：过程安全与故障诊断 现代化工控制系统必须将安全性置于首位。本章介绍了过程安全管理的控制视角。内容包括：过程危险分析（PHA）与控制系统的接口，安全仪表系统（SIS）的可靠性设计。重点阐述了基于模型的实时故障诊断技术，如基于残差的诊断方法和软测量技术，用于早期发现传感器漂移、执行器卡滞或过程内部异常变化，为操作员提供及时的预警信息，避免事故的发生。 --- 结语 本书的编写严格遵循了化工过程控制的工程实用性原则，内容深度适中，既有扎实的理论基础，又有丰富的工程案例支撑。通过对这些先进技术的系统学习，读者将能够掌握设计、实施和维护下一代智能化工控制系统的关键能力，有效提升企业的生产效率、产品质量和操作安全性。 目标读者： 化工、化学工程、过程控制专业的本科高年级学生及研究生 自动化、仪器仪表工程师 化工厂的工艺工程师、控制系统维护与开发人员 从事过程模拟与优化研究的科研人员
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