化工過程模擬：理論與實踐（簡體書）

《化工過程模擬――理論與實踐》將化工過程模擬技術的理論、模擬實踐與工程實踐相結合，系統展示了如何將過程模擬技術的理論與方法應用於化工過程實踐。全書共分為三篇，上篇“化工過程模擬的基本方法”（第1～3章），介紹化工過程穩態與動態模擬理論和過程模擬中常用的優化方法；中篇“簡單化工過程的模擬實踐” （第4～5章），通過使用商業流程模擬軟件實現典型化工過程案例的模擬，在實踐中講述穩態和動態過程模擬的方法和技巧；下篇“乙烯裝置的動態模擬與優化實踐”（第6～9章），通過凝練實際工程項目成果，講述乙烯裝置裂解、壓縮、分離及全流程的模擬實踐與優化，系統闡述如何將流程模擬技術應用於工程實踐。
本書可作為高等學校化工及相關專業本科生和研究生的教學用書，也可為石油與化工等領域的研究人員和從事生產實踐的工程師提供參考。

邱彤，清華大學，研究員，研究方向包括乙烯裂解過程機理建模與模擬、化工流程動態模擬與優化、煉油過程分子管理研究、過程模擬與穩定性分析、生物燃料的全生命週期分析、能源經濟研究、過程大數據分析與校正，主持多項國家自然科學基金重點項目、973項目等。曾獲國家科技進步獎二等獎1項，中國石油和化學工業聯合會科技進步一等獎2項，中石油天集團科學技術進步一等獎1項，中國石油和化學工業科技進步一等獎1項

