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1 绪论 1

【本章学习要点】 1

1.1 过程系统工程的发展历程与发展趋势 1

1.1.1 系统工程的发展历程 1

1.1.2 过程系统工程的发展历程 2

1.1.3 过程系统工程的发展趋势 2

1.2 基本概念 3

1.2.1 系统工程 3

1.2.2 过程工程 4

1.2.3 过程系统工程 4

1.3 过程系统工程的主要内容 6

1.3.1 过程系统分析 6

1.3.2 过程系统设计 6

1.3.3 过程系统优化 6

1.3.4 过程系统综合 7

1.3.5 过程系统控制 7

1.3.6 过程系统仿真 7

1.4 过程系统模拟工具 7

1.4.1 流程模拟软件 7

1.4.2 数学计算软件 11

1.4.3 过程仿真软件 12

1.4.4 过程系统软件开发工具 12

【本章习题】 13

2 化工物性计算方法 14

【本章学习要点】 14

2.1 化工物性数据 14

2.1.1 化工物性数据的分类 14

2.1.2 化工物性数据的来源 14

2.1.3 Aspen Plus物性数据库 15

2.2 物性方法 15

2.2.1 热力学模型 16

2.2.2 Aspen Plus物性方法 19

2.3 物性分析 22

2.3.1 纯组分的物性分析 22

2.3.2 多元体系的物性分析 29

2.4 物性估算 34

2.4.1 物性估算常用方法 34

2.4.2 Aspen Plus物性估算 35

2.5 物性数据回归 38

【本章习题】 41

【本章学习要点】 42

3.1 单元过程模型概述与分类 42

3.2 单元过程模拟方法 44

3.2.1 稳态模拟与动态模拟 44

3.2.2 模拟步骤 45

3.3 稳态过程模拟 48

3.3.1 单元过程稳态模型及模块概述 48

3.3.2 混合器 49

3.3.3 分流器 52

3.3.4 泵与压缩机 54

3.3.5 通用分离器 59

3.3.6 闪蒸器 62

3.3.7 精馏塔 67

3.3.8 换热器 78

3.3.9 反应器 80

3.3.10 反应精馏 89

3.4 动态过程模拟 94

3.4.1 动态模拟的作用 94

3.4.2 过程动态模型 95

3.4.3 搅拌槽动态过程模拟 95

3.4.4 搅拌釜传热过程模拟 97

3.4.5 精馏动态过程模拟 98

3.4.6 反应过程动态模拟 112

【本章习题】 113

4 过程系统模拟 115

【本章学习要点】 115

4.1 过程系统模拟概论 115

4.1.1 过程系统模拟的基本方法 115

4.1.2 过程系统的结构表达 116

4.1.3 过程系统的自由度分析 118

4.2 序贯模块法 118

4.2.1 序贯模块法的基本思想 118

4.2.2 过程系统的分解 118

4.2.3 不可再分块的迭代 121

4.2.4 含循环物流系统的模拟 122

4.3 联立方程法 133

4.3.1 联立方程法的基本原理 133

4.3.2 降维求解法 134

4.3.3 拟线性方程组法 137

4.3.4 含循环物流系统的模拟 138

4.4 联立模块法 139

4.4.1 联立模块法的基本思想 139

4.4.2 过程单元简化模型 139

4.4.3 过程系统简化模型 140

【本章习题】 143

5 化工系统优化 145

【本章学习要点】 145

5.1 化工系统优化目的和任务 145

5.2 化工系统优化问题的类型 146

5.2.1 系统参数优化 146

5.2.2 系统管理优化 146

5.3 化工系统优化问题的数学模型 147

5.3.1 最优化问题的数学表达 147

5.3.2 系统优化的基本要素 147

5.3.3 最优化数学模型求解方法 149

5.3.4 化工系统优化问题数学建模实例 151

5.4 单元设备的优化 153

5.4.1 精馏塔的优化 153

5.4.2 Aspen Plus单元过程优化 157

5.5 分布参数系统的优化 162

【本章习题】 164

6 化工系统综合 166

【本章学习要点】 166

6.1 概述 166

6.2 反应系统合成 167

6.2.1 反应路径合成概述 168

6.2.2 反应路径合成案例 168

6.2.3 反应器网络合成概述 171

6.2.4 反应器网络合成案例 171

6.3 分离序列合成 178

6.3.1 分离序列组合问题的提出与简化 179

6.3.2 分离序列的候选方案评价 182

6.3.3 分离序列合成的单元组合规则 182

6.3.4 分离序列合成的单元优化设计 186

6.4 换热网络合成 189

6.4.1 温-焓图和复合曲线 189

6.4.2 换热网络的夹点 191

6.4.3 换热网络的设计目标 197

6.4.4 换热网络的设计方法 201

6.4.5 Aspen EnergyAnalyzer软件使用介绍 206

6.5 用水网络合成 216

6.5.1 用水网络合成的基本概念 217

6.5.2 用水单元模型与极限曲线 218

6.5.3 水夹点提出与确定方法 220

6.5.4 直接回用网络合成 223

6.5.5 再生回用与再生循环网络合成 227

6.6 资源回收网络合成 231

6.7 生态工业园 234

【本章习题】 237

7 化工系统安全分析 239

【本章学习要点】 239

7.1 概述 239

7.1.1 化工系统安全工程 239

7.1.2 化工系统安全分析的特点 240

7.1.3 安全评价程序 241

7.2 危险、有害因素辨识 241

7.3 危险性定性分析 242

7.3.1 安全检查表 242

7.3.2 预先危险性分析法 243

7.3.3 危险可操作性研究分析法 245

7.4 危险性定量分析 247

7.4.1 作业条件危险性分析法 247

7.4.2 道化学火灾、爆炸危险指数分析法 249

7.4.3 故障树分析法 259

7.4.4 事件树分析法 266

【本章习题】 269

8 化工系统技术经济分析 271

【本章学习要点】 271

8.1 技术经济学 271

8.1.1 基本原理 271

8.1.2 技术经济分析的一般步骤 273

8.2 化工系统技术经济分析 274

8.2.1 确定性分析方法 274

8.2.2 不确定性分析方法 278

8.3 乙苯-苯乙烯分离过程的经济分析 280

【本章习题】 291

9 过程系统仿真 293

【本章学习要点】 293

9.1 计算机仿真 293

9.1.1 计算机仿真的概念与特点 293

9.1.2 仿真模型 294

9.2 过程系统仿真 294

9.2.1 过程仿真模型 294

9.2.2 过程仿真系统 295

9.2.3 过程仿真的一般步骤 295

9.2.4 虚拟仿真工厂的设计 296

9.3 电解锰过程仿真 297

9.3.1 电解锰原理 298

9.3.2 仿真系统的结构 298

9.3.3 维模型的建立 298

9.3.4 过程仿真 300

【本章习题】 303