Modeling, Analysis and Optimization of Process and Energy Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Knopf, F. Carl

出品人:

页数:488

译者:

出版时间:2011-12

价格:831.00元

装帧:

isbn号码:9780470624210

丛书系列:

图书标签:

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• optimization
• Process Systems Engineering
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《现代化工生产与能源高效利用》 本书深入探讨了在快速发展的工业格局中，如何通过精密的模型构建、细致的分析以及智能的优化策略，实现化工生产过程的科学管理与能源消耗的最优化。在当前全球对可持续发展和资源效率日益关注的背景下，本书为工程师、研究人员以及决策者提供了一套系统性的理论框架和实用工具，以应对复杂的化工生产挑战，并驱动行业走向更绿色、更经济的未来。 核心内容概述： 第一部分：化工过程建模与仿真 本部分聚焦于化工过程的数学建模，这是理解、预测和控制生产行为的基础。我们将从基础的传质、传热、动量守恒原理入手，逐步深入到复杂反应器、分离设备（如精馏塔、吸收塔、萃取器）以及其他关键单元操作的建模技术。 质量与能量守恒定律的数学表达： 详细阐述如何将宏观的守恒定律转化为适用于描述化工过程的偏微分方程组，并介绍不同尺度建模的考量（如宏观、介观、微观）。 热力学与相平衡模型： 深入探讨不同热力学模型（如理想溶液模型、活度系数模型、状态方程模型）在预测组分行为和相平衡中的应用，以及它们对过程模拟精度的影响。 反应动力学模型： 介绍均相与非均相反应的动力学方程，包括各类反应机理的表达方式，以及如何从实验数据中辨识和验证模型参数。 单元操作建模： 针对工业中最常见的单元操作，如固定床反应器、流化床反应器、换热器、泵、压缩机、阀门等，提供详细的建模方法和典型案例。 稳态与动态模拟： 区分稳态模拟在过程设计和优化中的作用，以及动态模拟在过程控制、故障诊断和安全评估中的重要性。介绍常用的模拟软件（如Aspen Plus, HYSYS, PRO/II等）的基本原理和应用技巧。 模型验证与不确定性分析： 强调模型可靠性的重要性，介绍如何利用实验数据对模型进行验证，并探讨模型参数和输入变量不确定性对模拟结果的影响。 第二部分：化工过程分析与性能评估 在完成过程建模后，本部分着重于如何利用模型进行深入的分析，评估过程的性能，并识别潜在的改进点。 灵敏度分析与参数影响研究： 通过改变关键参数，分析其对过程输出变量（如产率、能耗、产品纯度）的影响程度，从而确定关键控制变量和设计参数。 可操作性分析（Operability Analysis）： 评估过程在不同工况下稳定运行的能力，包括对扰动的响应速度、稳态裕度以及控制回路的设计。 能量分析与审计： 运用过程集成技术（如夹点分析、换热网络设计），识别过程中的能量浪费环节，并提出节能措施。介绍㶲（Exergy）分析方法，从更根本的质量角度评估能量利用效率。 环境影响评估： 分析过程中的污染物排放，并探索减少环境足迹的技术方案，如CO2捕获与利用、废水处理与回收等。 经济性评估： 将技术性能与经济指标相结合，评估不同操作方案或设计选择的成本效益，包括投资成本、运行成本和生命周期成本。 第三部分：化工过程优化 本部分将理论模型与分析方法转化为实际的优化决策，旨在提升过程的效率、经济性和可持续性。 优化理论与算法： 介绍线性规划、非线性规划、混合整数规划等基础优化理论，以及梯度下降、牛顿法、序列二次规划（SQP）、内点法等常用求解算法。 稳态过程优化： 最大化产率与最小化成本： 针对产品产率、原料消耗、能源消耗、废物排放等目标函数，通过调整操作变量（如温度、压力、进料比、停留时间）来达到最优。 产品质量优化： 在满足产品规格的前提下，优化操作条件以获得最佳的产品质量。 多目标优化： 针对可能相互冲突的多个优化目标（如经济效益与环境效益），介绍Pareto最优概念及求解方法。 动态过程优化： 最优控制： 优化动态操作序列，以实现特定时间内的目标，例如启动、停机或产品切换的最优过程。 模型预测控制（MPC）： 基于过程模型，预测未来过程行为，并计算最优控制输入，以应对扰动并实现最优性能。 参数估计与模型辨识优化： 利用优化算法从实验数据中精确地估计模型参数，从而提高模型的预测能力。 过程集成与优化： 结合夹点分析、换热网络设计等方法，对整个工厂的能量系统进行优化，实现全局的节能和成本降低。 新兴优化技术： 介绍诸如遗传算法、粒子群优化、模拟退火等启发式算法在解决复杂、非凸优化问题中的应用。 应用领域： 本书的内容贯穿于化工行业的各个领域，包括但不限于： 石油化工： 原油炼制、乙烯裂解、芳烃生产等。 精细化工： 医药、农药、染料、电子化学品等。 化肥生产： 合成氨、尿素等。 聚合物制造： 塑料、合成橡胶、合成纤维等。 可再生能源与生物质转化： 生物燃料生产、生物质气化等。 环境保护工程： 废水处理、废气净化、固体废物处理等。 本书特点： 本书理论与实践相结合，通过大量的算例和案例研究，帮助读者理解抽象的数学模型如何在实际工业环境中应用。每一章节都力求清晰明了，从基本概念出发，逐步引导读者掌握复杂的建模、分析和优化技术。此外，本书还强调了软件工具的应用，但更侧重于理解其背后的原理，使读者能够灵活运用各种工具解决实际问题。 通过学习本书，读者将能够更深刻地理解化工过程的本质，掌握分析和评估过程性能的方法，并能够运用先进的优化技术，实现生产过程的智能化、高效化和可持续化，为化工行业的发展贡献力量。

