《化工工艺虚拟仿真与安全分析》以化工工艺操作、DCS控制、化工过程虚拟仿真和化工工艺安全分析为编写主线,以自研的动态模拟与分析系统DSAS为工具,通过两种化工单元操作和三种化工工艺操作的具体实例来说明虚拟仿真技术在化工实习中的基础应用,每章均配有工程案例分析及习题和推荐阅读材料。
《化工工艺虚拟仿真与安全分析》可作为高等院校化工、石油、生物、制药、食品、环境、材料等专业的本、专科学生的计算机仿真和实习实训教材,也可供这些专业的科研、设计、管理及生产人员参考使用。
田文德，青岛科技大学化工学院，副院长，副教授，2001年于北京化工大学获取化学工程专业工学博士学位，2003年由新加坡国立大学以博士后研究员身份完成项目研究后，进入青岛科技大学化工学院工作。主讲本科课程“化工原理”、“过程工程计算机应用基础”和研究生课程“化工过程综合”。主要从事化工系统工程方向的研究工作，内容涉及化工过程动态仿真、报警管理、故障诊断，已完成教育部留学回国人员科研启动基金项目“化工安全生产中的智能故障诊断系统研究”、山东省优秀中青年科学家科研奖励基金项目“基于动态模拟的化工过程故障诊断技术研究（No.2006BS05005）”、山东省自然科学基金项目“基于动态故障软仪表的化工过程二级混合故障诊断系统（No. ZR2009BM033）”，在研山东省自然科学基金项目“基于动态模拟反问题求解的精馏多故障诊断研究（No. ZR2013BL008）”和国家自然科学基金项目“基于非线性动态模型的精馏过程安全智能预测方法与预警策略研究（No. 21576143）”，期间还完成企业委托项目9项，发表论文40余篇，编写专著1部、教材4部。目前为山东化学化工学会的化工安全专业委员会委员、国家自然科学基金项目的评审专家。
上篇 基础知识
第1章 化工工艺仿真 2
1.1 化工工艺简介 2
1.1.1 化工工艺定义 2
1.1.2 化工工艺过程 3
1.2 虚拟仿真定义 4
1.2.1 系统仿真的概念 4
1.2.2 虚拟现实的概念 5
1.2.3 虚拟仿真的概念 6
1.2.4 虚拟仿真训练系统的概念 7
1.3 虚拟仿真技术概述 8
1.3.1 虚拟仿真技术的发展 8
1.3.2 虚拟仿真技术的特点 9
1.3.3 虚拟仿真技术的应用 9
1.4 化工生产中的虚拟仿真技术 10
1.4.1 化工虚拟仿真技术的应用背景 10
1.4.2 化工虚拟仿真技术的现状与发展 11
1.4.3 化工虚拟仿真技术的作用及意义 12
1.5 化工工艺仿真的主要用途 13
1.5.1 工艺开停车 13
1.5.2 工艺分析 15
1.5.3 控制方案研究 16
1.5.4 安全分析 16
习题 17
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第2章 控制系统 25
2.1 化工工艺中的控制系统 25
2.1.1 概述 25
2.1.2 基本控制系统的组成 28
2.1.3 常见的控制结构 29
2.1.4 典型化工设备的控制方案 32
2.1.5 控制系统操作要点 35
2.2 DCS系统 38
2.2.1 概述 38
2.2.2 DCS系统操作 39
2.2.3 DCS画面 40
习题 42
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参考文献 44
第3章 化工工艺操作 45
3.1 设备投运 45
3.1.1 开车安全检查 45
3.1.2 水运和汽运 46
3.1.3 耐压试验 47
3.1.4 吹扫与置换 49
3.1.5 抽加盲板 49
3.2 仪表使用 50
3.2.1 液位计的投用与检查 50
3.2.2 压力表的投用与检查 51
3.2.3 温度计的投用与检查 52
3.2.4 流量表的投用与检查 53
3.2.5 调节阀失灵的判断和处理 54
3.3 操作安全 55
3.3.1 设备运行前的钝化防爆技术 55
3.3.2 设备的启停 55
3.3.3 设备运行中阀门的使用和维护 58
3.3.4 设备中的排液(水) 59
3.3.5 设备运行中管线跑料的处理 60
3.3.6 劳保用品的正确使用 61
3.3.7 安全生产措施的应用 62
习题 65
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中篇 典型化工工艺虚拟仿真
第4章 DSAS虚拟仿真软件 70
4.1 仿真软件简介 70
4.2 化工过程动态模拟系统结构 71
4.2.1 软件功能说明 71
4.2.2 学员台SStation 71
4.2.3 教师台TStation 72
4.2.4 动态模拟与分析系统DSAS 73
4.2.5 仿集散控制系统VDCS 73
4.3 VDCS操作方法 75
4.4 3D虚拟现场操作系统3DField 77
习题 79
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参考文献 80
第5章 脱丙烷精馏塔仿真软件操作 81
5.1 脱丙烷精馏工艺流程描述 81
5.2 主要设备、主要调节器及仪表说明 82
5.3 装置开车程序 83
5.4 装置停车程序 85
5.5 异常工况及事故处理 85
习题 86
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参考文献 89
第6章 催化裂化吸收塔仿真软件操作 90
6.1 催化裂化吸收工序流程描述 90
6.2 主要设备、主要调节器及仪表说明 91
6.3 装置开车程序 93
6.4 正常操作 94
6.5 装置停车程序 94
6.6 异常工况及事故处理 95
习题 96
