《化工過程模擬——理論與實踐》將化工過程模擬技術(shù)的理論、模擬實踐與工程實踐相結(jié)合，系統(tǒng)展示了如何將過程模擬技術(shù)的理論與方法應用于化工過程實踐。全書共分為三篇，上篇“化工過程模擬的基本方法”（第1～3章），介紹化工過程穩(wěn)態(tài)與動態(tài)模擬理論和過程模擬中常用的優(yōu)化方法；中篇“簡單化工過程的模擬實踐” （第4～5章），通過使用商業(yè)流程模擬軟件實現(xiàn)典型化工過程案例的模擬，在實踐中講述穩(wěn)態(tài)和動態(tài)過程模擬的方法和技巧；下篇“乙烯裝置的動態(tài)模擬與優(yōu)化實踐”（第6～9章），通過凝練實際工程項目成果，講述乙烯裝置裂解、壓縮、分離及全流程的模擬實踐與優(yōu)化，系統(tǒng)闡述如何將流程模擬技術(shù)應用于工程實踐。
本書可作為高等學校化工及相關專業(yè)本科生和研究生的教學用書，也可為石油與化工等領域的研究人員和從事生產(chǎn)實踐的工程師提供參考。
邱彤，清華大學，研究員，研究方向包括乙烯裂解過程機理建模與模擬、化工流程動態(tài)模擬與優(yōu)化、煉油過程分子管理研究、過程模擬與穩(wěn)定性分析、生物燃料的全生命周期分析、能源經(jīng)濟研究、過程大數(shù)據(jù)分析與校正，主持多項國家自然科學基金重點項目、973項目等。曾獲國家科技進步獎二等獎1項，中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會科技進步一等獎2項，中石油天集團科學技術(shù)進步一等獎1項，中國石油和化學工業(yè)科技進步一等獎1項
上篇化工過程模擬的基本方法/1
第1章化工過程穩(wěn)態(tài)模擬原理與步驟/3
1.1化工過程數(shù)學模型與自由度分析3
1.1.1化工過程的數(shù)學模型3
1.1.2系統(tǒng)的自由度分析4
1.1.3氨合成系統(tǒng)的數(shù)學模型5
1.2基于序貫模塊法的過程模擬6
1.2.1帶有循環(huán)的化工系統(tǒng)序貫求解過程6
1.2.2不可分割子系統(tǒng)的識別7
1.2.3不可分割子系統(tǒng)的切割12
1.2.4不可分割子系統(tǒng)的收斂19
1.3基于聯(lián)立方程法的過程模擬22
1.3.1大型稀疏非線性方程組的降維解法23
1.3.2大型稀疏非線性方程組的聯(lián)立線性方程組解法25
1.4基于聯(lián)立模塊法的過程模擬26
1.4.1簡化模型的建立方法27
1.4.2攝動法求簡化模型系數(shù)矩陣30
習題31
第2章化工過程動態(tài)模擬與控制/33
2.1基本概念33
2.2動態(tài)數(shù)學模型37
2.2.1總質(zhì)量守恒方程38
2.2.2組分守恒方程39
2.2.3能量守恒方程42
2.2.4動量守恒方程44
2.2.5狀態(tài)方程46
2.2.6平衡方程46
2.3動態(tài)過程模型的實例47
2.3.1串聯(lián)的等溫、等持液量全混釜47
2.3.2串聯(lián)的等溫、變持液量全混釜49
2.3.3串聯(lián)帶加熱的反應釜49
2.3.4氣相帶壓CSTR50
2.4常微分方程的數(shù)值解法51
2.4.1顯式數(shù)值積分算法51
2.4.2隱式數(shù)值積分算法55
2.5動態(tài)模擬的實例57
2.5.1重力流槽57
2.5.2串聯(lián)CSTR58
2.5.3非等溫CSTR60
2.6動態(tài)響應與系統(tǒng)動態(tài)特性分析62
2.6.1分類與定義62
2.6.2線性化與擾動變量64
2.6.3簡單線性系統(tǒng)的響應67
2.7過程控制系統(tǒng)簡介79
2.7.1簡單控制回路介紹79
2.7.2PID控制80
習題87
第3章化工過程模擬中常用的優(yōu)化方法/89
3.1優(yōu)化問題的基本概念與分類89
3.1.1優(yōu)化問題的基本概念89
3.1.2優(yōu)化問題的分類90
3.1.3局部最優(yōu)解與全局最優(yōu)解，凸規(guī)劃91
3.2無約束最優(yōu)化問題93
3.2.1無約束最優(yōu)化問題的特點和求解方法概述93
3.2.2一維最小化96
3.2.3最速下降法101
3.2.4共軛梯度法103
3.2.5牛頓法104
3.2.6擬牛頓法107
3.3帶約束最優(yōu)化問題111
3.3.1帶約束最優(yōu)化問題解的判定條件111
3.3.2罰函數(shù)法、障礙法和增廣Lagrangian函數(shù)法118
3.3.3二次規(guī)劃123
3.3.4序貫二次型法129
習題133
