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第一章 概论 1

第一节 化工系统工程学的沿革和领域 1

1.化工系统工程学的起源 1

2.化工系统工程学的定义及领域 3

第二节 过程系统模拟的基本概念 6

1.定义 6

2.系统的模拟 7

3.数学模型的建立 8

4.数学模型的类型 10

第三节 过程系统分析与综合的一般方法 13

1.问题的定义 13

2.评价体制的设计 13

3.系统的综合 13

4.系统的分析 13

1.数学模拟手段的发展沿革 15

第四节 数学模拟的手段 15

7.制定实施方案 15

6.决策 15

5.系统的最优化 15

2.数字计算机的硬件和软件 16

第五节 数学模拟的优越性及限制 18

1.数学模拟的优越性 18

2.数学模拟方法的限制 19

第六节 本学科研究的目的和内容 21

1.化工过程系统模拟和分析的任务 21

2.本书的主要内容 22

参考文献 23

第一篇 过程系统的稳态模拟分析 24

第二章 化工过程系统稳态模拟的概念和实质 24

第一节 反应－分离简单再循环系统的稳态模拟 24

1．原始数据及假设 25

2．要求的解答 26

3．单元模块的数学模型 27

第二节 模拟问题的实质 30

1.过程各流股的本质 31

2.处理物料的本质 32

3.过程单元的本质 33

4.过程构型 34

5.进料流股 34

第三节 序贯模块法 36

第四节 联立方程法 38

第五节 联立模块法 40

参考文献 44

第三章 非线性代数方程组的数值解法 45

第一节 非线性方程的一般解法 45

1.数值迭代求解法的实质 46

2.解的存在及唯一性 48

第二节 直接迭代法 52

第三节 牛顿－拉卜森迭代法 57

1.一维情况 57

2.多维情况 58

1.一维情况 61

第四节 割线法 61

2.多维情况 62

第五节 拟牛顿法 66

1.割线法 66

2.其它方法 69

第六节 各种方法的比较 69

参考文献 71

1.两类物性系统 73

第四章 物性系统 73

第一节 物性系统的作用与结构 73

2.物性系统的建立 74

3.物性系统的结构 77

第二节 主要物性的估求方法 79

1.状态方程式 79

2.热焓的计算 86

3.熵的计算 90

4.蒸汽压的计算 91

第三节 汽－液平衡计算 92

1.两种汽－液平衡的计算途径 92

2.气相逸度系数φ1v的计算 94

3.液体纯组分的逸度f°1L的计算 95

4.液体活度系数的计算 96

第四节 计算机物性系统的评述 107

参考文献 109

第五章 单元操作模型 111

第一节 自由度分析的概念 111

1.自由度 111

2.独立衡算方程 113

3.独立流股变量 114

第二节 单元操作模型的类型及自由度分析 118

1.混合器 120

2.流股分割器 121

3.闪蒸器 122

4.压力变化器械 123

5.换热器 124

6.反应器 125

第三节 平衡闪蒸器模型 126

1.闪蒸器的基本模型 127

2.多组分等温闪蒸器模型 128

3.绝热闪蒸器模型 133

4.闪蒸器的双层法迭代模型 134

第四节 多组分混合物分离塔模型 143

1.组分分割器 144

2.多组分精馏塔的简化经验模型 145

3.严格逐板计算模型 147

第五节 化学反应器模型 152

1.独立化学反应 152

2.最大反应程度 162

3.气相平衡反应器模型 163

4.同时达到相平衡和化学反应平衡的反应器模型 169

参考文献 173

第一节 系统的分隔和排序 175

1.系统分隔的基本概念 175

第六章 稳态流程模拟的序贯模块法 175

2.分隔的计算方法 178

3.分隔的图解方法 185

第二节 断裂 191

1.断裂的基本概念 191

2.最优断裂准则 193

1.断裂流股的收敛性质 200

第三节 断裂流股的加速收敛 200

2.直接迭代法 202

3.Wegstein法 204

4.Broyden方法 211

5.几种加速收敛方法的比较 216

第四节 控制模块 218

参考文献 223

第一节 联立方程法的基本特点 225

第七章 稳态流程模拟的联立方程解法 225

第二节 流程模拟中的自由度 228

第三节 决策变量的选择 230

1.单元设备的决策变量 230

2.决策变量选择对流程解算的影响 232

3.流程模拟的决策变量选择 234

第四节 稀疏代数方程组的解法 245

1.稀疏性概念 245

2.高斯消元法 246

3.矩阵的因式分解法 249

4.稀疏方程组的处理方法 254

第五节 非线性物料衡算方程组的解法 260

参考文献 268

第二篇 最优化方法 270

第八章 导论 270

第一节 最优化问题的数学定义 271

1.定义 271

2.最优化问题的基本要素 272

3.几个基本数学概念 273

第二节 最优化问题的类型 277

1.稳态过程设计的最优化 277

2.动态最优化 278

3.化工厂的管理与控制 280

