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出版者:机械工业出版社

作者:王化久

出品人:

页数:225

译者:

出版时间:2003-8

价格:18.00元

装帧:

isbn号码:9787111123361

丛书系列:

图书标签:

• 数学
• 技术
• 工程
• 应用数学
• 高等数学
• 计算
• 公式
• 函数
• 微积分
• 代数

好的，根据您的要求，我为您撰写一份关于《技术数学》以外的书籍简介。这份简介将专注于某一特定领域，内容详实，力求自然流畅，不含任何人工智能写作的痕迹。 --- 《精细化工过程控制与优化实践》 内容简介 本书系统深入地探讨了现代精细化工生产过程中，如何运用先进的过程控制理论与工程实践，实现生产效率的最大化、产品质量的稳定化以及能耗的最小化。本领域的研究与应用，是化工行业迈向智能化、绿色化生产的关键一环。 第一部分：精细化工过程的特性与挑战 精细化工，涵盖了从医药中间体、高性能聚合物到特种催化剂等多个高附加值领域，其生产过程往往具有高度的非线性和复杂性。与基础化工的连续、大规模操作不同，精细化工过程常表现出以下特点： 1. 多变量耦合与强非线性： 许多反应器和分离单元（如精馏塔、萃取器）的动态特性，尤其是在操作窗口的边缘，呈现出显著的非线性行为。温度、压力、进料配比等关键变量之间存在复杂的相互依赖关系，一个变量的微小扰动可能导致系统响应的剧烈变化。 2. 批次操作的复杂性： 许多高附加值产品采用批次（Batch）工艺。批次过程的控制难点在于其时变性——系统模型参数随时间变化，需要精确的轨迹跟踪和灵活的终点判断。本书详细分析了从投料、反应、中和到后处理的各个阶段，如何利用先进的批次控制策略（如MPC-B）应对这些挑战。 3. 高精度质量控制要求： 精细化学品的质量标准极为苛刻，杂质含量通常要求达到ppm甚至ppb级别。这要求控制系统不仅要稳定过程变量，更要对关键质量指标（CQAs）进行实时或近实时预测与控制。 第二部分：先进过程控制（APC）技术的深度应用 本书的核心内容聚焦于将成熟的控制理论转化为解决实际工程问题的工具。我们摒弃了传统的PID控制的局限性，转而深入研究多输入多输出（MIMO）系统的控制策略。 2.1 模型预测控制（MPC）的原理与实施 MPC是当前工业界应用最广泛的APC技术，本书以其在精细化工装置中的应用为主线。 线性化MPC（LMPC）的局限与改进： 详细阐述了如何通过在线辨识和解耦技术，克服精细化工过程中模型不确定性带来的挑战。特别针对具有约束的优化问题，介绍了动态矩阵控制（DMC）和GMPC算法的实际应用案例，包括如何处理输入饱和和状态约束。 非线性模型预测控制（NMPC）： 针对强非线性系统，NMPC是实现最优性能的必然选择。书中详细剖析了NMPC的求解算法，如基于动态规划（DP）和基于优化的方法（如SQP），并结合实例展示了NMPC在催化反应器温度剖面优化中的效果。 2.2 软测量与状态估计 在许多精细化工装置中，关键质量指标（如转化率、产物纯度）的在线分析成本高昂或耗时长久，无法用于实时反馈控制。本书提供了构建可靠“软测量”（Soft Sensing）模型的实用指南。 基于机理模型的状态估计： 结合化学反应动力学和物质平衡方程，构建状态空间模型，利用扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）进行状态重构，显著提高了控制系统的响应速度和鲁棒性。 基于数据驱动的软测量： 对比了偏最小二乘（PLS）、支持向量机回归（SVR）以及深度学习模型（如LSTM）在处理高维、噪声大过程数据时的性能差异，并提供了模型选择和验证的工程准则。 第三部分：优化与集成控制架构 现代精细化工工厂的控制不再是孤立的回路，而是一个分层的集成系统。 3.1 实时优化（RTO）与控制层的协同 RTO位于控制系统的最高层，负责根据实时的经济指标（如原料成本、能源价格）和设备能力约束，计算出最优的设定点（Setpoint）。 系统级实时优化： 重点讨论了如何将整个生产单元建模为一个大型优化问题，并利用拟牛顿法或内点法求解。书中通过一个复杂的多反应器串联系统案例，展示了RTO如何指导上层控制系统，以实现全局最优操作。 APC与RTO的交互接口设计： 详细说明了如何设计鲁棒的通信和数据校验机制，确保APC系统能快速、准确地响应RTO下发的动态设定值变化，避免控制性能的振荡。 3.2 过程安全与容错控制 精细化工过程往往涉及高温高压或易燃易爆物料，安全是控制系统设计的首要前提。 安全仪表系统（SIS）与过程控制的集成： 区分了安全层级（SIS）与调节层（APC）的职责边界，强调了在控制算法设计中必须嵌入安全约束的优先级。 故障诊断与容错控制： 引入了基于残差分析的故障检测方法，并讨论了在检测到传感器漂移或执行器失效时，如何平稳地切换到备用控制策略（如降级模式），确保生产的连续性和安全性。 第四部分：案例分析与未来展望 本书最后部分通过多个实际工业案例，验证了所介绍方法的有效性。案例涵盖了高选择性催化氧化过程的温度控制、高纯度手性药物的结晶过程终点控制，以及复杂精馏塔的能耗优化等。 《精细化工过程控制与优化实践》旨在成为化工过程工程师、自动化技术人员以及相关专业研究生的重要参考书，提供从理论基础到工程实践的完整知识体系，助力我国精细化工行业在激烈的市场竞争中，实现技术和效益的双重飞跃。

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