《化工工藝虛擬仿真與安全分析》以化工工藝操作、DCS控制、化工過程虛擬仿真和化工工藝安全分析為編寫主線,以自研的動(dòng)態(tài)模擬與分析系統(tǒng)DSAS為工具,通過兩種化工單元操作和三種化工工藝操作的具體實(shí)例來說明虛擬仿真技術(shù)在化工實(shí)習(xí)中的基礎(chǔ)應(yīng)用,每章均配有工程案例分析及習(xí)題和推薦閱讀材料。
《化工工藝虛擬仿真與安全分析》可作為高等院�；�、石油、生物、制藥、食品、環(huán)境、材料等專業(yè)的本、�？茖W(xué)生的計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教材,也可供這些專業(yè)的科研、設(shè)計(jì)、管理及生產(chǎn)人員參考使用。
田文德，青島科技大學(xué)化工學(xué)院，副院長(zhǎng)，副教授，2001年于北京化工大學(xué)獲取化學(xué)工程專業(yè)工學(xué)博士學(xué)位，2003年由新加坡國立大學(xué)以博士后研究員身份完成項(xiàng)目研究后，進(jìn)入青島科技大學(xué)化工學(xué)院工作。主講本科課程“化工原理”、“過程工程計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)”和研究生課程“化工過程綜合”。主要從事化工系統(tǒng)工程方向的研究工作，內(nèi)容涉及化工過程動(dòng)態(tài)仿真、報(bào)警管理、故障診斷，已完成教育部留學(xué)回國人員科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目“化工安全生產(chǎn)中的智能故障診斷系統(tǒng)研究”、山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家科研獎(jiǎng)勵(lì)基金項(xiàng)目“基于動(dòng)態(tài)模擬的化工過程故障診斷技術(shù)研究（No.2006BS05005）”、山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于動(dòng)態(tài)故障軟儀表的化工過程二級(jí)混合故障診斷系統(tǒng)（No. ZR2009BM033）”，在研山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于動(dòng)態(tài)模擬反問題求解的精餾多故障診斷研究（No. ZR2013BL008）”和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于非線性動(dòng)態(tài)模型的精餾過程安全智能預(yù)測(cè)方法與預(yù)警策略研究（No. 21576143）”，期間還完成企業(yè)委托項(xiàng)目9項(xiàng)，發(fā)表論文40余篇，編寫專著1部、教材4部。目前為山東化學(xué)化工學(xué)會(huì)的化工安全專業(yè)委員會(huì)委員、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的評(píng)審專家。
上篇 基礎(chǔ)知識(shí)
第1章 化工工藝仿真 2
1.1 化工工藝簡(jiǎn)介 2
1.1.1 化工工藝定義 2
1.1.2 化工工藝過程 3
1.2 虛擬仿真定義 4
1.2.1 系統(tǒng)仿真的概念 4
1.2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)的概念 5
1.2.3 虛擬仿真的概念 6
1.2.4 虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的概念 7
1.3 虛擬仿真技術(shù)概述 8
1.3.1 虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展 8
1.3.2 虛擬仿真技術(shù)的特點(diǎn) 9
1.3.3 虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用 9
1.4 化工生產(chǎn)中的虛擬仿真技術(shù) 10
1.4.1 化工虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用背景 10
1.4.2 化工虛擬仿真技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 11
1.4.3 化工虛擬仿真技術(shù)的作用及意義 12
1.5 化工工藝仿真的主要用途 13
1.5.1 工藝開停車 13
1.5.2 工藝分析 15
1.5.3 控制方案研究 16
1.5.4 安全分析 16
習(xí)題 17
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第2章 控制系統(tǒng) 25
2.1 化工工藝中的控制系統(tǒng) 25
2.1.1 概述 25
2.1.2 基本控制系統(tǒng)的組成 28
2.1.3 常見的控制結(jié)構(gòu) 29
2.1.4 典型化工設(shè)備的控制方案 32
2.1.5 控制系統(tǒng)操作要點(diǎn) 35
