过程工程中的模拟与优化：数学方法应用于化学工业的成果 德 迈克尔·博尔茨 Michael Bortz 德 诺伯特·阿斯普里恩 Norbert Asprion 编著 编 张蕾 译 译 9787511480019
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| 开本：16开 |
| 纸张：胶版纸 |
| 包装：平装-胶订 |
| 是否套装：否 |
| 国际标准书号ISBN：9787511480019 |
| 所属分类：图书>工业技术>石油/天然气工业 |
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编辑推荐
跨学科融合：紧密结合工程实践与数学方法，展示如何用数学工具解决实际工业问题。 多尺度覆盖：从微观物性预测到宏观生产调度，涵盖过程工程全链条。 实用性强：提供工业案例、开源代码与工具信息，便于读者直接应用或二次开发。 前沿性与代表性：包含数字孪生、多目标优化、动态控制等当前热点技术。 双视角编写：由企业工程师与学术研究者合作撰写，兼顾实用性与理论深度。 适用群体广：既适合工程师解决实际问题，也适合高校师生作为教学与研究参考。
内容简介
从现实世界的难题中提炼其隐含的科学或技术问题，并用适当的数学形式表达，再寻找合适的求解方法，已成为当代高水平过程工业的必然要求。本书聚焦于过程系统工程这一交叉学科的近期新研究进展和典型应用案例，具有范围广和实用性强两个特点，主要包括化工、生物、冶金、环境、能源等不同行业、多个细分领域的内容，所有案例都来自工业或科研一线，以近期新的数学工具予以解决。
本书可供化工、生物、冶金等相关领域的科研人员学习借鉴，也可供高等院校相关专业的师生们学习参考。
作者简介
迈克尔·博尔茨（ ），曾在多特蒙德和格勒诺布尔攻读物理学，并于年在多特蒙德大学获得博士学位。此后，他先后在伍珀塔尔、堪培拉（澳大利亚国立大学）、牛津和凯泽斯劳滕的多所大学从事博士后研究。年，他加入位于凯泽斯劳滕的弗劳恩霍夫工业数学研究所，现任技术过程优化部门负责人。他的研究兴趣涵盖多个应用领域的建模、模拟与优化，包括医疗治疗方案规划、机械工程及化学工程等领域。
诺伯特·阿斯普里恩（ ），在德国凯泽斯劳滕大学攻读机械工程专业，并于年在导师格奥尔格·毛雷尔（）教授的指导下获得博士学位，研究领域为氢键溶液的热力学。此后，他加入位于路德维希港的巴斯夫股份公司（ ）。在历任工艺开发和六年技术营销等多个职位后，他目前负责研发数字化部门中化学过程建模团队的领导工作。他的研究兴趣集中于过程建模、模拟与优化，以支持工艺开发中的决策制定。阿斯普里昂是巴斯夫的高级首席科学家，同时担任欧洲化学工程联合会（）计算机辅助过程工程工作组的成员。迈克尔·博尔茨（ ），曾在多特蒙德和格勒诺布尔攻读物理学，并于年在多特蒙德大学获得博士学位。此后，他先后在伍珀塔尔、堪培拉（澳大利亚国立大学）、牛津和凯泽斯劳滕的多所大学从事博士后研究。年，他加入位于凯泽斯劳滕的弗劳恩霍夫工业数学研究所，现任技术过程优化部门负责人。他的研究兴趣涵盖多个应用领域的建模、模拟与优化，包括医疗治疗方案规划、机械工程及化学工程等领域。
诺伯特·阿斯普里恩（ ），在德国凯泽斯劳滕大学攻读机械工程专业，并于年在导师格奥尔格·毛雷尔（）教授的指导下获得博士学位，研究领域为氢键溶液的热力学。此后，他加入位于路德维希港的巴斯夫股份公司（ ）。在历任工艺开发和六年技术营销等多个职位后，他目前负责研发数字化部门中化学过程建模团队的领导工作。他的研究兴趣集中于过程建模、模拟与优化，以支持工艺开发中的决策制定。阿斯普里昂是巴斯夫的高级首席科学家，同时担任欧洲化学工程联合会（）计算机辅助过程工程工作组的成员。
