化工中的优化方法

化工中的优化方法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:化学工业出版社
作者:邓正龙
出品人:
页数:258
译者:
出版时间:1992-5
价格:27.0
装帧:平装
isbn号码:9787502509910
丛书系列:
图书标签:
  • 化工
  • 化工
  • 优化
  • 数学模型
  • 算法
  • 工程应用
  • 过程控制
  • 设计
  • 模拟
  • 化工原理
  • 数值计算
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具体描述

化工中的优化方法,ISBN:9787502509910,作者:邓正龙主编

现代炼油工程中的先进控制与优化 作者: [此处留空,或填写虚构的作者名,例如:李明 教授,张伟 博士] 出版社: [此处留空,或填写虚构的出版社名,例如:精诚科技出版社] --- 内容简介: 本书聚焦于现代炼油与石油化工领域中,复杂过程的实时优化与先进控制策略。随着全球能源结构转型和环保法规的日益严格,炼油厂和化工厂面临着前所未有的挑战,要求在保证产品质量、最大化经济效益的同时,实现能源效率的最大化与污染物排放的最小化。本书系统梳理了从基础理论到尖端应用的全景图,旨在为化工过程工程师、控制系统设计师以及相关领域的研究人员提供一本深入且实用的参考手册。 第一部分:炼油过程的复杂性与数字化基础 本部分首先建立起对现代炼油厂复杂性的认知框架。炼油过程涉及催化裂化、加氢精制、延迟焦化、连续重整等数十个高度耦合的单元操作。这些单元的相互依赖性、非线性和时滞特性,使得传统的经典PID控制方法难以应对动态优化需求。 第一章:炼油厂工艺流程回顾与优化痛点分析 详细阐述了常减压装置、催化裂化装置(FCCU)的关键反应机理与物流特性。重点分析了操作窗口的边界约束(如温度、压力、催化剂活性、产品规格)如何构成一个多维度的优化难题。阐述了当前流程中,操作员依赖经验进行“试错式”调整的局限性,以及由此带来的能耗浪费和产品收率损失。 第二章:过程建模与仿真技术 本书强调了准确的模型是实现有效优化的前提。深入探讨了基于第一性原理(First Principles)的机理模型(如Aspen HYSYS/Plus中的详细模型)的构建、校正与验证技术。同时,引入了数据驱动模型(如偏最小二乘PLS、神经网络)在处理机理模型难以描述的复杂动力学环节中的应用。重点介绍了如何利用高保真模型进行“What-If”分析和操作员培训。 第三章:实时数据基础设施与质量监测 先进控制依赖于可靠、高频的实时数据。本章详细介绍了过程分析技术(PAT)在炼油厂中的集成,特别是近红外光谱(NIR)和在线色谱仪的应用,用以实时获取关键产品指标(如辛烷值、馏程、硫含量)。讨论了数据清洗、状态估计和数据同步技术,确保输入到优化器的信息是准确且及时的。 第二部分:先进过程控制(APC)理论与实施 第二部分是本书的核心,详细介绍了如何从静态优化转向动态、实时的过程控制。 第四章:模型预测控制(MPC)原理与应用 MPC是现代化工过程控制的基石。本章从理论上推导了标准的二次规划(QP)MPC公式,着重分析了其对系统约束的处理能力——这是PID控制无法比拟的优势。通过案例研究,展示了MPC在控制复杂反馈回路(如FCCU的再生温度控制、常压蒸馏塔的侧线抽取控制)中的部署步骤,包括模型识别、控制器设计、以及在线重整(Online Re-optimization)。 第五章:多变量控制与解耦策略 炼油装置中许多回路是强耦合的。本章探讨了如何使用动态矩阵控制(DMC)或其他先进的预测控制算法来处理多输入多输出(MIMO)系统。重点讨论了基于“零极点配置”的解耦技术,以及在存在输入饱和或系统不确定性时,如何通过鲁棒MPC(RMPC)来保证控制性能和稳定性。 第六章:能效优化与公用工程控制 能源消耗是炼油厂成本的主要组成部分。