1 绪论 1
1.1 化工过程 1
1.1.1 化学反应过程 1
1.1.2 换热过程 1
1.1.3 分离过程 2
1.2 化工过程生产操作控制 2
1.2.1 集散系统 3
1.2.2 DCS的先进控制与优化控制 3
1.3 化工过程的分析与合成 3
1.3.1 化工过程系统的分析 3
1.3.2 化工过程系统的合成 4
1.4 化工过程模拟系统 4
1.4.1 化工流程稳态模拟系统 4
1.4.2 动态模拟系统 5
1.5 化工企业CIPS技术 6
1.5.1 CIMS技术 6
1.5.2 CIPS技术 6
1.6 人工智能技术在化工过程中的应用 7
1.6.1 人工智能技术 7
1.6.2 专家系统 7
1.6.3 人工神经网络 7
1.6.4 人工智能技术在化工过程系统中的应用 8
1.7 本教材的目的与内容 8
2 化工过程系统稳态模拟与分析 9
2.1 典型的稳态模拟与分析问题 9
2.2 过程系统模拟的三类问题及三种基本方法 13
2.2.1 过程系统模拟的三类问题 13
2.2.2 过程系统模拟的三种基本方法 13
2.3 过程系统模拟的序贯模块法 16
2.3.1 序贯模块法的基本原理 16
2.3.2 再循环物流的断裂 18
2.3.3 断裂物流变量的收敛 22
2.3.4 序贯模块法解设计问题 28
2.4 过程系统模拟的面向方程法 29
2.4.1 面向方程法的原理 29
2.4.2 大型稀疏非线性方程组的降维解法 30
2.4.3 联立拟线性方程组法解大型稀疏非线性方程组 34
2.5 过程系统模拟的联立模块法 39
2.5.1 联立模块法的原理 39
2.5.2 建立简化模型的两种切断方式 41
2.6 氨合成工艺流程的模拟与分析 45
2.6.1 氨合成工艺流程的模拟 45
2.6.2 氨合成工艺生产工况的模拟分析 47
2.7 过程系统稳态模拟软件 50
2.7.1 ASPEN 50
2.7.2 PRO/Ⅱ 52
参考文献 53
3 化工过程系统动态模拟与分析 54
3.1 化工过程系统的动态模型 54
3.1.1 化工过程系统的动态特性 54
3.1.2 化工过程系统的动态模型 54
3.1.3 确定性动态模型的数学处理 55
3.2 连续搅拌罐反应器的动态特性 57
3.2.1 动态数学模型 57
3.2.2 模型的数学处理与应用（Ⅰ） 60
3.2.3 模型的数学处理与应用（Ⅱ） 61
3.3 精馏塔的动态特性 63
3.3.1 动态数学模型 63
3.3.2 模型的数学处理与应用 65
3.3.3 更实际的问题 67
3.4 变压吸附过程的模拟与分析 68
3.4.1 数学模型的建立 68
3.4.2 动态模型的数学处理 71
3.4.3 模型的应用 72
参考文献 74
4 化工过程系统的优化 75
4.1 概述 75
4.2 化工过程系统优化问题基本概念 77
4.2.1 最优化问题的数学描述 77
4.2.2 最优化问题的建模方法 79
4.2.3 化工过程系统最优化方法的分类 80
4.3 化工过程系统最优化问题的类型 81
4.3.1 过程系统参数优化 81
4.3.2 过程系统管理最优化 83
4.4 化工过程中的线性规划问题 83
4.4.1 线性规划问题的数学描述 84
4.4.2 求解线性规划的图解法 86
4.4.3 求解线性规划问题的单纯形法 87
4.4.4 按原料资源供应、市场需求价格等因素进行的排产计划 90
4.5 化工过程中非线性规划问题的解析求解 90
4.5.1 无约束条件最优化问题的经典求解方法 90
4.5.2 有约束条件最优化问题的经典求解方法 91
4.5.3 动态系统参数的变分优化法 94
4.6 化工过程中非线性规划问题的数值求解 106
4.6.1 无约束非线性规划问题的搜索策略 107
4.6.2 变量轮换法 107
4.6.3 非线性规划的单纯型法 108
4.6.4 最速下降法和共轭梯度法 108
