精細(xì)化工和制藥過程控制

前言

　　從自動化專業(yè)的角度來看，在石油化工、鋼鐵熱工、化肥、精細(xì)化工、制藥、生化、輕化工、材料、食品和三廢處理等工業(yè)生產(chǎn)裝置中，以流量、溫度、壓力、成分和物位等為主要被控變量的自動控制理論和自動控制技術(shù)，都可以歸類為“過程控制”。但是從工藝生產(chǎn)和設(shè)備的角度來看，制藥、精細(xì)化工和輕化工生產(chǎn)與大型石油化工企業(yè)相比，又有很多特點和區(qū)別。例如發(fā)酵和間歇批量生產(chǎn)方式就與大型石油化工的連續(xù)流程存在明顯的不同。毋庸置疑，現(xiàn)代大型石油化工、鋼鐵制造、化肥生產(chǎn)、發(fā)電、輸配電等企業(yè)，已經(jīng)普遍實現(xiàn)了全流程的計算機(jī)自動控制，大量使用各種監(jiān)控儀表和在線實時成分分析儀表，應(yīng)用許多先進(jìn)復(fù)雜的高級自動控制技術(shù)，例如專家系統(tǒng)、智能控制、模式識別、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、故障診斷和容錯控制，等等。更高水平的已經(jīng)達(dá)到了信息通信和管控一體化。相對而言，制藥和一些精細(xì)化工大多為中小型企業(yè)，大量使用模擬量儀表，數(shù)字化程度不高，更多地使用一些常規(guī)自動控制技術(shù)和方法。

內(nèi)容概要

　　《精細(xì)化工和制藥過程控制》從精細(xì)化工和制藥生產(chǎn)與自動控制技術(shù)的相互依存關(guān)系出發(fā)，介紹常用儀器儀表和自動控制技術(shù)的基礎(chǔ)知識，最新的集散計算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS）和其研究開發(fā)應(yīng)用實例，以及未來的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS。針對精細(xì)化工、制藥、發(fā)酵和間歇生產(chǎn)的若干典型操作單元和生產(chǎn)裝置，介紹一些復(fù)雜和高級控制技術(shù)。　　精細(xì)化工和制藥生產(chǎn)過程已經(jīng)大量使用各種監(jiān)測儀表和高級自動控制技術(shù)。尤其是日益普及的計算機(jī)控制技術(shù)，不僅能大大提高生產(chǎn)過程的產(chǎn)量、收率、節(jié)能和安全性，而且使得整個生產(chǎn)裝置和集團(tuán)公司的信息化管理成為可能，從而根據(jù)市場信息和市場預(yù)測，最優(yōu)化調(diào)度和指導(dǎo)生產(chǎn)過程?！　　毒?xì)化工和制藥過程控制》可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的高年級本科生教材，也可作為研究生以及精細(xì)化工和制藥生產(chǎn)等相關(guān)專業(yè)的科研人員、教師和工程師的參考書。

