過程系統(tǒng)工程

前言

華東理工大學(xué)出版社經(jīng)過長期調(diào)查研究后，決定組織編寫并出版一套“化學(xué)工程與技術(shù)”學(xué)科的相關(guān)教學(xué)用叢書，多位在各自領(lǐng)域?qū)W有所長并對研究生培養(yǎng)工作有豐富經(jīng)驗(yàn)的學(xué)者參加編寫。對于華東理工大學(xué)出版社的決定，我非常贊同。我本人是研究生畢業(yè)，從20世紀(jì)70年代末起，一直在指導(dǎo)研究生，包括授課及指導(dǎo)論文，我的主要工作都與研究生培養(yǎng)有關(guān)。加上報(bào)紙雜志的報(bào)道中多認(rèn)為我國在研究生培養(yǎng)方面尚顯不足，我也經(jīng)常在思考如何提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量的問題。對此常感到有些話想說，只是沒有適當(dāng)?shù)膱龊先フf而已。因此當(dāng)出版社的編輯們要我為叢書作序時(shí)，我便欣然從命，以便借此說上幾句。1.關(guān)于教學(xué)用書（簡稱教材）教材對研究生教學(xué)是重要的，好的教材顯然十分有利于學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握相關(guān)的專業(yè)知識，此外還可以作為學(xué)生在學(xué)完課程后的案頭參考書。也有一些非常優(yōu)秀的教授在教學(xué)過程中不規(guī)定使用固定教材，他們在課堂上主要講授思想和方法，或即使使用教材，講課時(shí)也完全不局限于教材內(nèi)容，然后要求學(xué)生在課后通過自學(xué)、做習(xí)題、討論、找材料、做筆記等多種形式掌握知識。這種教學(xué)方式對于一部分學(xué)習(xí)主動、基礎(chǔ)較好的學(xué)生，可能十分有利，但也許會使另一些學(xué)生感到困難，甚至抱怨連連。關(guān)鍵是看這些學(xué)生是否有克服困難，通過努力爭取學(xué)習(xí)主動的決心。2.關(guān)于例題和習(xí)題例題的重要性絲毫不遜于理論知識。正確的方法應(yīng)是有目的地講解例題：一個例題解決一類問題，引導(dǎo)多方面的思路，并培養(yǎng)學(xué)生舉一反三的能力。我要特別強(qiáng)調(diào)的是習(xí)題的作用，使學(xué)生鞏固、掌握知識和運(yùn)用學(xué)到的方法只是起碼的要求，習(xí)題的功能應(yīng)被看作是對學(xué)生潛在創(chuàng)造力的培養(yǎng)，以及在面對困難時(shí)應(yīng)有的心理準(zhǔn)備。這里說的當(dāng)然不是指我們常見的這些只需稍稍復(fù)習(xí)就可以依樣畫瓢式的習(xí)題，而是指學(xué)生初看不知如何下手的那一類。當(dāng)學(xué)生要做這類習(xí)題時(shí)他們不得不去認(rèn)真復(fù)習(xí)和思考，相互討論，查找文獻(xiàn)，才能解答。他們會認(rèn)為這些習(xí)題很“難”，但也就是這種“難”，可以培養(yǎng)學(xué)生的能力。我們不是經(jīng)常在說要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力么？顯然，單靠說是不夠的。創(chuàng)新應(yīng)成為一種習(xí)慣，它只可能日積月累，潛移默化地養(yǎng)成。做“難”題確實(shí)要克服不少困難，但這正好是一種對今后工作中創(chuàng)新能力的磨煉，也必會形成一種能解決困難問題的心理準(zhǔn)備。這是一個師生需要共同認(rèn)識的問題。對教師，有“敢”或“不敢”布置“難”題的問題；對學(xué)生，有對“難”題迎難而上還是盡量規(guī)避的不同態(tài)度。學(xué)生遇到“難”題而又千方百計(jì)地去解答，這實(shí)際上是為將來在工作中解決“難”題做準(zhǔn)備。3.關(guān)于方法論教學(xué)教師在教學(xué)過程中應(yīng)突出重點(diǎn)、啟發(fā)式、重概念，等等，大家都已熟知。但如何具體把握教學(xué)中涉及的有限知識，上升到方法論的高度，無疑是十分重要的。方法論者，簡而言之，就是在面對一個具體問題時(shí)把所具備的知識實(shí)施并應(yīng)用的理念、思想和方法。教材的性質(zhì)決定了它能給予你的可能是學(xué)科的一般原理，但如何根據(jù)你所要解決的問題的具體要求，恰如其分地用好你已具備的知識，尚有相當(dāng)距離。例如，我們能列舉對一個過程產(chǎn)生影響的諸多因素，但對某一特定條件，這些因素中可能只有少數(shù)是主導(dǎo)的，其余的可能分別在另一些條件下起主導(dǎo)作用。

