第1章 引言 1
1.1 背景简介 1
1.2 本质安全化设计方法研究进展 2
1.3 本书内容介绍 6
参考文献 7
第2章 化工过程中的多稳态现象 10
2.1 引言 10
2.2 非线性方程组求解方法 10
2.2.1 线性方程组高斯消元法和共轭梯度法 11
2.2.2 牛顿法及其变体 14
2.2.3 同伦延拓法 16
2.2.4 多启动延拓法 18
2.2.5 单纯形算法和长方体算法 19
2.2.6 郭涛算法 21
2.2.7 扩展的同伦延拓法 24
2.2.8 算法小结 25
2.3 案例一 全混釜串联反应过程 26
2.3.1 反应过程简介 26
2.3.2 反应过程数学模型 27
2.3.3 单参数变化时的多稳态解现象 28
2.3.4 稳态解在操作参数空间中的分布 31
2.3.5 结果讨论 32
2.4 案例二 甲苯氧化反应过程 33
2.4.1 引言 33
2.4.2 化工过程 34
2.4.3 甲苯氧化过程数学模型 35
2.4.4 甲苯氧化过程模拟 38
2.4.5 甲苯氧化过程的多稳态解现象 39
2.4.6 结果讨论 42
2.5 本章小结 42
参考文献 42
第3章 化工过程多稳态点的稳定性分析 45
3.1 引言 45
3.2 稳定性的概念 46
3.3 稳定性的判断方法 48
3.3.1 李雅普诺夫判断方法 48
3.3.2 用奇异点判断系统的稳定性 50
3.4 案例一 发酵反应过程 51
3.4.1 发酵反应过程的数学模型 51
3.4.2 稳态点的稳定性判断 52
3.4.3 不同操作条件下的稳定性区域划分 55
3.4.4 结果讨论 56
3.5 案例二 苯乙烯聚合反应 57
3.5.1 苯乙烯聚合反应过程简介 57
3.5.2 苯乙烯聚合过程的数学模型 58
3.5.3 苯乙烯聚合过程的多稳态及其稳定性 59
3.5.4 结果讨论 59
3.6 本章小结 60
参考文献 61
第4章 稳定稳态点的稳定性的量化及其应用 63
4.1 引言 63
4.2 稳定稳态操作点稳定性的表征 63
4.2.1 稳定稳态点所能承受的最大扰动范围 63
4.2.2 稳定稳态点在扰动下的收敛速率 71
4.3 稳定稳态操作点的稳定性量化表征 72
4.3.1 稳定稳态点所能承受的最大扰动范围的量化表征 73
4.3.2 稳定稳态点在扰动下的收敛速率的量化表征 73
4.4 本章小结 79
参考文献 79
第5章 化工过程中的奇异点及相应的设计方法研究 80
5.1 引言 80
5.2 微生物连续发酵过程中的振荡现象 80
5.3 化工过程中的奇异点 81
5.3.1 Hopf点的识别 82
5.3.2 Hopf分岔周期解的计算 83
5.3.3 Hopf奇异点分析框架 83
5.4 运动发酵单胞菌连续发酵生产生物乙醇 84
5.4.1 发酵过程模型 86
5.4.2 体系中的Hopf奇异点与极限环 89
5.4.3 参数变化对Hopf奇异点的影响 90
5.4.4 结果讨论 97
5.5 肺炎克雷伯菌连续发酵生产1，3-丙二醇 98
5.5.1 引言 98
5.5.2 发酵过程描述 99
5.5.3 厌氧发酵过程的代谢路径 99
5.5.4 发酵过程的模型 99
5.5.5 奇异点及振荡现象 102
5.5.6 Hopf奇异点区域 103
5.5.7 定量描述操作点到奇异点区域的表征方法 103
5.5.8 1，3-丙二醇生产过程的优化设计 106
5.5.9 考虑Hopf奇异点分布的优化计算结果 109
5.5.10 考虑稳定性的优化计算结果 115
5.5.11 结果讨论 119
5.6 设计思路 120
5.7 本章小结 120
参考文献 121
第6章 本质安全化的化工过程设计方法框架 126
6.1 引言 126
6.2 设计框架 126
6.3 稳定性量化表征在优化设计中的应用 128
6.3.1 设计步骤 128
6.3.2 计算案例 129
6.4 考虑Hopf奇异点影响范围的优化设计 132
6.4.1 奇异点分布 132
6.4.2 未考虑奇异点区域影响的优化设计 133
6.4.3 综合考虑奇异点区域影响的优化设计 134
6.5 本章小结 136
参考文献 136
第7章 稳定性分析的工业实例 137
7.1 聚丙烯工业发展概况 137
7.2 气相卧式搅拌釜聚丙烯反应器的稳态模型 139
7.2.1 气相卧式搅拌釜聚丙烯反应器介绍 139
7.2.2 反应器模型 140
7.2.3 物性方法 143
7.2.4 反应动力学 145
7.3 气相卧式搅拌釜反应器多稳态分析及其稳定性研究 148
7.3.1 气相卧式搅拌釜聚丙烯反应器的多稳态现象 148
7.3.2 稳定性分析及工况操作点范围识别 153
7.3.3 多分岔变量下的多稳态现象 162
7.4 本章小结 164
参考文献 165
第8章 后续研究展望——稳定性与柔性相结合 166
8.1 引言 166
8.1.1 后续研究方向 166
8.1.2 化工柔性分析简介 167
8.2 柔性与稳定性联立计算的必要性 168
8.2.1 甲基丙烯酸甲酯聚合反应过程 168
8.2.2 甲基丙烯酸甲酯聚合反应过程可行域及柔性区域 169
8.2.3 两种情况的对比 171
8.3 柔性与稳定性联立计算算法 172
8.4 柔性与稳定性联立计算算法的讨论 176
8.5 本章小结 177
参考文献 177