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1.1　过程模拟的一般方法 1

1.1.1 物理模拟与数学模拟 1

第1章 绪论 1

1.1.2 数学模型化的步骤 2

1.1.3 化工系统模拟的层次 3

1.1.4 数学模型的类型 3

1.2　数学模拟的用途及限制 4

1.2.1 化工开发的数学模拟 5

1.2.2 化工设计中的数学模拟方法 6

1.2.4 过程控制中的数学模型 8

1.2.3 改进化工厂生产操作的数学模拟方法 8

1.2.5 规划和计划阶段中的数学模型 9

1.2.6 数学模拟方法的限制 9

1.3　过程模拟与优化 10

参考文献 12

第2章　单元过程的稳态模拟 13

2.1　基本概念 13

2.1.1　过程系统模拟 13

2.1.2　稳态过程模拟 13

2.1.3 过程模拟问题类型 14

2.1.4　过程模拟的基本环节 15

2.1.5 单元模型的变量选择和自由度分析 16

2.1.6 过程模拟应用中应注意的问题 21

2.2　通用单元操作过程模拟 21

2.2.1 相平衡及闪蒸器 21

2.2.2 物料的加合与分割 25

2.2.3 泵 26

2.2.4　压缩机与膨胀机 27

2.2.5 热交换器 28

2.2.6 多组分混合物分离塔 30

2.2.7 化学反应器模型 32

2.3　计算流体力学CFD模拟 41

2.3.1 计算流体力学的基本原理 42

2.3.2 CFD模拟软件的功能 43

2.3.3 CFD模拟软件的结构 45

2.3.4　CFD模拟的应用优越性及特点 45

2.3.5　CFD的应用步骤 46

2.3.6　CFD技术的成功应用案例 47

2.4　聚合过程的模拟 48

2.4.1 聚合过程模拟软件的功能模块 49

2.4.2 聚合过程模拟软件的应用 51

2.4.3 聚合过程模拟的应用案例 51

2.5　专用化学反应器的稳态模拟 57

2.5.1 乙烯裂解炉的模拟 57

2.5.2 催化裂化反应器——再生器系统的模拟 65

2.6　换热器及加热炉的模拟优化 68

2.6.1 概论 68

2.6.2 管壳式换热器的模拟优化 70

2.6.3 管壳式换热器的优化设计案例（HTFS软件计算结果） 76

参考文献 79

第3章　稳态流程模拟 81

3.1流程模拟的基本概念 81

3.1.1 过程与系统 81

3.1.2　流程模拟系统简介 82

3.2　过程系统模型 84

3.2.1　过程系统模型 84

3.2.2　流程模拟模型的构成 85

3.2.3 流程结构的表述 86

3.2.4　过程系统模型建立 89

3.2.5　流程系统模型示例 91

3.3.1 序贯模块法的基本思想 92

3.3　序贯模块法 92

3.3.2　过程系统分块方法 95

3.3.3 流程系统断裂方法 97

3.3.4　收敛模块 97

3.3.5　控制模块 100

3.3.6 序贯模块法的优缺点 101

3.4.1 联立方程法的基本思想 103

3.4.2 流程系统方程组的产生 103

3.4　联立方程法 103

3.4.3　联立方程法的求解策略 104

3.4.4　方程组分解 106

3.4.5　稀疏线性方程组求解 107

3.4.6 联立方程法的优缺点 108

3.5　流程模拟的其他方法 109

3.5.1　联立模块法 109

3.5.2　数据驱动法 109

3.5.3 人工智能参入法 109

3.6.1　定义、分类及结构 110

3.6　流程模拟系统 110

3.6.2　物性系统 112

3.6.3 国外流程模拟系统的简单比较 115

3.7　流程模拟应用案例 116

3.7.1　流程模拟的一般步骤 116

3.7.2 年产10万吨乙醇生产装置反应工序模拟 118

3.8.2 向动态模拟发展 129

3.8.4　开发新的模型 129

3.8.3 稳态模拟与动态模拟的结合 129

3.8.1 扩大可模拟物系的范围 129

3.8　流程模拟发展趋势 129

3.8.5 软件间的集成 130

3.8.6　软件的智能化 130

3.8.7 基于Web的远程应用 131

参考文献 131

第4章　动态过程系统的模拟 133

4.1 由稳态模拟转向动态模拟 133

4.1.1 为什么需要动态模拟 133

4.1.2 动态模拟与稳态模拟的差别 134

4.1.3　控制器的设置 138

4.1.4 两种不同的动态模拟系统 140

4.2　动态过程系统的建模 141

4.3　动态过程数学模型的数值解算方法 142

4.3.1 从欧拉法看数值积分解法的特点 142

4.3.2 四阶龙格-库塔法 143

4.3.3 显式及隐式积分法 144

4.3.4　数值解算法的稳定性 145

4.3.5 常微分方程的刚性问题 147

4.4.1 分离槽的动态模拟 149

4.4　单元过程的动态模拟 149

4.4.2　精馏塔的动态模拟 161

4.5　复杂的全厂过程的动态模拟 171

4.5.1 乙苯制造工艺过程 171

4.5.2 稳态设计 174

4.5.3 控制结构 174

4.5.4 模拟结果 176

4.6　动态仿真培训系统 179

4.6.1 仿真培训系统的作用 179

4.6.2 动态数学模型是系统的核心 181

4.6.3 仿真培训系统的软件环境 183

4.6.4 仿真培训系统的硬件环境 189

4.6.5今后的发展趋势 191

参考文献 193

第5章　化工过程的优化 194

5.1　过程优化基础 194

5.1.1　过程优化的概念 194

5.1.2 过程优化的基本要素 194

5.1.3 过程优化问题的分类 195

5.1.4 过程优化问题的数学模型 197

5.1.5　过程优化的一般步骤 198

5.1.6 过程优化问题举例 198

5.2　最优化方法简介 202

5.2.1 确定性搜索方法 203

5.2.2 随机性搜索方法 203

5.2.3 确定性搜索方法与随机性搜索方法的简单比较 203

5.3　过程优化的确定性方法 204

5.3.1 无约束最优化方法 204

5.3.2 约束最优化方法 210

5.3.3 序贯二次规划法 216

5.4　过程优化的随机性方法 220

5.4.1　模式识别法 221

5.4.2　遗传算法 223

5.4.3　模拟退火算法 225

5.4.4 粒子群优化算法 227

5.5　多目标优化 228

5.5.1 多目标优化的基本概念 228

5.5.2 多目标优化的基本方法 229

5.5.3 多目标优化进展及应用 234

5.6.1 在线实时优化的基本概念 235

5.6　化工过程的在线实时优化 235

5.6.2 在线实时优化的应用场合与经济效益 239

5.6.3 炼油厂常减压装置的实时优化应用案例 240

参考文献 243

附录A　单元过程模拟 246

附录B　流程模拟软件 255

附录C　计算流体力学软件CFD 271

附录D　动态模拟及仿真培训软件 279

附录E　实时优化软件 291