张蕾，中石化石油化工科学研究院有限公司资源优化与工业智能研究中心副主任，主要研究方向为炼油化工领域的计算机应用技术研究、产品研发和工业项目实施，具体包括炼油过程的模型开发、装置实 时优化和先进控制、资源优化和运营策略与技术、专业智能化技术研发等。 参与多项重要科研项目，获得中国石化集团公司科技进步一等奖项，二等奖项。所研发的技术，通过鉴定达到国际或国内领先水平，并实现了工业应用，创造了显著的经济效益。
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目 录
第章状态方程对传输和界面性质等物性的预测和关联
的模型方程
参数化
纯组分参数
二元交互参数
用于的基团贡献法
传输性质
界面性质
参考文献
第章求解！而非搜索——应用的过程优化建模
引言
求解算法和优化模型
应用于微分代数的高级优化
优化建模软件平台第章状态方程对传输和界面性质等物性的预测和关联
的模型方程
参数化
纯组分参数
二元交互参数
用于的基团贡献法
传输性质
界面性质
参考文献
第章求解！而非搜索——应用的过程优化建模
引言
求解算法和优化模型
应用于微分代数的高级优化
优化建模软件平台
碳捕集优化案例研究
优化问题的公式描述
问题初始化和实现
结论与未来展望
致谢
免责声明
参考文献
第章多准则思考——优化方面的万用工具
引言
过程设计
连续设计变量
离散的方案选择
不确定性的影响
扩展至很优控制
模型调整、模型比较和基于模型的实验设计
决策支持
致谢
参考文献
第章电弧炉炼钢过程的集成建模及能量优化：工业应用实例
引言
混合电弧炉过程模型
模型动力学
电弧模型
电弧辐射传热
视角系数的蒙特卡洛计算
富氧燃烧嘴
炭燃烧
金属氧化
熔融金属飞溅
熔融曲线的动态优化
问题描述
动态优化问题的通用公式
电弧炉过程动态优化问题的公式
应用控制向量参数化求解
模型的数值解
终止条件
模型验证和参数估计
优化问题的数值解
批次时间约束
结果与讨论
数值案例分析
实际工业过程的应用结果
结论
参考文献
第章间歇精馏溶剂回收——多元灵敏度分析在高维多目标优化问题中的应用
引言
丙酮和甲醇的分离
连续分离工艺
间歇分离工艺
问题定义
产品规格和约束
装置介绍
文献综述
研究方法
选择合适多用途装置的启发式规则
流程模拟工具
流程模拟优化算法
多变量灵敏度分析工具
流程模拟的建立
热力学模型
筛选模型
低保真模型
高保真模型
结果
筛选模型
低保真模型
高保真模型
经济评
总结
参考文献
第章动态网络建模与优化：在过程工程和能源供应中的应用
引言
在能源供应中的应用
电力传输
区域供暖
在间歇精馏中的应用
正向模拟
参数估算
优化控制
结论
致谢
参考文献
第章使用数字孪生克服过程数据整定中的低冗余问题
引言
数据整定
变量分类
稳态数据整定
粗差检测
粗差影响和解决方法
粗差检测：统计学方法
粗差统计学检测算法
用于低冗余度系统的数值算法
巧均值和巧方差（和）
中位数和中位数绝对偏差
动态数据整定
移动时间窗口方法
正交矩阵法求解动态数据整定
数字孪生的实施和作用
案例研究：再生胺洗涤装置
流程描述
假设
结果
稳态数据整定结果的讨论
粗差检测结果的讨论
动态数据整定案例研究：胺溶液罐的动态
结论
稳态数据整定
动态数据整定
致谢
参考文献
第章采用优化反馈控制的间歇过程实时优化
引言
间歇过程的表述
区分特点
数学模型
间歇过程的静态视角
间歇过程的数值优化
问题表述：动态优化
将动态优化问题静态化
批到批解决方案：静态优化
装置模型不匹配的影响
不确定间歇过程的基于反馈的优化
离线工作：确定反馈结构
实时工作：实施反馈控制
示例说明：间歇蒸馏塔
工业间歇蒸馏塔
