研究表明，減少化工事故最有效的方法是從源頭上設計本質安全化的化工過程。本質安全化是指通過在設計中利用永久性的、與化工過程不可分割的物理或化學的措施消除危險或降低發生事故的概率和后果的嚴重程度，而不是依靠控制系統、聯鎖或冗長的操作程序等預防事故。現有的研究工作通過在設計階段選擇不同的反應路徑降低事故發生時帶來的損失，但是這不能確保降低事故發生的概率。對於復雜的化工過程，即使確定了反應路徑，系統也可能存在多個穩態操作點，而它們的穩定性不盡相同，在外部擾動的情況下脫離該操作點進入不穩定區域的概率也不盡相同。另一方面，化工過程的體系中存在Hopf奇異點，在這些奇異點會引發周期性的振盪，影響化工過程的平穩操作，進而給安全生產帶來較大挑戰。本書介紹了化工過程的多穩態及其穩定性現象，建立了量化表征穩定的穩態點的穩定性的方法； 介紹了化工過程動態系統中操作參數區域內Hopf奇異點的識別方法，建立了表征操作點可能落入奇異點操作區域產生振盪現象的潛在風險的方法； 最后，在上述方法的基礎上建立了綜合考慮穩定穩態點的穩定性，同時盡量規避Hopf奇異點區域的化工過程優化設計方法框架，為設計本質更安全的化工過程提供理論依據。

第1章 引言1.1背景簡介1.2本質安全化設計方法研究進展1.3本書內容介紹參考文獻第2章 化工過程中的多穩態現象2.1引言2.2非線性方程組求解方法2.2.1線性方程組高斯消元法和共軛梯度法2.2.2牛頓法及其變體2.2.3同倫延拓法2.2.4多啟動延拓法2.2.5單純形算法和長方體算法2.2.6郭濤算法2.2.7擴展的同倫延拓法2.2.8算法小結2.3案例一全混釜串聯反應過程2.3.1反應過程簡介2.3.2反應過程數學模型2.3.3單參數變化時的多穩態解現象2.3.4穩態解在操作參數空間中的分布2.3.5結果討論2.4案例二甲苯氧化反應過程2.4.1引言2.4.2化工過程2.4.3甲苯氧化過程數學模型2.4.4甲苯氧化過程模擬2.4.5甲苯氧化過程的多穩態解現象2.4.6結果討論2.5本章小結參考文獻第3章 化工過程多穩態點的穩定性分析3.1引言3.2穩定性的概念3.3穩定性的判斷方法3.3.1李雅普諾夫判斷方法3.3.2用奇異點判斷系統的穩定性3.4案例一發酵反應過程3.4.1發酵反應過程的數學模型3.4.2穩態點的穩定性判斷3.4.3不同操作條件下的穩定性區域划分3.4.4結果討論3.5案例二苯乙烯聚合反應3.5.1苯乙烯聚合反應過程簡介3.5.2苯乙烯聚合過程的數學模型3.5.3苯乙烯聚合過程的多穩態及其穩定性3.5.4結果討論3.6本章小結參考文獻第4章 穩定穩態點的穩定性的量化及其應用4.1引言4.2 穩定穩態操作點穩定性的表征4.2.1 穩定穩態點所能承受的最大擾動范圍4.2.2穩定穩態點在擾動下的收斂速率4.3 穩定穩態操作點的穩定性量化表征4.3.1穩定穩態點所能承受的最大擾動范圍的量化表征4.3.2穩定穩態點在擾動下的收斂速率的量化表征4.4本章小結參考文獻第5章 化工過程中的奇異點及相應的設計方法研究5.1引言5.2微生物連續發酵過程中的振盪現象5.3化工過程中的奇異點5.3.1Hopf點的識別5.3.2Hopf分岔周期解的計算5.3.3Hopf奇異點分析框架5.4 運動發酵單胞菌連續發酵生產生物乙醇5.4.1發酵過程模型5.4.2體系中的Hopf奇異點與極限環5.4.3參數變化對Hopf奇異點的影響5.4.4結果討論5.5 肺炎克雷伯菌連續發酵生產1，3?丙二醇5.5.1引言5.5.2發酵過程描述5.5.3厭氧發酵過程的代謝路徑5.5.4發酵過程的模型5.5.5奇異點及振盪現象5.5.6 Hopf奇異點區域5.5.7定量描述操作點到奇異點區域的表征方法5.5.8 1，3丙二醇生產過程的優化設計5.5.9 考慮Hopf奇異點分布的優化計算結果5.5.10考慮穩定性的優化計算結果5.5.11結果討論5.6設計思路5.7本章小結參考文獻第6章 本質安全化的化工過程設計方法框架6.1引言6.2設計框架6.3穩定性量化表征在優化設計中的應用6.3.1設計步驟6.3.2計算案例6.4考慮Hopf奇異點影響范圍的優化設計6.4.1奇異點分布6.4.2未考慮奇異點區域影響的優化設計6.4.3綜合考慮奇異點區域影響的優化設計6.5本章小結參考文獻第7章 穩定性分析的工業實例7.1聚丙烯工業發展概況7.2氣相卧式攪拌釜聚丙烯反應器的穩態模型7.2.1氣相卧式攪拌釜聚丙烯反應器介紹7.2.2反應器模型7.2.3物性方法7.2.4反應動力學7.3氣相卧式攪拌釜反應器多穩態分析及其穩定性研究7.3.1氣相卧式攪拌釜聚丙烯反應器的多穩態現象7.3.2穩定性分析及工況操作點范圍識別7.3.3多分岔變量下的多穩態現象7.4本章小結參考文獻第8章 后續研究展望——穩定性與柔性相結合8.1引言8.1.1后續研究方向8.1.2化工柔性分析簡介8.2柔性與穩定性聯立計算的必要性8.2.1甲基丙烯酸甲酯聚合反應過程8.2.2甲基丙烯酸甲酯聚合反應過程可行域及柔性區域8.2.3兩種情況的對比8.3柔性與穩定性聯立計算算法8.4柔性與穩定性聯立計算算法的討論8.5本章小結參考文獻

現代化工生產具有規模超大、能量密集、產物多樣等特點，歷來都是安全生產的重中之重。近年來，隨着我國經濟的飛速發展，對各類基本化學品的需求日益增長，裝置規模不斷擴大，其中相當一部分生產過程是在高溫高壓條件下處理大流量的易燃易爆物料，不難想象，這些裝置一旦發生事故，后果很難局限在廠區范圍之內，極易演變成危害長遠的生態災難。最近幾年發生的一系列化工事故及其引發的后續災害，使人們認識到提高化工生產過程安全的重要性和緊迫性。化工安全是一個復雜的系統工程問題，既有政策、法規方面的問題，也有技術、管理方面的問題。目前，人們關注的重點大多放在事故發生當時和隨后的應急措施上面，這是完全必要的。但要保證化工生產安全，從技術角度來看，關鍵是要從源頭上減少事故發生的概率，即在設計階段，就要着力設計出具有本質安全特征的生產過程，這種過程本身就具有維持其穩定運行及不易發生事故的能力。至今，化工領域已通過強化、代替、緩和、簡化等途徑使所設計的過程具有比較小的危險性，例如，避免選擇具有危險中間產品的反應路徑； 采用比較溫和的操作條件(避免高溫、高壓)； 盡可能采用基於先進技術的易於控制的簡單流程等。這些工作都為本質安全化工過程的設計奠定了很好的基礎。