化学工程基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:420

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出版时间:2008-8

价格:39.80元

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isbn号码:9787302172642

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• 化学
• 清华教材
• 过程控制
• 教材
• 工程
• 中国
• 2008
• 化学工程
• 化工原理
• 传热学
• 流体力学
• 化学反应工程
• 分离工程
• 过程控制
• 化工设备
• 物性
• 热力学

好的，这是一本名为《工业过程控制与优化》的图书简介，旨在详细阐述其核心内容，同时确保不涉及《化学工程基础》中的知识点。 --- 工业过程控制与优化：系统设计、建模与智能调控 导言：面向复杂系统的实时智能决策 在当今高度集成化和自动化的工业生产环境中，过程控制系统已不再是简单的反馈回路堆砌，而是演变为一个集成了先进传感器技术、复杂数学建模、实时数据分析和智能决策算法的综合性工程学科。《工业过程控制与优化》旨在为读者提供一个全面、深入且具有前瞻性的视角，探讨如何设计、分析和实施稳健、高效且经济的现代过程控制系统。 本书的焦点在于超越传统的经典控制理论，深入探讨面向高动态性、强非线性和多变量耦合的现代工业过程的控制策略。我们重点关注如何利用先进的系统辨识方法获取精确的过程模型，如何利用优化理论在满足操作约束的前提下最大化系统性能，以及如何集成人工智能和机器学习技术实现自适应和预测性控制。 本书的理论深度与工程实践紧密结合，力求使读者不仅理解“如何控制”，更要理解“为何采用此种控制策略”以及“在实际工况下如何应对模型不确定性和外部扰动”。 第一部分：过程系统辨识与建模基础 本部分构建了理解现代控制系统的基石：准确的过程模型。在实际的工业现场，过程机理往往难以完全解析，因此，数据驱动的建模方法变得至关重要。 第1章 过程动态特性的描述与数据预处理 系统动态特性的数学描述是控制设计的前提。本章首先回顾了连续时间系统与离散时间系统的基本表示形式，包括传递函数模型和状态空间模型。重点讨论了时域和频域中的动态响应分析，如阶跃响应、脉冲响应的特征识别。 在数据驱动建模之前，原始过程数据往往充满噪声、漂移和异常值。本章详细介绍了工业过程数据获取的规范、数据清洗技术（如移动平均滤波、卡尔曼滤波的初步应用）以及数据降维方法，确保输入用于建模的数据集具有高可靠性和信息密度。 第2章 经典系统辨识方法 本章系统介绍了经典参数估计方法在过程辨识中的应用。 2.1 经典最小二乘法（OLS）及其局限性： 详细推导了OLS算法，并分析了其在存在测量噪声和模型失配时的偏差问题。 2.2 递推最小二乘法（RLS）： 针对工业过程中的在线辨识需求，详细讲解了RLS算法的结构、步进更新机制以及如何选择合适的遗忘因子以平衡新旧数据的重要性。这对于快速适应工艺参数的缓慢漂移至关重要。 2.3 频域辨识技术： 探讨了如何利用频率响应函数（FRF）进行系统辨识，特别是在确定过程死区时间、时间常数和增益时，频域方法的优势与适用场景。 第3章 现代模型结构与高级辨识算法 为应对高维、强耦合的复杂过程，本章引入了更强大的建模工具。 3.1 状态空间模型辨识： 深入讲解了如何从输入输出数据估计系统的状态空间矩阵（A, B, C, D），并讨论了子空间辨识方法（如N4SID），该方法在处理高阶系统时展现出优越的鲁棒性。 3.2 广义最小二乘法（GLS）与ARMAX模型： 当过程噪声具有自相关性时，OLS估计会失效。本章详细阐述了GLS如何通过对噪声模型的估计来修正主过程模型的参数，并介绍了ARMAX（自回归移动平均带外生输入）模型在描述具有过程噪声的系统时的强大能力。 3.3 模型验证与选择： 辨识出的模型必须经过严格的验证。