精细化工和制药过程控制

第1章 绪论

1.1 自动化控制系统的组成和发展

1.1.1 引言

1.1.2 自动控制发展史

1.1.3 自动控制的领域和分支

1.2 过程控制仪表的分类和发展

1.2.1 过程控制仪表的动力分类

1.2.2 仪表的功能和性能分类

1.3 精细化工和制药生产与自动化关系的现状、比较和趋势

第2章 自动控制原理基础

2.1 概述

2.1.1 反馈

2.1.2 控制系统的基本概念和基本要求

2.2 系统数学描述

2.2.1 传递函数

2.2.2 拉普拉斯变换

2.2.3 方块图运算

2.2.4 建立数学模型

2.3 线性系统的时域分析

2.3.1 控制系统的过渡过程

2.3.2 二阶系统的时域分析

2.4 线性系统的稳定性分析

2.4.1 稳定性的概念

2.4.2 劳斯稳定判据

2.5 其他控制系统分析、综合方法简介

2.5.1 根轨迹法简介

2.5.2 频率响应法简介

2.5.3 控制系统的综合与补偿简介

思考题

习题

第3章 模拟量信号仪表

3.1 检测和控制仪表概述

3.2 温度测量和变送

3.2.1 热电偶温度计

3.2.2 热电阻温度计

3.3 压力测量

3.3.1 弹性式压力检测

3.3.2 应变片式压力检测

3.3.3 压阻式压力检测

3.3.4 压力表的选择与安装

3.4 流量测量

3.4.1 容积式流量计

3.4.2 节流式流量计

3.4.3 浮子式流量计

3.4.4 涡轮流量计

3.4.5 漩涡（涡街）流量计

3.4.6 电磁流量计

3.5 物位测量

3.5.1 浮力式液位测量

3.5.2 静压式液位测量

3.5.3 电容式物位测量

3.6 制药过程和生化反应的成分测量

3.6.1 氧化锆氧量成分测量

3.6.2 色谱成分测量

3.6.3 pH的在线测量

3.6.4 浊度的检测

3.6.5 溶解氧浓度（DO）的在线测量

3.6.6 发酵罐内氧气分压的测量

3.7 生物传感器

3.7.1 生物传感器概述

3.7.2 酶传感器

3.7.3 微生物传感器

3.8 调节器和执行机构

3.8.1 调节器的调节规律

3.8.2 执行器

3.8.3 调节器的正反作用选择

思考题

习题

第4章 典型三传一反过程的自动控制技术

4.1 概述

4.2 流体输送设备的控制

4.2.1 流体输送设备

4.2.2 泵的常规控制方案

4.2.3 压缩机的控制方案

4.2.4 流体输送设备控制实施细节

4.3 传热设备的控制

4.3.1 传热设备类型和控制目的

4.3.2 传热设备的单回路控制方案

4.3.3 串级控制

4.3.4 前馈—反馈控制

4.4 精馏塔控制

4.4.1 精馏工艺概述

4.4.2 精馏塔的控制要求

4.4.3 温度（质量）指标反馈控制

4.4.4 按两端质量指标控制

4.4.5 复杂控制系统在精馏塔中的应用

4.4.6 精馏塔塔压的控制

4.4.7 分程控制系统

4.5 反应器控制

4.5.1 化学反应器概述

4.5.2 连续化学反应器的基本控制方案

思考题

习题

第5章 发酵、食品和制药过程控制

5.1 概述

5.2 发酵过程pH、溶解氧、消泡和补料控制

5.2.1 发酵过程

5.2.2 pH控制

5.2.3 溶解氧控制

5.2.4 消泡控制

5.2.5 补料控制

5.3 发酵食品生产过程控制

5.3.1 食品加工

5.3.2 锅炉设备的自动控制

5.3.3 发酵过程的灭菌控制

5.4 制药生产过程控制

5.4.1 工业制药

5.4.2 蒸发器的自动控制

5.4.3 结晶器的自动控制

5.4.4 维生素B6的结晶釜控制

思考题

习题

第6章 过程计算机监控系统

6.1 概述

6.1.1 计算机监控技术

6.1.2 计算机监控系统的组成

6.1.3 过程计算机控制系统的常用类型

6.2 可编程序控制器（PLC）

6.2.1 可编程序控制器的发展历史

6.2.2 可编程序控制器的结构

6.2.3 可编程序控制器的特点和主要功能

6.2.4 可编程序控制器的工作原理

6.2.5 可编程序控制器的用户程序简介

6.2.6 PLC编程的基本技巧

6.2.7 PLC与继电器顺序逻辑控制系统的比较

6.3 集散控制系统（DCS）

6.3.1 集散控制系统的发展和特点

6.3.2 TDC—3000和TPS系统概况

6.3.3 芳烃模拟移动床的DCS控制系统

6.3.4 集散控制系统与PLC的比较

6.4 现场总线控制系统（FCS）

6.4.1 现场总线简介

6.4.2 现场总线的特点

6.4.3 几种主要的现场总线技术

6.4.4 现场总线的实质和优点

思考题

习题

参考文献

《精细化工和制药过程控制》从精细化工和制药生产与自动控制技术的相互依存关系出发，介绍常用仪器仪表和自动控制技术的基础知识，最新的集散计算机控制系统（DCS）和其研究开发应用实例，以及未来的现场总线控制系统FCS。针对精细化工、制药、发酵和间歇生产的若干典型操作单元和生产装置，介绍一些复杂和高级控制技术。
　　精细化工和制药生产过程已经大量使用各种监测仪表和高级自动控制技术。尤其是日益普及的计算机控制技术，不仅能大大提高生产过程的产量、收率、节能和安全性，而且使得整个生产装置和集团公司的信息化管理成为可能，从而根据市场信息和市场预测，最优化调度和指导生产过程。
　　《精细化工和制药过程控制》可作为高等院校相关专业的高年级本科生教材，也可作为研究生以及精细化工和制药生产等相关专业的科研人员、教师和工程师的参考书。

《精细化工和制药过程控制》在内容上将选择性地介绍一些常用的模拟量仪表，浅近地讲解一些基本的反馈和自动控制理论，重点介绍计算机控制系统和典型精细化工及制药过程化工单元的自动控制方法。《精细化工和制药过程控制》共分6章。第1章为绪论，主要讨论精细化工及制药生产与自动化的关系、现状和趋势，回顾和讲述自动化仪表及自动控制技术的发展。第2章主要讲解一些基本的自动控制理论和自动控制系统，例如反馈、稳定性、品质指标、PID控制、简单和复杂控制系统。第3章介绍一些现在仍然常用的测量仪表，如变送器、调节器和执行器等模拟量仪表。第4章重点介绍典型化工单元（传递、传质、传热和反应过程）的自动控制方法，包括流量、温度、压力和成分等常用控制方法和复杂控制系统。第5章重点介绍精细化工和发酵、制药生产过程的常用方法和先进控制系统。第6章重点介绍计算机控制系统和研究开发应用实例，如可编程序控制器PLC、集散控制系统DCS和现场总线控制系统FCS。