《化工過(guò)程分析與綜合（第二版）》論述了化工過(guò)程系統(tǒng)模擬與分析、綜合與集成和化的基礎(chǔ)理論和基本方法。全書(shū)共分11章，內(nèi)容包括：緒論、過(guò)程系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模擬、序貫?zāi)K法、聯(lián)立方程法、聯(lián)立模塊法、化方法、換熱網(wǎng)絡(luò)綜合、能量集成、分離序列綜合、質(zhì)量集成、水系統(tǒng)集成。
《化工過(guò)程分析與綜合（第二版）》是作者在總結(jié)多年教學(xué)和科學(xué)研究實(shí)踐的基礎(chǔ)上，吸收了近年來(lái)本學(xué)科領(lǐng)域在過(guò)程綜合集成與優(yōu)化方面的理論研究與應(yīng)用成果編寫(xiě)而成。全書(shū)的編寫(xiě)力求簡(jiǎn)明、重點(diǎn)突出和邏輯清晰。本書(shū)注重理論與實(shí)踐的統(tǒng)一，書(shū)中編入了較多的例題和習(xí)題、配有相關(guān)化方法、流程模擬的程序代碼，有助于讀者學(xué)習(xí)。
本書(shū)可作為高等學(xué)校化工類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教材，也可供相關(guān)領(lǐng)域的科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理等科技人員參考。
前言
本書(shū)是在高等教育規(guī)劃教材《化工過(guò)程分析與綜合》一書(shū)的基礎(chǔ)上，為充分適應(yīng)新工科背景下高等化工類(lèi)人才培養(yǎng)需求而進(jìn)行修訂的。
全書(shū)的編寫(xiě)繼續(xù)保持原書(shū)內(nèi)容簡(jiǎn)明、重點(diǎn)突出和知識(shí)結(jié)構(gòu)邏輯清晰的特點(diǎn)，注重理論與實(shí)踐的統(tǒng)一，除保持原書(shū)的特色內(nèi)容外，根據(jù)學(xué)科發(fā)展與人才培養(yǎng)需求，刪除了大系統(tǒng)優(yōu)化方法、隨機(jī)搜索算法等優(yōu)化方法，完善了過(guò)程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬、換熱網(wǎng)絡(luò)綜合、能量集成章節(jié)的理論知識(shí)點(diǎn)描述，豐富了相應(yīng)的計(jì)算應(yīng)用實(shí)例，幫助學(xué)生加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)理論與基本方法的理解和掌握。近十年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，各類(lèi)流程模擬、優(yōu)化計(jì)算、分析綜合軟件越來(lái)越豐富。為了加強(qiáng)學(xué)生解決工程實(shí)踐問(wèn)題的能力，本書(shū)除基礎(chǔ)理論、基本方法外，還添加了流程模擬軟件、過(guò)程綜合軟件、最優(yōu)化工具軟件求解化工過(guò)程模擬、綜合與最優(yōu)化問(wèn)題的實(shí)例，使學(xué)生在掌握化工過(guò)程系統(tǒng)基本方法的同時(shí)，能夠借助相關(guān)工具軟件完成過(guò)程模擬、綜合、優(yōu)化的任務(wù)，幫助學(xué)生以全局和優(yōu)化的思想來(lái)分析和解決化工實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題。
本書(shū)第1章、第6章由鄢烈祥負(fù)責(zé)修訂，其他章節(jié)由史彬負(fù)責(zé)修訂，全書(shū)由史彬負(fù)責(zé)統(tǒng)稿、校對(duì)。為本書(shū)編寫(xiě)付出努力的還有王佩、饒卓、劉澤奇、李光紅、徐輝、張干等多位研究生。本書(shū)的編寫(xiě)受武漢理工大學(xué)“十三五”規(guī)劃教材項(xiàng)目資助，在編寫(xiě)過(guò)程中得到了過(guò)程系統(tǒng)工程領(lǐng)域同行教師和專(zhuān)家們的熱情鼓勵(lì)與支持，在此一并致以衷心的感謝。由于作者水平有限，書(shū)中難免存在不妥之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編著者
2020年5月
第一版前言
化工過(guò)程分析與綜合是高等學(xué)�；ゎ�(lèi)專(zhuān)業(yè)的必修課。為了適應(yīng)高等化工類(lèi)人才培養(yǎng)的需要，作者根據(jù)十余年來(lái)講授本門(mén)課程的教學(xué)實(shí)踐，在汲取近年來(lái)國(guó)內(nèi)外相關(guān)教材、專(zhuān)著和文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，編寫(xiě)了本書(shū)。