本章提供了多维度的模型验证标准，包括残差白性检验、模型拟合度评估（如拟合率、均方误差），以及模型结构选择准则（如AIC、BIC），确保所选模型既能精确描述过程动态，又具有最小的复杂性。 第二部分：先进过程控制策略设计 基于可靠的模型，本部分聚焦于设计能够应对多变量交互、约束条件和动态特性的先进控制算法。 第4章 多变量过程控制理论 工业过程的本质是多输入多输出（MIMO）系统。本章深入探讨了MIMO系统的控制设计方法。 4.1 相对增益阵（RGA）与解耦设计： RGA是评估多变量系统控制性能和选择最佳输入-输出配对的关键指标。本章详细推导了RGA的计算方法，并基于RGA分析，设计了前馈解耦控制器，用以处理变量间的强耦合干扰。 4.2 基于奇异值分解（SVD）的控制设计： 介绍了SVD在分析系统可控性、可观测性以及设计多模态控制策略中的应用，特别是如何利用SVD来处理输入或输出秩亏损系统。 第5章 模型预测控制（MPC）的原理与实现 MPC是当前工业界应用最广泛的先进控制技术，本章是本书的核心内容之一。 5.1 MPC的基本框架： 详细阐述了MPC的滚动优化原理、预测模型、控制时域（Prediction Horizon）和控制时域（Control Horizon）的设置，以及如何通过迭代求解二次规划（QP）问题来获得最优控制序列。 5.2 约束处理与优化： 工业过程必须在安全、质量和经济性的硬约束下运行。本章重点讲解了如何将线性（输入/输出约束）和非线性约束有效地集成到MPC的优化目标函数中，并讨论了软约束的处理方法。 5.3 鲁棒MPC与适应性MPC： 针对模型不确定性，本章介绍了鲁棒模型预测控制（RMPC）的基本思想，以及如何结合在线系统辨识，构建自适应MPC系统，使其能够实时调整模型参数，维持控制性能。 第6章 鲁棒性与最优控制 本章转向理论深度更高的最优控制和具有强大鲁棒性的控制设计。 6.1 LQR（线性二次调节器）： 详细推导了LQR控制器设计过程，分析了状态权重矩阵Q和输入权重矩阵R的选择对控制性能和执行器出力之间的权衡影响，并讨论了状态估计器（如卡尔曼滤波器）与LQR的结合。 6.2 $H_{infty}$ 控制设计： 针对过程存在较大外部扰动和模型不确定性的情况，本章介绍了$H_{infty}$控制的设计思想，即通过最小化加权扰动对性能指标的影响，来确保系统在最坏情况下的稳定性与性能。 第三部分：智能优化与过程安全管理 本部分将控制理论扩展至更高层级的调度、优化和安全保障领域，实现从“控制”到“优化运行”的跨越。 第7章 实时优化（RTO）与分层控制结构 RTO是集成在DCS/PLC之上的高层优化模块，负责确定最佳的设定点。 7.1 RTO的架构与流程： 阐述了分层控制架构中，实时优化层如何接收来自底层控制层的测量信息，并在考虑经济效益和生产约束的条件下，计算出最优的控制目标值。 7.2 经济性目标函数的构建： 详细讨论了如何将原料成本、能耗、产品价值等因素构建为非线性优化目标函数，并使用序列二次规划（SQP）等算法求解该优化问题。 7.3 优化与控制的耦合： 探讨了在线RTO与MPC之间的交互机制，包括设定点的传递频率、模型信息的一致性维护，以及如何设计“松耦合”或“紧耦合”的优化结构。 第8章 过程安全与故障诊断 现代过程控制系统必须集成故障检测与隔离（FDI）功能。 8.1 监测与故障检测： 介绍基于统计过程控制（SPC）的原理，包括CUSUM和EWMA图在过程异常检测中的应用。针对模型驱动的系统，详细讲解了基于残差分析（如平方残差、Mahalanobis距离）的故障检测方法。 8.2 故障隔离与容错控制： 在检测到故障后，系统需要快速隔离故障源并切换到安全或降级运行模式。本章讨论了基于判别模型和基于信息融合的故障隔离技术，以及如何设计切换逻辑实现平滑的故障容错控制。 总结与展望 《工业过程控制与优化》全面覆盖了从基础系统辨识到高级多变量控制，再到实时经济性优化的完整技术链条。本书不仅深入探讨了经典控制理论在现代工业中的工程化实现，更将前沿的智能算法和鲁棒性分析融入其中，旨在培养读者解决复杂工业过程控制难题的综合能力，为实现工业4.0背景下的“智能工厂”提供坚实的理论和技术支撑。

