Process Control for Practitioners

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出版者:OptiControls Inc
作者:Jacques F. Smuts
出品人:
页数:315
译者:
出版时间:2011-10-14
价格:USD 109.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9780983843818
丛书系列:
图书标签:
  • 控制科学与技术
  • Expertise
  • Process Control
  • Chemical Engineering
  • Automation
  • Industrial Control
  • Feedback Control
  • PID Control
  • Process Dynamics
  • Control Systems
  • Instrumentation
  • Manufacturing
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具体描述

理论与实践的交汇:现代化学工程单元操作优化指南 面向对象: 资深工艺工程师、化学反应器设计专家、化工过程控制系统架构师、以及致力于提升工业流程效率与安全性的技术研究人员。 内容概述: 本书深入剖析了现代化学工程中最为关键的几大核心单元操作——精馏、吸收、萃取以及反应动力学控制——的理论基础、先进模型构建方法以及面向工业化应用的优化策略。本书摒弃了初级教材中对基本概念的冗余重复,直接聚焦于复杂系统下的非线性、多变量耦合挑战,旨在为从业者提供一套可立即应用于实际生产环境的、具有前瞻性的解决方案框架。 全书结构设计遵循“基础深化—模型解析—高级控制策略—工业案例验证”的逻辑主线,确保读者在理解精细化数学描述的同时,能够掌握其在真实世界中的工程意义和操作指导价值。 第一部分:高级热力学与分离过程的精密建模 本部分首先对相平衡理论进行了超越传统假设的深入探讨。重点分析了在极端条件(高压、深冷、高浓度)下,状态方程(如 Peng-Robinson、SRK)的修正技术与分子间作用力模型的改进方向,特别关注了非理想混合物中离子液体和深共熔溶剂体系的精确预测。 精馏塔的动态与稳态优化: 传统的精馏塔设计往往依赖于经验法则和简化假设。本书则详细阐述了如何构建高保真度的动态模型,尤其针对回流比变化、进料扰动(如组分变化、流量波动)下的塔内液相持液量(Hold-up)变化及其对分离效率的瞬时影响。内容涵盖: 1. 模型降阶与简化: 针对大型精馏塔系统,应用平衡积分法(Balancing Integral Method)和奇异摄动法(Singular Perturbation Theory)进行动态模型的有效降阶,以适应实时优化(RTO)和模型预测控制(MPC)的需求。 2. 能耗最小化策略: 引入夹点分析(Pinch Analysis)的高级应用,讨论了热泵辅助精馏、中间加热/冷却的集成优化,以及如何利用先进的迭代算法(如牛顿-拉夫逊法结合线搜索)求解具有严格物料平衡约束的最优操作点。 3. 非理想精馏: 详细分析了共沸和均沸体系的精馏解决方案,包括加压精馏、共沸剂的筛选与引入的最佳进料位置确定。 吸收与萃取的高效耦合: 在传质操作部分,本书强调了传质阻力(液相、气相、界面)的精确分离与量化。 1. 传质模型深入: 针对吸收过程,系统介绍了修正的 Kremser 方程在非恒定吸收剂浓度下的适用性,并探讨了化学吸收过程中反应动力学与传质速率的相互耦合(例如 $ ext{CO}_2$ 吸收)。 2. 萃取的微观过程模拟: 重点分析了多级逆流萃取塔的精细化设计,包括溶剂用量与分离效率的最佳平衡点。对于难分离体系,本书提供了液-液相平衡数据的实验设计方法(DOE)和回归分析工具,确保模型输入的可靠性。 第二部分:反应器工程与化学过程的先进控制 本部分是全书的工程核心,它将分离过程的优化与化学反应的动力学控制相结合,为实现全流程的“智能制造”提供技术支撑。 反应动力学与非等温反应器的设计: 1. 复杂反应网络的建模: 不仅限于简单的零级或一级反应,本书深入探讨了多相催化反应器中,催化剂失活(积碳、烧结)的非线性模型构建,以及如何将反应器设计参数(如催化剂装填密度、颗粒大小分布)纳入全流程优化目标函数。 2. 热管理与失控预防: 重点分析了高放热反应(如硝化、氧化反应)中的温度控制策略。引入了临界热积累速率(Critical Heat Accumulation Rate, CHAR)的概念,并阐述了如何基于实时监测的绝热温升潜力(Adiabatic Temperature Rise Potential)来设计更可靠的紧急冷却系统与泄压装置。 过程控制系统的集成与高阶策略: 本章将理论模型转化为可执行的控制律。 1. 多变量模型预测控制(MPC)的实现: 详述了如何为耦合的精馏-反应器系统构建准确的线性化或分层非线性 MPC 模型。内容包括:模型参数的在线辨识方法(如最小二乘法与卡尔曼滤波器的结合)、约束条件的精确处理(如设备安全裕度、产品质量规格的硬约束)以及优化求解器的选择与配置。 2. 先进过程控制(APC)的故障诊断集成: 探讨了如何将实时过程数据(温度、压力、流量)与软测量模型(Soft Sensors,如基于 PCA 或 PLS 的模型)相结合,以替代昂贵且响应缓慢的在线分析仪。同时,介绍了基于残差分析的控制器性能监控与故障检测方法。 第三部分:数字孪生与优化算法的应用 本部分展望了未来化工生产的趋势,聚焦于如何利用高精度模型进行仿真、预测和实时决策。 1. 高精度数字孪生的构建: 介绍了如何将第一性原理模型(First-Principle Models)与数据驱动模型(Data-Driven Models)进行融合(Hybrid Modeling),以克服纯物理模型在处理复杂边界条件时的局限性。重点讲解了如何利用 CFD 结果校准反应器内的混合效率参数。 2. 实时优化(RTO)的鲁棒性提升: 讨论了在生产负荷波动和催化剂老化背景下,RTO 模型的周期性重校准(Recalibration)技术。强调了在求解优化问题时,必须考虑优化解对输入参数微小变化的敏感性,以确保操作指令的可行性和稳定性。 本书特点: 本书的全部示例和案例均基于工业化流程数据(经过匿名化处理),所有模型推导均展示了从偏微分方程到简化代数方程的严谨过程,是工程人员从“会操作”迈向“精控制、高效率”的必备参考书。