本章将APC的应用扩展到公用工程系统,如锅炉、汽轮机和冷却水系统。介绍如何利用能耗模型预测不同负荷下的最佳蒸汽压力设定点,并通过控制系统实现对能源系统的负荷平衡与优化调度,从而实现全厂的单位原油能耗降低。 第三部分:实时优化(RTO)与经济效益最大化 本部分将视角从过程的稳定性(控制)提升到整体的经济效益最大化(优化)。 第七章:优化技术基础:线性与非线性规划 RTO系统的核心是求解一个规模庞大的优化问题。本章回顾了线性规划(LP)、二次规划(QP)以及非线性规划(NLP)的求解算法(如内点法、序列二次规划SQP)。重点讨论了如何将流程模拟模型转化为可求解的优化模型,特别是处理非线性反应速率和平衡常数等问题。 第八章:层级式优化架构(Hierarchical Control Structure) 描述了炼油厂中标准的控制层级结构:底层是基础控制(PID),中间层是APC(确保过程稳定地运行在优化边界附近),顶层是RTO。RTO负责每隔数小时或数天,根据最新的市场价格、原料成本和催化剂状态,计算出最优的设定点,并将其下发给APC层执行。详细分析了层级间信息流的传递、同步和冲突解决机制。 第九章:不确定性管理与优化器的鲁棒性 实时优化必须考虑到模型的不确定性(如原料突变、设备性能衰减)。本章引入了随机优化和鲁棒优化(Robust Optimization)的概念。讨论了如何通过设定安全裕度或在优化目标函数中惩罚高风险的决策,来确保经济优化策略在实际操作中是可行且稳健的,避免过度激进的优化导致失控。 第四部分:案例研究与未来展望 第十章:先进控制与优化在关键单元的应用实例 提供三个深入的工业案例研究: 1. 催化裂化装置(FCCU): 如何利用MPC精确控制再生器温度,同时优化轻油收率,并应对快速变化的原料特性。 2. 连续重整装置: 如何利用RTO结合催化剂衰减模型,实时调整进料比和反应温度,最大化高辛烷值汽油的产出。 3. 精馏塔的能耗优化: 采用先进的压力控制和塔底加热优化,实现指定产品分离规格下的最低能耗操作。 第十一章:智能化工与边缘计算的融合 展望未来,本书探讨了人工智能(AI)和机器学习技术在下一代优化系统中的潜力。包括如何利用深度强化学习(DRL)来训练更复杂的动态控制策略,以及如何利用边缘计算技术,在现场设备上快速执行部分复杂的优化计算,缩短反应时间。 --- 本书特色: 理论与实践紧密结合: 每章均配有流程图示和数学推导,并辅以实际工业数据案例进行验证。 专注于复杂约束处理: 明确阐述如何将硬约束(设备安全限制)和软约束(经济目标)有效整合到统一的优化框架中。 面向工程实现: 针对实际部署中遇到的模型失配、计算延迟、以及系统集成问题,提供了切实可行的解决方案和调试指南。 本书是为致力于将炼油和化工企业推向“智能制造”和“超高效运营”的专业人士量身打造的深度技术指南。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的语言风格,可以说是相当“沉稳”和“老练”了。作者的用词精准,表达清晰,很少使用一些花哨的辞藻,而是力求用最严谨的学术语言来阐述复杂的概念。我注意到,他对于数学符号的使用非常规范,并且在第一次出现时,都会给出明确的定义,这极大地减少了阅读过程中的困惑。即使在讨论一些非常抽象的数学原理时,作者也尽量通过一些直观的比喻或者类比来帮助读者理解,比如在讲解凸优化概念时,他就用了一个“碗状”的图形来比喻凸函数,这让我一下子就抓住了核心要点。我最欣赏的是,他在解释复杂算法时,总是会从最简单的原理出发,然后逐步推导出复杂的公式,这样做的好处是,即使你的基础不是那么牢固,也能慢慢地跟上他的思路。同时,书中的每一个定理和引理,都附带了详细的证明过程,虽然有时候证明过程比较冗长,但这是保证理论严谨性的关键,也让我能够更加信服作者的结论。总的来说,这本书的语言风格,充满了学术的严谨和逻辑的力量,让我受益匪浅。

