过程集成方法与技术——资源的有效利用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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贾小平，李智伟，王芳 译

图书标签:

• 过程集成
• 资源优化
• 节能降耗
• 工业共生
• 流程优化
• 绿色化工
• 可持续发展
• 系统工程
• 清洁生产
• 过程系统工程

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122266606

版次：1

商品编码：11991638

包装：精装

开本：16开

出版时间：2016-08-01

用纸：胶版纸

页数：458

字数：626000

正文语种：中文

编辑推荐

适读人群 ：本书可供化工、轻工、冶金等过程工业中从事节能节水、清洁生产、资源管理、资源循环利用等研究和设计的技术人员参考，也可作为高等院校化学工程、环境工程、资源工程等专业师生的教学参考书。
本书内容整合了当前的研究成果，对过程集成理论进行了全面的阐述，形成了一套系统性很强的技术和方法体系。从系统层次上，涉及从单一过程系统装置（单个企业）到跨厂区的多过程系统装置之间（工业园区）的集成优化；从研究资源对象上，涉及从水、能、溶剂、氢、到废弃物等资源的集成优化；从技术方法上，涉及从图示方法、级联分析的代数方法、到基于结构的数学规划方法；从系统类别上，涉及连续操作和间歇过程系统。应用这些方法和技术可帮助工业企业确定出具有成本效益的资源循环和回收利用方案。
本书的翻译将有利于过程集成学术思想的传播，促进当下企业及工业园区生态化改造的实践活动；进而有利于在学术上和实践上同步推动过程集成在中国的发展与应用。本书针对基本理论和实际案例均进行了细致的讲解，对过程系统工程领域的相关人员极具参考价值，可作为实用工具书、指南和教材。

内容简介

本书系统介绍了过程集成的理论、方法与技术，内容分为两个部分——基于启发式知识的夹点分析方法和数学优化方法，前者包括直接回用/循环的图形定目标方法、直接回用/循环的代数定目标方法、过程变化改善资源回收网络、物质再生网络的代数定目标方法、网络设计和调优技术、废物处理和全局物质网络的定目标化、预处理网络集成、跨厂区资源回收网络集成、间歇物质网络集成；后者包括资源回收网络综合：结构法、直接回用/循环网络的自动定目标模型、物质再生和预处理网络的自动定目标化模型、废物处理及全局物质网络的自动定目标模型、跨厂区资源回收网络的自动定目标化模型和间歇物料网络的自动定目标模型。
本书总结了过程集成领域的前沿方法与技术，应用这些方法和技术可帮助工业企业确定出成本效益的资源循环和回收利用方案。本书可供化工、轻工、冶金等过程工业中从事节能节水、清洁生产、资源管理、资源循环利用等研究和设计的技术人员参考，也可作为高等院校化学工程、环境工程、资源工程等专业师生的教学参考书。

作者简介

原著作者符传艺，诺丁汉大学马来西亚分校过程设计和集成教授，绿色技术卓越中心创始主任。符博士是马来西亚工程师协会注册专业工程师，也是过程集成领域全球的学者。符博士学术思想开放活跃，在国际上有众多合作者，遍及亚洲、欧洲、美洲和非洲。他论著颇丰，在国际刊物上发表学术论文100余篇，在各类国际学术会议上做报告170余场（过20余场大会报告/主旨报告）。
符博士当任过程设计领域的众多重要国际学术会议的国际学术委员（如PRES、FOCAPD、ESCAPE、PSE等）。同时，他还活跃在世界各国的工程师专业实训的现场。他是英国化学工程师协会（IChemE）的2009年创新年度人物获得者，也是马来西亚工程师协会的2010年度青年工程师奖获得者。他于2014年获得日本化学工程协会（SCEJ）杰出亚洲学者和工程师的荣誉。

译者贾小平，青岛科技大学环境与安全工程学院副教授，先后在清华大学环境学院环境系统分析研究所和台湾大学化工系过程系统工程研究室从事博士后研究工作。研究领域涉及：（1）节能、节水、减排的过程系统工程方法与技术；工业产品和过程的可持续性评估；生态工业与循环经济系统集成优化。(2)围绕过程集成、清洁生产、生态工业和循环经济等方面开展研究，旨在为过程工业和区域产业生态化建设提供技术与决策支撑。承担和参与国家、省部委与国际合作等一系列科研项目，其中包括国家973项目子课题、国家自然科学基金、国际合作项目等20余项。在国内外期刊发表学术论文70余篇，主编和参编（译）论著5部。(3)担任中国生态经济学会工业生态经济与技术专业委员会常务理事和中国化工学会信息技术青年委员会委员副主任委员。担任化工学报、energy、Applied Energy、Journal of Cleaner Production、I&EC; Research等十余种重要期刊的审稿人。

