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課程知識的理解及實(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)計等課程的教材或主要參考書，也可作為研究生化工計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的主要參考書，同時也可供化學(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)用時的素材和工具。
方利國，華南理工大學(xué)，副教授系副主任，本人長期計算機(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，申請國家專利10項(xiàng)，目前已獲國家授權(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)化工制圖及計算機(jī)輔助設(shè)計的素材，從事本科生教學(xué)已達(dá)20年左右，長期主講計算機(jī)輔助設(shè)計、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，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】001
1.1系統(tǒng)與化工系統(tǒng)001
1.1.1系統(tǒng)001
1.1.2化工系統(tǒng)002
1.1.3系統(tǒng)的特性004
1.2化工系統(tǒng)分析010
1.2.1基本定義010
1.2.2化工系統(tǒng)分析含義011
1.2.3化工系統(tǒng)分析具體案例011
1.3化工系統(tǒng)合成020
1.3.1化工系統(tǒng)合成定義020
1.3.2化工系統(tǒng)合成多重同心圓概念021
1.3.3化工系統(tǒng)合成關(guān)鍵023
1.3.4化工系統(tǒng)合成具體案例025
第1章化工系統(tǒng)分析與合成導(dǎo)論001
【本章導(dǎo)讀】001
1.1系統(tǒng)與化工系統(tǒng)001
1.1.1系統(tǒng)001
1.1.2化工系統(tǒng)002
1.1.3系統(tǒng)的特性004
1.2化工系統(tǒng)分析010
1.2.1基本定義010
1.2.2化工系統(tǒng)分析含義011
1.2.3化工系統(tǒng)分析具體案例011
1.3化工系統(tǒng)合成020
1.3.1化工系統(tǒng)合成定義020
1.3.2化工系統(tǒng)合成多重同心圓概念021
1.3.3化工系統(tǒng)合成關(guān)鍵023
1.3.4化工系統(tǒng)合成具體案例025
1.4化工系統(tǒng)模擬與模型033
1.4.1模擬法033
1.4.2常用模擬軟件034
1.5化工系統(tǒng)優(yōu)化035
1.5.1優(yōu)化的重要性035
1.5.2基本的優(yōu)化模型035
1.5.3系統(tǒng)優(yōu)化需要的知識支撐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】040
2.1化工單元模型分類及簡化040
2.1.1模型分類040
2.１.2模型的簡化049
2.１.3模型參數(shù)051
2.１.4模型建立的步驟051
２.2常見化工單元數(shù)學(xué)模型056
2.2.1混合過程建模056
2.２.2氣體壓縮過程建模059
2.2.3氣體膨脹過程建模062
2.２.4液體加壓過程建模064
2.2.5分割過程建模064
2.２.6管路壓降過程建模065
2.2.7閃蒸過程建模066
2.2.8蒸餾過程建模069
2.2.9換熱過程建模071
2.2.10間歇蒸餾過程建模072
2.3化工過程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型073
2.3.1有向圖073
2.3.2過程矩陣（Process Matrix）RP074
2.３.3關(guān)聯(lián)矩陣（Incidence Matrix）RI075
2.3.4鄰接矩陣（Adjacency Matrix） RA076
2.3.5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】085
3.1化工單元模擬085
3.1.1基本物性計算085
3.1.2線性方程組計算094
3.1.3非線性方程計算096
3.1.4常微分方程計算104
3.1.5偏微分方程計算110
3.2序貫?zāi)K法113
3.2.1無循環(huán)物流系統(tǒng)114
3.2.2有循環(huán)物流系統(tǒng)115
3.2.3三種類型的流程模擬116
3.3聯(lián)立方程法118
3.4聯(lián)立模塊法119
3.5化工系統(tǒng)的分解122
3.5.1系統(tǒng)分隔123
3.5.2系統(tǒng)的切斷126
3.6設(shè)計（獨(dú)立）變量的選擇130
3.6.1問題的提出130
3.6.2拓?fù)潆p層圖131
3.7大型方程組的分解策略133
3.7.1指定方程組每一方程的輸出
變量135
3.7.2利用方程組輸出變量集，繪制方程
組信息有向圖135
3.7.3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】140
4.1化工過程系統(tǒng)優(yōu)化概述140
4.1.1優(yōu)化問題的性質(zhì)140
4.1.2常見的化工優(yōu)化問題141
4.1.3化工優(yōu)化問題的一般數(shù)學(xué)模型142
4.1.4化工優(yōu)化問題的基本方法144
4.2優(yōu)化的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)144
4.2.1凸集145
4.2.2凸函數(shù)145
4.2.3單變量函數(shù)的極值情況145
4.2.4多變量函數(shù)的極值情況147
4.2.5函數(shù)最優(yōu)解的最后確定149
4.3無約束函數(shù)優(yōu)化150
4.3.1單變量函數(shù)優(yōu)化150
4.3.2多變量函數(shù)優(yōu)化157
4.4線性及混合整數(shù)規(guī)劃165
4.4.1線性規(guī)劃165