本書(shū)內(nèi)容上，注重吸收本學(xué)科領(lǐng)域在過(guò)程綜合集成與優(yōu)化方面的理論研究成果，編入了能量集成、質(zhì)量集成、水系統(tǒng)集成及現(xiàn)代智能優(yōu)化方法和大系統(tǒng)優(yōu)化等內(nèi)容。本書(shū)的編寫(xiě)，力求簡(jiǎn)明、突出重點(diǎn)和知識(shí)結(jié)構(gòu)邏輯清晰。本書(shū)的編寫(xiě)注重理論與實(shí)踐的統(tǒng)一，書(shū)中編入了較多的應(yīng)用實(shí)例，此外，除少數(shù)章節(jié)外，都設(shè)置了習(xí)題。
全書(shū)共12章：第1章為緒論；第2～6章為過(guò)程系統(tǒng)模型、模擬方法和模擬軟件系統(tǒng)簡(jiǎn)介；第7章為最優(yōu)化方法；第8、9章分別為換熱網(wǎng)絡(luò)綜合與能量集成;第10章為分離序列綜合；第11、12章分別為質(zhì)量集成與水系統(tǒng)集成。
本書(shū)可作為高等學(xué)�；ゎ�(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教材，根據(jù)各學(xué)校的具體情況，講授內(nèi)容可以取舍；也可供相關(guān)領(lǐng)域的科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理等科技人員參考。
本書(shū)承蒙北京化工大學(xué)麻德賢教授和大連理工大學(xué)姚平經(jīng)教授審閱，兩位教授對(duì)書(shū)稿提出了許多寶貴意見(jiàn)，在此致以誠(chéng)摯的感謝！
由于作者水平有限，書(shū)中難免有不妥之處，懇請(qǐng)讀者給予批評(píng)指正。
編著者
2009年9月
1緒論1
1.1本門(mén)課程的形成與發(fā)展1
1.2基本概念2
1.2.1過(guò)程系統(tǒng)與過(guò)程系統(tǒng)工程2
1.2.2過(guò)程系統(tǒng)模擬與分析2
1.2.3過(guò)程系統(tǒng)綜合與集成3
1.2.4過(guò)程系統(tǒng)優(yōu)化3
1.3本門(mén)課程的特點(diǎn)4
參考文獻(xiàn)4
2過(guò)程系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模擬5
2.1過(guò)程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬的基本概念和方法5
2.1.1過(guò)程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型5
2.1.2過(guò)程系統(tǒng)模擬的基本任務(wù)6
2.1.3過(guò)程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬的基本方法7
2.1.4流程模擬軟件簡(jiǎn)介8
2.2單元模型與自由度10
2.2.1單元模型10
2.2.2單元的自由度10
2.3系統(tǒng)自由度13
2.4過(guò)程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型15
2.4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有向圖描述15
2.4.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的矩陣表示16
本章小結(jié)17
參考文獻(xiàn)17
習(xí)題17
3序貫?zāi)K法19
3.1序貫?zāi)K法的基本思想19
3.2系統(tǒng)的分隔與排序20
3.2.1通路搜索法20
3.2.2可及矩陣法23
3.3再循環(huán)的流股斷裂26
3.3.1Lee-Rudd斷裂法26
3.3.2Upadhye-Grens斷裂法28
3.4流股變量收斂29
3.5序貫?zāi)K法解設(shè)計(jì)問(wèn)題31
本章小結(jié)34
參考文獻(xiàn)34
習(xí)題34
4聯(lián)立方程法36
4.1聯(lián)立方程法的基本思想36
4.2方程組的分解36
4.2.1不相關(guān)子方程組的識(shí)別36
4.2.2方程組分塊37
4.2.3不可再分子方程組的切斷39
4.3線(xiàn)性方程組的求解40
4.3.1高斯消去法40
4.3.2LU分解法42
4.4非線(xiàn)性方程組的求解44
本章小結(jié)46
參考文獻(xiàn)47
習(xí)題47
5聯(lián)立模塊法49
5.1聯(lián)立模塊法的原理49
5.2簡(jiǎn)化模型的建立方法50
5.2.1以過(guò)程單元為基本單元的簡(jiǎn)化模型建立方法50
5.2.2以回路為基本單元的簡(jiǎn)化模型建立方法52
本章小結(jié)53
參考文獻(xiàn)53
習(xí)題53
6最優(yōu)化方法54
6.1基本概念54
6.1.1最優(yōu)化模型與求解方法54
6.1.2化工過(guò)程的最優(yōu)化問(wèn)題55