内页插图

目录

第1章引言1
1.1引例1
1.2过程综合与过程分析5
1.3过程集成简述7
1.4物质回收策略和资源回收网络类型9
1.5问题表述11
1.6本书结构14
参考文献14
第2章数据提取18
2.1物料源的分割18
2.2资源回收网络物料阱的极限数据提取20
2.3物质交换过程的数据提取22
2.4炼油过程中耗氢装置的数据提取25
2.5物性集成的数据提取28
2.6附加阅读33
习题33
参考文献 41
第1篇基于启发式知识的夹点分析方法
第3章直接回用/循环的图形定目标方法44
3.1物质回收夹点图44
3.2MRPD夹点的重要性及启发性知识48
3.3多新鲜资源的定目标53
3.4阈值问题的定目标56
3.5物性集成的定目标58
3.6附加阅读61
习题61
参考文献66
第4章直接回用/循环的代数定目标方法68
4.1物质级联分析法的一般步骤68
4.2多新鲜资源的定目标73
4.3阈值问题的定目标77
4.4具有低值物性运算因子的物性集成定目标80
习题82
参考文献89
第5章过程变化改善资源回收网络91
5.1加/减原则91
5.2案例分析93
习题95
参考文献96
第6章物质再生网络的代数定目标方法97
6.1截断单元类型97
6.2单程截断单元的定目标化问题97
6.3以物质交换过程作为截断单元的流率定目标化109
6.4附加阅读116
习题116
参考文献117
第7章网络设计和调优技术119
7.1最近邻算法程序119
7.2物质直接回用/循环网络和匹配矩阵的设计120
7.3物质再生网络的设计128
7.4网络调优技术132
7.5附加阅读139
习题140
参考文献143
第8章废物处理和全局物质网络的定目标化144
8.1全局物质网络144
8.2废物物流识别的一般步骤145
8.3物质再生网络中废物物流的确定147
8.4最小废水处理流率的定目标化151
8.5WTPD的启发156
8.6附加阅读158
习题158
参考文献160
第9章预处理网络集成162
9.1分区截断单元的基本模型162
9.2预处理夹点图（PPD）163
9.3从PPD中得到的启发性设计原则169
9.4最近邻算法设计预处理网络170
习题171
参考文献172
第10章跨厂区资源回收网络集成173
10.1IPRCN问题类型173
10.2IPRCN通用定目标步骤174
10.3IPRCN的设计192
10.4带物质再生和废物处理的IPRCN195
10.5附加阅读198
习题199
参考文献201
第11章间歇物质网络集成202
11.1间歇资源消耗单元的类型202
11.2无中间储存系统的BMN直接回用/循环定目标步骤203
11.3带中间储存系统的BMN直接回用/循环定目标化步骤206
11.4间歇再生网络的定目标化211
11.5设计BMN215
11.6废物处理和间歇全局物质网络216
11.7附加阅读219
习题219
参考文献223
第2篇数学优化方法
第12章资源回收网络综合：超结构法226
12.1直接回用/循环网络的超结构模型226
12.2过程约束整合231
12.3投资和总成本估计233
12.4减小网络复杂性238
12.5物质再生网络的超结构模型242
12.6跨厂区资源回收网络的超结构模型252
12.7附加阅读262
习题 263
参考文献 266
第13章直接回用/循环网络的自动定目标模型268
13.1ATM的基本框架和数学模型268
13.2对ATM约束条件的整合274
13.3低值运算因子下的ATM物性集成276
13.4ATM的双向问题279
习题 286
参考文献 287
第14章物质再生和预处理网络的自动定目标化模型288
14.1截断单元的类型及特征288
14.2固定输出品位的单程截断单元的ATM模型289
14.3固定杂质去除率类型单程截断单元的ATM模型297
14.4固定出水水质类型分流截断单元建模302
14.5固定杂质去除率类型分流截断单元建模303
14.6分流截断单元的ATM模型305
14.7预处理网络的ATM模型311
14.8附加阅读317
习题 317
参考文献 320
第15章废物处理及全局物质网络的自动定目标模型322
15.1ATM在废物处理网络中的应用322
15.2无废物循环的ATM模型331
15.3带废物循环的ATM模型351
15.4附加阅读358
习题 358
参考文献 360
第16章跨厂区资源回收网络的自动定目标化模型361
16.1直接集成方案的自动定目标化模型：物料直接回用/循环361
16.2直接集成方案的自动定目标化模型：带截断单元的RCN370
16.3带集中公用工程设施（CUF）的IPRCN自动定目标化模型381
16.4基于ATM模型的集成跨厂区资源回收网络399
16.5附加阅读402
习题 402
参考文献 405
第17章间歇物料网络的自动定目标模型406
17.1建立BMN的ATM模型步骤406
17.2直接回用/循环网络的ATM模型406
17.3间歇再生网络的ATM424
17.4间歇全局网络的ATM436
17.5附加阅读450
习题 450
参考文献 452
附录案例研究和实例453
索引456

