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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CFD271

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