计算机辅助化工厂设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:化学工业出版社

作者:张晓东

出品人:

页数:162

译者:

出版时间:2005-3

价格:20.00元

装帧:

isbn号码:9787502564391

丛书系列:

图书标签:

• 化工设计
• 计算机辅助设计
• 流程模拟
• 设备选型
• 管道设计
• 自动化控制
• 工厂优化
• 安全工程
• 项目管理
• 工艺流程

《化工过程模拟与优化：面向工业实践的新范式》 图书简介 导言：面向复杂性与可持续性的化工新时代 在当今全球工业体系中，化学工程正面临着前所未有的挑战与机遇。能源效率的提升、环境法规的日益严格、以及对产品质量的精益求精，都要求化工企业必须超越传统的经验设计和试错优化模式。化工过程的复杂性日益增加，涉及多相流、复杂反应动力学、精细的设备操作参数控制等诸多维度。面对这一现实，如何构建一套系统、精确、且具备前瞻性的设计与优化工具，成为化工领域的核心议题。《化工过程模拟与优化：面向工业实践的新范式》正是应运而生，它旨在为化工工程师、研发人员和决策者提供一套从基础理论到前沿应用的完整方法论框架，确保化工过程的设计、操作与升级能够高效、安全且环境友好地进行。 第一部分：化工过程模拟的基石——理论与工具的深度整合 本书的首要目标是夯实化工过程模拟的理论基础，并熟练掌握现代工业主流软件的应用精髓。模拟不再仅仅是绘制流程图，而是对真实世界物理、化学、热力学定律的数字化重现。 1. 热力学模型的新选择与精确性校验： 化工过程的准确性首先取决于所选用的热力学模型。本书将深入剖析传统状态方程（如Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong）在处理非理想体系，特别是对于高压、低温或含有离子液体的体系时的局限性。重点阐述基于活度系数的模型（如NRTL, UNIQUAC）在液-液平衡和精馏塔设计中的应用，并引入集团贡献法（Group Contribution Methods）在缺乏实验数据时的预测能力。更重要的是，书中将详细介绍如何利用实验数据对所选模型进行回归和参数修正，确保模型在特定操作窗口内的可靠性。 2. 反应工程的动态建模： 化学反应器是化工过程的心脏。本书摒弃了对简单平衡反应的过度依赖，转而聚焦于非均相催化反应、多相流反应器（如浆态床、固定床）的精确描述。我们将探讨如何将详细的反应动力学（基于密度泛函理论计算的初级数据）与流体力学模型（CFD）耦合，实现对反应器内部温度梯度、浓度分布和催化剂失活速率的精细预测。对于复杂的生物化学反应过程，书中还涵盖了代谢流分析（MFA）在过程理解中的作用。 3. 传递过程的精细化描述： 传热与分离单元的设计往往决定了工厂的能耗。在传热方面，本书不仅关注壳管式换热器的设计规范，更深入探讨了紧凑式换热器、反应精馏塔中的复杂热点分析。在分离单元方面，对于精馏、吸收、萃取，除了标准的平衡级模型外，书中大量篇幅用于讨论吸收塔、填料塔中的非理想效应，如沟流、旁路效应和溶剂选择对分离效率的影响，并提供了如何利用非等温模型进行塔内物流模拟的实例。 