计算机在化学化工中的应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育出版社（蓝色畅想）

作者:马江权 编

出品人:

页数:268

译者:

出版时间:2005-3

价格:22.10元

装帧:简裝本

isbn号码:9787040164251

丛书系列:

图书标签:

• 化学化工
• 计算机应用
• 计算化学
• 过程模拟
• 数据分析
• 人工智能
• 机器学习
• 化学信息学
• 软件应用
• 数值计算

《现代化工过程控制系统设计与优化》 图书简介 本书深入探讨了现代化工行业中过程控制系统的设计、实施、优化与智能化升级。随着化工生产过程复杂度的不断提升以及对安全、效率、环保要求的日益严格，先进的过程控制技术已成为化工企业保持竞争力的核心要素。本书旨在为化工工程师、自动化专业人员以及相关领域的研究人员提供一套全面、系统且具有高度实践指导意义的理论框架与技术指南。 第一部分：化工过程控制基础与系统架构 本部分首先回顾了化工过程控制的基础理论，包括经典控制理论（PID控制及其改进型）、过程动态特性辨识、以及控制回路的串级、前馈、解耦等先进控制策略的原理和适用范围。重点阐述了化工过程的特点，例如强耦合性、大延迟、非线性和时变性，这些特点对控制系统设计提出了独特挑战。 随后，本书详细介绍了现代化工过程控制系统的架构。这包括从底层传感器、执行器到分布式控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）的硬件选型与集成。特别关注了现代控制系统在数据采集、信号处理和故障诊断方面的能力提升。我们剖析了集散控制系统的演进，强调了在大型化工厂中实现集中监控与分散控制相结合的必要性。 第二部分：先进过程控制（APC）技术深度解析 高级过程控制（APC）是提升化工生产经济效益和稳定性的关键技术。本书将篇幅重点放在了模型预测控制（MPC）的应用上。MPC因其处理多变量耦合约束、预测未来过程行为的能力，已成为优化复杂精馏塔、反应器和换热网络的主流技术。本书不仅详细解释了MPC的核心算法（如基于线性二次优化LQR或半正定规划），还涵盖了MPC模型的建立方法，包括系统辨识、第一性原理模型简化与参数估计在化工过程中的具体应用。 除了MPC，本书还深入探讨了其他先进控制技术： 1. 自适应控制： 针对化工设备老化、催化剂失活导致的参数漂移问题，介绍了基于参数估计的自适应控制器的设计与实现。 2. 模糊/神经网络控制： 阐述了如何利用智能技术处理那些难以建立精确数学模型的非线性或定性过程（如某些聚合反应或分离过程的终点控制）。 3. 先进回路控制（ACC）： 重点分析了如何通过解耦和反馈优化来处理大延迟系统，这对管线输送或长时间反应过程至关重要。 第三部分：过程优化与操作员辅助系统 过程优化是控制系统价值实现的关键环节。本书将控制系统提升到操作优化层面，探讨了如何将实时优化（RTO）与APC相结合，实现经济效益最大化。 实时优化（RTO）： 详细介绍了RTO的工作原理，如何利用经济模型、设备约束和环境边界条件，周期性地计算出最优的设定值。我们提供了RTO在能耗最小化和产品收率最大化方面的案例分析。 操作员辅助与决策支持： 现代控制系统不仅是自动运行，更需要支持操作员进行有效的故障诊断和操作决策。本书介绍了基于状态监测和基于机理的故障检测与隔离（FDI）技术，以及如何构建直观、高效的人机界面（HMI），辅助操作员理解复杂工况。 第四部分：安全仪表系统（SIS）与控制系统的集成 在化工行业，过程安全至关重要。本书将安全仪表系统（SIS）与过程控制系统（PCS）的集成与隔离作为一个独立章节进行阐述。 功能安全标准： 详细解读了IEC 61508和IEC 61511等国际安全标准，明确了安全完整性等级（SIL）的确定流程和所需的验证、确认方法。 SIS的设计与实施： 区分了基本过程控制系统（BPCS）和SIS的职责划分。讨论了如何设计可靠的最终元件、逻辑求解器以及如何进行定期的在役测试，确保SIS的有效性。强调了在系统集成中必须保持逻辑和物理上的独立性。 第五部分：数字化转型与未来趋势 展望未来，化工控制系统正加速向数字化、网络化方向发展。 工业物联网（IIoT）与边缘计算： 探讨了如何利用传感器网络和边缘计算资源，实现对分布式资产的实时数据采集和预处理，降低对传统DCS带宽的依赖。 大数据与机器学习在过程控制中的应用： 介绍了如何利用历史大数据来改进过程模型、预测设备维护需求（预测性维护），并探索了深度学习在复杂系统状态分类和异常行为检测中的潜力。 本书的特点在于紧密结合化工生产的实际需求，内容翔实且具有前沿性。全书配有大量实际工程实例，旨在帮助读者将理论知识转化为解决实际生产问题的能力。无论是控制工程师在系统升级改造中，还是研发人员在设计新型反应器控制策略时，本书都将是一本不可或缺的参考手册。

