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第一章概论 1

1-1系统工程与过程系统工程 1

一．系统 1

二．过程与过程系统 1

三．系统工程 3

四．过程系统工程 4

1-2过程系统工程的研究内容 5

一．分析与综合 5

二．过程系统分析与综合 5

三．过程系统工程与其它学科的关系 6

1-3过程系统工程的研究方法与手段 7

一．数学模型化与模拟 7

二．数学模型的类型 8

三．计算机辅助流程模拟系统 9

四．专家系统 10

第二章过程单元的模型化与模拟 11

2-1 过程单元的自由度分析 11

一．自由度概念 11

二．物流的自由度 12

三．过程单元的自由度 15

2-2过程单元的模型化与模拟 22

一．闪蒸单元的模型与类型 22

二．等温闪蒸过程的模拟 23

三．绝热闪蒸过程的模拟 27

第三章过程系统的模型化与自由度分析 31

3-1过程系统的模型化 31

一．有向图描述系统结构 31

二．有向图的矩阵表示——结构矩阵 32

三．过程系统结构的表格表示——结构表 35

四．系统结构的代数表示——联结方程 36

3-2过程系统的自由度 37

一．过程系统的自由度分析 37

二．决策变量的确定 40

第四章过程大系统的分解 48

4-1不相关子系统的识别 48

4-2不可分隔子系统的识别 50

一．不可分隔子系统 50

二．矩阵法识别不可分隔子系统 51

三．通路搜索法识别不可分隔子系统 62

第五章过程系统的序贯模块模拟法 67

5-1过程系统模拟的三种基本方法 68

一．序贯模块法 68

二．面向方程法 69

三．联立模块法 69

5-2序贯模块法原理 70

5-3再循环流股的断裂 71

一．断裂的基本概念 71

二．断裂方法的分类 73

三．回路矩阵 73

四．Upadhye—Grens断裂法（1） 74

五．Upadhye—Grens断裂法（2） 78

5-4断裂流股变量的收敛 84

一．收敛单元 85

二．直接迭代法 87

三．Wegstein法 89

四．Broyden法 91

五．收敛判据 95

5-5序贯模块法解设计问题 95

第六章过程系统的面向方程模拟法 97

6-1 面向方程法原理 97

6-2大型稀疏非线性方程组的降维解法 98

一．方程组的分解概念 98

二．输出变量的指定方法 100

三．回路搜索法分解方程组 102

四．不可分解稀疏方程组的断裂降维解法 103

五．n<m型稀疏非线性方程组 104

六．n>m型稀疏非线性方程组 105

6-3联立拟线性方程组法解大型稀疏非线性方程组 105

一．线性化方法 105

二．线性方程组的消去解法 107

三．大型稀疏线性方程组的解法 110

第七章过程系统的联立模块模拟法 116

7-1联立模块法原理 116

7-2建立简化模型的两种切断方式 119

一．联结流股全切断方式 119

二．回路切断方式 120

7-3单元简化模型 122

一．线性简化模型 122

二．非线性简化模型 126

第八章过程系统参数的模拟优化法 130

8-1最优化基本概念 130

一．最优化问题的数学定义 130

二．最优化方法的分类 133

三．过程系统参数优化的类型及特点 134

8-2稳态模拟优化法原理 137

一．稳态模拟优化方法 137

二．稳态模拟优化方法评价标准 138

三．系统模拟优化采用的最优化方法评述 139

8-3可行路径过程系统参数优化法 140

一．可行路径黑箱搜索法 140

二．可行路径联立模块法 141

8-4 Wilson-Han-Powell序列二次规划法 143

一．数学规划理论基础 143

二．Wilson序列二次规划法 145

三无约束最优化的拟牛顿法 147

四．Wilson-Han算法 148

五．Wilson-Han-Powell算法 149

六．W-H-P算法特点 152

8-5不可行路径面向方程法 153

一．HQP问题的分解 153

二．符号高斯消去 155

三．Hesse矩阵更新的Berna法 156

8-6不可行路径联立模块法 158

8-7不可行路径序贯模块法 161

一．收敛模块的扩展——优化模块 161

二．IPOSEQ算法 162

三．IPOSEQ的应用 164

第九章过程系统参数的统计调优法 165

9-1统计调优法原理 165

9-2统计调优模型的建立 167

一．多元线性回归分析 168

二．多元线性逐步回归分析 171

三．线性模型的推广 174

9-3回归试验设计 175

一．回归的正交设计 175

二．回归的均匀设计 177

9-4调优搜索 180

第十章动态系统参数的变分优化法 181

10-1无约束连续系统的最优化 181

一．泛函极值的必要条件 181

二．泛函极值的充分条件 183

10-2有微分形式约束方程的连续系统优化 183

一．目标函数不含终态 183

二．目标函数含终态（终态时刻固定，终端无约束） 188

三．目标函数含终态（终态时刻不定，终端有约束） 192

四．连续系统参数优化的数值解法 195

10-3有不等式约束的连续系统优化 196

第十一章反应路径的综合 197

11-1过程系统综合基本概念 197

一．过程系统综合及其在过程系统设计中的地位 197

二．过程系统综合问题分类 198

三．过程系统综合的基本方法 199

11-2反应路径的类型与综合方法 200

一．反应路经的类型 200

二．反应路径综合的模式与策略 203

三．反应路径的综合方法 204

四．反应路经综合与过程综合的关系 205

11-3矩阵法 205

一．分子表达——BE矩阵 205

二．化学反应的表示——R矩阵 206

11-4符号三角形法 209

一．有机分子表达方法 209

二．有机反应的表达方法 211

三．综合树的产生方法 213

11-5几何法 215

一．嵌套多边形 215

二．自由能－反应条件图 217

三．公差作为公共边的综合方法 218

四．假想公差 220

11-6系统综合中反应路径的早期筛选 222

一．产量与消耗分析 222

二．不完全反应产量与消耗分析 223

第十二章热回收网络的综合 225

12-1热回收网络综合的进展 225

12-2 TI-ED法综合热回收网络 226

一．TI法寻求最大能量回收网络 226

二．热回收网络的ED法调优 233

12-3狭点设计法综合热回收网络 244

一．狭点 244

二．狭点的特性 246

三．狭点位置的确定 248

四．狭点设计法综合能量最优热回收网络 249

五．热回收网络的调优 254

第十三章分离序列的综合 257

13-1 基本概念 257

13-2数学规划法综合分离序列 261

一．动态规划法 261

二．分枝界限法 265

三．有序分枝搜索法与有序搜索法 272

13-3探试法综合分离序列 276

一．探试法则 276

二．有序探试法 278

13-4调优法综合分离序列 281

一．调优法原理 281

二．调优法寻求最优分离序列实例 283

第十四章具有热集成的分离序列综合 286

14-1 问题的特点与综合方法 286

一．问题的陈述及特征 286

二．综合的方法与策略 287

14-2动态规划法综合热集成精馏序列 288

14-3分枝界限法综合热集成精馏序列 291

一．严格数学界限法 291

二．公用工程界限法 295

14-4热集成精馏序列综合的分解策略 304

第十五章过程系统工程应用实践 305

15-1化工过程开发方法 305

15-2 自热式轴向多段冷激氨合成塔的模型化、模拟与优化设计 307

一．自热式轴向四段冷激氨合成塔的模拟 307

二．自热式四段冷激氨合成塔的优化设计 312

15-3氨合成回路的模拟 320

15-4乙烯氧化反应器的操作参数调优 324

一．环氧乙烷生产概况 324

二．影响因素分析与数据处理 326

三．模型建立 329

四．参数优化 331

参考文献 332