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从学术角度来看,这本书的研究深度和前沿性,给我留下了深刻的印象。作者在书中不仅介绍了经典的优化算法,还大量引用了近几年的研究成果,特别是在机器学习与优化结合的领域。比如,他讨论了如何利用深度学习模型来构建更准确的化工过程预测模型,然后将这些模型集成到优化框架中,以解决一些传统方法难以处理的复杂非线性问题。我特别关注了关于“强化学习在化工过程优化中的应用”这一部分,作者介绍了强化学习的基本思想,以及它在设备故障诊断、操作策略优化等方面的潜在应用。虽然这一部分的内容相对比较前沿,阅读起来需要一定的基础,但我能感受到作者在努力将最新的研究成果,以一种相对易懂的方式呈现给读者。书中也引用了大量的参考文献,这为我进一步深入研究相关领域,提供了非常宝贵的线索。我认为这本书不仅仅是教材,更是一份非常有价值的学术参考,它能够帮助我了解当前化工领域优化研究的最新动态,激发我的研究灵感。

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读完这本书,我最大的感悟是,它不仅仅是一本关于“优化方法”的书,更是一本关于“解决问题”的思维方式的书。作者在书中反复强调,优化不是目的,而是手段,真正的目的是解决化工生产中的实际问题,提高效率,降低成本,保障安全,保护环境。他通过大量的案例,展示了如何将抽象的数学模型,转化为解决实际工程问题的有效工具。我印象最深的是,书中在讨论一个具体的优化问题时,作者会先分析问题的本质,然后选择合适的模型,接着选择合适的算法,最后还会讨论结果的解释和验证。这种系统性的解决问题的思路,对于我理解和处理复杂的工程问题,具有非常重要的指导意义。这本书让我明白,优化方法并非孤立存在,而是需要与化工过程的知识、工程的实践相结合,才能发挥出最大的价值。这本书就像是一本“思想的启蒙”,它不仅教授我技术,更重要的是,它塑造了我看待和解决问题的全新视角。

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坦白说,这本书的某些章节,读起来就像是在进行一场思维的“探险”。作者的思路非常跳跃,常常会在一个理论点上,突然延展出几个相关的概念,然后又迅速地回到主线上来,这种写作风格,一方面展现了作者深厚的学术功底和广博的知识面,但另一方面,对于初学者来说,可能会觉得有些跟不上节奏。我尤其觉得在讨论多目标优化那一块,作者的论述就显得尤为精炼,他迅速地介绍了帕累托最优、目标函数权重法等几种主流方法,并快速地给出了它们在化工过程中的应用场景,比如同时考虑经济效益和环境保护的优化问题。我花了很长时间才把这一章吃透,需要反复阅读,并且结合书中给出的几个小例子,才能勉强理解其中的精髓。但正是这种挑战性,让我在克服困难后,获得了巨大的成就感。我感觉这本书更像是导师在进行一对一的指导,他不会把所有细节都喂给你,而是抛出关键的概念和问题,让你自己去思考和探索。所以,如果你希望快速获得一些“填鸭式”的知识,这本书可能不太适合你,但如果你愿意投入时间和精力,去挑战自己的认知边界,那么这本书一定会给你带来意想不到的收获。

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读完这本书,我最大的感受是它在理论深度和实践指导性之间找到了一个非常微妙的平衡点。作者并没有止步于对各种优化算法的机械罗列,而是花了大量的篇幅去阐述这些算法背后的数学原理和逻辑推导。比如,在介绍牛顿法时,他不仅给出了迭代公式,还详细讲解了为什么它能快速收敛,以及它在求解非线性方程组时的优势和局限性。更让我惊喜的是,书中对于如何将这些理论应用到实际的化工问题中,给出了非常具体且富有启发性的案例。我特别喜欢关于精馏塔操作优化那一章,作者结合实际生产数据,展示了如何利用线性规划和非线性规划来确定最佳操作参数,以达到节能降耗和提高产品收率的目的。书中对每一步的求解过程都有清晰的描述,并且附带了相应的代码实现思路,这对于我这种既需要理论基础又希望实际操作的读者来说,简直是福音。我感觉这本书不仅仅是告诉我们“怎么做”,更重要的是让我们理解“为什么这么做”,以及在不同的场景下,应该选择哪种方法,每种方法又有什么需要注意的细节。这种深入浅出的讲解方式,让我在掌握理论的同时,也能够自信地去尝试解决实际问题。

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这本书的内容,可以说是非常“硬核”了。它不是那种轻松读物,需要读者有一定的数学基础,特别是微积分、线性代数和概率统计这些知识点,能够比较扎实地掌握。我一开始阅读的时候,确实遇到了一些挑战,尤其是涉及到一些高阶的优化理论,比如最优控制理论在化工过程中的应用,我需要反复查阅一些基础资料,才能完全理解作者的论述。但是,一旦克服了这些初期障碍,我发现这本书的价值就显现出来了。它为我打开了一个全新的视角,让我看到了化工过程的“内在逻辑”是如何通过数学语言来表达和优化的。书中对各种优化算法的优缺点分析,也十分到位,不仅仅是列举,还结合了算法的收敛性、计算复杂度、对初始值的敏感度等多个维度进行比较,这对于我们在实际应用中进行算法选择,提供了非常宝贵的指导。此外,书中还提到了许多前沿的研究方向,比如智能优化算法在复杂化工系统中的应用,这让我对未来的学习和研究方向有了更清晰的认识。总的来说,这本书是一本非常适合化工领域中,有志于深入理解和应用优化方法的专业人士的参考书。