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这本书的叙述方式简直是令人耳目一新！作者似乎有一种魔力，能将那些原本枯燥乏味的理论概念，通过生动的类比和贴近实际的案例，变得鲜活起来。我记得其中有几个章节，专门探讨了复杂化学反应动力学建模的问题，本来以为会是晦涩难懂的数学公式堆砌，结果作者竟然用我们日常生活中常见的交通拥堵现象来解释反应速率的限制步和过渡态理论，那种豁然开朗的感觉，至今难忘。再比如，在讲述分子模拟方法时，它没有停留在参数设置的细节上，而是深入剖析了每种算法背后的物理思想和局限性，让读者在应用这些工具时，能有更深层次的理解和判断力，而不是盲目地复制粘贴代码。这本书的结构安排也极具匠心，它不是简单地罗列技术点，而是构建了一个从基础理论到前沿应用的清晰脉络，像一位耐心的导师，引导着我们逐步深入这个交叉学科的精髓。对于初学者而言，它提供了坚实的基石；对于有经验的研究者来说，其中对新兴计算化学方法的深入剖析和批判性思考，也极具启发价值。

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这本书在方法论的介绍上，展现出一种罕见的平衡感——既深入讲解了数值方法的数学基础，又着重强调了这些方法在处理实际化学系统时的“艺术性”。比如，在处理复杂多相流体系的界面现象时，书中详细比较了基于网格的方法（如有限元）和基于粒子的方法（如SPH）各自在捕捉表面张力和相分离过程时的精度与效率。作者没有满足于给出公式，而是详细剖析了如何根据化学体系的特征尺度和边界条件，来灵活选择或混合使用这些数值方案，甚至包括如何巧妙地离散化一个非标准的反应器几何形状。这种“教人捕鱼”而非“授人以鱼”的教学思路，使人受益匪浅。它培养的不是一个只会调用软件模块的工程师，而是一个能够根据科学问题，设计定制化计算策略的科学工作者。阅读过程中，我多次停下来，思考书中提出的“计算可行性与物理准确性之间的权衡悖论”，这极大地锤炼了我独立分析和解决问题的能力。

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从排版和学习体验的角度来看，这本书的设计充分体现了对读者友好的考量。页边空白的处理得当，图表的质量极高，那些复杂的分子结构模型和流程图清晰锐利，即便是高分辨率打印出来也毫无模糊感。更值得称赞的是，作者在每章末尾设置的“延伸阅读推荐”列表，它们不仅仅是简单的文献引用，而是根据主题的深度和难度进行了分级，明确指出了哪些是奠基性的论文，哪些是最新突破性的工作。这为那些希望进行深入挖掘的读者省去了大量的筛选时间。此外，书中对不同软件（例如，DFT计算包、MD模拟软件）的接口和数据格式转换的描述也处理得非常细致，这在实际工作中是极易被忽略但又极其耗时的环节。这种对细节的执着关注，反映了作者对读者实际工作流程的深刻理解和尊重。它不仅仅是一本传授知识的书，更是一本提升工作效率和规范操作习惯的指南。

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读完这本书，我最大的感受是它对“应用”二字的深刻理解和极强的工程实践导向。它不像某些学术专著那样只关注理论的完美性，而是直面化工生产和材料设计中那些真真假假、充满不确定性的“脏问题”。例如，关于反应器优化设计的部分，书中详细对比了基于CFD（计算流体力学）的传统方法与新兴的机器学习辅助优化策略的优劣。作者并未偏袒任何一方，而是用实际的案例数据展示了，在特定工况下，如何权衡计算成本、收敛速度与最终解的可靠性。尤其令人印象深刻的是，书中对数据处理和误差分析的论述异常详尽，强调了“输入数据质量决定输出结果上限”这一铁律。这对于我们这些习惯于将计算结果视为“真理”的实践者来说，无疑是一记警钟。它教会我们，真正的应用不仅仅是跑出一个结果，更是对结果进行严谨的、基于工程背景的验证与解读。这种务实精神，使得这本书成为案头必备的参考手册，而不是束之高阁的理论经典。

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这本书的视角相当宏大，它成功地将微观层面的分子行为与宏观尺度的工业过程紧密地联系了起来，展现了计算机模拟在跨尺度问题解决中的独特魅力。我特别欣赏它在叙事中穿插的历史回顾和未来展望部分。通过回顾早期晶体结构预测的尝试以及蒙特卡洛方法的发展历程，读者能体会到计算化学从“辅助工具”发展为“核心驱动力”的艰辛历程。而展望部分，它大胆预测了量子计算在催化剂设计中的潜在颠覆性作用，并且冷静分析了当前量子硬件的瓶颈，这种既有前瞻性又不失审慎态度的论述，极大地拓宽了我的视野。它让我意识到，我们所使用的工具始终在迭代，而理解这些工具背后的科学哲学和技术演进趋势，远比掌握某一个软件的特定命令更为重要。这种战略性的思考高度，使得这本书的价值超越了单纯的技术手册范畴，更像是一部行业发展史与未来路线图的结合体。

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