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第1章 化工过程设计 1

1.1　现代过程工程 1

1.2　绿色化学科学与工程准则 2

1.3　化工过程设计的基本内容 3

1.4　化工过程设计的深化改革 6

1.4.1　工艺专业部 6

1.4.2　工艺系统专业部 6

1.5 计算机辅助化工过程设计的基础——化工过程系统工程 7

1.5.1　计算机硬件发展 7

1.5.2 化工过程系统工程——计算机辅助设计软件的进展 8

1.6　工程伦理学与责任关怀准则 11

1.6.1　工程伦理学 11

1.6.2　责任关怀 11

参考文献 13

习题 13

第2章　化工厂设计概述 14

2.1　化工设计的工作程序 14

2.1.1　基本建设程序 14

2.1.2　项目建议书 14

2.1.3　可行性研究 15

2.1.4　我国投资体制的改革及当前的经济总量 16

2.1.5　计划任务书 17

2.1.6　设计阶段 18

2.2 工艺包设计 18

2.2.1 工艺包设计概述 18

2.2.2 工艺包设计的内容 19

2.2.3 工艺流程图及工艺流程说明 19

2.2.4 工艺设备数据表及工艺设备表 20

2.2.5 工艺包设计的工作程序 20

2.2.6 工艺包阶段各专业的条件关系 22

2.3　化工工艺设计 22

2.3.1　化工工艺设计内容 24

2.3.2　工艺设计的初步设计的内容和程序 24

2.3.3　工艺施工图设计的内容和程序 24

2.3.4　初步设计的设计文件 24

2.3.5　工艺施工图设计文件 31

2.3.6　化工管路设计 36

2.4　整套设计中的全局性问题 36

2.4.1　厂址的选择 37

2.4.2　总图布置 38

2.4.3　安全防火与环境保护 40

2.4.4　公用工程 43

2.4.5 自动控制 44

2.4.6　土建设计 44

2.5　化工厂设计的部分参考资料 45

参考文献 45

习题 46

第3章　物料衡算与热量衡算 47

3.1　简单的物料衡算 47

3.1.1　简单的衡算模型 47

3.1.2　混合器和分离器的物料衡算 48

3.1.3　具有化学反应的物料衡算 49

3.1.4　简单的过程计算 50

3.1.5　再循环问题的简单代数解 59

3.2　带有循环流的物料衡算 61

3.2.1　迭代法求解再循环问题 61

3.2.2　非迭代法求解再循环问题 63

3.3　热量衡算 68

3.3.1　基本热量衡算 68

3.3.2　热量与物料衡算 69

3.4　化工过程流程中的物料衡算与热量衡算 72

3.4.1　一般计算策略与方法 72

3.4.2　带有循环流的物料衡算与热量衡算 77

3.5　计算机辅助过程物料衡算与热量衡算 85

3.5.1　序贯模块法求解的策略 85

3.5.2　联立方程法求解的策略 89

3.6 当代热动力——工艺工厂（Heat Power-Process Plant）的热量平衡 96

符号说明 97

参考文献 97

习题 98

第4章　流程组织与合成 101

4.1　过程合成 102

4.1.1　过程合成的事例分析 102

4.1.2　能量的管理与组合 114

4.1.3　最佳操作时间表的安排 114

4.2　反应的合成 114

4.2.1　反应途径的合成 114

4.2.2　反应器的设计问题 120

4.2.3　进入系统物料的预处理 122

4.3　分离过程的合成 122

4.3.1　分离方法的选择 123

4.3.2 多组分混合物分离顺序的合成 125

4.4　热交换网络的合成 135

4.4.1 基本概念与热交换系统的表示方法 135

4.4.2　流股的复合曲线、窄点与热交换网络的最小能耗 137

4.4.3　窄点法设计最小能耗的热交换网络的原则 140

4.4.4　能耗与设备投资相互消长的权衡与最少搭配数 141

4.4.5　热交换网络的设计 143

4.5　过程能量集成 147

4.6　过程物质集成 148

4.6.1　源－阱关系图 149

4.6.2　流股离析、混合和循环再利用的优化策略 155

4.6.3 质量交换网络合成 158

4.7　批处理过程的过程合成 165

4.7.1　批处理过程 165

4.7.2　过程合成的最佳化 166

4.7.3　多产品工厂事例分析 173

符号说明 177

参考文献 178

习题 179

第5章　化工过程分析 183

5.1 系统可靠性与可靠度分析 183

5.1.1　系统的可靠度 183

5.1.2 过程利用率，并联备用件的经济合理性分析 186

5.2　安全性及损失的预防 187

5.2.1　危险率分析与描述方法 188

5.2.2　燃烧和爆炸指数（FEI） 189

5.2.3　故障树分析 191

5.3　化工过程的能耗分析与评价——有效能（？）分析及其应用 194

5.3.1　有效能（？） 195

5.3.2　通用物系的有效能分析式 200

5.3.3　事例分析 204

5.4　风险性分析与评估 209

5.4.1　危害性评估 209

5.4.2　剂量反应 210

5.4.3　暴露性评价 212

5.4.4　风险性表征 214

5.5 产品生命周期分析与评价 215

5.5.1　生命周期的分析评价 216

5.5.2　生命周期影响评价的过程 220

5.5.3　评价 222

5.5.4　生命周期分析应用 224

符号说明 227

参考文献 227

习题 228

第6章　化工管路的流体力学设计 232

6.1　工艺管路的设计原则 232

6.1.1　经济管径的选择 232

6.1.2　允许压力降对管路设计的要求 233

6.1.3　工艺控制条件对管路设计的要求 233

6.1.4　腐蚀性、安全规定及管路规格的要求 233