內(nèi)容概要

　　《過程系統(tǒng)工程》系統(tǒng)深入地論述了過程系統(tǒng)工程學(xué)科的基礎(chǔ)理論、方法和策略，加強(qiáng)理論與工程應(yīng)用的聯(lián)系，充分反映國內(nèi)外在過程系統(tǒng)工程領(lǐng)域的理論研究和工程應(yīng)用成果，把讀者帶到學(xué)科領(lǐng)域前沿。全書共分13章，包括緒論、過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬、過程系統(tǒng)動態(tài)模擬、過程系統(tǒng)優(yōu)化的基本概念及基礎(chǔ)最優(yōu)化方法、線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、混合整數(shù)規(guī)劃、多目標(biāo)優(yōu)化、間歇過程系統(tǒng)的優(yōu)化、換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合、蒸餾分離序列的綜合、反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)綜合及過程系統(tǒng)集成。參加《過程系統(tǒng)工程》編寫的院校有清華大學(xué)、天津大學(xué)、青島科技大學(xué)、武漢理工大學(xué)、華東理工大學(xué)和大連理工大學(xué)。參編教師均具有較豐富的教學(xué)和科學(xué)研究實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。　　《過程系統(tǒng)工程》面向化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科，符合工學(xué)碩士研究生培養(yǎng)要求，也可作為本科生和工程技術(shù)人員繼續(xù)學(xué)習(xí)的參考書。