前言/序言

过程控制系统的优化与前沿技术：一部面向实践的深度解析 本书聚焦于现代工业生产中过程控制系统的设计、实施、优化与前沿技术发展，旨在为工程技术人员、研究人员及高校师生提供一套全面且深入的理论指导与实践参考。 在当今竞争日益激烈的制造业环境中，如何实现生产过程的高效、稳定、安全与绿色化，已成为企业生存与发展的核心议题。过程控制系统作为连接物理过程与信息技术的桥梁，其性能直接决定了产品的质量与生产的成本。本书摒弃了传统控制理论的纯数学推导，转而强调控制理论在复杂工业场景中的应用与落地，尤其关注如何通过先进的控制策略和信息技术，最大化现有资源的产出效率并降低能耗与物耗。 第一部分：现代过程控制系统的理论基石与经典策略重审 本书首先系统梳理了过程控制系统的基本架构和核心理论。这不仅仅是重复基础知识，而是基于对当前工业痛点的理解，对经典控制理论进行“面向应用”的再审视。 1. 过程建模与辨识的精确化 过程控制的准确性始于对物理系统的精准描述。本书深入探讨了从传统的传递函数、状态空间模型到更具适应性的基于第一性原理（First Principles）的机理建模方法。重点分析了非线性系统、时滞系统以及大型复杂系统的建模挑战。 辨识技术升级： 详细介绍了参数估计（如最小二乘法、最大似然估计）在噪声环境下的鲁棒性改进，并引入了基于数据驱动的系统辨识方法，如ARMA/ARMAX模型的应用边界和模型选择的准则。 模型验证与简化： 讨论了如何通过统计学方法和工程经验来验证模型的有效性，以及在模型复杂度与计算负荷之间进行权衡的实用技巧。 2. 经典反馈控制的深度应用与局限性分析 PID（比例-积分-微分）控制器仍是工业界的主流，本书并未停留在公式层面，而是深入剖析了PID参数整定在复杂工况下的挑战，并提供了多种先进的整定方法： 基于性能指标的整定： 不仅关注经典的IAE、ISE指标，还结合了更符合工程实际的过冲和调节时间限制。 自适应PID（APID）： 探讨了如何利用在线辨识结果动态调整PID参数，以应对负载变化或催化剂失活等过程特性漂移问题。 Smith预估器： 针对长时滞过程，详细阐述了Smith预估器的结构设计、参数选择及其在反应器和换热网络中的实际应用案例，强调其对系统稳定性和响应速度的改善作用。 第二部分：先进过程控制（APC）的实施与效益提升 随着计算能力的增强，先进过程控制已成为提升复杂系统性能的关键。本书将APC的介绍与实际效益紧密结合。 3. 模型预测控制（MPC）的工程化实现 MPC因其能够处理多变量、约束条件和未来预测的能力，成为现代过程控制的核心。本书的重点在于“如何落地”： 线性与非线性MPC（LMPC/NMPC）： 对LMPC的求解算法（如二次规划QP）进行了工程化的解释。对于NMPC，讨论了其在处理强非线性和高维问题时的计算瓶颈，以及如何通过模型降阶和简化求解器来提高实时性。 约束处理的艺术： 详细介绍了软约束与硬约束的区分、约束优先级设定，以及在约束条件频繁切换时如何维持控制系统的平滑过渡。 MPC在关键单元的操作优化： 以精馏塔的侧线控制、反应器温度优化为例，展示MPC如何同时优化多个控制目标（如能耗与产品纯度）。 4. 鲁棒控制与故障诊断（FDI） 在安全性要求极高的化工、电力行业，控制系统必须具备对不确定性和故障的容忍能力。 鲁棒性设计： 介绍$mu$综合设计、$H_{infty}$控制的基本思想，重点在于如何从工程角度理解控制器对模型不确定性的容忍度，并提供设计裕度评估的指标。 基于模型的故障诊断： 阐述了残差生成、故障隔离与决策的流程。讨论了如何利用观测器（如卡尔曼滤波）来估计系统状态，并基于状态残差检测传感器漂移或执行器失效。 第三部分：控制系统的集成、智能化与未来趋势 本书的后半部分将视角从单一控制环路扩展到整个生产单元的信息化与智能化集成，这是实现“资源有效利用”的更高层次体现。 5. 集成化控制架构与信息系统交互 现代控制不再是孤立的DCS（集散控制系统）层，而是需要与MES（制造执行系统）和ERP（企业资源计划）进行深度集成。 分层控制结构的优化： 详细分析了基础控制层、过程优化层（APC）和调度决策层之间的信息流、时间尺度匹配问题。讨论了如何设计高效的上位优化模型接口，避免信息冗余和控制冲突。 安全仪表系统（SIS）与控制系统的协同： 探讨了如何确保SIS的独立性和高可靠性，同时允许其状态信息反馈给控制系统，以实现更优化的停机与启动策略。 6. 数据驱动控制与人工智能的融合 本书对前沿技术保持开放态度，但着重于其在过程控制领域的可行性与工程价值。 强化学习（RL）在过程优化中的潜力： 介绍RL如何用于寻找难以用传统模型描述的复杂操作点。重点分析了RL在离线训练和安全在线部署中的挑战，如探索性风险控制。 基于深度学习的状态监测与软测量： 探讨如何利用神经网络建立高精度、实时的“软测量”模型，替代昂贵或滞后的在线分析仪表，从而为APC提供更及时、准确的反馈。 结论：面向可持续发展的控制工程实践 全书贯穿的主题是效率、稳定与可持续性。通过对经典理论的深化应用和对先进技术的审慎整合，本书旨在帮助读者建立起一套系统的、面向全流程优化的控制工程思维框架。它不仅教授“如何控制”，更引导读者思考“如何利用有限的能源、原材料和时间，以最优化的方式完成既定生产目标”。本书内容覆盖了从微观的传感器信号处理到宏观的生产调度接口，为构建新一代智能制造的控制中枢提供了坚实的理论基础和丰富的工程案例支持。

