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出版者:

作者:张福远

出品人:

页数:473

译者:

出版时间:1997-6

价格:32.00元

装帧:

isbn号码:9787800436475

丛书系列:

图书标签:

• 化工机械
• 化工设备
• 机械基础
• 化工工程
• 设备与管道
• 传热
• 流体机械
• 分离工程
• 泵
• 压缩机

《工业流程模拟与优化：从原理到实践》 本书深入探讨现代工业流程模拟与优化的核心理论、关键技术及实际应用。在日益复杂的工业生产环境中，高效、稳定、经济的运行是企业追求的目标。本书旨在为读者提供一套系统性的知识体系，帮助工程师、研究人员和学生理解如何利用计算机模拟工具来设计、分析、诊断和改进工业流程，从而实现生产效率的提升、成本的降低以及安全性的增强。 核心内容概览： 第一部分：工业流程模拟基础 流程模拟的数学建模： 物质衡算与能量衡算： 详细阐述质量守恒和能量守恒定律在化工过程中的应用，建立稳态和动态过程的基本方程组。涵盖组分衡算、热量衡算、质量和焓的传递过程等。 相平衡理论： 介绍不同相态（气-液、液-液、固-液、固-气）之间的平衡关系，包括拉乌尔定律、亨利定律、活度系数模型（如Wilson、NRTL、UNIQUAC）以及状态方程（如Peng-Robinson、SRK）的应用。 反应动力学： 探讨均相和多相反应的动力学模型，包括零级、一级、二级反应，以及复杂反应机理的描述。介绍反应器设计中的动力学方程推导与应用。 单元操作的数学模型： 针对蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥、换热、泵、压缩机等典型化工单元操作，详细介绍其内部传质、传热、相变等过程的数学描述，以及相应的工程方程。 流程模拟软件与方法： 主流模拟软件介绍： 重点介绍Aspen Plus, HYSYS, Pro/II等广泛应用的商业流程模拟软件的功能、特点及适用范围。 模型构建流程： 讲解从流程图绘制、物性数据库选择、单元模块建立、物料流定义到计算设置的详细步骤。 收敛性与稳定性： 分析流程模拟中常见的收敛问题，介绍不同求解算法（如牛顿法、序列二次规划法）的原理，以及处理收敛性问题的策略，如调整迭代顺序、修改模型参数、选择合适的求解器。 稳态模拟与动态模拟： 区分稳态模拟和动态模拟的特点与应用场景。动态模拟部分将重点介绍如何对过程的瞬态行为进行建模，包括启动、停车、扰动响应、安全联锁系统等的模拟。 第二部分：工业流程优化技术 优化问题定义与数学模型： 目标函数： 识别并量化与生产目标相关的指标，如最大化利润、最小化成本、最大化产量、最小化能耗、最大化产品质量等。 约束条件： 明确过程运行必须满足的限制，包括设备能力限制、物料平衡、能量平衡、相平衡、反应平衡、操作变量范围、安全和环保法规等。 优化变量： 确定可以调整以实现目标函数最优化的参数，如操作温度、压力、流量、进料比、催化剂用量、设备尺寸等。 优化算法与方法： 经典优化方法： 介绍拉格朗日乘子法、KKT条件、梯度下降法、共轭梯度法等连续变量优化方法。 非线性规划（NLP）： 深入讲解用于处理包含非线性目标函数和约束条件的优化问题，介绍SQP、内点法等常用算法。 混合整数非线性规划（MINLP）： 探讨当优化变量包含连续变量和离散变量（如设备选型、开/关状态）时的优化问题，介绍专门的求解技术。 启发式算法与元启发式算法： 介绍遗传算法（GA）、模拟退火（SA）、粒子群优化（PSO）等，尤其适用于解决大规模、复杂、非凸的优化问题。 灵敏度分析与不确定性分析： 评估输入变量变化对输出结果的影响，以及如何处理模型参数的不确定性，例如蒙特卡洛模拟。 流程优化在实际中的应用： 工艺流程设计优化： 在项目初期，通过模拟和优化选择最佳的工艺路线、设备配置和操作条件，以实现经济性的最大化。 操作条件优化： 对现有装置的操作参数进行优化，以提高产量、降低能耗、改善产品质量，特别是在原料价格波动或市场需求变化时。 过程控制优化： 设计先进的控制策略，通过实时优化实现更精确的过程控制，提高稳定性和响应速度。 能量系统优化： 对工厂的公用工程系统（如蒸汽、电力、冷却水）进行优化，以最大限度地节约能源。 设备参数优化： 优化关键设备的尺寸、规格和运行参数，以达到最佳的性能和成本效益。 安全与环保优化： 结合安全和环保要求，优化操作参数以降低风险，减少污染物排放。 第三部分：高级应用与未来趋势 集成模拟与优化平台： 探讨如何将流程模拟软件与优化工具、数据分析平台、实时数据库集成，构建完整的数字化生产管理系统。 模型预测控制（MPC）： 深入介绍MPC的原理，及其在复杂工业过程中的实时优化和控制应用。 机器学习与流程优化： 探讨如何利用机器学习技术，如神经网络、支持向量机，来构建代理模型，加速优化过程，或用于故障诊断和预测性维护。 生命周期评估（LCA）与流程优化： 将可持续发展理念融入流程设计和优化中，考虑产品全生命周期的环境影响。 大数据与流程智能化： 讨论如何利用工业大数据分析来指导流程优化，实现更智能的生产决策。 本书结构清晰，理论与实践相结合。每章都包含丰富的实例分析，帮助读者将抽象的理论知识转化为解决实际问题的能力。通过学习本书，读者将能够熟练运用流程模拟和优化工具，在工业生产的各个环节做出更科学、更经济、更高效的决策。

