化工過程系統(tǒng)分析與合成(方利國(guó))
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本書是化工過程分析與合成的實(shí)用基礎(chǔ)教程,涉及化工過程分析與合成的基本概念、模型建立、模擬求解、過程優(yōu)化、系統(tǒng)合成等主要內(nèi)容。本書兼顧課程內(nèi)容的深度與廣度,注重知識(shí)的理論性與實(shí)用性。全書共分為7章,每章均有大量的案例與例題,大部分案例均為作者基于AspenPlus、Matlab、Visual Basic、Excel開發(fā)的通用程序,極大地方便了讀者對(duì)課程知識(shí)的理解及實(shí)際應(yīng)用。 本書可作為化學(xué)化工類本科生化工分析與合成、化工系統(tǒng)工程、化工設(shè)計(jì)等課程的教材或主要參考書,也可作為研究生化工計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的主要參考書,同時(shí)也可供化學(xué)化工科技人員作為化工模擬及優(yōu)化設(shè)計(jì)的參考書籍。 本書配有全套輔助學(xué)習(xí)電子課件。電子課件可免費(fèi)在www?cipedu?com?cn下載。該電子課件包括1~7章例題的程序、1~7章的多媒體課件以及本書中用到的AspenPlus、Matlab、Excel主要功能介紹及應(yīng)用。讀者可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā),作為教師課件、學(xué)生試卷及實(shí)際應(yīng)用時(shí)的素材和工具。
方利國(guó),華南理工大學(xué),副教授系副主任,本人長(zhǎng)期計(jì)算機(jī)在化學(xué)化工方面的應(yīng)用研究,發(fā)表各種論文40余篇,申請(qǐng)國(guó)家專利10項(xiàng),目前已獲國(guó)家授權(quán)專利8項(xiàng),其中發(fā)明2項(xiàng)。碩士論文和博士論文選題均與計(jì)算機(jī)應(yīng)用有關(guān)。目前已積累豐富的有關(guān)化工制圖及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的素材,從事本科生教學(xué)已達(dá)20年左右,長(zhǎng)期主講計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、能源概論、化工系統(tǒng)工程、化工過程分析與合成、化工微機(jī)應(yīng)用、化工企業(yè)管理、、化工儀表與自動(dòng)化等課程,具有豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),多次獲得華南理工大學(xué)優(yōu)秀教學(xué)獎(jiǎng),分別教研論文10篇。
第1章化工系統(tǒng)分析與合成導(dǎo)論001【本章導(dǎo)讀】0011.1系統(tǒng)與化工系統(tǒng)0011.1.1系統(tǒng)0011.1.2化工系統(tǒng)0021.1.3系統(tǒng)的特性0041.2化工系統(tǒng)分析0101.2.1基本定義0101.2.2化工系統(tǒng)分析含義0111.2.3化工系統(tǒng)分析具體案例0111.3化工系統(tǒng)合成0201.3.1化工系統(tǒng)合成定義0201.3.2化工系統(tǒng)合成多重同心圓概念0211.3.3化工系統(tǒng)合成關(guān)鍵0231.3.4化工系統(tǒng)合成具體案例0251.4化工系統(tǒng)模擬與模型0331.4.1模擬法0331.4.2常用模擬軟件0341.5化工系統(tǒng)優(yōu)化0351.5.1優(yōu)化的重要性0351.5.2基本的優(yōu)化模型0351.5.3系統(tǒng)優(yōu)化需要的知識(shí)支撐037本章小結(jié)及提點(diǎn)038習(xí)題038第2章化工過程系統(tǒng)模型化040【本章導(dǎo)讀】0402.1化工單元模型分類及簡(jiǎn)化0402.1.1模型分類0402.1.2模型的簡(jiǎn)化0492.1.3模型參數(shù)0512.1.4模型建立的步驟0512.2常見化工單元數(shù)學(xué)模型0562.2.1混合過程建模0562.2.2氣體壓縮過程建模0592.2.3氣體膨脹過程建模0622.2.4液體加壓過程建模0642.2.5分割過程建模0642.2.6管路壓降過程建模0652.2.7閃蒸過程建模0662.2.8蒸餾過程建模0692.2.9換熱過程建模0712.2.10間歇蒸餾過程建模0722.3化工過程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型0732.3.1有向圖0732.3.2過程矩陣(Process