过程模型
杂质馏分的输入参数化
控制系统设计和效果
结论
参考文献
第章实现需求侧管理的可切换氯碱电解的经济运行
术语表
引言
氯碱电解的运行模式切换
可切换氯碱电解很优规模和运行的数学模型
运行模式转换
质量平衡
电力需求
斜率约束
成本函数
案例研究
可切换氯碱电解的很优运行
可切换氯碱电解与其他灵活性选项的比较
同时优化装置超额产能和运行
结论
致谢
参考文献
第章动态过程的很优实验设计
引言
模型结构辨识的很优实验设计
参数估计的很优实验设计
计算参数的方差协方差矩阵
作为优化控制问题的
实例
很优实验设计的前沿进展
用于参数估计的健壮很优实验设计
多准则的很优实验设计
结论
参考文献
第章自动连续流和生物反应器平台中反应和生长的表征——从线性实验设计到基于模型的方法
引言
小型化平台和应用
合成化学中的连续流微反应器平台
具备自动液体处理的生物反应器平台
实验设计的应用、自优化和——文献综述
总结
特殊方面和挑战
静态与动态实验条件对比
中的序贯规划和更新
参数可识别性
贝叶斯统计
数学建模、软件和算法
工业视角
讨论与结论
参考文献
第章多准则背景下的产品开发
引言
模型拟合
多准则优化与决策制定
有效产品设计集的估算
有效产品设计集的导航
在设计过程中的作用
应用：设计外墙涂料配方
化学配方
实验设计
实验室测量
建模
优化目标产品规格
决策过程
展望
参考文献
第章使用蒙特卡洛模拟的间歇化工过程调度——一种实用的运行调度方法
引言
问题设置
文献
建议的解决方案
生产线模拟
调度
实施
实践中实施决策支持工具的重要步骤
最终应用
实时运行调度之外的应用
用例：未来事件和装置状态的预测
用例：装置扩建或优化的假设分析
结论与展望
参考文献
第章资源任务网络调度模型在化学工业中的应用
术语表
引言
资源任务网络模型综述
离散时间表示
连续时间表示
离散时间对比连续时间
行业主导的发展
扩展模型
扩展模型的状态空间重构
空间装箱问题的
事务业务流程优化的
对行业的影响
结论
致谢
参考文献
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商品详情
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跨学科融合：紧密结合工程实践与数学方法，展示如何用数学工具解决实际工业问题。 多尺度覆盖：从微观物性预测到宏观生产调度，涵盖过程工程全链条。 实用性强：提供工业案例、开源代码与工具信息，便于读者直接应用或二次开发。 前沿性与代表性：包含数字孪生、多目标优化、动态控制等当前热点技术。 双视角编写：由企业工程师与学术研究者合作撰写，兼顾实用性与理论深度。 适用群体广：既适合工程师解决实际问题，也适合高校师生作为教学与研究参考。
内容简介
从现实世界的难题中提炼其隐含的科学或技术问题，并用适当的数学形式表达，再寻找合适的求解方法，已成为当代高水平过程工业的必然要求。本书聚焦于过程系统工程这一交叉学科的近期新研究进展和典型应用案例，具有范围广和实用性强两个特点，主要包括化工、生物、冶金、环境、能源等不同行业、多个细分领域的内容，所有案例都来自工业或科研一线，以近期新的数学工具予以解决。
本书可供化工、生物、冶金等相关领域的科研人员学习借鉴，也可供高等院校相关专业的师生们学习参考。
作者简介
迈克尔·博尔茨（ ），曾在多特蒙德和格勒诺布尔攻读物理学，并于年在多特蒙德大学获得博士学位。此后，他先后在伍珀塔尔、堪培拉（澳大利亚国立大学）、牛津和凯泽斯劳滕的多所大学从事博士后研究。年，他加入位于凯泽斯劳滕的弗劳恩霍夫工业数学研究所，现任技术过程优化部门负责人。他的研究兴趣涵盖多个应用领域的建模、模拟与优化，包括医疗治疗方案规划、机械工程及化学工程等领域。