4.非线性回归和参数估值问题 285

5.非线性代数方程组求解 286

第三节 最优化方法的分类 287

1.无约束最优化及受约束的最优化 287

2.单维最优化和多维最优化 287

3.间接优化方法和直接搜索方法 288

4.线性规划和非线性规划 288

5.连续规划，整数规划和混合规划 288

第四节 经典的最优化方法 289

1.无约束最优化的经典方法 289

2.受约束最优化的经典方法 293

参考文献 297

第九章 无约束条件的最优化方法 299

第一节 单参数最优化方法 299

1.直接法(搜索区间消去法) 299

2.近似法 302

第二节 多参数最优化方法 307

1.列表法 308

2.沿方向矢量的搜索方法 308

3.模式法 319

参考文献 322

第十章 约束条件下的最优化方法 323

第一节 约束条件下最优化问题的一般特点 323

1.约束最优化的概念 323

2.消去等式约束条件的一般化方法 324

3.消去不等式约束条件的方法 326

第二节 罚函数法 330

1.罚函数法的原理 330

2.序贯无约束最小化方法(SUMT法) 333

1.基本原理 335

第三节 简约梯度法 335

2.通用简约梯度法(GRG法) 339

第四节 复合形法 345

1.初始复合形的生成 345

2.搜索迭代步骤 346

第五节 线性规划法 348

1.典型的线性规划 348

2.线性规划的基本概念 350

3.单纯形法解线性规划问题 353

第六节 整数规划法 360

1.整数规划模型的建立 361

2.分支界限法 363

参考文献 367

第一节 概论 368

1.基本概念 368

第十一章 化工系统的最优化策略 368

2.几种策略方法的评述 371

第二节 单元模块逼近法 378

1.一般数学表达式 378

2.三种近似方法 381

第三节 双层法最优化策略 383

1.双层法的本质 383

2.双层法解合成氨回路最优化的实例 385

参考文献 387

第三篇 过程系统的综合 389

第十二章 过程系统综合导论 389

第一节 基本概念 389

1.过程系统综合的实质 389

2.综合的步骤 390

第二节 系统综合研究的几个主要领域 393

1.反应路径的综合 393

2.分离序列的综合 398

3.换热网络的综合 400

4.具有热集成的分离系统综合 402

5.反应器网络的综合 404

6.全流程综合 405

第三节 系统综合的基本方法 406

1.系统综合中的三个问题 406

2.系统综合的基本方法 407

3.灵敏度分析的概念 409

参考文献 410

第十三章 无初始方案的系统综合方法 412

第一节 直观推断法 412

1.分离系统综合的直观推断法 412

2.有序直观推断法 421

3.科用“禁用分割”合成分离流程 424

4.换热网络综合中的直观推断法 426

第二节 分支界限法 433

1.分支界限法原理 433

2.换热器网络的综合 434

第三节 系统综合中的分解法 447

参考文献 451

第十四章 有初始方案的系统综合方法 452

第一节 调优方法 452

1.判别准则 452

2.调优规则 456

第二节 结构参数法 464

1.结构参数法解分离序列问题 464

2.系统综合的解析算法 466

第三节 一个全流程综合的计算例题 480

1.过程描述 480

2.流程方案研究的策略 482

3.ASPEN模拟程序的特点 485

4.在有限的过程流程方案中调优搜索 487

参考文献 491

第十五章 系统综合中的热力学分析方法 493

第一节 热力学分析的动因 493

1.有效能分析的概念 496

第二节 热力学第二定律分析的理论基础 496

2.损耗功分析的概念 500

3.两种分析方法的比较 502

4.热力学效率 503

第三节 减少损耗功的一些直观推断方法 505

1.减少机械过程损耗功的方法 506

2.减少传热过程损耗功的方法 507

3.减少传质过程损耗功的方法 510

4.减少化学反应过程损耗功的方法 511

5.热力学分析中的几点注意 512

第四节 全流程综合的热力学分析方法 516

1.一般综合步骤 516

2.过程描述和定义 516

3.过程的ASPEN模拟 518

4.过程灼热力学分析及改进 521

第五节 反应路线综合中的热力学分析方法 527

1.反应路线的热力学评价 527

2.石油化工反应路线的选择 529

参考文献 530

第十六章 能量回收网络的综合 532

第一节 TH图与组合曲线 532

第二节 挟点及最小公用工程消耗 534

第三节 最大能量回收网络的设计 538

1.在挟点处的系统分解 538

2.挟点之上子系统设计 539

3.挟点之下子系统设计 540

4.节能与投资的权衡 542

5.流股的分支 545

第四节 能量回收网络中热与功的集成 549

1.热机与热泵原理 549

2.热机对挟点的位置 551

3.提高热效率的极限工况 552

4.热泵对挟点的位置 554

5.实际应用举例 556

参考文献 557