评分☆☆☆☆☆

我一直是个对“效率”和“优化”充满好奇的人，但往往在实际操作中会遇到各种阻碍，感觉自己像是在原地打转。这本书恰恰抓住了我这种痛点。它不仅仅是一本讲理论的书，更像是一位经验丰富的导师，手把手地教你如何在纷繁复杂的世界中找到规律，并加以利用。我最先被吸引的是书中关于“价值链重塑”的章节。作者没有空谈大道理，而是通过分析不同行业的案例，拆解了企业是如何通过优化自身的价值链来获得竞争优势的。比如，一个软件公司如何通过提供增值服务来提升客户粘性，或者一个制造企业如何通过精益生产来降低成本。这让我开始思考，我所处的行业，我的工作岗位，它的价值链到底是什么样的？我又能从哪些环节入手，进行优化，从而创造更大的价值？书中提出的“资源整合矩阵”的分析工具，非常实用。它提供了一个可视化的方法，来评估不同资源的利用效率，并找出潜在的整合机会。我试着把它应用到我个人的学习和工作规划上，效果出奇的好。我开始能够更清晰地看到我的时间、知识、人脉等资源的有效性和互补性，并据此进行更有针对性的投入。此外，书中对“流程再造”的讲解，也让我意识到了固化思维的危害。它鼓励我们跳出传统的思维定势，大胆质疑现有的工作模式，并尝试引入创新的技术和方法。

