化工过程模拟 原理与应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1概述 1

1.2化工过程模拟分类 2

1.3化工过程模拟发展简史 2

1.4化工过程模拟的功能 3

1.4.1新装置设计 3

1.4.2旧装置改造 3

1.4.3新工艺、新流程的开发研究 4

1.4.4生产调优、疑难问题诊断 4

1.4.5科学研究 4

1.4.6工业生产的科学管理 4

1.4.7动态模拟、实时优化的基础 5

1.5化工过程稳态模拟系统的构成 5

1.5.1模拟系统的主要组成部分 5

1.5.2模拟软件的基本输入数据——五大输入部分 6

参考文献 7

第2章 化工过程模拟及相关高新技术 8

2.1化工过程动态模拟 8

2.1.1动态模拟的主要功能和应用领域 8

2.1.2国外动态模拟的发展 10

2.1.3稳态模拟和动态模拟的异同 11

2.2化工过程先进控制 12

2.2.1概述 12

2.2.2先进控制和DCS控制的主要区别 13

2.2.3先进控制的特点 14

2.2.4多变量预估控制的执行步骤 15

2.2.5先进控制的经济效益 15

2.2.6国外发展概况 15

2.3化工过程实时优化 16

2.3.1概述 16

2.3.2实时优化的应用范围和功能 17

2.3.3实时优化系统主要结构框图 17

2.3.4实时优化的方程组集形式 18

2.3.5实时优化的目标函数 20

2.4四项高新技术之间的关系和效益 20

参考文献 21

第3章 石油馏分 23

3.1石油油品的相关性质 23

3.1.1密度和API重度 23

3.1.2特性因子 24

3.1.3雷氏蒸气压 24

3.1.4实沸点蒸馏 24

3.1.5恩氏蒸馏（ASTM D86） 25

3.1.6 ASTM D1160蒸馏 25

3.1.7 ASTM D2887、D3710、HTSD蒸馏 25

3.1.8不同蒸馏曲线的相互转换 25

3.1.9闪点 26

3.1.10顷点 26

3.1.11辛烷值 26

3.1.12十六烷值 27

3.2石油馏分在模拟中的处理方法 27

3.2.1逐一定义石油组分 27

3.2.2通过油品蒸馏曲线产生石油组分 27

3.3石油馏分的混合 30

参考文献 31

第4章 热力学方法 32

4.1前言 32

4.2若干基本概念 32

4.2.1气液相平衡 32

4.2.2理想气体 34

4.2.3理想溶液 34

4.2.4轻、重关键组分 34

4.2.5相对挥发度 34

4.2.6相律 35

4.2.7干基和湿基 35

4.3相平衡常数计算 35

4.3.1理想气体和理想溶液体系相平衡常数的计算 35

4.3.2状态方程法——非极性体系相平衡常数计算 36

4.3.3活度系数方程法——极性体系相平衡常数计算 41

4.3.4通用关联式法 44

4.4混合物焓值计算 46

4.5混合物熵值计算 47

4.6从状态方程导出逸度系数、焓及熵计算公式 47

4.6.1由状态方程导出Z方程 47

4.6.2由状态方程导出逸度系数计算公式 48

4.6.3由状态方程导出熵差计算公式 49

4.6.4由状态方程导出焓差计算公式 50

4.7逸度、焓及熵公式的验证 51

4.8相平衡常数及焓的偏导数 51

4.8.1焓对温度偏导数？（△H？T）的推导及计算公式 52

4.8.2逸度系数对温度偏导数？？/？T的推导及计算公式 53

4.8.3逸度系数对组成偏导数？？/？x的推导及计算公式 53

4.8.4相平衡常数对温度和组成偏导数？K/？T、？K/？x的计算公式 54

4.9含水烃类体系相平衡计算 55

4.9.1简化烃水分层计算法 55

4.9.2严格三相平衡计算法 56

4.10亨利定律在过程模拟中的应用 56

4.11传递性质计算 57

4.11.1黏度计算 58

4.11.2各种商业软件中传递性质的计算 63

参考文献 63

第5章 化工单元过程计算 65

5.1化工模拟软件的主要模块 65

5.2模型和算法 65

5.3闪蒸过程 66

5.3.1主要计算功能 66

5.3.2泡点温度计算 67

5.3.3露点温度计算 68

5.3.4泡、露点温度计算的判据 68

5.3.5一类无泡点温度的特殊现象 69

5.3.6绝热闪蒸过程计算 70

5.3.7逆向冷凝和逆向汽化 72

5.3.8无逆向冷凝的双泡点现象 74

5.3.9双泡点温度的取舍 75

5.4物流混合/物流分支 75

5.5阀门 76

5.6泵 76

5.7压缩机/膨胀机 76

5.8反馈控制 77

5.9优化器 77

5.9.1优化器的输入要求 77

5.9.2优化器的输入条件的确定原则 78

参考文献 79

第6章 蒸馏过程计算 80

6.1前言 80

6.2蒸馏过程严格计算方法的沿革 80

6.3蒸馏塔类型 82

6.3.1常规蒸馏塔 82

6.3.2复杂蒸馏塔 83

6.3.3吸收塔 83

6.3.4解吸塔 84

6.3.5吸收蒸出塔 84

6.4蒸馏过程若干基本概念 84

6.4.1理想平衡级（理论板） 84

6.4.2全回流 84

6.4.3最小回流比 84

6.4.4最少理论板数 84

6.4.5优惠回流比 84

6.4.6最佳进料板位置 85

6.4.7蒸馏夹点 85

6.4.8切线夹点 86

6.4.9恒浓区 87

6.5蒸馏塔严格计算数学模型 87