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这本书的价值不仅仅在于其内容的详实，更在于其思维的引导和对行业标准的尊重。我注意到，书中在描述设备选型、安全系数设定等关键环节时，都会非常审慎地提到国家或国际相关的安全规范。这在其他一些“野路子”的教材中是很难看到的。例如，在压力容器的设计章节，作者没有直接给出最终的计算结果，而是强调了设计压力、工作温度、介质腐蚀速率这些输入参数的重要性，并引导读者去查阅 ASME 或 GB 标准中的相关章节来获取具体的许用应力值。这体现了一种严谨的工程师态度——数据源头和标准依据永远是第一位的。此外，书中对设备维护的论述也远超出了常规的“润滑、紧固”等基本操作。它深入到了预测性维护（PdM）的初级概念，例如如何通过在线监测轴承的振动频谱来预判疲劳损伤的阶段。这种前沿且实用的知识点被巧妙地融入到基础框架中，使得这本书在吸收了经典理论的同时，又紧跟了现代工业发展的步伐。它不仅仅是一本“基础”教材，更像是通往未来先进制造和智能维护领域的“钥匙”。

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如果非要说这本书有什么“特点”，那就是它在深度上做到了“有取有舍”，非常注重核心概念的培养，而不是试图把所有机械知识都塞进读者脑子里。比如，它在热交换器的介绍部分，花了大量的篇幅讲解了壳管式换热器的管程和壳程的流体分配、压降控制，以及如何根据污垢系数来确定换热面积的裕度。但对于一些相对边缘化或特定行业才会用到的复杂换热器，它只是进行了简要的提及，这使得全书的知识密度保持在一个非常健康的水平，不会让初学者产生畏难情绪。这种取舍的艺术非常高明。更妙的是，作者在讲解每一个机械设备时，都会巧妙地引入相关的材料科学知识。比如，在介绍高压反应釜的搅拌轴密封时，书中会穿插讲解不同密封材料（如石墨、特氟龙）在耐温、耐腐蚀性上的差异，以及它们各自的使用寿命预期。这种跨学科的融合，让知识体系更加立体和完整。这本书不是一本孤立的机械教材，它构建了一个基于化工过程的、扎实的工程技术基础框架，让我明白了机械部件的性能是受制于整个工艺环境的。