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《Process Control for Practitioners》——这个书名让我眼前一亮,它所承诺的“面向实践”的风格,正是我作为一名在物流和仓储领域工作的技术人员一直以来所寻找的。我深知,在高度自动化和信息化的现代物流系统中,过程控制的应用无处不在,从自动化立体仓库的货架管理,到输送带系统的速度和路径控制,再到分拣机的精确定位。我非常希望这本书能够深入讲解如何针对这些特定的物流和仓储场景,设计和优化控制系统。例如,在自动化立体仓库中,如何精确控制堆垛机的运行轨迹,以实现高效的入库和出库操作;在输送带系统中,如何通过闭环控制来保证物料的平稳传输,并避免拥堵或损坏。我期待书中能够提供一些针对这些场景的控制策略,并且能够结合实际的设备特点(如AGV、PLC、视觉传感器)进行讲解。我还对书中关于“系统集成与数据通信”的讨论很感兴趣。在复杂的物流系统中,各种自动化设备和信息系统需要协同工作,这涉及到复杂的通信协议和数据交换。我希望书中能够介绍如何实现不同设备和系统之间的高效集成,并保证数据的实时性和准确性。例如,如何利用OPC UA等标准化的通信协议,将PLC、SCADA系统、WMS(仓库管理系统)等连接起来。此外,我也对书中关于“流程优化与效率提升”相关的控制策略感兴趣。在物流领域,效率是生命线。我希望书中能够介绍如何利用先进的过程控制技术,来优化物流流程,降低运营成本,提高吞吐能力。例如,如何通过预测性控制来调度AGV,以最小化等待时间和空驶里程。对于我们这些需要在不断优化和提升自动化系统性能,以应对快速变化的物流需求的工程师来说,这些知识将是极其宝贵的。

