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书籍简介：精益求精的现代化工实践指南 书名：现代化工过程控制与优化 ISBN：978-7-123-45678-9 出版信息：XXXX出版社，2023年5月第一版 --- 内容导读： 在二十一世纪，化工行业正以前所未有的速度向着更高效、更安全、更环保的方向发展。面对日益复杂的生产流程、更严格的质量标准以及对能源消耗的严苛要求，如何实现对化工过程的精准控制与系统优化，已成为决定企业核心竞争力的关键。本书《现代化工过程控制与优化》正是这样一本应运而生的、面向工程实践与前沿研究的权威参考书。 本书并非专注于单一产品或特定领域的制造标准，而是立足于整个化工体系的宏观与微观管理，为化工工程师、过程控制专家以及相关专业的研究人员提供了一套全面、深入且具有极强操作性的理论框架与实践工具集。 第一篇：化工过程控制系统的基础理论与发展脉络 本篇详尽回顾了经典控制理论（PID控制、反馈回路设计、前馈控制等）在化工单元操作中的应用瓶颈，并重点阐述了现代控制理论的基石。我们深入探讨了状态空间模型的建立、卡尔曼滤波在复杂多变量系统状态估计中的应用，以及鲁棒控制设计方法，以确保系统在存在模型不确定性或外部扰动时仍能保持稳定性和性能。 特别地，我们用大量篇幅解析了先进过程控制（APC）的核心技术。这包括： 1. 模型预测控制 (MPC)： 详细剖析了如何基于系统的动态模型，在线求解优化问题，实现对多输入多输出（MIMO）系统的约束优化控制。书中通过多个案例（如精馏塔的温度与侧线采出率的联合控制），展示了MPC在突破传统PID控制性能瓶颈方面的巨大潜力。 2. 软测量技术： 针对那些难以在线实时测量的关键质量指标（如产品组分、催化剂活性），本书介绍了基于神经网络、偏最小二乘（PLS）等统计学和机器学习方法建立的软测量模型，有效弥补了传统传感器滞后或缺失的问题。 第二篇：化工生产过程的建模与仿真 化工过程的本质是物理化学现象的动态体现。本书强调，有效的控制和优化首先依赖于精确的系统模型。 1. 机理模型构建： 基于质量守恒、能量守恒和组分守恒定律，指导读者如何从第一性原理出发，构建反应器、换热器、分离设备等核心单元的非线性微分代数方程组（DAE）模型。书中对如何简化复杂反应动力学、处理相平衡方程给出了详尽的步骤。 2. 数据驱动建模： 针对黑箱系统或机理模型难以获取的复杂环节，本书系统介绍了如何利用历史操作数据，应用系统辨识技术（如ARX, OE模型），识别系统的动态特性，并讨论了如何评估模型阶次和参数的可信度。 3. 仿真平台应用： 结合主流化工仿真软件（如Aspen Plus/HYSYS Dynamics），本书提供了将理论模型转化为可执行仿真程序的具体操作指南，帮助工程师在虚拟环境中测试控制策略的鲁棒性和安全性。 第三篇：系统优化与经济性提升 控制的最终目标是实现生产过程的最优运行，平衡安全性、质量和经济效益。 1. 实时优化（RTO）： 本篇是全书的亮点之一。RTO系统通过周期性地利用最新的在线数据，重新求解稳态模型下的全局优化问题，以调整优化器的设定值（Setpoint），从而使过程始终运行在最优经济窗口。我们详细阐述了RTO的架构设计、收敛性保证以及如何处理模型与实际过程的偏差（模型误差处理）。 2. 能耗管理与绿色化工： 聚焦于化工过程中的高能耗环节（如加热、冷却、压缩和分离），本书介绍了如何将能源效率指标融入到优化目标函数中。内容涵盖热集成网络（HEN）的优化设计以及基于过程控制的蒸汽管网优化调度，旨在实现显著的运营成本削减和碳排放控制。 3. 安全仪表系统（SIS）与过程安全管理： 优化绝不能以牺牲安全为代价。本书深入讲解了功能安全管理（IEC 61511/ISA S84）标准，如何设计和验证安全仪表功能（SIF），以及如何将安全联锁逻辑有效地集成到整体控制架构中，确保在极端情况下系统的自动安全停车。 适用读者对象： 化工、化学工程、应用化学等专业的高年级本科生和研究生。 从事石油化工、精细化工、制药、新能源材料等行业的过程控制工程师和自动化技术人员。 负责生产装置优化、节能降耗项目的技术主管和管理人员。 通过系统学习本书内容，读者将能够构建起从微观的传感器信号处理到宏观的工厂级经济优化决策的完整知识体系，真正掌握现代化工生产的智能化运营精髓。本书强调理论的严谨性与工程实践的结合，是推动化工行业迈向“智能制造”不可或缺的工具书。
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