4. 流程模拟软件的“黑箱”解读： 本书并非简单的软件操作手册，而是旨在教会读者“透过软件看本质”。我们将以主流流程模拟软件（如Aspen Plus, gPROMS等）为载体，详细解析输入参数的物理意义、收敛性问题的诊断与处理。重点探讨如何有效地建立复杂流程的“湿基”（Wet Basis）模型，并进行严格的物料衡算和能量衡算校验，确保模拟结果的内在一致性。 第二部分：从模拟到优化——实现过程的经济性与鲁棒性 仅有准确的模拟模型是远远不够的，现代化工设计要求过程必须具备最优的经济性、最小的环境足迹以及在扰动下的高鲁棒性。 5. 过程优化理论的工程化应用： 优化是连接模拟与实际效益的桥梁。本书系统介绍了确定性优化方法，包括线性规划（LP）、非线性规划（NLP）在工艺参数（如反应温度、压力、回流比）优化中的应用。书中提供了一系列案例，展示如何将目标函数（如最小化运营成本、最大化产品收率）和约束条件（如设备容量、安全限值）转化为可求解的数学模型。特别关注了大规模、非线性模型的求解策略和收敛性保障。 6. 过程集成与能源效率革命： 工业生产中的能源浪费是最大的成本来源之一。本书的核心章节之一聚焦于“过程集成”（Process Integration），特别是热集成网络的综合设计（Pinch Analysis）。书中详细阐述了如何构建过程网络图（Composite Curves），识别“夹点”（Pinch Point），并系统性地设计出能级匹配的热交换网络（HEN）。此外，还探讨了热泵技术、余热梯级利用以及与可再生能源耦合的新型集成策略，以实现接近零净热能消耗的目标。 7. 过程控制与操作优化： 设计阶段的优化必须考虑到实际运行中的动态变化和不确定性。本书引入了先进过程控制（APC）的概念，重点介绍基于模型的预测控制（MPC）。MPC如何利用过程的动态模型，实时预测未来行为，并根据实时数据调整控制变量，以维持过程在最优操作点附近运行。书中会对比传统的PID控制与MPC在处理多变量、强耦合过程时的显著优势，并讨论如何利用模拟模型进行控制器参数的离线整定与仿真验证。 8. 灵敏度分析与不确定性管理： 任何工业过程都存在输入变量的波动（如原料纯度变化、环境温度波动）。本书强调了灵敏度分析在识别关键不确定性来源中的重要性。通过蒙特卡洛模拟和概率分析，工程师可以量化不同输入参数波动对最终经济效益的影响程度，从而指导设计决策，例如，是投资于更高精度的原料分析仪，还是投资于更稳健的设备设计。 结论：迈向智能化工的未来之路 《化工过程模拟与优化：面向工业实践的新范式》致力于培养工程师的“系统思维”和“数字化能力”。它不仅教授工具的使用，更深层次地传授如何将复杂的物理化学知识转化为可计算、可优化、可操作的工程方案。本书的最终目标是帮助读者构建一座数字化的“孪生工厂”（Digital Twin）的基础模型，从而在实际建设与运营中，实现更快的调试周期、更高的能效比和更具竞争力的产品成本。本书是连接理论研究与工业生产力提升的坚实桥梁。