書籍目錄

1 緒論1.1 過程系統(tǒng)工程1.2 過程系統(tǒng)工程研究的基本問題1.2.1 過程系統(tǒng)模型化與模擬1.2.2 過程系統(tǒng)優(yōu)化1.2.3 過程系統(tǒng)綜合與集成1.2.4 過程系統(tǒng)工程的進(jìn)展概貌1.3 過程系統(tǒng)工程的研究方法1.4 學(xué)習(xí)過程系統(tǒng)工程課程的方法建議參考文獻(xiàn)第一篇 過程系統(tǒng)模擬2 過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬2.1 過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬的基本概念2.1.1 過程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.1.2 系統(tǒng)的自由度分析2.1.3 過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬的基本方法2.2 過程系統(tǒng)模擬的序貫?zāi)K法2.2.1 氨合成系統(tǒng)的物料衡算流程模擬2.2.2 不可分隔子系統(tǒng)的識別2.2.3 不可分隔子系統(tǒng)的斷裂2.2.4 斷裂物流變量的收斂2.3 過程系統(tǒng)模擬的聯(lián)立方程法2.3.1 大型稀疏非線性方程組的降維解法2.3.2 聯(lián)立線性方程組法解大型稀疏非線性方程組2.4 過程系統(tǒng)模擬的聯(lián)立模塊法2.4.1 簡化模型的建立方法2.4.2 攝動法求簡化模型系數(shù)矩陣2.5 過程模擬的應(yīng)用2.5.1 氨合成工段的流程2.5.2 氨合成工段的穩(wěn)態(tài)模型2.5.3 氨合成工段的穩(wěn)態(tài)模擬系統(tǒng)2.6 過程穩(wěn)態(tài)模擬發(fā)展趨勢符號說明參考文獻(xiàn)思考題3 過程系統(tǒng)動態(tài)模擬3.1 過程系統(tǒng)動態(tài)模擬基礎(chǔ)3.1.1 動態(tài)模擬的必要性3.1.2 動態(tài)模擬與穩(wěn)態(tài)模擬的區(qū)別3.1.3 如何由穩(wěn)態(tài)模擬過渡到動態(tài)模擬3.1.4 過程系統(tǒng)動態(tài)模型3.1.5 過程動態(tài)模擬系統(tǒng)3.2 過程系統(tǒng)動態(tài)模擬方法3.2.1 序貫?zāi)K法3.2.2 聯(lián)立方程法3.2.3 聯(lián)立模塊法3.2.4 常微分方程組(ODEg)的求解3.2.5 微分代數(shù)方程組(DAEs)的求解3.3 精餾過程動態(tài)模擬3.3.1 精餾過程動態(tài)模型3.3.2 精餾過程動態(tài)模型的求解3.3.3 精餾過程快速動態(tài)模擬3.4 過程系統(tǒng)動態(tài)模擬實(shí)例3.4.1 簡單閃蒸分離過程動態(tài)模擬3.4.2 甲苯加氫制苯全流程動態(tài)模擬3.5 過程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)3.5.1 國內(nèi)過程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)情況3.5.2 國外過程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)情況3.5.3 過程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)3.5.4 過程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)3.5.5 過程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢3.6 過程系統(tǒng)動態(tài)模擬發(fā)展趨勢符號說明參考文獻(xiàn)思考題第二篇 過程系統(tǒng)優(yōu)化4 過程系統(tǒng)優(yōu)化的基本概念及基礎(chǔ)最優(yōu)化方法4.1 最優(yōu)化問題的提出及其模型化4.2 過程系統(tǒng)最優(yōu)化問題數(shù)學(xué)模型的一般型式4.3 最優(yōu)化數(shù)學(xué)方法分類4.4 無約束最優(yōu)化方法4.4.1 多變量函數(shù)的無約束優(yōu)化策略4.4.2 負(fù)梯度法4.4.3 單純形法4.4.4 牛頓型法4.4.5 擬牛頓法——秩一逆修正法4.4.6 變尺度法4.5 有約束多變量函數(shù)的最優(yōu)化方法4.5.1 有約束優(yōu)化問題的求解策略4.5.2 Lagrange乘子法4.5.3 罰函數(shù)法符號說明參考文獻(xiàn)5 線性規(guī)劃5.1 線性規(guī)劃問題的數(shù)學(xué)模型5.1.1 線性規(guī)劃問題5.1.2 線性規(guī)劃問題的標(biāo)準(zhǔn)形式5.1.3 化為標(biāo)準(zhǔn)形式的方法5.1.4 線性規(guī)劃的基本概念5.1.5 二維線性規(guī)劃的圖解法5.2 線性規(guī)劃問題基本理論5.3 線性規(guī)劃問題求解——單純形法5.3.1 單純形法的基本思想5.3.2 基本可行解間的迭代5.3.3 基本可行解的改進(jìn)5.3.4 具有標(biāo)準(zhǔn)形式約束方程組線性規(guī)劃問題求解——單純形法5.3.5 標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)劃問題求解——兩階段法5.3.6 標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)劃問題求解——大M法5.3.7 標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)劃問題求解——對偶單純形法5.3.8 修正單純形法5.3.9 單純形法的缺點(diǎn)5.3.10 線性規(guī)劃實(shí)例5.4 純性規(guī)劃求解的其他方法參考文獻(xiàn)思考題6 非線性規(guī)劃6.1 非線性規(guī)劃基礎(chǔ)6.1.1 非線性規(guī)劃問題6.1.2 拉格朗日(Lagrange)函數(shù)6.1 I3非線性規(guī)劃問題的一階必要條件6.1.4 非線性規(guī)劃問題的二階充分條件6.2 變量變換法6.3 罰函數(shù)法6.3.1 外部罰函數(shù)法6.3.2 內(nèi)部罰函數(shù)法6.4 可行方向法6.5 逐次線性規(guī)劃法6.6 逐次二次規(guī)劃法6.7 廣義簡約梯度法6.7.1 簡約梯度法6.7.2 廣義簡約梯度法6.8 非線性規(guī)劃方法的簡單比較6.9 非線性規(guī)劃軟件簡介6.9.1 獨(dú)立或嵌入式優(yōu)化軟件6.9.2 電子表格優(yōu)化器6.9.3 代數(shù)模型化系統(tǒng)6.9.4 優(yōu)化軟件使用中的相關(guān)問題參考文獻(xiàn)思考題7 混合整數(shù)規(guī)劃7.1 引言7.2 化工過程優(yōu)化MIP問題的提出7.2.1 多項(xiàng)選擇約束7.2.2 邏輯關(guān)系約束7.3 求解MIP問題的分支定界法7.3.1 分支操作7.3.2 定界操作7.3.3 深度優(yōu)先法和廣度優(yōu)先法7.4 求解MINLP問題的外部近似原理和方法7.4.1 基本定義7.4.2 主導(dǎo)問題的導(dǎo)出7.4.3 整數(shù)切割7.4.4 收斂條件7.4.5 算法7.4.6 計(jì)算舉例參考文獻(xiàn)思考題8 多目標(biāo)優(yōu)化8.1 多目標(biāo)優(yōu)化的基本概念8.1.1 多目標(biāo)優(yōu)化的解8.1.2 多目標(biāo)優(yōu)化的絕對最優(yōu)解(共同最優(yōu)解)8.1.3 多目標(biāo)優(yōu)化的非劣解(有效解或Pareto解)和劣解8.1.4 多目標(biāo)優(yōu)化的弱有效解8.1.5 多目標(biāo)優(yōu)化的最終解(滿意解)8.2 多目標(biāo)優(yōu)化的基本方法8.2.1 化多目標(biāo)為單目標(biāo)8.2.2 線性加權(quán)和法8.2.3 目的值規(guī)劃法(理想點(diǎn)法)8.2.4 目標(biāo)分層法9 間歇過程系統(tǒng)的優(yōu)化第三篇 過程系統(tǒng)綜臺與集成10 換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合11 蒸餾分離序列的綜合12 反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)綜合13 過程系統(tǒng)集成中文索引