4.6.5 牛顿法和拟牛顿法 112
4.6.6 有约束多变量非线性规划问题的搜索策略 114
4.7 化工过程大系统的优化 115
4.7.1 可行路径优化法 117
4.7.2 不可行路径 118
参考文献 125
5 化工生产过程操作工况调优 126
5.1 化工生产过程操作工况调优的作用与意义 126
5.2 化工生产过程操作工况离线调优的方法 126
5.2.1 机理模型法——液体空气精馏塔的操作工况调优 126
5.2.2 统计模型法——苯酐生产过程的操作工况调优 137
5.2.3 智能模型法——乙苯脱氢反应过程的操作工况调优 148
参考文献 158
6 间歇化工过程 159
6.1 间歇过程与连续过程 159
6.1.1 间歇化工的特点 160
6.1.2 间歇过程与连续过程的比较 161
6.1.3 间歇过程的基本概念 161
6.2 过程动态模型及模拟 165
6.2.1 混合过程 165
6.2.2 喷雾干燥过程 166
6.2.3 间歇、半连续反应过程的模型、模拟和优化 167
6.3 间歇过程的最优时间表 170
6.3.1 时间表问题 170
6.3.2 简单多产品和多目的间歇过程最优时间表的计算规则 175
6.4 多产品间歇过程的设备设计与优化 179
6.4.1 基本定义、原则和术语 179
6.4.2 多产品间歇过程设备的基本计算法 181
6.4.3 多产品间歇过程设备尺寸的最优设计 184
6.5 间歇过程的控制模型 190
6.5.1 配方模型 190
6.5.2 控制功能模型 191
6.5.3 过程模型 192
6.5.4 物理模型 192
6.5.5 程序控制模型 192
参考文献 194
7 换热网络合成 195
7.1 化工生产流程中换热网络的作用和意义 195
7.2 换热网络合成问题 195
7.2.1 换热网络合成问题的描述 195
7.2.2 换热网络合成的研究 196
7.3 换热网络合成——夹点技术 196
7.3.1 第一定律分析 196
7.3.2 温度区间 197
7.3.3 最小公用工程消耗 198
7.3.4 温焓图与组合曲线 199
7.3.5 夹点的特性 200
7.4 夹点法设计能量最优的换热网络 202
7.4.1 匹配的可行性原则 203
7.4.2 流股的分割——FCp表 205
7.4.3 流股的匹配——勾销推断法 207
7.5 换热网络的调优 208
7.5.1 最小换热单元数 208
7.5.2 能量与设备数的权衡 209
7.5.3 △Tmin的选择 211
7.6 实际工程项目的换热网络合成 212
7.6.1 数据提取 212
7.6.2 选择物流 212
7.6.3 老厂改造 214
7.6.4 禁止匹配与强制匹配 217
7.6.5 阈值问题 217
7.6.6 多品位公用工程 218
参考文献 222
8 分离塔序列的综合 223
8.1 精馏塔分离序列综合概况 223
8.2 分离序列综合的基本概念 223
8.2.1 简单塔 224
8.2.2 顺序表 224
8.2.3 可能的分离序列数 224
8.2.4 分离子群 225
8.2.5 可能的分离子问题 225
8.2.6 目标产物组 227
8.2.7 判别指标 227
8.2.8 分离序列的综合方法 227
8.3 动态规划法 227
8.4 分离度系数有序探试法 234
8.4.1 经验规则M1 234
8.4.2 经验规则M2 235
8.4.3 经验规则D1 235
8.4.4 经验规则S1 235
8.4.5 经验规则S2 235
8.4.6 经验规则C1 236
8.4.7 经验规则C2 236
8.5 相对费用函数法 237
8.6 分离序列综合过程的评价 238
8.7 调优法 239
8.8 复杂塔的分离顺序 244
8.9 隔壁塔在多元混合物精馏分离中的应用 246
参考文献 248