6.2無(wú)約束最優(yōu)化方法55
6.2.1一維搜索方法55
6.2.2多變量最優(yōu)化方法59
6.3有約束最優(yōu)化方法63
6.3.1轉(zhuǎn)化為無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題的求解方法64
6.3.2轉(zhuǎn)化為線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題的求解方法67
6.4現(xiàn)代智能優(yōu)化方法71
6.4.1遺傳算法71
6.4.2粒子群算法73
6.4.3列隊(duì)競(jìng)爭(zhēng)算法74
6.5過(guò)程系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)優(yōu)化方法79
6.5.1統(tǒng)計(jì)回歸法79
6.5.2模式識(shí)別方法81
6.5.3智能可視化優(yōu)化方法84
本章小結(jié)86
參考文獻(xiàn)87
習(xí)題87
7換熱網(wǎng)絡(luò)綜合89
7.1引言89
7.2最小公用工程目標(biāo)89
7.2.1問(wèn)題表法89
7.2.2組合曲線(xiàn)法91
7.2.3線(xiàn)性規(guī)劃法92
7.2.4夾點(diǎn)意義93
7.3最大能量回收網(wǎng)絡(luò)94
7.4物流分割96
7.5換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化99
7.5.1最少換熱單元數(shù)99
7.5.2熱負(fù)荷回路與路徑99
7.5.3ΔTmin的選擇101
7.6換熱網(wǎng)絡(luò)改造設(shè)計(jì)105
7.6.1老廠改造105
7.6.2禁止匹配與強(qiáng)制匹配109
7.6.3閾值問(wèn)題109
本章小結(jié)111
參考文獻(xiàn)112
習(xí)題112
8能量集成115
8.1公用工程與過(guò)程系統(tǒng)的能量集成115
8.1.1公用工程的配置115
8.1.2熱機(jī)、熱泵與過(guò)程系統(tǒng)的集成116
8.2蒸餾過(guò)程與過(guò)程系統(tǒng)的能量集成118
8.2.1蒸餾塔之間的熱集成118
8.2.2蒸餾系統(tǒng)與全過(guò)程的熱集成119
8.3全局能量集成122
8.3.1全局系統(tǒng)熱回收目標(biāo)123
8.3.2全局系統(tǒng)能量集成的加/減原則124
本章小結(jié)126
參考文獻(xiàn)126
習(xí)題126
9分離序列綜合129
9.1引言129
9.2直觀推斷法130
9.2.1直觀推斷的規(guī)則130
9.2.2有序直觀推斷法132
9.3數(shù)學(xué)規(guī)劃法133
9.3.1動(dòng)態(tài)規(guī)劃法133
9.3.2有序分支搜索法134
9.3.3基于超結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法134
本章小結(jié)138
參考文獻(xiàn)139
習(xí)題139
10質(zhì)量集成141
10.1引言141
10.2最小外部質(zhì)量分離劑目標(biāo)141
10.2.1相平衡與組成標(biāo)度142
10.2.2組成區(qū)間圖法142
10.2.3組合曲線(xiàn)法146
10.2.4質(zhì)量交換夾點(diǎn)的意義147
10.3最小外部MSA的質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)147
10.4質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化150
10.4.1質(zhì)量交換器的最小數(shù)目151
10.4.2質(zhì)量負(fù)荷回路和質(zhì)量負(fù)荷路徑151
本章小結(jié)152
參考文獻(xiàn)152
習(xí)題152
11水系統(tǒng)集成154
11.1引言154
11.2最小新鮮水目標(biāo)154
11.2.1組合曲線(xiàn)法154
11.2.2累計(jì)負(fù)荷區(qū)間法157
11.2.3水夾點(diǎn)意義158
11.3新鮮水最小的水網(wǎng)絡(luò)158
11.3.1源-阱圖法159
11.3.2源-阱圖法的應(yīng)用160
11.4數(shù)學(xué)規(guī)劃法161
11.4.1水網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)模型161
11.4.2優(yōu)化數(shù)學(xué)模型161
11.5用水網(wǎng)絡(luò)與水處理網(wǎng)絡(luò)的集成163
11.5.1問(wèn)題描述163
11.5.2優(yōu)化模型164
本章小結(jié)167
參考文獻(xiàn)167
習(xí)題168
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