Matrix)RP0742.3.3關(guān)聯(lián)矩陣(Incidence Matrix)RI0752.3.4鄰接矩陣(Adjacency Matrix) RA0762.3.5聯(lián)結(jié)表077本章小結(jié)及提點(diǎn)082習(xí)題082第3章化工系統(tǒng)模擬方法及策略085【本章導(dǎo)讀】0853.1化工單元模擬0853.1.1基本物性計(jì)算0853.1.2線性方程組計(jì)算0943.1.3非線性方程計(jì)算0963.1.4常微分方程計(jì)算1043.1.5偏微分方程計(jì)算1103.2序貫?zāi)K法1133.2.1無循環(huán)物流系統(tǒng)1143.2.2有循環(huán)物流系統(tǒng)1153.2.3三種類型的流程模擬1163.3聯(lián)立方程法1183.4聯(lián)立模塊法1193.5化工系統(tǒng)的分解1223.5.1系統(tǒng)分隔1233.5.2系統(tǒng)的切斷1263.6設(shè)計(jì)(獨(dú)立)變量的選擇1303.6.1問題的提出1303.6.2拓?fù)潆p層圖1313.7大型方程組的分解策略1333.7.1指定方程組每一方程的輸出變量1353.7.2利用方程組輸出變量集,繪制方程組信息有向圖1353.7.3利用鄰接矩陣分隔系統(tǒng)的方法,找出方程組信息圖中的回路,確定方程組分解策略136本章小結(jié)及提點(diǎn)138習(xí)題138第4章化工過程系統(tǒng)優(yōu)化基礎(chǔ)140【本章導(dǎo)讀】1404.1化工過程系統(tǒng)優(yōu)化概述1404.1.1優(yōu)化問題的性質(zhì)1404.1.2常見的化工優(yōu)化問題1414.1.3化工優(yōu)化問題的一般數(shù)學(xué)模型1424.1.4化工優(yōu)化問題的基本方法1444.2優(yōu)化的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)1444.2.1凸集1454.2.2凸函數(shù)1454.2.3單變量函數(shù)的極值情況1454.2.4多變量函數(shù)的極值情況1474.2.5函數(shù)最優(yōu)解的最后確定1494.3無約束函數(shù)優(yōu)化1504.3.1單變量函數(shù)優(yōu)化1504.3.2多變量函數(shù)優(yōu)化1574.4線性及混合整數(shù)規(guī)劃1654.4.1線性規(guī)劃1654.4.2混合整數(shù)規(guī)劃1774.5非線性規(guī)劃1784.5.1消元法1804.5.2拉格朗日乘子法(LagrangeMultiplier Method) 1814.5.3罰函數(shù)法(Penalty FunctionMethod)1844.5.4逐次線性規(guī)劃(Successive LinearProgramming)1864.5.5逐次二次規(guī)劃(Sequential QuadraticProgramming)1864.5.6非線性規(guī)劃問題matlab求解策略1874.6動(dòng)態(tài)規(guī)劃(Dynamic Programming)1884.6.1動(dòng)態(tài)規(guī)劃基本概念1884.6.2動(dòng)態(tài)規(guī)劃的優(yōu)化原理1904.6.3多級(jí)錯(cuò)流系統(tǒng)優(yōu)化192本章小結(jié)及提點(diǎn)196習(xí)題196第5章典型化工單元及過程模擬及優(yōu)化案例199【本章導(dǎo)讀】1995.1換熱過程模擬及優(yōu)化1995.1.1套管式換熱器動(dòng)態(tài)模擬1995.1.2單個(gè)換熱器面積優(yōu)化2035.1.3串聯(lián)換熱器優(yōu)化2085.2流體輸送管徑優(yōu)化2115.2.1問題的提出2115.2.2優(yōu)化模型的建立2125.2.3優(yōu)化求解2135.3保溫層優(yōu)化2155.4多效蒸發(fā)優(yōu)化2175.4.1問題的提出2175.4.2優(yōu)化模型的建立2175.4.3優(yōu)化分析2185.5反應(yīng)精餾塔雙回流比優(yōu)化2195.5.1問題的提出2195.5.2優(yōu)化模型建立2205.