章節(jié)摘錄

插圖：4過程系統(tǒng)優(yōu)化的基本概念及基礎(chǔ)最優(yōu)化方法過程系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)是系統(tǒng)模擬，但其核心為系統(tǒng)的最優(yōu)化。只有通過設(shè)計(jì)最優(yōu)化和操作最優(yōu)化，過程系統(tǒng)才能充分發(fā)揮其產(chǎn)品增值的特性，才能在經(jīng)濟(jì)全球化的激烈競爭中站穩(wěn)腳跟。在設(shè)計(jì)化工成套裝置時(shí)，總是會碰到設(shè)備投資費(fèi)用和操作費(fèi)用之間的矛盾。如何在投資費(fèi)用和操作費(fèi)用之間求得平衡，取得最佳的投資回報(bào)和效益，在化工裝置運(yùn)行時(shí)，需要通過定性和定量的分析來確定能使單元或系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到最好時(shí)的生產(chǎn)操作條件。前者涉及設(shè)計(jì)參數(shù)的最優(yōu)化，后者即為操作參數(shù)的最優(yōu)化。不是所有的過程系統(tǒng)都存在最優(yōu)化的問題，只有當(dāng)某些可調(diào)變量從正反兩方面影響目標(biāo)時(shí)才會產(chǎn)生優(yōu)化問題。這類問題中，決策變量（過程參數(shù)、生產(chǎn)操作條件）與目標(biāo)變量間的函數(shù)關(guān)系必定存在一個以上的峰，通常把此類問題通稱為參數(shù)最優(yōu)化問題，這是本章所要討論的主題。參數(shù)最優(yōu)化的最終目的是為了以最小的投入和日常消耗獲取最大的利潤。大型化工企業(yè)的建設(shè)，需要龐大的投資和漫長的建設(shè)周期，建成后是否具有競爭力至關(guān)重要，因此更加凸顯過程系統(tǒng)優(yōu)化的重要性。參數(shù)最優(yōu)化首先必須把過程系統(tǒng)的最優(yōu)化問題表達(dá)為最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，然后求解這樣的模型。不同的數(shù)學(xué)模型可以有不同求解策略，同一個數(shù)學(xué)模型用不同的數(shù)學(xué)方法求解會有計(jì)算效率上的差異，本章將討論過程系統(tǒng)優(yōu)化的基本概念及基礎(chǔ)最優(yōu)化方法。系統(tǒng)最優(yōu)化的含義是：尋找某種條件，使系統(tǒng)的某個目標(biāo)函數(shù)取得極值。對于化工過程的最優(yōu)化而言，首先要弄清所要尋求的最優(yōu)化目標(biāo)是什么；其次是要明確哪些自變量與目標(biāo)有著密切的關(guān)系。自變量是指系統(tǒng)中可以通過獨(dú)立變化來改變系統(tǒng)行為的變量。建立過程系統(tǒng)的最優(yōu)化模型首先要從定性的角度分析自變量與目標(biāo)函數(shù)之間的關(guān)系，然后根據(jù)化學(xué)工程的知識將之定量地表達(dá)為最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，最后通過最優(yōu)化數(shù)學(xué)方法來求解最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。過程系統(tǒng)最優(yōu)化問題可數(shù)學(xué)描述為帶有若干等式或不等式的約束條件方程組的一個目標(biāo)函數(shù)方程式（本章只涉及單目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化，多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化將在第8章介紹）。求解這個數(shù)學(xué)問題的目的就是要找到可以使目標(biāo)函數(shù)最大（如產(chǎn)品產(chǎn)量最高、生產(chǎn)利潤最大等）或最小（如能量消耗最低、生產(chǎn)成本最低等），并滿足約束條件的最佳自變量值。

編輯推薦

《過程系統(tǒng)工程》是姚平經(jīng)編寫的，由華東理工大學(xué)出版社出版。

圖書封面

評論、評分、閱讀與下載

---

    過程系統(tǒng)工程 PDF格式下載

---