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初次接触这本专业书籍，最直观的感受是它的“野心勃勃”。它试图在一个相对有限的篇幅内，将“建模”、“分析”和“优化”这三个相互关联又各有侧重的领域熔于一炉。这种整合本身就是一种挑战，很容易导致内容过于分散或者每一部分都浮于表面。然而，从整体的结构布局来看，它似乎采取了一种螺旋上升的教学法，从基础概念逐步过渡到高级应用。我特别欣赏那些在章节末尾设置的“进一步阅读推荐”，这表明作者鼓励读者持续探索，而不是把这本书当作知识的终点。这本书散发着一种老派工程学的严谨美感，它不取悦于快速消费，而是要求读者付出真正的努力去掌握那些能够带来深刻理解的知识体系。对于任何想在这个领域建立坚实理论基础的人来说，这本书都像是一座需要攀登的高峰。

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说实话，这本书的篇幅相当可观，厚厚的一本，拿在手里沉甸甸的，这无疑是一项投入，无论是时间还是精力。我不太确定自己能否完全啃下来，但我更倾向于将其视为一本工具书，需要时随时取用。我感兴趣的是它在“分析”部分是如何处理动态系统的。过程系统往往具有时间延迟、非线性和耦合性，如何在一个统一的框架下对这些特性进行稳健的分析，是工程界的一个老大难问题。我希望作者能提供一些清晰的案例研究，展示如何从仿真结果中提炼出系统行为的关键洞察，而不是仅仅罗列公式。如果它能提供一些关于如何进行参数不确定性分析的章节，那就更好了，因为在现实世界中，我们永远无法获得百分之百精确的输入数据。这本书给我的感觉是，它不是那种快速入门的读物，而是需要沉下心来，边学边练的“硬核”经典。

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这本书的封面设计真是太引人注目了，那种深邃的蓝色调配上流动的线条，立刻就让人联想到复杂的系统和精密的计算。我是在一个学术交流会上偶然翻到它的，当时就被书名吸引了。虽然我目前的工作主要集中在材料科学领域，和过程系统优化直接相关的领域相去甚远，但这本书的标题——“Modeling, Analysis and Optimization”——那种跨学科的包容性让我感到非常好奇。它给我的第一印象是，这是一本非常严谨、结构清晰的教材或者参考书，可能适合那些在化工、能源或环境工程领域深耕多年的研究生或工程师。我特别期待它在“建模”部分能展现出怎样的深度，毕竟，一个好的模型是所有分析和优化的基石。从装帧的质感来看，出版社显然是下了不少功夫的，这通常意味着内容的可靠性和权威性也会相当高。我希望能从中找到一些可以借鉴的、将复杂物理现象转化为数学语言的通用方法论，也许能启发我在材料降解模型上的新思路。

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这本书的作者团队的背景似乎非常国际化，这一点从其引用的文献来源就能略窥一斑。我留意到书中大量引用了近十年来的高影响力期刊论文，这保证了内容的与时俱进性。作为一名偏向应用研究的读者，我最看重的是书中的“可操作性”。那些晦涩难懂的证明固然重要，但真正能帮我解决实际问题的，往往是那些清晰的算法步骤描述和相应的代码实现思路。我希望这本书不仅停留在理论层面，能提供一些伪代码或者算法流程图，指导读者如何将这些复杂的优化模型转化为实际的计算任务。如果它附带了任何软件工具包或者脚本示例，那就太完美了，这将大大降低读者从学习到应用之间的鸿沟。这本书的出版，无疑是为该领域的研究人员提供了一个高标准的基准。

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我花了点时间翻阅了目录，光是章节名称就透露出这本书的学术野心。它似乎不仅仅停留在介绍基础的微积分和线性规划上，而是深入到了更前沿的计算方法和启发式算法。比如，我看到“Non-convex Optimization Techniques”和“Stochastic Programming”这样的标题，这表明作者团队对当前工业界和科研界面临的实际挑战有着深刻的理解。很多教科书在讲完基础理论后就戛然而止，留给读者的是大量需要自己摸索的实际应用难题，但这本书看起来像是提供了一整套从理论到实践的完整工具箱。尤其是当涉及到“Energy Systems”这个部分时，我立刻联想到了当前全球对可持续能源转型的迫切需求，这本书如果能提供切实可行的优化框架来指导可再生能源并网或复杂热力系统的调度，那它的价值将不可估量。我非常欣赏这种将纯粹的数学工具与宏大的工程目标紧密结合的编写风格。

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