化工过程模拟:理论与实践/邱彤

上篇化工过程模拟的基本方法/1
第1章化工过程稳态模拟原理与步骤/3
1.1化工过程数学模型与自由度分析3
1.1.1化工过程的数学模型3
1.1.2系统的自由度分析4
1.1.3氨合成系统的数学模型5
1.2基于序贯模块法的过程模拟6
1.2.1带有循环的化工系统序贯求解过程6
1.2.2不可分割子系统的识别7
1.2.3不可分割子系统的切割12
1.2.4不可分割子系统的收敛19
1.3基于联立方程法的过程模拟22
1.3.1大型稀疏非线性方程组的降维解法23
1.3.2大型稀疏非线性方程组的联立线性方程组解法25
1.4基于联立模块法的过程模拟26
1.4.1简化模型的建立方法27
1.4.2摄动法求简化模型系数矩阵30
习题31

第2章化工过程动态模拟与控制/33
2.1基本概念33
2.2动态数学模型37
2.2.1总质量守恒方程38
2.2.2组分守恒方程39
2.2.3能量守恒方程42
2.2.4动量守恒方程44
2.2.5状态方程46
2.2.6平衡方程46
2.3动态过程模型的实例47
2.3.1串联的等温、等持液量全混釜47
2.3.2串联的等温、变持液量全混釜49
2.3.3串联带加热的反应釜49
2.3.4气相带压CSTR50
2.4常微分方程的数值解法51
2.4.1显式数值积分算法51
2.4.2隐式数值积分算法55
2.5动态模拟的实例57
2.5.1重力流槽57
2.5.2串联CSTR58
2.5.3非等温CSTR60
2.6动态响应与系统动态特性分析62
2.6.1分类与定义62
2.6.2线性化与扰动变量64
2.6.3简单线性系统的响应67
2.7过程控制系统简介79
2.7.1简单控制回路介绍79
2.7.2PID控制80
习题87

第3章化工过程模拟中常用的优化方法/89
3.1优化问题的基本概念与分类89
3.1.1优化问题的基本概念89
3.1.2优化问题的分类90
3.1.3局部*优解与全局*优解，凸规划91
3.2无约束*优化问题93
3.2.1无约束*优化问题的特点和求解方法概述93
3.2.2一维*小化96
3.2.3*速下降法101
3.2.4共轭梯度法103
3.2.5牛顿法104
3.2.6拟牛顿法107
3.3带约束*优化问题111
3.3.1带约束*优化问题解的判定条件111
3.3.2罚函数法、障碍法和增广Lagrangian函数法118
3.3.3二次规划123
3.3.4序贯二次型法129
习题133

中篇简单化工过程的模拟实践/134
第4章基于Aspen Plus的稳态化工过程模拟应用/135
4.1乙烯、丁二烯合成环己烯反应模拟实例135
4.1.1组分与物性方法输入136
4.1.2反应器模拟137
4.2脱丙烷模拟实例140
4.2.1脱丙烷工艺简介141
4.2.2单塔脱丙烷简捷计算142
4.2.3单塔脱丙烷严格计算147
4.2.4脱丙烷塔的灵敏度分析与设计规定150
4.2.5高、低压脱丙烷塔模拟156
4.3甲苯加氢制苯工艺实例160
4.3.1原料进料单元162
4.3.2反应单元165
4.3.3闪蒸单元169
4.3.4精馏单元172
4.3.5建立循环178
4.4联立方程法在Aspen Plus模拟中的应用180
4.4.1Aspen Plus中的EO模型180
4.4.2基于联立方程法的模拟与参数估计181
4.4.3基于联立方程法的优化183
4.4.4基于联立方程法的参数校正186
习题188

第5章基于Aspen Plus Dynamics的动态化工过程模拟应用/190
5.1重力流槽190
5.1.1稳态模拟190
5.1.2稳态转动态191
5.1.3动态模拟192
5.2串联CSTR196
5.2.1稳态模拟196
5.2.2稳态转动态199
5.2.3动态模拟199
5.3非等温CSTR202
5.3.1稳态模拟202
5.3.2稳态转动态204
5.3.3动态模拟205
5.4乙醇-水精馏塔开车动态模拟208
5.4.1稳态模拟209
5.4.2稳态转动态211
5.4.3动态模拟212
习题216

下篇乙烯装置的动态模拟与优化实践/217
第6章乙烯裂解炉的模拟与优化/218
6.1乙烯裂解炉稳态模拟219
6.1.1过程模型219
6.1.2反应模型221
6.1.3分子模型224
6.1.4裂解炉模拟求解算法226
6.1.5算例：石脑油裂解过程计算227
6.2多周期裂解炉动态模拟与操作条件优化228
6.2.1结焦动力学模型229
6.2.2裂解炉多周期模拟计算230
6.2.3裂解炉多周期操作条件优化模型230
6.2.4算例：石脑油多周期裂解操作条件优化231
思考题232

第7章乙烯装置压缩系统的模拟与优化/234
7.1进料组成变化情况下的压缩机性能预测234
7.2进料组成变化情况下的压缩机性能模拟238
思考题240

第8章乙烯装置分离系统的开车动态模拟与优化/241
8.1深冷系统混合烃开车的动态模拟研究241
8.1.1基于参数修正的开车状态初始化算法242
8.1.2开车方案的动态模拟研究243
8.2精馏塔全回流操作与全回流组分的选择247
8.2.1精馏塔开车过程简介247
8.2.2精馏塔全回流操作的适用性248
8.2.3精馏塔全回流开车介质组分选择251
思考题253

第9章乙烯装置的开车动态模拟与优化/254
9.1基于动态模拟的开车介质组成分析254
9.1.1混合烃组成的计算算法254
9.1.2确定氢气含量254
9.1.3确定混合烃分子量下限256
9.1.4确定混合烃的组分种类257
9.1.5选取混合烃的总流量及操作压力257
9.1.6确定混合烃的分子量上限258
9.1.7透平提供的*大功率259
9.1.8实例研究260
9.2基于动态模拟的开车过程操作优化260
9.2.1裂解、压缩系统建模与分析260
9.2.2前脱乙烷系统建模与分析264
9.2.3综合分析优化266
思考题267

参考文献/268