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参考文献 100
第7章 电石法生产乙炔工艺仿真操作 101
7.1 乙炔工艺流程描述 101
7.1.1 乙炔生产方法简介 101
7.1.2 电石法生产乙炔工艺描述 101
7.2 主要设备 103
7.3 装置开车程序 103
7.3.1 破碎岗位 103
7.3.2 发生上料岗位 104
7.3.3 发生排渣岗位 104
7.3.4 清净岗位 105
7.4 装置停车程序 106
7.4.1 破碎岗位 106
7.4.2 发生上料岗位 106
7.4.3 发生排渣岗位 107
7.4.4 清净岗位 107
7.5 事故处理 107
习题 107
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参考文献 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 合成氨生产方法简介 110
8.1.2 合成工序流程描述 111
8.2 主要设备 112
8.3 装置开车程序 112
8.4 装置停车程序 114
8.5 事故处理 114
8.5.1 IS04501-氨合成部分 114
8.5.2 IS04502-开工加热炉 115
8.5.3 IS04503-氨分离器低液位联锁 115
8.5.4 IS04504-缓冲槽D04502高液位联锁 115
8.5.5 IS04601-氨压缩机的跳闸 116
8.5.6 I04505-缓冲槽D04502低液位 116
8.5.7 IS04602-尾气放火炬跳闸 116
8.5.8 I04603-闪蒸槽D04601低液位联锁 117
8.5.9 I04604-氨排放泵P04602联锁 117
习题 117
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参考文献 119
第9章 乙烯直接氧化法生产乙醛工艺仿真操作 120
9.1 乙烯直接氧化法生产乙醛工艺流程描述 120
9.1.1 反应单元 121
9.1.2 蒸馏单元 122
9.1.3 再生单元 122
9.1.4 中间罐区 123
9.2 主要设备、主要调节器及仪表说明 123
9.3 装置开车程序 128
9.3.1 开车前的准备工作 128
9.3.2 反应单元开车 128
9.3.3 蒸馏单元开车 129
9.3.4 中间罐区开车 130
9.3.5 再生单元开车 130
9.4 装置停车程序 131
9.4.1 反应单元停车程序 131
9.4.2 蒸馏单元停车程序 131
9.4.3 再生单元停车程序 132
9.5 事故处理 132
习题 134
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下篇 化工工艺运行安全分析
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 化工安全分析的由来 138
10.1.2 化工安全分析的分类 139
10.1.3 化工安全分析的目的和作用 140
10.2 化工工艺安全分析方法 141
10.3 HAZOP分析方法 145
10.3.1 HAZOP分析的原理 146
10.3.2 HAZOP分析的实施过程 146
10.3.3 HAZOP分析的优势 149
10.3.4 HAZOP分析的不足 150
10.3.5 HAZOP分析的国内外现状和发展趋势 150
10.4 化工工艺安全分析的发展趋势 152
习题 153
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参考文献 155
第11章 基于动态模拟的化工工艺安全分析 156
11.1 化工过程动态模拟的基本概念 156
11.2 化工过程动态模拟平台 158
11.2.1 Aspen Plus稳态模拟平台简介 158
11.2.2 Aspen Dynamics动态模拟平台简介 159
11.2.3 Aspen HYSYS动态模拟平台简介 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 合成氨合成系统中潜在危险因素分析 164
11.4.2 合成氨合成系统的稳、动态模拟 167
11.4.3 合成氨合成系统的DynSim-HAZOP分析 172
习题 174
推荐阅读材料 175
参考文献 177
第12章 安全与防护 178
12.1 化学工业发展伴生的新危险 178
12.2 化学工业对安全的新要求 179
12.3 石油化工安全生产的有关法律和规范 179
12.4 化工生产中的危险化学品 183
12.5 安全泄放装置 184
12.5.1 安全泄放装置的分类 185
12.5.2 安全阀保护装置 186
12.5.3 爆破片装置 186
12.6 安全联锁装置 187
12.6.1 安全联锁装置的分类 187
12.6.2 安全联锁装置设计与应用 188
12.7 紧急停车装置 189
12.8 安全教育 190
12.8.1 三级安全教育和特殊工种教育 190
12.8.2 安全教育的内容 190
12.9 人身防护措施 191
12.9.1 个人防护用品配置 191
12.9.2 事故应急处理措施 191
习题 192
推荐阅读材料 193
参考文献 195
附录 196
附录A 几起重大化工生产事故案例分析 196
附录B 常见易燃易爆气体的燃烧热和在空气中的爆炸极限 200
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