4.4.2混合整數(shù)規(guī)劃177
4.5非線性規(guī)劃178
4.5.1消元法180
4.5.2拉格朗日乘子法（Lagrange
Multiplier Method） 181
4.5.3罰函數(shù)法（Penalty Function
Method）184
4.5.4逐次線性規(guī)劃（Successive Linear
Programming）186
4.5.5逐次二次規(guī)劃（Sequential Quadratic
Programming）186
4.5.6非線性規(guī)劃問題matlab求解
策略187
4.6動態(tài)規(guī)劃（Dynamic Programming）188
4.6.1動態(tài)規(guī)劃基本概念188
4.6.2動態(tài)規(guī)劃的優(yōu)化原理190
4.6.3多級錯流系統(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】199
5.1換熱過程模擬及優(yōu)化199
5.1.1套管式換熱器動態(tài)模擬199
5.1.2單個換熱器面積優(yōu)化203
5.1.3串聯(lián)換熱器優(yōu)化208
5.2流體輸送管徑優(yōu)化211
5.2.1問題的提出211
5.2.2優(yōu)化模型的建立212
5.2.3優(yōu)化求解213
5.3保溫層優(yōu)化215
5.4多效蒸發(fā)優(yōu)化217
5.4.1問題的提出217
5.4.2優(yōu)化模型的建立217
5.4.3優(yōu)化分析218
5.5反應(yīng)精餾塔雙回流比優(yōu)化219
5.5.1問題的提出219
5.5.2優(yōu)化模型建立220
5.5.3結(jié)果分析223
5.6石油產(chǎn)品運(yùn)輸調(diào)度優(yōu)化224
5.6.1問題的提出224
5.6.2模型的建立224
5.6.3實(shí)例求解225
5.7生產(chǎn)過程最優(yōu)選擇226
5.7.1問題的提出226
5.7.2模型的建立227
5.7.3優(yōu)化求解及靈敏度分析227
5.8生產(chǎn)配置優(yōu)化228
5.8.1問題的提出228
5.8.2模型的建立229
5.8.3優(yōu)化求解及分析229
5.9鍋爐發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化231
5.9.1問題的提出231
5.9.2模型的建立232
5.9.3模型求解233
5.9.4靈敏度分析235
5.10管式反應(yīng)器最優(yōu)溫度分布236
5.10.1問題的提出236
5.10.2模型的建立236
5.10.3優(yōu)化求解237
5.10.4結(jié)果分析239
5.11串聯(lián)反應(yīng)器最佳空時分析241
5.11.1問題的提出241
5.11.2模型的建立241
5.11.3模型的求解242
5.12平行理想催化反應(yīng)模擬及優(yōu)化
分析243
5.12.1問題的提出243
5.12.2模型的建立244
5.12.3模型的計算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】249
6.1合成策略249
6.2反應(yīng)過程合成253
6.2.1原料的選擇253
6.2.2反應(yīng)路徑的選擇255
6.2.3反應(yīng)器類型的選擇256
6.2.4反應(yīng)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇258
6.2.5反應(yīng)操作及化學(xué)組分分配試探
規(guī)則260
6.2.6獨(dú)立反應(yīng)數(shù)確定260
6.3分離序列合成262
6.3.1分離方法簡介262
6.3.2分離方法選擇266
6.3.3精餾分離的幾個基本概念268
6.3.4精餾分離的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則及應(yīng)用270
6.3.5最小總氣相負(fù)荷確定法272
6.4換熱網(wǎng)絡(luò)合成277
6.4.1換熱網(wǎng)絡(luò)合成幾個基本概念277
6.4.2TH（溫焓）圖和組合曲線279
6.4.3挾點(diǎn)的確定280
6.4.4無挾點(diǎn)“門檻”問題284
6.4.5換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計284
6.4.6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)分析與評價291
【本章導(dǎo)讀】291
7.1化工節(jié)能概述291
7.1.1能源概述291
7.1.2節(jié)能定義293
7.1.3化工節(jié)能方法與準(zhǔn)則295
7.1.4化工節(jié)能工作中的幾個基本
概念298
7.2化工節(jié)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價302
7.2.1節(jié)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價303
7.2.2化工節(jié)能技術(shù)生命周期評價308
7.3化工通用節(jié)能設(shè)備與技術(shù)分析311
7.3.1鍋爐節(jié)能技術(shù)311
7.3.2換熱器節(jié)能技術(shù)315
7.3.3泵和風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)317
7.3.4熱泵節(jié)能技術(shù)322
7.3.5熱管節(jié)能技術(shù)323
7.4強(qiáng)化傳熱節(jié)能技術(shù)326
7.5精餾過程節(jié)能技術(shù)332
7.5.1熱泵精餾技術(shù)332
7.5.2內(nèi)部熱集成節(jié)能技術(shù)334
7.6能源管理體系簡介339
7.7能源審計簡介340
7.8固定資產(chǎn)投資節(jié)能評估簡介340
本章小結(jié)及提點(diǎn)341
習(xí)題341
參考文獻(xiàn)342
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