化工系统分析与模拟PDF电子书下载

第一章 绪论 1

1.1 化工系统分析与模拟--化工系统工程的重要环节 1

1.模拟--系统分析的有力手段 1

(1) 系统、化工系统 1

(2) 系统的工况特性与系统分析 2

(3) 模拟 3

2.化工系统的稳态模拟--“化工流程模拟” 4

3.化工系统分析与模拟在化工系统工程中的地位和作用 5

1.2 模拟的几个基本问题与本书线索 8

1.模拟的基本环节 8

(1) 核心环节 8

(2) 辅助环节 9

2.模拟型问题与设计型问题 9

(2) 通用化工流程模拟系统 10

(1) 专用化工流程模拟系统 10

3.化工流程模拟系统 10

a.CHESS 11

b.FLOWTRAN 12

c.ASPEN 12

第二章 化工系统模型 14

2.1 模型与建模 14

1.基本概念 14

2.模型的主要形式与建模 15

(1) 三类模型 15

(2) 模型的主要形式 15

(3) 建模 16

(4) 合理选择模型形式 17

(5) 模型与模块 18

2.2 模型的“方程-变量”构成与自由度分析 18

1.系统模型方程的分类 19

(1) 单元模型方程的分类 20

2.模型的“方程-变量”构成 20

(2) 变量的分类与数目 21

3.自由度分析与设计变量的选择 23

(1) 自由度分析 23

(2) 设计变量的选择 24

(3) 设计变量的赋值 29

2.3 流程结构的表述与化工系统模型 31

1.流程结构的图形表述与矩阵表述 32

(1) 图形表述 32

a.流程图 32

b.信息流图 32

c.信号流图 32

(2) 矩阵表述 33

c.关联矩阵 34

d.邻接矩阵 34

a.过程矩阵 34

b.流线联系矩阵 34

2.化工系统模型示例 35

第三章 物性数据库 38

3.1 基本任务与要求 38

1.概说 38

2.化工流程模拟系统中的物性数据库 38

3.2 典型示例说明 40

1.专用化工流程模拟系统中物性数据的处理方式 40

2.通用化工流程模拟系统的物性数据库 41

(1) 基本物料 41

(2) 物性数据与模块设置 41

(3) 物性模型与特性参数 42

(4) 用户另行补充物料的方式 44

3.物性数据库的新进展 45

4.1 基本概念 47

1.方程的两种表达表式 47

(1) 隐式的和显式的表达形式 47

第四章 代数方程组解法 47

(2) 两种表达形式的相互转换 48

2.单变量方程基本解法 51

(1) 迭代法基本概念 51

(2) 隐式迭代基本方法 53

a.牛顿法 53

b.割线法 55

(3) 湿式迭代基本方法 56

a.直接迭代法 56

b.部分迭代法 58

(a) 韦格施坦法--显式迭代形式的割线法 60

c.韦格施坦法 60

(b) 韦格施坦法的加界与间歇应用 61

(4) 其他解法 62

a.直线线性化法 62

b.区间对分法 65

3.线性方程组基本解法 65

(1) 消去法 66

(2) 迭代法 67

(3) LU分解法 71

(4) 稀疏方程组 73

4.2 非线方程组解法 75

1.迭代法--应用广泛的一类方法 75

2.牛顿-拉夫森法 77

3.直接迭代法与部分迭代法 80

(1) 韦格施坦法 82

4.韦格施坦法与割线法 82

(2) 割线法 83

5.拟牛顿法--基本概念 83

6.布洛伊顿法 84

7.广义割线法 87

8.优势特征值法 91

9.直接线性化法 94

10.切割法 96

4.3 与方程组求解有关的几个问题 99

1.方程组求解与最优化方法 99

(1) 收敛判据与最小平方和目标函数 99

(2) 最优化方法用于确定阻尼因子 100

(3) 最优化方法直接用于方程组求解 100

a.最小二乘法 101

b.马夸特法 101

2.参数估值问题 102

3.关于方程组解法的改进与新方法的探求 104

4.化工流程模拟中的方程组求解问题 104

第五章 化工单元操作模拟基本方法 107

5.1 平衡闪蒸 107

1.建模与闪蒸类型 107

2.解法 110

(1) 传统解法 112

(2) 解法的改进 114

a.改进解法1 114

b.改进解法2 114

c.关于解法的进一步改进 115

3.闪蒸模块的灵活应用 116

(1) 确定物流的焓和相态 116

(2) 确定泡点、露点温度 116

5.2 管网中的流量分配 118

1.模型 118

(3) 精馏塔计算 118

2.解法 119