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这本书的装帧设计,说实话,一开始就吸引了我。封面的色彩搭配,那种深邃的蓝色与金属质感的橙色交织,给人一种严谨又不失活力的感觉。翻开书页,纸张的触感很棒,厚实而带有微妙的纹理,阅读时不会有廉价的纸张那种飘忽感,字迹印刷清晰,排版也相当合理,即使是比较密集的公式和图表,也不会让人觉得眼花缭乱。我尤其欣赏的是它对于章节划分的逻辑性,感觉每一部分都是循序渐进,从基础概念的引入,到复杂理论的展开,再到实际应用的探讨,环环相扣,让人很容易跟随作者的思路走。而且,书中穿插的一些插图和流程图,虽然不是那种花里胡哨的装饰,但都恰到好处地解释了关键的概念,比如一个复杂的反应路径或者一个优化算法的迭代过程,用图形化的方式呈现出来,瞬间就理解了不少。这本书的整体风格,给我的第一印象是专业、严谨,但又不至于让人望而却步,反而有一种想要深入探索的冲动。当然,这仅仅是基于我初步的翻阅和对整体编排的感受,具体内容是否如我预期般深入和实用,还需要进一步的阅读才能知晓。但就目前而言,它的“硬件”和“软件”的初步设计,已经让我对接下来的阅读充满了期待。

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这本书的实用性,我认为是它最突出的优点之一。作者在理论讲解之后,非常注重与实际工程应用的结合。我印象最深的是关于模型预测控制(MPC)在化工过程中的应用章节。他不仅详细介绍了MPC的原理,包括其滚动优化、模型补偿等核心思想,还结合了一个典型的反应器温度控制案例,展示了如何构建MPC控制器,并进行了仿真实验。书中的例子并不是那种抽象的理论模型,而是尽可能地贴近实际化工过程的特点,例如考虑了执行器的约束、传感器噪声等实际因素。作者还讨论了不同MPC实现策略的优劣,以及如何根据具体工艺的要求进行参数调整,这对于我理解和应用MPC技术,非常有帮助。此外,书中还介绍了一些常用的优化工具箱和软件,虽然没有直接给出详细的使用教程,但为我指明了进一步学习的方向。我感觉这本书就像是一本“作战手册”,它不仅告诉你“为什么”要进行优化,更重要的是告诉你“怎么做”,以及在实际操作中可能会遇到哪些问题,又该如何应对。对于在生产一线工作的工程师来说,这本书的参考价值不言而喻。

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这本书的结构设计,堪称“教科书级别”的典范。我之前读过一些优化相关的书籍,但很少有哪一本能够像这本书一样,把内容组织得如此有条理。它从最基础的优化问题分类开始,逐步深入到各种优化算法的原理、求解方法,最后延伸到实际应用和前沿研究。我特别喜欢它在每个章节末尾设置的“思考题”和“拓展阅读”部分。思考题非常有启发性,能够引导读者去主动思考书中讲解的概念,并且将其与实际问题联系起来。拓展阅读则提供了大量的相关文献和资源,让对某个特定主题感兴趣的读者,能够方便地找到进一步学习的资料。此外,书中还为一些重要的算法,提供了伪代码的描述,这对于我理解算法的实现细节非常有帮助。整体而言,这本书的结构清晰,逻辑严谨,内容详实,并且具有很强的指导性,是一本值得反复研读的优秀教材。

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这本书给我的整体感觉,就是一种“厚重”和“扎实”。它不是那种快速翻阅就能获得所有信息的书籍,而是需要你静下心来,慢慢品味,反复琢磨。我尤其喜欢书中对于每一种优化方法的“历史渊源”和“发展演变”的介绍。比如,在讲解线性规划时,作者就简要回顾了辛普森法的发展历程,这让我对这项经典方法有了更深的理解。同时,书中对于每一种方法的“适用范围”和“局限性”都进行了非常细致的分析,这有助于我们避免在不适合的场景下滥用某个算法。我感到这本书的作者,不仅仅是一个理论的传授者,更是一位经验丰富的实践者,他能够将自己多年的积累和思考,毫无保留地传递给读者。读这本书,就像是和一个学识渊博的老师在进行一场深入的对话,他会引导你一步一步地去探索,去发现,去领悟。这种循序渐进的学习方式,虽然需要付出更多的时间和精力,但带来的收获也是更加深刻和持久的。

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