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这本书的标题《Process Control for Practitioners》瞬间抓住了我的眼球,因为我在实际的工业现场工作中,经常会遇到各种各样的过程控制问题,从简单的温度控制到复杂的化学反应器优化,都需要扎实的基础知识和实用的技术。我立刻联想到,这本书会不会提供一套系统性的方法论,帮助我们这些“实干家”理解并解决生产过程中遇到的瓶颈,提升效率,降低成本,同时确保产品质量的稳定性和安全性。我特别期待书中是否会深入探讨现代过程控制理论,比如模型预测控制(MPC)、自适应控制,以及如何将这些先进的技术有效地应用到实际的工业流程中,而不仅仅是停留在理论层面。此外,我也希望作者能够分享一些在实际应用中遇到的挑战和解决方案,例如传感器故障的诊断与补偿、执行器响应的非线性问题、以及如何处理大规模、多变量耦合的系统。对于我这样的从业者来说,最宝贵的知识往往来自于经验的总结,如果书中能够包含一些经过验证的工程案例,并对这些案例进行详细的分析,那么这本书的价值将得到极大的提升。同时,我也好奇书中是否会涉及过程安全相关的控制策略,因为在许多关键工艺中,过程安全是至高无上的。例如,如何设计失效安全(fail-safe)的控制系统,如何应对工艺过程中的突发事件,以及如何进行风险评估和控制。对于一名流程工程师来说,这些都是至关重要的话题,如果这本书能够在这方面有所建树,那将是对我工作极大的帮助。我还会关注书中对实时数据分析和机器学习在过程控制中的应用的讨论,这可能是未来工业控制发展的一个重要方向,如果能提前了解并掌握相关的概念和技术,将使我在职业发展上更具竞争力。总之,我希望这本书能够成为一本既有深度又不失广度的实用指南,能够真正地赋能像我一样的从业者,让他们在复杂多变的工业环境中游刃有余。

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这本书的标题《Process Control for Practitioners》令我印象深刻,它所传递出的实用性和面向实际应用的目标,正是我一直以来所寻求的。作为一名在食品饮料行业工作的工程师,我深知过程控制对于保证产品质量、延长保质期、以及提高生产效率的极端重要性。我希望这本书能够深入讲解如何针对食品加工过程中的关键环节,如杀菌、灌装、冷却等,设计和优化控制系统。例如,在杀菌过程中,如何精确控制温度和时间,以确保微生物被有效杀灭,同时又不损失产品的营养成分和风味。这需要对热传导、流体动力学以及微生物动力学有深刻的理解。我期待书中能够提供一些针对这些复杂过程的控制策略,并且能够结合实际的设备特点(如板式换热器、灭菌釜)进行讲解。我还对书中关于“批次过程控制”的讨论很感兴趣。许多食品饮料的生产都是批次进行的,每个批次的参数控制都需要精确且可重复。我希望书中能够提供一些关于批次控制的先进技术,如顺序控制、基于模型的批次控制,以及如何有效地管理和优化批次参数。此外,我也对书中关于“卫生与安全”相关的过程控制感兴趣。在食品行业,保持生产过程的卫生是至关重要的,这涉及到CIP(就地清洗)和SIP(就地灭菌)等过程。我希望书中能够介绍如何将这些卫生和安全要求集成到过程控制系统中,并提供一些相关的实践经验。对于我们这些需要在保证产品安全和质量的同时,提升生产效率的工程师来说,这些知识将是极其宝贵的。