(1) m次拟齐次方程组的新解法 119

(2) 线性方程-拟齐次方程混合方程组 120

5.3 化工单元操作的线性模型 121

1.通式与变换矩阵 121

2.换热 122

3.混合 122

4.分流 123

5.分离 123

6.化学反应 124

(一) 单一反应 124

a.利用转化率建立线性模型 124

b.反应深度--定义与应用 126

(2) 复合反应 127

第六章 化工流程模拟基本方法 130

6.1 序贯模块法 130

1.基本概念 130

2.再循环单元组与流程的分块 131

3.再循环回路的切割与收敛块 132

4.设计型问题处理法与控制块 134

5.序贯模块法中方程组解法的应用 135

(1) 收敛块 135

(2) 控制块 136

6.序贯模块法的缺点与问题 138

6.2 联立方程法与联立模块法 139

1.联立方程法 139

2.联立模块法 141

(1) 图与有向图 144

1.基本概念 144

7.1 有向图 144

第七章 系统分解 144

(2) 结点间的关系 145

(3) 通路与回路 145

(4) 循环图与非循环图 146

(5) 最大回路 146

2.有向图的矩阵表述 146

7.2 流程分解 146

1.分块 146

(1) 单元串搜索法 147

(2) 回路搜索法 148

(3) 可及矩阵法 150

a.邻接矩阵的幂及其意义 150

b.可及矩阵 152

c.可及矩阵法 153

(a) 逻辑矩阵乘法的简化作法 154

d.作法的改进 154

(b) 计算Rn的简单公式 155

(c) 可及矩阵R以及矩阵W的代替形式 155

(4) 关于流程分块的其他方法 156

2.切割 156

(1) 回路矩阵法 157

(2) 信号流图法 159

(3) 基本切割算法 161

a.切割理论 162

(a) 最小覆盖问题 162

(b) 回路矩阵的简化 164

i.行优势 164

ii.列优势 165

iii.必选列 165

b.切割理论在信号流图上的应用 166

iv.双向线回路 166

(a) 不合格结点 167

(b) 必选结点 167

c.切割理论在邻接矩阵上的应用 167

d.BTA程序 167

3.关于流程分解的新进展 168

7.3 方程组分解 168

1.不相关子方程组的识别 169

2.分块 170

(1) 输出变量集 171

(2) 输出变量集的寻求 172

(3) 有向图的构成和结点串搜索法 173

(4) 邻接矩阵的构成和回路搜索法、可及矩阵法 174

3.切割 175

5.设计变量的选择 176

4.关于方程组分解的新见解 176

(1) 变量、方程剔除法 177

(2) 添补方程分块法 178

第八章 化工流程模拟的信号流图法 181

8.1 求解线性方程组信号流图法 181

1.基本概念 181

(1) 基本定义 181

(2) 基本规定 182

2.由方程组构成信号流图 182

3.信号流图的简化 183

(1) 图的简化规则 183

a.并列加法规则 183

b.串列乘法规则 183

c.自环消除规则 184

d.支路移动规则 184

e.结点移动与消除规则 184

(2) 图的简化示例 185

4.方程组求解示例 186

8.2 广义信号流图 187

1.基本概念 187

2.图的简化 188

8.3 化工流程模拟的信号流图法 189

1.化工流程的信号流图表达 189

2.氨合成流程物料衡算示例 190

8.4 关于信号流图法的编程问题 192

第九章 热力学第二定律分析 195

9.1 基础知识 195

1.可用能 195

(1) 热能中的可用能部分 195

(2) 作为物性参数的可用能 197

a.适用于封闭系统场合的可用能 197

b.适用于流通系统场合的可用能 199

d.广义的可用能--？ 200

c.可有能函数 200

e.焓和熵的参考态问题 201

2.损失功 201

3.热力学效率 203

9.2 热力学第二定律分析示例 206

附录1 熵的简化计算 207

附录2 关于热力学第二定律分析适用性的判据 208

第十章 化工流程模拟新进展 210

10.1 联立模块法的再认识 210

1.联立模块法的新格局 210

2.三种求解方式 211

3.加深对联立模块法的理解 214

(1) 联立模块法与联立方程法的本质区别 214

(2) 联立模块法与序贯模块法在设计型问题上的一点差异 215

10.2 化工流程最优化问题 216