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1 绪论 1

1.1 化工过程系统的基本概念 3

1.1.1 化工过程系统 3

1.1.2 化工系统的性质 5

1.2 化工系统工程的主要内容 8

1.2.1 化工系统分析 8

1.2.2 化工系统合成 9

1.2.3 灵敏度分析 9

1.2.4 化工系统的最优操作 11

1.3 数学模拟方法 11

1.3.1 模拟法 12

1.3.2 数学模拟 12

1.3.3 数学模型 13

2 化工系统分析 14

2.1 单元过程的数学模型 16

2.1.1 机理模型、经验模型和混合模型 16

2.1.2 模型的简化 19

2.1.3 模型参数 21

2.1.4 模型的建立和检验 21

2.1.5 模型的数学描述 24

2.1.6 模型的自由度 25

2.1.7 单元过程的数学模型举例 25

2.2 化工系统的结构模型 33

2.2.1 结构单元图 33

2.2.2 系统的结构模型 34

2.3 化工系统模型的求解 39

2.3.1 序贯模块法 40

2.3.2 联立方程法 42

2.3.3 联立模块法 43

2.4 化工系统的分解 47

2.4.1 系统分隔 50

2.4.2 子系统的切断 56

2.5 非线性方程组的迭代求解方法 67

2.5.1 直接迭代法 67

2.5.2 松弛法 72

2.5.3 韦格斯坦法 72

2.5.4 牛顿法 74

2.5.5 牛顿-拉夫逊法 75

2.5.6 布罗依顿拟牛顿法 81

2.5.7 各种方法的比较 84

2.6 化工过程模拟程序系统 84

2.6.1 化工模拟系统的分类 85

2.6.2 通用化工模拟系统 85

2.6.3 化工模拟系统的应用 87

2.7 化工系统模拟实例 90

2.7.1 合成氨系统模拟 90

2.7.2 甲醇合成系统模拟 117

本章符号说明 136

习题 138

参考文献 141

3 化工系统优化 143

3.1 优化问题的性质和数学描述 143

3.1.1 优化问题的性质 143

3.1.2 优化问题实例 145

3.1.3 优化问题的数学描述 147

3.1.4 优化方法概述 152

3.1.5 优化问题求解的一般步骤 153

3.2 单变量函数的优化 158

3.2.1 单峰函数 158

3.1.6 优化问题求解的困难 158

3.2.2 单变量函数的优化--一维搜索 160

3.3 无约束多变量函数的优化 172

3.3.1 变量轮换法 174

3.3.2 梯度法 177

3.3.3 共轭梯度法 180

3.3.4 鲍威尔法 183

3.3.5 单纯形法 187

3.4 线性规划及其应用 191

3.4.1 有关线性规划的基本概念 194

3.4.2 线性约束的一般构成 198

3.4.3 求解线性规划问题的单纯形法 198

3.4.4 线性规划的标准型 205

3.4.5 用工人变量求取初始可行基本解 208

3.4.6 无约束变量的处理 212

3.4.7 线性规划的对偶性 213

3.4.8 线性规划的应用 216

3.5 非线性规划 216

3.5.1 消元法 217

3.5.2 拉格朗日乘子法 219

3.5.3 罚函数法 228

3.5.4 逐次线性规划 231

3.6 单元设备的优化计算 231

3.6.1 目标函数 232

3.6.2 数学模型 235

3.6.3 自由度分析 237

3.6.4 优化方法及计算框图 238

3.7 一般化工系统的优化 239

3.7.1 分层迭代法 239

3.7.2 同层迭代法 240

3.8 多级串联系统的优化--动态规划 243

3.8.1 最优化原理 244

3.8.2 动态规划的递推公式 248

3.8.3 动态规划的应用 252

3.9 分布参数系统的优化 254

3.9.1 分布参数系统优化问题的典型示例 254

3.9.2 分布参数系统优化问题的数学描述 256

3.9.3 无约束优化问题的求解--变分法 257

3.9.4 带约束优化问题的求解 258

3.10 复杂系统的优化 270

3.10.1 二等级分解法的基本概念 270

3.10.2 用二等级分解法求解复杂系统的优化问题 273

本章符号说明 281

习题 284

参考文献 292

4.1 概述 295

4 化工系统合成 295

4.2 精馏序列的合成 299

4.2.1 问题的提出 299

4.2.2 过程分析 300

4.2.3 探试规则 302

4.2.4 探试规则的应用 304

4.3 换热器网络的合成 307

4.3.1 问题的提出 307

4.3.2 最小面积法的理论基础 310

4.3.3 最小面积网络的合成 312

4.3.4 确定最小公用工程消耗的挟点法 323

4.3.5 最小面积网络的调优 329

本章符号说明 333

习题 334

参考文献 335