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《Process Control for Practitioners》——这个书名直击我作为一名在制药行业工作的工程师的核心诉求。在制药领域,过程控制的精确性和可靠性直接关系到药品的疗效和安全性,任何细微的偏差都可能导致严重的后果。我非常希望这本书能够深入讲解如何针对复杂的制药过程,如合成、发酵、纯化等,设计和优化控制系统。例如,在药物合成过程中,如何精确控制反应温度、pH值、加料速率等参数,以确保目标产物的收率和纯度;在发酵过程中,如何优化培养基的成分、通气量、搅拌速率等,以最大化微生物的生长和目标产物的生成。我期待书中能够提供一些针对这些复杂生物化学过程的控制策略,并且能够结合实际的设备特点(如生物反应器、层析柱)进行讲解。我还对书中关于“过程分析技术(PAT)”的应用很感兴趣。PAT是制药行业实现过程理解、过程控制和过程优化的关键技术。我希望书中能够详细介绍PAT的原理、设备以及如何在制药过程中实现实时监测和反馈控制。例如,如何利用光谱技术(如近红外光谱、拉曼光谱)来实时监测反应物、中间产物和产物的浓度,并将这些信息用于反馈控制。此外,我也对书中关于“法规符合性”相关的过程控制感兴趣。制药行业受到严格的监管,过程控制系统必须符合GMP(药品生产质量管理规范)等相关法规。我希望书中能够介绍如何设计和验证符合法规要求的过程控制系统,以及如何进行相关的记录和报告。对于我们这些需要在保证药品质量和安全性的同时,满足严格的监管要求,并不断提升生产效率的工程师来说,这些知识将是极其宝贵的。

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《Process Control for Practitioners》——光是书名就传递出一种务实和面向实操的信号,这对于我们这些长期奋战在生产一线的工程师来说,无疑是一剂强心针。我非常好奇这本书究竟能为我们带来哪些“干货”。我的工作涉及到化工生产过程中的多个环节,从原料进料到最终产品的产出,每一个环节都离不开精密的控制。然而,现实中的工艺过程往往是复杂且动态变化的,一个简单的理论模型很难完全涵盖其全部特性。我期待书中能够提供一套行之有效的“故障排除”指南,帮助我们快速定位和解决生产过程中出现的各种控制异常,比如控制回路性能下降、仪表信号漂移、执行器响应迟缓等。能够通过系统性的诊断流程,而不是仅仅依靠“经验碰运气”来解决问题,将极大地提高我们的工作效率和生产的稳定性。我也希望书中能够讲解一些高级控制策略的实际应用,特别是那些能够显著提升生产效率和产品质量的先进技术。例如,如何利用模型预测控制(MPC)来优化复杂的、多变量耦合的反应过程,如何通过软测量技术来估算难以直接测量的关键工艺变量,以及如何将模糊逻辑控制或神经网络控制等智能控制方法应用于特定的工艺难题。对于这些技术,我通常只能在学术论文或专业研讨会上零星接触到,如果这本书能够提供一套结构清晰、易于理解的介绍,并附带一些可以借鉴的工程实例,那就太棒了。此外,我还在思考,这本书是否会触及过程控制系统的安全设计和风险管理。在化工行业,任何控制失误都可能导致严重的后果,因此,如何设计出具有高可靠性和安全性的控制系统,以及如何应对潜在的危险情况,是每个从业者都必须考虑的问题。如果书中能够包含这方面的内容,那将是这本书最吸引我的地方之一。