書籍目錄

第1章　緒論1.1　自動化控制系統(tǒng)的組成和發(fā)展1.1.1　引言1.1.2　自動控制發(fā)展史1.1.3　自動控制的領(lǐng)域和分支1.2　過程控制儀表的分類和發(fā)展1.2.1　過程控制儀表的動力分類1.2.2　儀表的功能和性能分類1.3　精細(xì)化工和制藥生產(chǎn)與自動化關(guān)系的現(xiàn)狀、比較和趨勢第2章　自動控制原理基礎(chǔ)2.1　概述2.1.1　反饋2.1.2　控制系統(tǒng)的基本概念和基本要求2.2　系統(tǒng)數(shù)學(xué)描述2.2.1　傳遞函數(shù)2.2.2　拉普拉斯變換2.2.3　方塊圖運算2.2.4　建立數(shù)學(xué)模型2.3　線性系統(tǒng)的時域分析2.3.1　控制系統(tǒng)的過渡過程2.3.2　二階系統(tǒng)的時域分析2.4　線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析2.4.1　穩(wěn)定性的概念2.4.2　勞斯穩(wěn)定判據(jù)2.5　其他控制系統(tǒng)分析、綜合方法簡介2.5.1　根軌跡法簡介2.5.2　頻率響應(yīng)法簡介2.5.3　控制系統(tǒng)的綜合與補(bǔ)償簡介思考題習(xí)題第3章　模擬量信號儀表3.1　檢測和控制儀表概述3.2　溫度測量和變送3.2.1　熱電偶溫度計3.2.2　熱電阻溫度計3.3　壓力測量3.3.1　彈性式壓力檢測3.3.2　應(yīng)變片式壓力檢測3.3.3　壓阻式壓力檢測3.3.4　壓力表的選擇與安裝3.4　流量測量3.4.1　容積式流量計3.4.2　節(jié)流式流量計3.4.3　浮子式流量計3.4.4　渦輪流量計3.4.5　漩渦（渦街）流量計3.4.6　電磁流量計3.5　物位測量3.5.1　浮力式液位測量3.5.2　靜壓式液位測量3.5.3　電容式物位測量3.6　制藥過程和生化反應(yīng)的成分測量3.6.1　氧化鋯氧量成分測量3.6.2　色譜成分測量3.6.3　pH的在線測量3.6.4　濁度的檢測3.6.5　溶解氧濃度（DO）的在線測量3.6.6　發(fā)酵罐內(nèi)氧氣分壓的測量3.7　生物傳感器3.7.1　生物傳感器概述3.7.2　酶傳感器3.7.3　微生物傳感器3.8　調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)3.8.1　調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律3.8.2　執(zhí)行器3.8.3　調(diào)節(jié)器的正反作用選擇思考題習(xí)題第4章　典型三傳一反過程的自動控制技術(shù)4.1　概述4.2　流體輸送設(shè)備的控制4.2.1　流體輸送設(shè)備4.2.2　泵的常規(guī)控制方案4.2.3　壓縮機(jī)的控制方案4.2.4　流體輸送設(shè)備控制實施細(xì)節(jié)4.3　傳熱設(shè)備的控制4.3.1　傳熱設(shè)備類型和控制目的4.3.2　傳熱設(shè)備的單回路控制方案4.3.3　串級控制4.3.4　前饋—反饋控制4.4　精餾塔控制4.4.1　精餾工藝概述4.4.2　精餾塔的控制要求4.4.3　溫度（質(zhì)量）指標(biāo)反饋控制4.4.4　按兩端質(zhì)量指標(biāo)控制4.4.5　復(fù)雜控制系統(tǒng)在精餾塔中的應(yīng)用4.4.6　精餾塔塔壓的控制4.4.7　分程控制系統(tǒng)4.5　反應(yīng)器控制4.5.1　化學(xué)反應(yīng)器概述4.5.2　連續(xù)化學(xué)反應(yīng)器的基本控制方案思考題習(xí)題第5章　發(fā)酵、食品和制藥過程控制5.1　概述5.2　發(fā)酵過程pH、溶解氧、消泡和補(bǔ)料控制5.2.1　發(fā)酵過程5.2.2　pH控制5.2.3　溶解氧控制5.2.4　消泡控制5.2.5　補(bǔ)料控制5.3　發(fā)酵食品生產(chǎn)過程控制5.3.1　食品加工5.3.2　鍋爐設(shè)備的自動控制5.3.3　發(fā)酵過程的滅菌控制5.4　制藥生產(chǎn)過程控制5.4.1　工業(yè)制藥5.4.2　蒸發(fā)器的自動控制5.4.3　結(jié)晶器的自動控制5.4.4　維生素B6的結(jié)晶釜控制思考題習(xí)題第6章　過程計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)6.1　概述6.1.1　計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)6.1.2　計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組成6.1.3　過程計算機(jī)控制系統(tǒng)的常用類型6.2　可編程序控制器（PLC）6.2.1　可編程序控制器的發(fā)展歷史6.2.2　可編程序控制器的結(jié)構(gòu)6.2.3　可編程序控制器的特點和主要功能6.2.4　可編程序控制器的工作原理6.2.5　可編程序控制器的用戶程序簡介6.2.6　PLC編程的基本技巧6.2.7　PLC與繼電器順序邏輯控制系統(tǒng)的比較6.3　集散控制系統(tǒng)（DCS）6.3.1　集散控制系統(tǒng)的發(fā)展和特點6.3.2　TDC—3000和TPS系統(tǒng)概況6.3.3　芳烴模擬移動床的DCS控制系統(tǒng)6.3.4　集散控制系統(tǒng)與PLC的比較6.4　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）6.4.1　現(xiàn)場總線簡介6.4.2　現(xiàn)場總線的特點6.4.3　幾種主要的現(xiàn)場總線技術(shù)6.4.4　現(xiàn)場總線的實質(zhì)和優(yōu)點思考題習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第3章　模擬星信號儀表　　3.1　檢測和控制儀表概述　　由第2章可知，即便對一個最簡單的單回路控制系統(tǒng)而言，除了被控對象以外，其他的部件都是由各種各樣的儀器儀表構(gòu)成的。除了，實時控制，很多儀器儀表可能僅僅被用于測量過程狀態(tài)和分析產(chǎn)品質(zhì)量。一些安全儀表用于監(jiān)測火警和有毒、有害物質(zhì)，利用光、聲、視屏等進(jìn)行報警。監(jiān)測儀表相當(dāng)于“人的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺”，一般都由感應(yīng)部分、變送部分以及動力部分組成。習(xí)慣上，把一個儀表的感應(yīng)部分稱為傳感器。顯然，要獲取過程狀態(tài)和物體的物理化學(xué)性質(zhì)，最重要、最繁雜，也是最困難的部分就是傳感器。信息的獲取、保真度、傳輸就靠傳感器和變送器來實現(xiàn)。它涉及的學(xué)科種類最多：電學(xué)、機(jī)械學(xué)、材料學(xué)、化學(xué)、電化學(xué)、微電子學(xué)、生化學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、流體力學(xué)，等等。而控制類儀表一般指的是調(diào)節(jié)器（控制器）、執(zhí)行部件、手操器等。雖然種類比傳感器少，但是控制類儀表相當(dāng)于人的大腦和手腳，算法多、智能高、動能大。還有一些常見和常用的是顯示和記錄儀表。最后一類是一些輔助和安全保護(hù)性的儀器儀表，如安全柵、UPS不間斷電源，等等?！　榱瞬僮鳌㈤_停車、巡檢，有些檢測儀表和顯示儀表就地安裝在塔器、管道、設(shè)備的邊上，稱之為現(xiàn)場就地式儀表。因為在現(xiàn)場就地顯不，它們獲取的信息可以經(jīng)過變送器變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)信號再顯示（同時把標(biāo)準(zhǔn)信號送到中央控制室），也可以不經(jīng)過變送器直接顯示。