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我发现这本书在处理“安全与环境”这部分内容时，采用了非常严肃和负责任的态度，这一点在很多基础教材中常常被一笔带过。它没有把安全生产仅仅当作一个附加的章节，而是将其融入到每一个单元操作的讨论中。例如，在讲解高压反应釜的操作规范时，它详细列出了失控反应的可能情景，并清晰地指出了对应的紧急停车步骤和保护措施。这种对潜在危害的提前预警和系统性的风险分析方法，对于培养新一代工程师的敬畏之心至关重要。它反复强调，化工过程的本质是能量的控制，而控制的最终目的，是为了确保人类与环境的安全。这种“安全高于一切”的理念渗透在字里行间，让我感到非常踏实。读完这本书，我不仅掌握了化学工程的知识框架，更重要的是，它塑造了一种严谨、审慎、对生命负责的工程思维模式。可以说，这本书为我未来在化工领域的工作打下了一个坚实且充满责任感的思想基础。

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坦率地说，如果这本书的排版和插图能再现代化一些，体验会更完美。纸张质量和装帧设计倒是中规中矩，但内部的示意图，特别是那些复杂的设备流程图，清晰度偶尔会让人感到一丝遗憾。有些图例的标注略显拥挤，初次接触时需要花不少时间去辨认线条和符号的含义。不过，内容本身的光芒完全掩盖了这些小瑕疵。我特别喜欢它在每章末尾设置的“历史回顾与未来展望”小栏目。比如在谈到分离技术时，会简要提及膜分离技术的发展历程，以及当前科研的前沿方向，这极大地拓宽了我的视野，让我意识到化学工程远非一门陈旧的学科，而是在不断演进的。它让我看到了传统单元操作如何与新兴的纳米技术、生物技术相结合，迸发出新的生命力。这本书不仅教会了我“如何做”，更启发了我去思考“未来应该怎么做”，这种前瞻性的引导，是任何死记硬背都无法替代的价值所在。

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拿到这本《化学工程基础》的时候，说实话，我内心是既期待又有点忐忑的。我本来是学材料科学的，这次为了一个跨学科的项目，需要快速补课，恶补一下化工的基础知识。翻开目录，第一印象是内容编排得相当系统和扎实。它没有直接跳到复杂的反应器设计或者过程控制，而是非常耐心地从最基本的物料衡算、能量衡算讲起，对我这种半路出家的“外行人”来说，简直是福音。那些关于流体力学和热力学的基础概念，作者似乎特别照顾初学者，用了很多形象的比喻来解释那些抽象的公式背后到底意味着什么。比如在讲解动量守恒时，他不是简单地堆砌雷诺数的定义，而是联系到了管道中流体阻力的实际感受，让我一下子就理解了为什么在工程实践中要对流态进行分类。更让我惊喜的是，书中配的习题设计得非常有梯度，从基础的代数运算到需要综合运用多个定律的案例分析，循序渐进，让人感觉每解开一道题，知识点就真正扎根在了脑子里。这本书更像是一位经验丰富、富有耐心的导师，它不急于展示高深的理论，而是确保你把地基打得牢固。对于想从零开始建立起化学工程知识体系的人来说，这本教材提供的理论深度和工程直觉的培养是极其到位的。

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这本书的阅读体验，坦白讲，是一场智力上的小型“马拉松”。它涉及的知识点密度非常大，几乎每一页都塞满了需要消化和理解的内容。我尤其欣赏作者在处理“单元操作”部分时的那种庖丁解牛般的拆解能力。举个例子，在讲到精馏塔的设计和计算时，我过去在别的资料里看到的全是复杂的塔板效率公式和 McCabe-Thiele 图的运用。但《化学工程基础》里，作者花了大量的篇幅去解释为什么需要设置回流比，回流比的变化如何直接影响到分离的成本和产品的纯度。他用一种近乎哲学的角度去探讨效率与经济性之间的永恒矛盾，这让我对精馏过程的理解不再停留在“记住操作步骤”的层面，而是上升到了“优化系统设计”的战略高度。当然，阅读过程中我发现，这本书对读者的预备知识是有一定要求的，如果你对微积分和基础的化学反应动力学完全陌生，那么在遇到一些推导过程时，可能会感到吃力。我不得不经常停下来，查阅一些高等数学的知识点来跟上作者的思路，但即便如此，这种“被挑战”的感觉也比那种平铺直叙、索然无味的教材要来得更振奋。它不是一本可以轻松读完的书，而是一本需要你投入时间、汗水去征服的知识堡垒。

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这本书最大的亮点，在于它将理论与工业实际的连接做得非常巧妙和“接地气”。我曾经读过一本偏理论化的化工热力学书籍，读完后感觉自己对熵和吉布斯自由能了如指掌，但一想到要把这些应用到真实的化工装置中，大脑就一片空白。这本书则完全不同。它在讲解传热部分时，会穿插介绍各种类型的换热器，比如管壳式、板式，并且会对比它们在不同工况下的优缺点。更让我印象深刻的是，书中对腐蚀和材料选择的讨论。在谈到化工设备选材时，它没有停留在简单的“不锈钢”这个笼统的说法，而是细致分析了不同酸碱环境下，特定合金的抗应力腐蚀开裂能力，这对于未来从事设备维护或项目设计工作的人来说，是无价的经验总结。这种对细节的关注，让这本书不仅仅是教科书，更像是一本资深工程师的“工作手册”浓缩版。它培养的不仅仅是你的计算能力，更重要的是一种工程的“直觉”和对风险的预判能力，这一点是很多纯粹的学术著作所欠缺的。

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比《化工原理》简单一些，适合工科背景缺乏的童鞋。

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比《化工原理》简单一些，适合工科背景缺乏的童鞋。

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比《化工原理》简单一些，适合工科背景缺乏的童鞋。

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学长笔记真全！

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比《化工原理》简单一些，适合工科背景缺乏的童鞋。