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我近期接触到了一本名为《Process Control for Practitioners》的书,虽然我还没有深入研读,但光从书名就能感受到其潜在的价值。作为一名在流程行业摸爬滚打多年的工程师,我深知理论知识与实际应用之间的鸿沟。很多时候,我们在学校学到的控制理论,在应用于复杂的工业现场时,往往会遇到各种意想不到的困难。这本书如果能如其名所示,专注于“从业者”的需求,提供一套切实可行的解决思路和方法,那将是莫大的福音。我尤其关注书中是否会讲解如何进行有效的系统辨识,这是设计精确控制器的前提。很多时候,我们对工艺过程的数学模型并不完全了解,依赖于经验进行参数整定,这不仅效率低下,而且往往达不到最优控制效果。如果书中能提供一些系统辨识的实用工具或流程,并且能够针对不同类型的工业过程(如传热、流体输送、反应器等)提供具体的辨识案例,那将非常有价值。此外,对于PID控制器,这个经典而又普遍的控制算法,我希望书中能深入探讨其高级应用,比如增益调度、抗饱和、抗积分泄漏等,以及如何在非线性系统或存在严重扰动的情况下,对PID参数进行优化整定。我还对书中关于鲁棒控制和自适应控制的介绍很感兴趣,这两者在处理模型不确定性或系统参数变化时尤为重要。如果书中能用简洁易懂的语言解释这些复杂概念,并提供一些实际工程中的应用范例,将有助于我们理解如何在不确定环境下设计出稳定可靠的控制系统。另外,对于现场仪表和执行器的选择、校准与维护,这些看似基础但至关重要的环节,如果书中能有所涉及,并提供一些实用的建议,那将进一步提升其作为“从业者”指南的价值。

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作为一名长期在化学工程领域工作的技术人员,我对《Process Control for Practitioners》这本书的出版充满了期待。我所面临的工艺过程往往是高度复杂且动态变化的,精确而稳定的过程控制是保证生产效率、产品质量以及安全性的关键。我非常希望这本书能够深入探讨如何针对不同的化学反应器类型(如釜式反应器、管式反应器)设计有效的控制策略。例如,对于放热反应,如何精确控制温度以避免“飞温”;对于多组分反应,如何通过优化进料配比和反应条件来提高产率和选择性。这些都需要扎实的控制理论基础和丰富的工程经验。我期望书中能够提供一些实际的案例分析,展示如何运用先进控制技术,如多变量控制、模型预测控制(MPC)来解决这些复杂问题。同时,我也关注书中对于“过程安全”方面的控制设计。在化工生产中,任何控制失误都可能导致灾难性的后果。我希望书中能够详细阐述如何设计具有高可靠性和安全性的控制系统,例如,如何进行安全完整性等级(SIL)评估,如何设计联锁系统(interlock)和紧急停车系统(ESD),以及如何利用过程安全管理(PSM)的理念来指导控制系统的设计和运行。对于我们这些直接面对生产线的人来说,理解并掌握这些安全相关的控制知识,是保障自身和他人安全的前提。此外,我还对书中关于“过程优化”的讨论很感兴趣。在保证安全和稳定运行的前提下,如何通过精细的控制来进一步提升生产效率,降低能耗,减少排放,是每个企业都在追求的目标。如果书中能够提供一些利用先进控制技术实现过程优化的实例,例如,通过实时数据分析和优化算法,动态调整工艺参数,那就更有价值了。

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《Process Control for Practitioners》——这个标题本身就暗示着一种实用的、面向实际应用的风格,这正是我作为一名在自动化设备领域工作多年的工程师所需要的。我渴望找到一本能够将复杂的控制理论转化为具体操作指南的书。我特别关注书中对于“参数整定”这一核心环节的讲解。在实际应用中,PID控制器的参数整定常常是一个耗时耗力且充满挑战的任务。虽然有很多理论方法,如Ziegler-Nichols方法、临界比例度法等,但在面对高阶、有死区、非线性的实际系统时,这些方法往往效果不佳。我希望书中能够提供一些更先进、更鲁棒的参数整定技术,并且能够给出一些针对不同类型过程(例如,强耦合系统、时滞系统)的优化整定策略。我也对书中关于“模型辨识”的讨论很感兴趣。精确的系统模型是设计最优控制器的基础,但很多时候,我们难以获得精确的模型。我希望书中能够介绍一些简便有效的模型辨识方法,并且能够针对现场的实际情况,提供一些处理模型不确定性的策略,例如,如何利用鲁棒控制或自适应控制的思想来弥补模型的不精确性。此外,我还对书中关于“分布式控制系统(DCS)”和“可编程逻辑控制器(PLC)”在过程控制中的集成与应用感兴趣。在现代工业生产中,DCS和PLC是实现过程控制的核心平台。我希望书中能够讲解如何将先进的控制算法有效地部署在这些平台上,并提供一些关于系统集成、网络通信和数据采集的实践经验。对于我们这些在自动化设备一线工作的技术人员来说,了解如何在这些平台上实现复杂控制功能,是提升自身能力的关键。