中篇簡單化工過程的模擬實踐/134
第4章基于Aspen Plus的穩(wěn)態(tài)化工過程模擬應用/135
4.1乙烯、丁二烯合成環(huán)己烯反應模擬實例135
4.1.1組分與物性方法輸入136
4.1.2反應器模擬137
4.2脫丙烷模擬實例140
4.2.1脫丙烷工藝簡介141
4.2.2單塔脫丙烷簡捷計算142
4.2.3單塔脫丙烷嚴格計算147
4.2.4脫丙烷塔的靈敏度分析與設計規(guī)定150
4.2.5高、低壓脫丙烷塔模擬156
4.3甲苯加氫制苯工藝實例160
4.3.1原料進料單元162
4.3.2反應單元165
4.3.3閃蒸單元169
4.3.4精餾單元172
4.3.5建立循環(huán)178
4.4聯(lián)立方程法在Aspen Plus模擬中的應用180
4.4.1Aspen Plus中的EO模型180
4.4.2基于聯(lián)立方程法的模擬與參數(shù)估計181
4.4.3基于聯(lián)立方程法的優(yōu)化183
4.4.4基于聯(lián)立方程法的參數(shù)校正186
習題188
第5章基于Aspen Plus Dynamics的動態(tài)化工過程模擬應用/190
5.1重力流槽190
5.1.1穩(wěn)態(tài)模擬190
5.1.2穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)動態(tài)191
5.1.3動態(tài)模擬192
5.2串聯(lián)CSTR196
5.2.1穩(wěn)態(tài)模擬196
5.2.2穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)動態(tài)199
5.2.3動態(tài)模擬199
5.3非等溫CSTR202
5.3.1穩(wěn)態(tài)模擬202
5.3.2穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)動態(tài)204
5.3.3動態(tài)模擬205
5.4乙醇-水精餾塔開車動態(tài)模擬208
5.4.1穩(wěn)態(tài)模擬209
5.4.2穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)動態(tài)211
5.4.3動態(tài)模擬212
習題216
下篇乙烯裝置的動態(tài)模擬與優(yōu)化實踐/217
第6章乙烯裂解爐的模擬與優(yōu)化/218
6.1乙烯裂解爐穩(wěn)態(tài)模擬219
6.1.1過程模型219
6.1.2反應模型221
6.1.3分子模型224
6.1.4裂解爐模擬求解算法226
6.1.5算例：石腦油裂解過程計算227
6.2多周期裂解爐動態(tài)模擬與操作條件優(yōu)化228
6.2.1結(jié)焦動力學模型229
6.2.2裂解爐多周期模擬計算230
6.2.3裂解爐多周期操作條件優(yōu)化模型230
6.2.4算例：石腦油多周期裂解操作條件優(yōu)化231
思考題232
第7章乙烯裝置壓縮系統(tǒng)的模擬與優(yōu)化/234
7.1進料組成變化情況下的壓縮機性能預測234
7.2進料組成變化情況下的壓縮機性能模擬238
思考題240
第8章乙烯裝置分離系統(tǒng)的開車動態(tài)模擬與優(yōu)化/241
8.1深冷系統(tǒng)混合烴開車的動態(tài)模擬研究241
8.1.1基于參數(shù)修正的開車狀態(tài)初始化算法242
8.1.2開車方案的動態(tài)模擬研究243
8.2精餾塔全回流操作與全回流組分的選擇247
8.2.1精餾塔開車過程簡介247
8.2.2精餾塔全回流操作的適用性248
8.2.3精餾塔全回流開車介質(zhì)組分選擇251
思考題253
第9章乙烯裝置的開車動態(tài)模擬與優(yōu)化/254
9.1基于動態(tài)模擬的開車介質(zhì)組成分析254
9.1.1混合烴組成的計算算法254
9.1.2確定氫氣含量254
9.1.3確定混合烴分子量下限256
9.1.4確定混合烴的組分種類257
9.1.5選取混合烴的總流量及操作壓力257
9.1.6確定混合烴的分子量上限258
9.1.7透平提供的最大功率259
9.1.8實例研究260
9.2基于動態(tài)模擬的開車過程操作優(yōu)化260
9.2.1裂解、壓縮系統(tǒng)建模與分析260
9.2.2前脫乙烷系統(tǒng)建模與分析264
9.2.3綜合分析優(yōu)化266
思考題267
參考文獻/268
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