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这本书的结构布局，体现了作者对化工设计过程的深刻理解，它遵循了一条从宏观到微观，从概念到实现的清晰路径。然而，在涉及“工艺安全管理”（PSM）与设计集成的部分，我觉得可以加入更具冲击力的案例分析。现代化工设计中，安全不再是设计末端的一个“检查项”，而是贯穿始终的“驱动力”。虽然书中提及了HAZOP分析的重要性，并将其融入了流程设计的一部分，但对于如何利用三维模型和模拟结果来直观展示潜在的危险区域（如通风死角、紧急泄放路径的合理性），以及如何通过设计手段从源头上消除或降低固有风险（Inherently Safer Design, ISD），这些实践层面的内容略显理论化。我更期待看到的是，如何将软件工具的输出直接转化为可用于风险评估的可视化数据，而不是仅仅停留在文字描述的规范要求上。总而言之，这是一本为“合格工程师”打下坚实基础的教材，但对于追求“卓越和零事故”的设计理念的实践者来说，还需要在安全文化的融入和前沿风险工具的应用上进行更深层次的挖掘。

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这本厚重的书籍，光是翻开扉页就能感受到一股浓郁的工业气息扑面而来，那种精密的计算和严谨的逻辑，仿佛能让人直接置身于一座庞大复杂的化工厂的控制室中。我原本以为这会是一本枯燥乏味的教科书，充斥着密密麻麻的公式和晦涩难懂的术语，但实际阅读后，我发现作者在编排内容时，显然是花费了大量心思去平衡理论深度与工程实践的结合点。书中对流程模拟软件的介绍，详略得当，既没有过度渲染技术的魔力，也没有轻视其在优化设计中的关键作用。特别是关于反应器选型和塔器设计的章节，作者引用了几个经典的工业案例进行剖析，这些案例的选取非常贴合实际生产中的痛点，使得原本抽象的计算过程变得具体可感。例如，在处理多相反应的模拟时，作者不仅仅给出了数学模型，还深入探讨了模型选择背后的经济性和操作性考量，这对于一个初入设计领域的新手来说，无疑是极大的启发。它不仅仅是教你“如何计算”，更是在引导你思考“为什么这样设计更合理”。书中的图示清晰明了，许多流程图和三维布局图都达到了可以作为工作参考的精度，足见作者在资料搜集和专业绘图上的功力，整体来看，这本书更像是一份高阶工程师的实战手册，而不是简单的理论导论。

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这本书的学术严谨性毋庸置疑，但对于我这种侧重于项目管理和成本控制的读者而言，它在“经济性评估”和“全生命周期管理”这方面的论述显得略微单薄。化工设计绝不仅仅是将工艺流程图转化为精确的设备清单，它更是一场在安全、效率和投资回报率之间的持续博弈。书中花了大量的篇幅去确保反应条件的精确模拟和设备的尺寸计算万无一失，这是基础，但对于如何进行合理的设备采购策略、如何评估不同设计方案在未来二十年运营成本上的差异，以及如何将设计阶段的决策与后期的维护保养（MRO）环节无缝对接，这些实务性的内容着墨不多。例如，书中对换热器选型给出了热力学上的最优解，但并没有深入分析选择特定品牌或型号的设备在售后服务响应时间、备件库存成本上可能带来的隐性成本。我希望看到更多关于设计决策如何直接影响项目总成本（TCO）的讨论，毕竟，一个理论上完美但预算超支的设计，在现实中是无法被采纳的。

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拿到这本书的时候，我最期待的是它能在“人机交互”和“虚拟现实”这些前沿技术与传统化工设计结合的领域能有什么突破性的见解。坦白说，在信息技术飞速迭代的今天，任何一本严肃的工程设计书籍如果不能紧跟时代脉搏，很容易就显得过时。这本书在对三维建模软件的应用讲解上做得相当细致，尤其是在碰撞检测和管道路由优化这一块，提供了不少独到的见解。然而，我个人感觉，在涉及更深层次的数字孪生（Digital Twin）应用和基于AI的智能优化设计方面，内容略显保守。虽然提到了自动化校核的重要性，但对于如何利用大数据和机器学习来预测设备故障、动态调整操作参数等具有前瞻性的讨论，着墨不多，更侧重于传统CAD/CAE工具的熟练运用。这使得这本书更像是一个扎实的基础平台，它为你铺设好了所有必要的“砖瓦”，但要建起一座能自我学习的“智能工厂”大厦，读者可能还需要寻找其他更专业的、侧重于软件算法和数据科学的补充材料。对于那些追求最尖端数字化转型的读者来说，这本书在“辅助”这个词的后半部分探索得还不够彻底。

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从排版和阅读体验上讲，这本书的质量是上乘的，纸张厚实，印刷清晰，即便是大幅的工艺流程图也能保持极高的辨识度，这对于需要对照参考的工程技术人员来说至关重要。不过，我注意到书中对不同国家和地区的设计规范（Codes and Standards）的引用上，似乎有一个明显的倾向性。大部分案例和规范参考都集中在某个特定的工业体系内，这在一定程度上限制了其全球通用性。例如，在压力容器的设计章节，对于北美ASME标准和欧洲PED指令的对比分析，可以更深入一些。不同的规范不仅体现在设计压力和温度的取值差异上，更深层次体现在安全哲学和风险认知的不同。如果作者能够增加一个专门的章节，对比阐述主要工业区设计标准的差异点及其对设计选择的具体影响，那么这本书的参考价值会大大提升，它将不再只是一个区域性的优秀参考资料，而是一本真正面向全球工程师的工具书。

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