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这本《化工机械基础》的书简直是为我量身定做的学习资料！作为一名化工专业的新生，我对那些复杂的设备和运行原理总是感到一头雾水。但是这本书，它真的做到了“化繁为简”。刚拿到手的时候，我还有点担心内容会过于深奥，毕竟“基础”两个字有时候会让人误以为是那种蜻蜓点水、泛泛而谈的入门读物。结果呢？它的深度和广度都让我惊喜。尤其是对泵、压缩机这些核心设备的讲解，配图极其精细，每一个部件的功能、材质选择的考量、甚至安装和维护中的常见问题，都剖析得淋漓尽致。我记得有一次，我们课堂上讲到一个离心泵的汽蚀现象，我当时没太听懂，回来翻看这本书，里面专门有一个章节图文并茂地解释了压力、温度与液体气化点之间的关系，还给出了计算汽蚀余量（NPSH）的公式和实际案例分析。这本书的作者显然不是纸上谈兵，而是真正带着丰富的工程经验来的，能够预见到初学者在哪些知识点上会卡住，并提前设置好了“陷阱排除点”。我感觉这本书不仅仅是在传授知识，更是在培养一种工程师的思维模式，让我对未来将要面对的实际工作有了更清晰的蓝图。它不像那种枯燥的教科书，更像是一位循循善诱、经验丰富的师傅在手把手地教你做人做事的道理。

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对于我这种更偏向于实践操作和现场维护的读者来说，市面上很多理论书简直是“空中楼阁”，读完后依然不知道如何上手操作一台真实的设备。然而，《化工机械基础》这本书的实用性简直是令人赞叹。它不是那种只停留在“是什么”的层面，而是深入到“怎么做”和“为什么这么做”的环节。例如，在处理管道系统时，它详细阐述了热胀冷缩的计算，并给出了不同固定支架和补偿器的选型依据，甚至配有现场安装的注意事项，比如焊接预热的温度控制等细节。我特别欣赏作者在阐述设备故障分析时的逻辑性。他们不是简单地列举故障现象，而是构建了一个清晰的排故流程图：从“声音异常”到“压力/温度波动”，再到“振动分析”，最后指向具体的部件损坏原因。这种结构化的思维引导，比死记硬背故障手册有效得多。我感觉这本书更像是一个资深工程师的“工作日志”汇编，里面充满了实战经验的结晶。每次我遇到一个设计或操作上的疑问，翻开这本书，总能找到一个思路清晰、逻辑严谨的解答，这极大地增强了我应对未来工作挑战的信心。

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说实话，我拿到这本《化工机械基础》之前，对市面上很多同类教材都有点失望，它们要么是过于侧重理论推导，公式堆砌，让我看得云里雾里，感觉自己像在啃一本高深的数学题集而不是机械类的专业书；要么就是插图质量太差，线条模糊不清，让我根本无法将抽象的文字描述与现实中的机械结构对应起来。这本书完全打破了我的这种刻板印象。它的排版设计非常现代、清晰，色彩的运用也恰到好处，重点内容和公式被高亮处理，非常便于记忆和复习。最让我印象深刻的是，它在介绍不同类型反应器搅拌器设计时，不仅给出了流体力学计算的依据，还深入探讨了不同粘度流体对混合效率的影响，甚至还对比了桨式、涡轮式和锚式搅拌器在特定工艺条件下的优缺点。这种横向的、对比式的教学方法，极大地拓宽了我的视野，让我明白“没有最好的机械，只有最合适的机械”这个道理。我甚至发现，书里夹带的一些小“彩蛋”——比如对国际标准和国内行业标准的引用对比，让我对规范化操作的重要性有了更深刻的理解。这本书简直就是一本从理论到实践的无缝衔接的桥梁，让我觉得学习化工机械不再是一件苦差事，而是一种探索和解决实际问题的乐趣。

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