评分☆☆☆☆☆

这本《过程集成方法与技术——资源的有效利用》给我带来的冲击，远超我的预期。作为一名长期在一线生产岗位工作的技术人员，我一直以来都是在解决眼前的具体问题，对于“资源”的理解，更多的是停留在具体的物料、设备、人员这些层面。这本书的视角非常宏大，它将“资源”的概念延展到了工作流程、信息流、甚至是一种思维模式。我印象最深刻的是关于“系统协同”的论述。作者通过大量工业案例，生动地展示了如何打破部门壁垒，将原本孤立的生产环节、研发部门、销售团队等整合起来，实现信息和资源的共享与协同。这让我开始反思我们车间内部的一些低效现象，比如信息传递不畅导致的返工，或者因为缺乏跨部门沟通而错失的改进机会。书中提出的“标准化接口”和“数据驱动决策”的概念，对于我们这种传统制造业来说，简直是一剂强心针。它让我看到了利用现代化技术手段，实现生产流程优化和成本降低的巨大潜力。我甚至开始构思如何在我们车间内部建立一个初步的生产数据采集系统，通过收集到的数据来分析瓶颈，并尝试进行流程的标准化改造。这本书的专业性和前瞻性都非常强，虽然有些技术术语对我来说需要一点时间去消化，但整体的逻辑框架非常清晰，而且作者在讲解复杂概念时，总能辅以详实的案例，这极大地降低了理解门槛。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我量身定做的！我一直对如何更有效地利用我拥有的那些零散的资源感到头疼，无论是工作中的项目数据、学习资料，还是生活中的各种闲置物品，总觉得能做得更好，却又不得其法。读完这本书，我感觉像是打开了一扇新世界的大门。作者没有上来就给我灌输什么高深的理论，而是从非常贴近实际生活的例子入手，比如如何系统地整理电脑里的文件，如何规划利用家里的闲置空间，甚至是如何管理自己的时间碎片。我特别喜欢其中关于“价值挖掘”的部分，它教会我不要仅仅把资源看作是一个个独立的实体，而是要思考它们之间存在的潜在联系和组合的可能性。举个例子，我以前只是简单地把工作中的报告归档，现在我学会了从中提炼出关键信息，并与我正在学习的专业知识相结合，这不仅加深了我对报告内容的理解，还为我的论文提供了不少灵感。此外，书中关于“动态优化”的章节也让我受益匪浅。它提醒我，资源利用不是一成不变的，需要根据实际情况不断调整和改进。我开始尝试更灵活地安排我的日程，而不是死守着一个固定的计划。这种弹性的管理方式让我觉得压力小了很多，也更有可能抓住突如其来的机会。总而言之，这本书提供了一套非常实用且易于理解的框架，帮助我重新审视和优化我身边的各种资源，让它们发挥出最大的价值。

评分☆☆☆☆☆

说实话，一开始拿到这本书，我并没有抱太大的期望。我通常更喜欢读一些故事性强、或者能直接提供解决方案的书籍。但《过程集成方法与技术——资源的有效利用》这本书，却以一种我从未想过的方式，深深地吸引了我。它最让我感到耳目一新的是“信息资产化”的理念。在信息爆炸的时代，我们每天都在产生海量的数据，但大多数时候，这些数据都散落在各处，沉睡着，无法发挥其应有的价值。这本书就像一位“信息考古学家”，教我如何去发掘、整理、分析和利用这些信息。书中关于“知识图谱构建”和“数据可视化”的技术介绍，对我来说是全新的领域。我以前认为数据分析是少数专业人士的事情，但这本书却告诉我们，通过一些简单易学的方法，普通人也能驾驭数据，并从中获得洞察。我特别喜欢其中关于“个性化资源配置”的讨论。它强调要根据个体或组织的具体需求，来动态地调整资源的使用方式，而不是千篇一律地套用某种模式。这让我觉得，这本书不是在教条地灌输知识，而是在启发我们思考，找到最适合自己的方法。它鼓励我去探索，去实验，去拥抱变化。我开始尝试将书中的一些方法应用到我自己的日常工作中，比如利用一些免费的数据分析工具来优化我的营销策略，或者通过构建一个简单的知识库来管理我学习到的零散信息。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的评价，大概可以用“醍醐灌顶”来形容。我一直认为自己是个比较注重效率的人，但读完这本书，我才意识到，我之前的很多做法都过于碎片化和被动。这本书提供了一个非常系统化的视角，让我能够从一个更高的层面去审视“资源”和“过程”的关系。我最受启发的是关于“可持续性资源管理”的章节。它不仅仅关注眼前的效益，更强调如何建立一种长期的、可持续的资源利用模式。作者通过对一些成功企业的案例分析，展示了如何通过技术创新、模式创新以及跨界合作，来实现资源利用的效率最大化和环境影响最小化。这让我开始反思，我们当下的一些发展模式，是否存在一些隐患，是否能够做得更好。书中关于“循环经济”的理念，也让我印象深刻。它鼓励我们跳出传统的“生产-消费-丢弃”的线性模式，而是去思考如何让资源在循环中不断增值。我开始尝试在生活中实践一些小的改变，比如更注重二手物品的回收利用，或者选择那些环保型的产品。此外，书中对“组织敏捷性”的论述，也让我看到了未来发展的方向。它强调在快速变化的环境中，组织如何通过灵活的资源配置和快速的流程调整，来保持竞争力。这本书的理论深度和实践指导性都非常出色，它不仅仅是技术层面的探讨，更是对未来发展模式的一种思考和探索，让我受益匪浅。