編輯推薦

　　《精細(xì)化工和制藥過程控制》在內(nèi)容上將選擇性地介紹一些常用的模擬量儀表，淺近地講解一些基本的反饋和自動控制理論，重點介紹計算機(jī)控制系統(tǒng)和典型精細(xì)化工及制藥過程化工單元的自動控制方法?！毒?xì)化工和制藥過程控制》共分6章。第1章為緒論，主要討論精細(xì)化工及制藥生產(chǎn)與自動化的關(guān)系、現(xiàn)狀和趨勢，回顧和講述自動化儀表及自動控制技術(shù)的發(fā)展。第2章主要講解一些基本的自動控制理論和自動控制系統(tǒng)，例如反饋、穩(wěn)定性、品質(zhì)指標(biāo)、PID控制、簡單和復(fù)雜控制系統(tǒng)。第3章介紹一些現(xiàn)在仍然常用的測量儀表，如變送器、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器等模擬量儀表。第4章重點介紹典型化工單元（傳遞、傳質(zhì)、傳熱和反應(yīng)過程）的自動控制方法，包括流量、溫度、壓力和成分等常用控制方法和復(fù)雜控制系統(tǒng)。第5章重點介紹精細(xì)化工和發(fā)酵、制藥生產(chǎn)過程的常用方法和先進(jìn)控制系統(tǒng)。第6章重點介紹計算機(jī)控制系統(tǒng)和研究開發(fā)應(yīng)用實例，如可編程序控制器PLC、集散控制系統(tǒng)DCS和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS。

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