上篇化工過程模擬的基本方法/1 第1章化工過程穩態模擬原理與步驟/3 1.1化工過程數學模型與自由度分析3 1.1.1化工過程的數學模型3 1.1.2系統的自由度分析4 1.1.3氨合成系統的數學模型5 1.2基於序貫模塊法的過程模擬6 1.2.1帶有循環的化工系統序貫求解過程6 1.2.2不可分割子系統的識別7 1.2.3不可分割子系統的切割12 1.2.4不可分割子系統的收斂19 1.3基於聯立方程法的過程模擬22 1.3.1大型稀疏非線性方程組的降維解法23 1.3.2大型稀疏非線性方程組的聯立線性方程組解法25 1.4基於聯立模塊法的過程模擬26 1.4.1簡化模型的建立方法27 1.4.2攝動法求簡化模型係數矩陣30 習題31 第2章化工過程動態模擬與控制/33 2.1基本概念33 2.2動態數學模型37 2.2.1總質量守恆方程38 2.2.2組分守恆方程39 2.2.3能量守恆方程42 2.2.4動量守恆方程44 2.2.5狀態方程46 2.2.6平衡方程46 2.3動態過程模型的實例47 2.3.1串聯的等溫、等持液量全混釜47 2.3.2串聯的等溫、變持液量全混釜49 2.3.3串聯帶加熱的反應釜49 2.3.4氣相帶壓CSTR50 2.4常微分方程的數值解法51 2.4.1顯式數值積分算法51 2.4.2隱式數值積分算法55 2.5動態模擬的實例57 2.5.1重力流槽57 2.5.2串聯CSTR58 2.5.3非等溫CSTR60 2.6動態響應與系統動態特性分析62 2.6.1分類與定義62 2.6.2線性化與擾動變量64 2.6.3簡單線性系統的響應67 2.7過程控制系統簡介79 2.7.1簡單控制回路介紹79 2.7.2PID控制80 習題87 第3章化工過程模擬中常用的優化方法/89 3.1優化問題的基本概念與分類89 3.1.1優化問題的基本概念89 3.1.2優化問題的分類90 3.1.3局部最優解與全域最優解，凸規劃91 3.2無約束最優化問題93 3.2.1無約束最優化問題的特點和求解方法概述93 3.2.2一維最小化96 3.2.3最速下降法101 3.2.4共軛梯度法103 3.2.5牛頓法104 3.2.6擬牛頓法107 3.3帶約束最優化問題111 3.3.1帶約束最優化問題解的判定條件111 3.3.2罰函數法、障礙法和增廣Lagrangian函數法118 3.3.3二次規劃123 3.3.4序貫二次型法129 習題133 中篇簡單化工過程的模擬實踐/134 第4章基於Aspen Plus的穩態化工過程模擬應用/135 4.1乙烯、丁二烯合成環己烯反應模擬實例135 4.1.1組分與物性方法輸入136 4.1.2反應器模擬137 4.2脫丙烷模擬實例140 4.2.1脫丙烷工藝簡介141 4.2.2單塔脫丙烷簡捷計算142 4.2.3單塔脫丙烷嚴格計算147 4.2.4脫丙烷塔的靈敏度分析與設計規定150 4.2.5高、低壓脫丙烷塔模擬156 4.3甲苯加氫制苯工藝實例160 4.3.1原料進料單元162 4.3.2反應單元165 4.3.3閃蒸單元169 4.3.4精餾單元172 4.3.5建立循環178 4.4聯立方程法在Aspen Plus模擬中的應用180 4.4.1Aspen Plus中的EO模型180 4.4.2基於聯立方程法的模擬與參數估計181 4.4.3基於聯立方程法的優化183 4.4.4基於聯立方程法的參數校正186 習題188 第5章基於Aspen Plus Dynamics的動態化工過程模擬應用/190 5.1重力流槽190 5.1.1穩態模擬190 5.1.2穩態轉動態191 5.1.3動態模擬192 5.2串聯CSTR196 5.2.1穩態模擬196 5.2.2穩態轉動態199 5.2.3動態模擬199 5.3非等溫CSTR202 5.3.1穩態模擬202 5.3.2穩態轉動態204 5.3.3動態模擬205 5.4乙醇-水精餾塔開車動態模擬208 5.4.1穩態模擬209 5.4.2穩態轉動態211 5.4.3動態模擬212 習題216 下篇乙烯裝置的動態模擬與優化實踐/217 第6章乙烯裂解爐的模擬與優化/218 6.1乙烯裂解爐穩態模擬219 6.1.1過程模型219 6.1.2反應模型221 6.1.3分子模型224 6.1.4裂解爐模擬求解算法226 6.1.5算例：石腦油裂解過程計算227 6.2多週期裂解爐動態模擬與操作條件優化228 6.2.1結焦動力學模型229 6.2.2裂解爐多週期模擬計算230 6.2.3裂解爐多週期操作條件優化模型230 6.2.4算例：石腦油多週期裂解操作條件優化231 思考題232 第7章乙烯裝置壓縮系統的模擬與優化/234 7.1進料組成變化情況下的壓縮機性能預測234 7.2進料組成變化情況下的壓縮機性能模擬238 思考題240 第8章乙烯裝置分離系統的開車動態模擬與優化/241 8.1深冷系統混合烴開車的動態模擬研究241 8.1.1基於參數修正的開車狀態初始化算法242 8.1.2開車方案的動態模擬研究243 8.2精餾塔全回流操作與全回流組分的選擇247 8.2.1精餾塔開車過程簡介247 8.2.2精餾塔全回流操作的適用性248 8.2.3精餾塔全回流開車介質組分選擇251 思考題253 第9章乙烯裝置的開車動態模擬與優化/254 9.1基於動態模擬的開車介質組成分析254 9.1.1混合烴組成的計算算法254 9.1.2確定氫氣含量254 9.1.3確定混合烴分子量下限256 9.1.4確定混合烴的組分種類257 9.1.5選取混合烴的總流量及操作壓力257 9.1.6確定混合烴的分子量上限258 9.1.7透平提供的最大功率259 9.1.8實例研究260 9.2基於動態模擬的開車過程操作優化260 9.2.1裂解、壓縮系統建模與分析260 9.2.2前脫乙烷系統建模與分析264 9.2.3綜合分析優化266 思考題267 參考文獻/268