6.5.1理想平衡级 87

6.5.2蒸馏塔严格算法的输入参数 89

6.5.3蒸馏塔计算中的设计规定 90

6.5.4蒸馏塔工艺参数的相互影响 91

6.5.5蒸馏塔设计规定的重要性 91

6.5.6影响蒸馏过程收敛的其它因素 97

6.6多股进料蒸馏塔精馏段和提馏段的划分 98

6.7塔板效率计算 99

6.7.1默弗里效率 99

6.7.2全塔效率 100

6.7.3全塔效率的经验公式 100

6.7.4默弗里效率和全塔效率的关系 100

6.7.5影响塔板效率的主要因素 101

6.7.6各类物系塔板效率参考数据 102

6.7.7蒸馏塔特殊板相应的理论板数 106

6.8最小回流比和最小理论板数的严格计算 110

6.8.1最小回流比和理论板数的严格法计算 111

6.8.2求取最小回流比和理论板数的案例 112

参考文献 113

第7章 蒸馏过程节能和优化 114

7.1前言 114

7.2蒸馏塔进料状态优化 115

7.2.1塔顶产品占主要比例 115

7.2.2塔釜产品占主要比例 117

7.2.3进料状态优化的方法 117

7.2.4工业应用案例 118

7.2.5结论 119

7.3蒸馏塔进料位置优化 119

7.3.1最佳进料板位置 119

7.3.2蒸馏塔最佳进料位置早期计算方法 119

7.3.3逆向蒸馏 120

7.3.4逆向蒸馏产生的原因 121

7.3.5蒸馏夹点 122

7.3.6最佳进料板位置确定 123

7.4蒸馏塔热泵节能 125

7.4.1热泵工作基本原理 125

7.4.2釜液节流开式热泵 129

7.4.3塔顶气相压缩开式热泵 134

7.4.4闭式热泵 136

7.4.5三种类型热泵比较 137

7.4.6结论 139

7.5中间再沸器和中间冷凝器 139

7.5.1中间换热器节能原理 140

7.5.2采用中间换热器的条件 140

7.5.3中间换热器的物料进出口位置 141

7.5.4中间换热器出口物料的汽化率和冷凝率 142

7.5.5中间换热器的物料流量 142

7.5.6中间换热器和进料状态的关系 143

参考文献 143

第8章 换热器计算 145

8.1换热器简化计算 145

8.2换热器严格计算 146

8.2.1换热器的TEMA型号 146

8.2.2换热器选型 148

8.2.3换热器设计中其它问题 152

8.2.4换热器基本传热公式 158

8.2.5对数平均温差常规计算方法 158

8.2.6对数平均温差分区计算方法 159

8.3换热器温度交叉和逆向传热 161

8.3.1温度交叉和逆向传热现象 161

8.3.2逆向传热的解决方案 164

8.4再沸器设计计算 165

8.4.1池沸腾传热 165

8.4.2再沸器汽化率及循环比 166

8.4.3再沸器系统设计计算步骤 167

8.5热虹吸式再沸器压力平衡计算 167

8.5.1再沸器物料的推动力计算 168

8.5.2再沸器系统的阻力计算 168

8.5.3再沸器系统的压力平衡计算 168

8.5.4再沸器系统阻力降手算方法 168

8.5.5再沸器系统压力平衡的计算机计算 169

8.5.6再沸器系统管线阻力计算公式的选择 172

8.5.7再沸器总推动力小于总阻力时之结果 172

8.5.8再沸器总推动力大于总阻力时之结果 172

参考文献 173

第9章 化工流程迭代技术 174

9.1前言 174

9.2流程排序与收敛 175

9.2.1流程排序 175

9.2.2流程收敛判据 176

9.3流程迭代及加速收敛方法 176

9.3.1直接迭代法 176

9.3.2 Wegstein方法 177

9.3.3 Broyden方法 178

9.4影响流程迭代收敛的主要因素 178

9.5一类永不收敛的流程 179

参考文献 181

第10章 化工流程模拟算例 182

10.1相平衡算例 182

【例10-1】计算丙烯在3.033atm下的饱和温度 182

【例10-2】计算氟里昂-22（R-22）在2.402atm下的饱和温度 182

【例10-3】计算三元烃类混合物露点温度 183

【例10-4】计算六元烃类混合物露点温度 184

10.2化工单元过程算例 184

【例10-5】液化气罐爆炸温度计算 184

【例10-6】涡流管计算 185

【例10-7】绝热闪蒸与膨胀过程 189

【例10-8】空气从储罐泄漏过程模拟 190

【例10-9】蒸馏塔设计算例 191

【例10-10】原油蒸馏常压塔计算 195

【例10-11】乙酸-水分离塔算例 202

【例10-12】内部热集成塔——无冷凝器和再沸器的新型蒸馏塔 204

【例10-13】油吸收脱甲烷塔 209

10.3简单化工流程算例 215

【例10-14】反馈控制 215

【例10-15】某乙烯装置脱甲烷系统 216

【例10-16】天然气脱硫流程 218

【例10-17】膨胀机回收高压气体能量 223

【例10-18】分凝分馏器模拟 225

【例10-19】不同品位冷剂价格计算——丙烯机模拟 228

10.4大型化工工业装置算例——催化裂化装置吸收稳定系统计算 232

10.4.1流程简述 232

10.4.2工艺特点 233

10.4.3解决收敛问题 234

10.4.4流程分析 235

10.4.5局部优化和总体优化 236

10.4.6吸收稳定系统蒸馏塔板数优化 237

参考文献 239