5.3結(jié)果分析2235.6石油產(chǎn)品運(yùn)輸調(diào)度優(yōu)化2245.6.1問題的提出2245.6.2模型的建立2245.6.3實(shí)例求解2255.7生產(chǎn)過程最優(yōu)選擇2265.7.1問題的提出2265.7.2模型的建立2275.7.3優(yōu)化求解及靈敏度分析2275.8生產(chǎn)配置優(yōu)化2285.8.1問題的提出2285.8.2模型的建立2295.8.3優(yōu)化求解及分析2295.9鍋爐發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化2315.9.1問題的提出2315.9.2模型的建立2325.9.3模型求解2335.9.4靈敏度分析2355.10管式反應(yīng)器最優(yōu)溫度分布2365.10.1問題的提出2365.10.2模型的建立2365.10.3優(yōu)化求解2375.10.4結(jié)果分析2395.11串聯(lián)反應(yīng)器最佳空時(shí)分析2415.11.1問題的提出2415.11.2模型的建立2415.11.3模型的求解2425.12平行理想催化反應(yīng)模擬及優(yōu)化分析2435.12.1問題的提出2435.12.2模型的建立2445.12.3模型的計(jì)算245本章小結(jié)及提點(diǎn)246習(xí)題246
第6章化工過程合成技術(shù)及優(yōu)化249【本章導(dǎo)讀】2496.1合成策略2496.2反應(yīng)過程合成2536.2.1原料的選擇2536.2.2反應(yīng)路徑的選擇2556.2.3反應(yīng)器類型的選擇2566.2.4反應(yīng)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇2586.2.5反應(yīng)操作及化學(xué)組分分配試探規(guī)則2606.2.6獨(dú)立反應(yīng)數(shù)確定2606.3分離序列合成2626.3.1分離方法簡(jiǎn)介2626.3.2分離方法選擇2666.3.3精餾分離的幾個(gè)基本概念2686.3.4精餾分離的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則及應(yīng)用2706.3.5最小總氣相負(fù)荷確定法2726.4換熱網(wǎng)絡(luò)合成2776.4.1換熱網(wǎng)絡(luò)合成幾個(gè)基本概念2776.4.2TH(溫焓)圖和組合曲線2796.4.3挾點(diǎn)的確定2806.4.4無挾點(diǎn)“門檻”問題2846.4.5換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)2846.4.6節(jié)能與投資的優(yōu)化288本章小結(jié)及提點(diǎn)289習(xí)題289
第7章化工過程節(jié)能技術(shù)分析與評(píng)價(jià)291【本章導(dǎo)讀】2917.1化工節(jié)能概述2917.1.1能源概述2917.1.2節(jié)能定義2937.1.3化工節(jié)能方法與準(zhǔn)則2957.1.4化工節(jié)能工作中的幾個(gè)基本概念2987.2化工節(jié)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)3027.2.1節(jié)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)3037.2.2化工節(jié)能技術(shù)生命周期評(píng)價(jià)3087.3化工通用節(jié)能設(shè)備與技術(shù)分析3117.3.1鍋爐節(jié)能技術(shù)3117.3.2換熱器節(jié)能技術(shù)3157.3.3泵和風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)3177.3.4熱泵節(jié)能技術(shù)3227.3.5熱管節(jié)能技術(shù)3237.4強(qiáng)化傳熱節(jié)能技術(shù)3267.5精餾過程節(jié)能技術(shù)3327.5.1熱泵精餾技術(shù)3327.5.2內(nèi)部熱集成節(jié)能技術(shù)3347.6能源管理體系簡(jiǎn)介3397.7能源審計(jì)簡(jiǎn)介3407.8固定資產(chǎn)投資節(jié)能評(píng)估簡(jiǎn)介340本章小結(jié)及提點(diǎn)341習(xí)題341參考文獻(xiàn)342