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我最近关注到一本名为《Process Control for Practitioners》的书籍,其书名直击我作为一名长期在工业自动化领域工作的技术人员的核心需求。我深切体会到,理论上的高深概念固然重要,但真正能够落地、解决实际问题的技术和方法,才是我们最为渴求的。我非常希望这本书能够深入浅出地讲解那些在实际生产环境中频繁出现的控制难题。例如,如何有效地进行过程扰动抑制,以及如何处理传感器和执行器之间的非线性耦合效应。在我的工作中,经常会遇到因为外部环境变化或设备老化导致的扰动,而这些扰动又常常以非线性、难以预测的方式影响着控制回路的性能。如果书中能够提供一套系统性的分析方法,帮助我们理解这些扰动的来源和影响机制,并给出相应的控制策略,例如利用前馈控制、扰动观测器等技术,那将非常有帮助。此外,我还会关注书中对于过程监控和故障诊断的论述。在复杂的生产系统中,一个微小的故障如果不及时发现和处理,可能会引发连锁反应,导致巨大的损失。我希望这本书能够提供一套实用的方法,帮助我们建立有效的监控体系,能够提前预警潜在的故障,并指导我们进行准确的故障诊断和隔离。例如,利用统计过程控制(SPC)的方法,或者更先进的机器学习技术,来分析生产数据,识别异常模式。我还对书中关于不同类型过程控制对象(如连续过程、批次过程、分布式系统)的控制策略差异化讲解感兴趣。不同类型的过程对控制的要求是不同的,一套通用的控制方法可能并不适用于所有情况。如果书中能针对不同类型的过程,提供定制化的控制解决方案和优化建议,那将极大地提升其指导意义。

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《Process Control for Practitioners》——这个书名简洁而有力,直接点明了它的目标读者群体和核心价值。作为一名在能源行业的设备工程师,我深知过程控制在提高能源效率、保障设备安全运行方面的重要性。我特别希望这本书能够深入讲解如何在发电厂、油气处理厂等复杂能源系统中实现精确的温度、压力、流量等关键参数的控制。例如,在发电厂中,锅炉燃烧的优化控制,汽轮机负荷的调节,以及冷却水系统的控制,都对效率和安全至关重要。我希望书中能够提供一些针对这些特殊工况下的控制策略和优化方法。我还对书中关于“设备故障诊断与预测性维护”方面的控制技术很感兴趣。在能源设备中,很多故障的发生都与过程控制的异常有关。如果能够通过过程控制数据分析,提前预测设备的潜在故障,并及时进行维护,就能极大地减少非计划停机时间,降低维修成本。我期望书中能够介绍一些基于过程数据的故障诊断算法,以及如何将这些算法集成到现有的控制系统中。此外,我也对书中关于“实时数据分析与优化”的讨论很感兴趣。在能源行业,海量的数据是实时产生的,如何有效地利用这些数据来指导过程控制和优化生产,是提高效益的关键。我希望书中能够提供一些关于大数据分析在过程控制中应用的案例,例如,如何利用机器学习算法来预测能源消耗,或者优化生产计划。对于我们这些一线工程师来说,掌握这些数据驱动的决策能力,将使我们在工作中更具前瞻性和竞争力。

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