2.2 DCS系統(tǒng) 38
2.2.1 概述 38
2.2.2 DCS系統(tǒng)操作 39
2.2.3 DCS畫面 40
習(xí)題 42
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參考文獻(xiàn) 44
第3章 化工工藝操作 45
3.1 設(shè)備投運(yùn) 45
3.1.1 開車安全檢查 45
3.1.2 水運(yùn)和汽運(yùn) 46
3.1.3 耐壓試驗(yàn) 47
3.1.4 吹掃與置換 49
3.1.5 抽加盲板 49
3.2 儀表使用 50
3.2.1 液位計(jì)的投用與檢查 50
3.2.2 壓力表的投用與檢查 51
3.2.3 溫度計(jì)的投用與檢查 52
3.2.4 流量表的投用與檢查 53
3.2.5 調(diào)節(jié)閥失靈的判斷和處理 54
3.3 操作安全 55
3.3.1 設(shè)備運(yùn)行前的鈍化防爆技術(shù) 55
3.3.2 設(shè)備的啟停 55
3.3.3 設(shè)備運(yùn)行中閥門的使用和維護(hù) 58
3.3.4 設(shè)備中的排液(水) 59
3.3.5 設(shè)備運(yùn)行中管線跑料的處理 60
3.3.6 勞保用品的正確使用 61
3.3.7 安全生產(chǎn)措施的應(yīng)用 62
習(xí)題 65
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中篇 典型化工工藝虛擬仿真
第4章 DSAS虛擬仿真軟件 70
4.1 仿真軟件簡(jiǎn)介 70
4.2 化工過程動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 71
4.2.1 軟件功能說明 71
4.2.2 學(xué)員臺(tái)SStation 71
4.2.3 教師臺(tái)TStation 72
4.2.4 動(dòng)態(tài)模擬與分析系統(tǒng)DSAS 73
4.2.5 仿集散控制系統(tǒng)VDCS 73
4.3 VDCS操作方法 75
4.4 3D虛擬現(xiàn)場(chǎng)操作系統(tǒng)3DField 77
習(xí)題 79
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參考文獻(xiàn) 80
第5章 脫丙烷精餾塔仿真軟件操作 81
5.1 脫丙烷精餾工藝流程描述 81
5.2 主要設(shè)備、主要調(diào)節(jié)器及儀表說明 82
5.3 裝置開車程序 83
5.4 裝置停車程序 85
5.5 異常工況及事故處理 85
習(xí)題 86
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參考文獻(xiàn) 89
第6章 催化裂化吸收塔仿真軟件操作 90
6.1 催化裂化吸收工序流程描述 90
6.2 主要設(shè)備、主要調(diào)節(jié)器及儀表說明 91
6.3 裝置開車程序 93
6.4 正常操作 94
6.5 裝置停車程序 94
6.6 異常工況及事故處理 95
習(xí)題 96
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參考文獻(xiàn) 100
第7章 電石法生產(chǎn)乙炔工藝仿真操作 101
7.1 乙炔工藝流程描述 101
7.1.1 乙炔生產(chǎn)方法簡(jiǎn)介 101
7.1.2 電石法生產(chǎn)乙炔工藝描述 101
7.2 主要設(shè)備 103
7.3 裝置開車程序 103
7.3.1 破碎崗位 103
7.3.2 發(fā)生上料崗位 104
7.3.3 發(fā)生排渣崗位 104
7.3.4 清凈崗位 105
7.4 裝置停車程序 106
7.4.1 破碎崗位 106
7.4.2 發(fā)生上料崗位 106
7.4.3 發(fā)生排渣崗位 107
7.4.4 清凈崗位 107
7.5 事故處理 107
習(xí)題 107
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參考文獻(xiàn) 109
第8章 合成氨合成工序仿真操作 110
8.1 合成氨合成工序流程描述 110
8.1.1 合成氨生產(chǎn)方法簡(jiǎn)介 110
8.1.2 合成工序流程描述 111
8.2 主要設(shè)備 112
8.3 裝置開車程序 112
8.4 裝置停車程序 114
8.5 事故處理 114
8.5.1 IS04501-氨合成部分 114
8.5.2 IS04502-開工加熱爐 115
8.5.3 IS04503-氨分離器低液位聯(lián)鎖 115
8.5.4 IS04504-緩沖槽D04502高液位聯(lián)鎖 115
8.5.5 IS04601-氨壓縮機(jī)的跳閘 116
8.5.6 I04505-緩沖槽D04502低液位 116
8.5.7 IS04602-尾氣放火炬跳閘 116
8.5.8 I04603-閃蒸槽D04601低液位聯(lián)鎖 117
8.5.9 I04604-氨排放泵P04602聯(lián)鎖 117
習(xí)題 117
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參考文獻(xiàn) 119