诺伯特·阿斯普里恩（ ），在德国凯泽斯劳滕大学攻读机械工程专业，并于年在导师格奥尔格·毛雷尔（）教授的指导下获得博士学位，研究领域为氢键溶液的热力学。此后，他加入位于路德维希港的巴斯夫股份公司（ ）。在历任工艺开发和六年技术营销等多个职位后，他目前负责研发数字化部门中化学过程建模团队的领导工作。他的研究兴趣集中于过程建模、模拟与优化，以支持工艺开发中的决策制定。阿斯普里昂是巴斯夫的高级首席科学家，同时担任欧洲化学工程联合会（）计算机辅助过程工程工作组的成员。迈克尔·博尔茨（ ），曾在多特蒙德和格勒诺布尔攻读物理学，并于年在多特蒙德大学获得博士学位。此后，他先后在伍珀塔尔、堪培拉（澳大利亚国立大学）、牛津和凯泽斯劳滕的多所大学从事博士后研究。年，他加入位于凯泽斯劳滕的弗劳恩霍夫工业数学研究所，现任技术过程优化部门负责人。他的研究兴趣涵盖多个应用领域的建模、模拟与优化，包括医疗治疗方案规划、机械工程及化学工程等领域。
诺伯特·阿斯普里恩（ ），在德国凯泽斯劳滕大学攻读机械工程专业，并于年在导师格奥尔格·毛雷尔（）教授的指导下获得博士学位，研究领域为氢键溶液的热力学。此后，他加入位于路德维希港的巴斯夫股份公司（ ）。在历任工艺开发和六年技术营销等多个职位后，他目前负责研发数字化部门中化学过程建模团队的领导工作。他的研究兴趣集中于过程建模、模拟与优化，以支持工艺开发中的决策制定。阿斯普里昂是巴斯夫的高级首席科学家，同时担任欧洲化学工程联合会（）计算机辅助过程工程工作组的成员。
张蕾，中石化石油化工科学研究院有限公司资源优化与工业智能研究中心副主任，主要研究方向为炼油化工领域的计算机应用技术研究、产品研发和工业项目实施，具体包括炼油过程的模型开发、装置实 时优化和先进控制、资源优化和运营策略与技术、专业智能化技术研发等。 参与多项重要科研项目，获得中国石化集团公司科技进步一等奖项，二等奖项。所研发的技术，通过鉴定达到国际或国内领先水平，并实现了工业应用，创造了显著的经济效益。
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目 录
第章状态方程对传输和界面性质等物性的预测和关联
的模型方程
参数化
纯组分参数
二元交互参数
用于的基团贡献法
传输性质
界面性质
参考文献
第章求解！而非搜索——应用的过程优化建模
引言
求解算法和优化模型
应用于微分代数的高级优化
优化建模软件平台第章状态方程对传输和界面性质等物性的预测和关联
的模型方程
参数化
纯组分参数
二元交互参数
用于的基团贡献法
传输性质
界面性质
参考文献
第章求解！而非搜索——应用的过程优化建模
引言
求解算法和优化模型
应用于微分代数的高级优化
优化建模软件平台
碳捕集优化案例研究
优化问题的公式描述
问题初始化和实现
结论与未来展望
致谢
免责声明
参考文献
第章多准则思考——优化方面的万用工具
引言
过程设计
连续设计变量
离散的方案选择
不确定性的影响
扩展至很优控制
模型调整、模型比较和基于模型的实验设计
决策支持
致谢
参考文献
第章电弧炉炼钢过程的集成建模及能量优化：工业应用实例
引言
混合电弧炉过程模型
模型动力学
电弧模型
电弧辐射传热
视角系数的蒙特卡洛计算
富氧燃烧嘴
炭燃烧
金属氧化
熔融金属飞溅
熔融曲线的动态优化
问题描述
动态优化问题的通用公式
电弧炉过程动态优化问题的公式
应用控制向量参数化求解
模型的数值解
终止条件
模型验证和参数估计
优化问题的数值解
批次时间约束
结果与讨论
数值案例分析
实际工业过程的应用结果
结论
参考文献
第章间歇精馏溶剂回收——多元灵敏度分析在高维多目标优化问题中的应用
