《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,以自研的動態模擬與分析系統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例來說明虛擬仿真技術在化工實習中的基礎應用,每章均配有工程案例分析及習題和推薦閱讀材料。
《化工工藝虛擬仿真與安全分析》可作為高等院校化工、石油、生物、制藥、食品、環境、材料等專業的本、專科學生的計算機仿真和實習實訓教材,也可供這些專業的科研、設計、管理及生產人員參考使用。
田文德，青島科技大學化工學院，副院長，副教授，2001年于北京化工大學獲取化學工程專業工學博士學位，2003年由新加坡國立大學以博士后研究員身份完成項目研究后，進入青島科技大學化工學院工作。主講本科課程“化工原理”、“過程工程計算機應用基礎”和研究生課程“化工過程綜合”。主要從事化工系統工程方向的研究工作，內容涉及化工過程動態仿真、報警管理、故障診斷，已完成教育部留學回國人員科研啟動基金項目“化工安全生產中的智能故障診斷系統研究”、山東省優秀中青年科學家科研獎勵基金項目“基于動態模擬的化工過程故障診斷技術研究（No.2006BS05005）”、山東省自然科學基金項目“基于動態故障軟儀表的化工過程二級混合故障診斷系統（No. ZR2009BM033）”，在研山東省自然科學基金項目“基于動態模擬反問題求解的精餾多故障診斷研究（No. ZR2013BL008）”和國家自然科學基金項目“基于非線性動態模型的精餾過程安全智能預測方法與預警策略研究（No. 21576143）”，期間還完成企業委托項目9項，發表論文40余篇，編寫專著1部、教材4部。目前為山東化學化工學會的化工安全專業委員會委員、國家自然科學基金項目的評審專家。
上篇 基礎知識
第1章 化工工藝仿真 2
1.1 化工工藝簡介 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 系統仿真的概念 4
1.2.2 虛擬現實的概念 5
1.2.3 虛擬仿真的概念 6
1.2.4 虛擬仿真訓練系統的概念 7
1.3 虛擬仿真技術概述 8
1.3.1 虛擬仿真技術的發展 8
1.3.2 虛擬仿真技術的特點 9
1.3.3 虛擬仿真技術的應用 9
1.4 化工生產中的虛擬仿真技術 10
1.4.1 化工虛擬仿真技術的應用背景 10
1.4.2 化工虛擬仿真技術的現狀與發展 11
1.4.3 化工虛擬仿真技術的作用及意義 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
習題 17
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第2章 控制系統 25
2.1 化工工藝中的控制系統 25
2.1.1 概述 25
2.1.2 基本控制系統的組成 28
2.1.3 常見的控制結構 29
2.1.4 典型化工設備的控制方案 32
2.1.5 控制系統操作要點 35
2.2 DCS系統 38
2.2.1 概述 38
2.2.2 DCS系統操作 39
2.2.3 DCS畫面 40
習題 42
推薦閱讀材料 42
參考文獻 44
第3章 化工工藝操作 45
3.1 設備投運 45
3.1.1 開車安全檢查 45
3.1.2 水運和汽運 46
3.1.3 耐壓試驗 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 溫度計的投用與檢查 52
3.2.4 流量表的投用與檢查 53
3.2.5 調節閥失靈的判斷和處理 54
3.3 操作安全 55
3.3.1 設備運行前的鈍化防爆技術 55
3.3.2 設備的啟停 55
3.3.3 設備運行中閥門的使用和維護 58
3.3.4 設備中的排液(水) 59
3.3.5 設備運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 安全生產措施的應用 62
習題 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 仿真軟件簡介 70
4.2 化工過程動態模擬系統結構 71
4.2.1 軟件功能說明 71
4.2.2 學員臺SStation 71
4.2.3 教師臺TStation 72
4.2.4 動態模擬與分析系統DSAS 73
4.2.5 仿集散控制系統VDCS 73
4.3 VDCS操作方法 75
4.4 3D虛擬現場操作系統3DField 77
習題 79
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參考文獻 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 主要設備、主要調節器及儀表說明 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
習題 86
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參考文獻 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 主要設備、主要調節器及儀表說明 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
習題 96
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參考文獻 100
第7章 電石法生產乙炔工藝仿真操作 101
7.1 乙炔工藝流程描述 101
7.1.1 乙炔生產方法簡介 101
7.1.2 電石法生產乙炔工藝描述 101
7.2 主要設備 103
7.3 裝置開車程序 103
7.3.1 破碎崗位 103
7.3.2 發生上料崗位 104
7.3.3 發生排渣崗位 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 發生上料崗位 106
7.4.3 發生排渣崗位 107
7.4.4 清凈崗位 107
7.5 事故處理 107
習題 107
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參考文獻 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 合成氨生產方法簡介 110
8.1.2 合成工序流程描述 111
8.2 主要設備 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-氨分離器低液位聯鎖 115
8.5.4 IS04504-緩沖槽D04502高液位聯鎖 115
8.5.5 IS04601-氨壓縮機的跳閘 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低液位聯鎖 117
8.5.9 I04604-氨排放泵P04602聯鎖 117
習題 117
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參考文獻 119
第9章 乙烯直接氧化法生產乙醛工藝仿真操作 120
9.1 乙烯直接氧化法生產乙醛工藝流程描述 120
9.1.1 反應單元 121
9.1.2 蒸餾單元 122
9.1.3 再生單元 122
9.1.4 中間罐區 123
9.2 主要設備、主要調節器及儀表說明 123
9.3 裝置開車程序 128
9.3.1 開車前的準備工作 128
9.3.2 反應單元開車 128
9.3.3 蒸餾單元開車 129
9.3.4 中間罐區開車 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
習題 134
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下篇 化工工藝運行安全分析
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分析的實施過程 146
10.3.3 HAZOP分析的優勢 149
10.3.4 HAZOP分析的不足 150
10.3.5 HAZOP分析的國內外現狀和發展趨勢 150
10.4 化工工藝安全分析的發展趨勢 152
習題 153
推薦閱讀材料 154
參考文獻 155
第11章 基于動態模擬的化工工藝安全分析 156
11.1 化工過程動態模擬的基本概念 156
11.2 化工過程動態模擬平臺 158
11.2.1 Aspen Plus穩態模擬平臺簡介 158
11.2.2 Aspen Dynamics動態模擬平臺簡介 159
11.2.3 Aspen HYSYS動態模擬平臺簡介 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 合成氨合成系統中潛在危險因素分析 164
11.4.2 合成氨合成系統的穩、動態模擬 167
11.4.3 合成氨合成系統的DynSim-HAZOP分析 172
習題 174
推薦閱讀材料 175
參考文獻 177
第12章 安全與防護 178
12.1 化學工業發展伴生的新危險 178
12.2 化學工業對安全的新要求 179
12.3 石油化工安全生產的有關法律和規范 179
12.4 化工生產中的危險化學品 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 安全閥保護裝置 186
12.5.3 爆破片裝置 186
12.6 安全聯鎖裝置 187
12.6.1 安全聯鎖裝置的分類 187
12.6.2 安全聯鎖裝置設計與應用 188
12.7 緊急停車裝置 189
12.8 安全教育 190
12.8.1 三級安全教育和特殊工種教育 190
12.8.2 安全教育的內容 190
12.9 人身防護措施 191
12.9.1 個人防護用品配置 191
12.9.2 事故應急處理措施 191
習題 192
推薦閱讀材料 193
參考文獻 195
附錄 196
附錄A 幾起重大化工生產事故案例分析 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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