第9章 乙烯直接氧化法生產(chǎn)乙醛工藝仿真操作 120
9.1 乙烯直接氧化法生產(chǎn)乙醛工藝流程描述 120
9.1.1 反應(yīng)單元 121
9.1.2 蒸餾單元 122
9.1.3 再生單元 122
9.1.4 中間罐區(qū) 123
9.2 主要設(shè)備、主要調(diào)節(jié)器及儀表說明 123
9.3 裝置開車程序 128
9.3.1 開車前的準(zhǔn)備工作 128
9.3.2 反應(yīng)單元開車 128
9.3.3 蒸餾單元開車 129
9.3.4 中間罐區(qū)開車 130
9.3.5 再生單元開車 130
9.4 裝置停車程序 131
9.4.1 反應(yīng)單元停車程序 131
9.4.2 蒸餾單元停車程序 131
9.4.3 再生單元停車程序 132
9.5 事故處理 132
習(xí)題 134
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下篇 化工工藝運(yùn)行安全分析
第10章 化工安全分析 138
10.1 化工安全分析的基本概念 138
10.1.1 化工安全分析的由來 138
10.1.2 化工安全分析的分類 139
10.1.3 化工安全分析的目的和作用 140
10.2 化工工藝安全分析方法 141
10.3 HAZOP分析方法 145
10.3.1 HAZOP分析的原理 146
10.3.2 HAZOP分析的實(shí)施過程 146
10.3.3 HAZOP分析的優(yōu)勢(shì) 149
10.3.4 HAZOP分析的不足 150
10.3.5 HAZOP分析的國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 150
10.4 化工工藝安全分析的發(fā)展趨勢(shì) 152
習(xí)題 153
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參考文獻(xiàn) 155
第11章 基于動(dòng)態(tài)模擬的化工工藝安全分析 156
11.1 化工過程動(dòng)態(tài)模擬的基本概念 156
11.2 化工過程動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái) 158
11.2.1 Aspen Plus穩(wěn)態(tài)模擬平臺(tái)簡(jiǎn)介 158
11.2.2 Aspen Dynamics動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)簡(jiǎn)介 159
11.2.3 Aspen HYSYS動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)簡(jiǎn)介 161
11.3 基于Aspen Dynamics的HAZOP分析 162
11.3.1 DynSim-HAZOP方法的原理 162
11.3.2 DynSim-HAZOP方法的流程 163
11.3.3 DynSim-HAZOP方法的定量化方法 164
11.4 合成氨合成工序案例 164
11.4.1 合成氨合成系統(tǒng)中潛在危險(xiǎn)因素分析 164
11.4.2 合成氨合成系統(tǒng)的穩(wěn)、動(dòng)態(tài)模擬 167
11.4.3 合成氨合成系統(tǒng)的DynSim-HAZOP分析 172
習(xí)題 174
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參考文獻(xiàn) 177
第12章 安全與防護(hù) 178
12.1 化學(xué)工業(yè)發(fā)展伴生的新危險(xiǎn) 178
12.2 化學(xué)工業(yè)對(duì)安全的新要求 179
12.3 石油化工安全生產(chǎn)的有關(guān)法律和規(guī)范 179
12.4 化工生產(chǎn)中的危險(xiǎn)化學(xué)品 183
12.5 安全泄放裝置 184
12.5.1 安全泄放裝置的分類 185
12.5.2 安全閥保護(hù)裝置 186
12.5.3 爆破片裝置 186
12.6 安全聯(lián)鎖裝置 187
12.6.1 安全聯(lián)鎖裝置的分類 187
12.6.2 安全聯(lián)鎖裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用 188
12.7 緊急停車裝置 189
12.8 安全教育 190
12.8.1 三級(jí)安全教育和特殊工種教育 190
12.8.2 安全教育的內(nèi)容 190
12.9 人身防護(hù)措施 191
12.9.1 個(gè)人防護(hù)用品配置 191
12.9.2 事故應(yīng)急處理措施 191
習(xí)題 192
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參考文獻(xiàn) 195
附錄 196
附錄A 幾起重大化工生產(chǎn)事故案例分析 196
附錄B 常見易燃易爆氣體的燃燒熱和在空氣中的爆炸極限 200
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