引言
丙酮和甲醇的分离
连续分离工艺
间歇分离工艺
问题定义
产品规格和约束
装置介绍
文献综述
研究方法
选择合适多用途装置的启发式规则
流程模拟工具
流程模拟优化算法
多变量灵敏度分析工具
流程模拟的建立
热力学模型
筛选模型
低保真模型
高保真模型
结果
筛选模型
低保真模型
高保真模型
经济评
总结
参考文献
第章动态网络建模与优化：在过程工程和能源供应中的应用
引言
在能源供应中的应用
电力传输
区域供暖
在间歇精馏中的应用
正向模拟
参数估算
优化控制
结论
致谢
参考文献
第章使用数字孪生克服过程数据整定中的低冗余问题
引言
数据整定
变量分类
稳态数据整定
粗差检测
粗差影响和解决方法
粗差检测：统计学方法
粗差统计学检测算法
用于低冗余度系统的数值算法
巧均值和巧方差（和）
中位数和中位数绝对偏差
动态数据整定
移动时间窗口方法
正交矩阵法求解动态数据整定
数字孪生的实施和作用
案例研究：再生胺洗涤装置
流程描述
假设
结果
稳态数据整定结果的讨论
粗差检测结果的讨论
动态数据整定案例研究：胺溶液罐的动态
结论
稳态数据整定
动态数据整定
致谢
参考文献
第章采用优化反馈控制的间歇过程实时优化
引言
间歇过程的表述
区分特点
数学模型
间歇过程的静态视角
间歇过程的数值优化
问题表述：动态优化
将动态优化问题静态化
批到批解决方案：静态优化
装置模型不匹配的影响
不确定间歇过程的基于反馈的优化
离线工作：确定反馈结构
实时工作：实施反馈控制
示例说明：间歇蒸馏塔
工业间歇蒸馏塔
过程模型
杂质馏分的输入参数化
控制系统设计和效果
结论
参考文献
第章实现需求侧管理的可切换氯碱电解的经济运行
术语表
引言
氯碱电解的运行模式切换
可切换氯碱电解很优规模和运行的数学模型
运行模式转换
质量平衡
电力需求
斜率约束
成本函数
案例研究
可切换氯碱电解的很优运行
可切换氯碱电解与其他灵活性选项的比较
同时优化装置超额产能和运行
结论
致谢
参考文献
第章动态过程的很优实验设计
引言
模型结构辨识的很优实验设计
参数估计的很优实验设计
计算参数的方差协方差矩阵
作为优化控制问题的
实例
很优实验设计的前沿进展
用于参数估计的健壮很优实验设计
多准则的很优实验设计
结论
参考文献
第章自动连续流和生物反应器平台中反应和生长的表征——从线性实验设计到基于模型的方法
引言
小型化平台和应用
合成化学中的连续流微反应器平台
具备自动液体处理的生物反应器平台
实验设计的应用、自优化和——文献综述
总结
特殊方面和挑战
静态与动态实验条件对比
中的序贯规划和更新
参数可识别性
贝叶斯统计
数学建模、软件和算法
工业视角
讨论与结论
参考文献
第章多准则背景下的产品开发
引言
模型拟合
多准则优化与决策制定
有效产品设计集的估算
有效产品设计集的导航
在设计过程中的作用
应用：设计外墙涂料配方
化学配方
实验设计
实验室测量
建模
优化目标产品规格
决策过程
展望
参考文献
第章使用蒙特卡洛模拟的间歇化工过程调度——一种实用的运行调度方法
引言
问题设置
文献
建议的解决方案
生产线模拟
调度
实施
实践中实施决策支持工具的重要步骤
最终应用
实时运行调度之外的应用
用例：未来事件和装置状态的预测
用例：装置扩建或优化的假设分析
结论与展望
参考文献
第章资源任务网络调度模型在化学工业中的应用
术语表
引言
资源任务网络模型综述
离散时间表示
连续时间表示
离散时间对比连续时间
行业主导的发展
扩展模型
扩展模型的状态空间重构
空间装箱问题的
事务业务流程优化的
对行业的影响
结论
致谢
参考文献
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