6.2　管路流体力学设计的基础 234

6.2.1 管路流体的机械能衡算与伯努利方程 234

6.2.2　管路流体力学设计的基本问题及计算步骤 236

6.3　管径的计算 236

6.4　管路压力降的计算 237

6.4.1　流体摩擦阻力降的计算 237

6.4.2　管路网络压力降计算 243

6.4.3　单相流管路压力降计算 244

6.4.4　气－液两相流管路压力降计算 250

6.4.5　浆液流的管路压力降计算 254

6.4.6　水锤问题 258

6.5　管路流体力学设计的计算机应用 259

符号说明 260

参考文献 261

习题 261

第7章　经济分析与评价 262

7.1　经济结构与投入产出模型 262

7.1.1　基本原理 263

7.1.2　用于经济分析和物料衡算的企业投入产出表及其数学模型 265

7.2　企业投资及成本估算 268

7.2.1　投资 269

7.2.2　产品成本与费用 275

7.2.3　环境成本的评估 278

7.3　销售收入、税金和利润 286

7.3.1 产值和销售收入 286

7.3.2　税金 286

7.3.3　利润 287

7.4　经济评价 287

7.4.1　资金的时间价值 288

7.4.2　现金流量图 289

7.4.3　经济评价指标及方法 290

7.4.4　通货膨胀的影响 296

7.4.5　项目方案的评价与选择 298

7.4.6　项目的风险和不确定性分析 299

7.4.7　经济评价实例 303

符号说明 315

参考文献 316

习题 317

第8章　化工过程的自动控制 319

8.1　工艺流程图简介 319

8.2　化工典型设备的自动控制 322

8.2.1　泵 322

8.2.2　换热器 324

8.2.3　蒸馏塔 325

8.2.4　反应器 326

8.3　过程设计与过程控制的相互作用 327

8.3.1　概述 327

8.3.2　控制系统配置 329

8.3.3　定性的大系统控制系统集成 333

8.4　控制系统设计介绍 336

8.4.1　简单控制系统 336

8.4.2　复杂控制系统 338

8.4.3　先进控制系统 343

8.4.4　过程控制与系统优化 345

8.5　计算机过程控制系统设计实例 346

8.5.1　控制系统设计 346

8.5.2　控制系统软硬件设计 349

8.5.3　生产现场运行效果 350

符号说明 351

参考文献 351

习题 352

第9章　安全工程与生态工业系统 353

9.1　安全工程 353

9.1.1　重大安全事故的分析 353

9.1.2　安全工程 354

9.1.3 化学工业安全设计——实现安全工程的首要措施 354

9.1.4　安全设计的分工 356

9.1.5　系统安全工程 356

9.2　单元操作的绿色环保化措施 358

9.2.1　单元操作物料选择的环境污染预防 358

9.2.2　化学反应器的环境污染预防 360

9.2.3　分离设备中的环境污染预防措施 368

9.2.4　贮罐和挥发源的污染预防措施 374

9.2.5　污染防治评估与HAZ-OP分析的集成 377

9.2.6　过程设计与风险性评估相集成——案例研究 378

9.3 工业生态系统 380

9.3.1　化工内部工业生态系统及其集成网络的建立 381

9.3.2　生态工业园区及其大系统过程集成 383

参考文献 386

习题 387

第10章　设计的工具——化工设计软件 388

10.1　化工流程模拟软件 388

10.1.1　发展概述 388

10.1.2　过程模拟软件系统的结构 390

10.1.3　化工过程动态模拟概述 392

10.2　过程模拟系统应用软件介绍 393

10.2.1　软件概述 393

10.2.2 ASPEN PLUS介绍 395

10.2.3 PRO／Ⅱ在化工设计及模拟中的应用 407

10.3　其他化工设计软件简介 411

10.3.1　化工装置设计软件PDS 411

10.3.2　化工过程模拟软件CHEMCAD和HYSYS 413

10.4　小结与展望 414

参考文献 415

习题 415

第11章　化工设计实例 416

11.1　PRO／Ⅱ软件设计脱甲烷工段 416

11.1.1　设计任务 416

11.1.2　入口物流条件 416

11.1.3　工艺流程图 416

11.1.4　PRO／Ⅱ软件模拟过程 416

11.2　裂解炉辐射段炉管设计 422

11.2.1　设计任务 422

11.2.2　公式及数据 423

11.2.3　计算步骤 424

11.2.4　初步物料衡算 427

11.2.5　设计计算 428

11.3　大型化肥厂工程项目设计中蒸汽透平机效率的计算 431

11.3.1　透平机蒸汽消耗 431

11.3.2　透平机效率计算 431

11.4　年产1500t乙酸乙酯车间工艺设计 434

11.4.1　设计任务 434

11.4.2　生产方式的选择 435

11.4.3　初步物料衡算 435

11.4.4　生产工艺流程图设计 441

11.4.5　设备设计和热量计算 442

11.4.6　修正后的物料衡算 470

11.4.7　生产工艺流程图 473

符号说明 476

参考文献 477

习题 477

附录 478

附录A　主要物理量的单位换算 478

附录B　空气的物理性质 482

附录C　水的物理性质 483

附录D　水在不同温度下的黏度 484

附录E　某些液体的主要物理性质 485

附录F　某些气体的主要物理性质 487

附录G　互联网上化学物质性质数据库 488

附录H　常规大气污染物和国家大气环境质量标准（美国） 490

附录I 国家工业废物趋势数据资源（美国） 490

附录J　化工管路流体力学计算数据 491

附录K　化工设计软件简介 495