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第1章 绪论1

1.1概述1

1.2化工过程模拟分类2

1.3化工过程模拟发展简史2

1.4化工过程模拟的功能3

1.4.1新装置设计3

1.4.2旧装置改造3

1.4.3新工艺、新流程的开发研究4

1.4.4生产调优、疑难问题诊断4

1.4.5科学研究4

1.4.6工业生产的科学管理4

1.4.7动态模拟、实时优化的基础5

1.5化工过程稳态模拟系统的构成5

1.5.1模拟系统的主要组成部分5

1.5.2模拟软件的基本输入数据——五大输入部分6

参考文献7

第2章 化工过程模拟及相关高新技术8

2.1化工过程动态模拟8

2.1.1动态模拟的主要功能和应用领域8

2.1.2国外动态模拟的发展10

2.1.3稳态模拟和动态模拟的异同11

2.2化工过程先进控制12

2.2.1概述12

2.2.2先进控制和DCS控制的主要区别13

2.2.3先进控制的特点14

2.2.4多变量预估控制的执行步骤15

2.2.5先进控制的经济效益15

2.2.6国外发展概况15

2.3化工过程实时优化16

2.3.1概述16

2.3.2实时优化的应用范围和功能17

2.3.3实时优化系统主要结构框图17

2.3.4实时优化的方程组集形式18

2.3.5实时优化的目标函数20

2.4四项高新技术之间的关系和效益20

参考文献21

第3章 石油馏分23

3.1石油油品的相关性质23

3.1.1密度和API重度23

3.1.2特性因子24

3.1.3雷氏蒸气压24

3.1.4实沸点蒸馏24

3.1.5恩氏蒸馏（ASTM D86）25

3.1.6 ASTM D1160蒸馏25

3.1.7 ASTM D2887、D3710、HTSD蒸馏25

3.1.8不同蒸馏曲线的相互转换25

3.1.9闪点26

3.1.10顷点26

3.1.11辛烷值26

3.1.12十六烷值27

3.2石油馏分在模拟中的处理方法27

3.2.1逐一定义石油组分27

3.2.2通过油品蒸馏曲线产生石油组分27

3.3石油馏分的混合30

参考文献31

第4章 热力学方法32

4.1前言32

4.2若干基本概念32

4.2.1气液相平衡32

4.2.2理想气体34

4.2.3理想溶液34

4.2.4轻、重关键组分34

4.2.5相对挥发度34

4.2.6相律35

4.2.7干基和湿基35

4.3相平衡常数计算35

4.3.1理想气体和理想溶液体系相平衡常数的计算35

4.3.2状态方程法——非极性体系相平衡常数计算36

4.3.3活度系数方程法——极性体系相平衡常数计算41

4.3.4通用关联式法44

4.4混合物焓值计算46

4.5混合物熵值计算47

4.6从状态方程导出逸度系数、焓及熵计算公式47

4.6.1由状态方程导出Z方程47

4.6.2由状态方程导出逸度系数计算公式48

4.6.3由状态方程导出熵差计算公式49

4.6.4由状态方程导出焓差计算公式50

4.7逸度、焓及熵公式的验证51

4.8相平衡常数及焓的偏导数51

4.8.1焓对温度偏导数？（△H？T）的推导及计算公式52

4.8.2逸度系数对温度偏导数？？/？T的推导及计算公式53

4.8.3逸度系数对组成偏导数？？/？x的推导及计算公式53

4.8.4相平衡常数对温度和组成偏导数？K/？T、？K/？x的计算公式54

4.9含水烃类体系相平衡计算55

4.9.1简化烃水分层计算法55

4.9.2严格三相平衡计算法56

4.10亨利定律在过程模拟中的应用56

4.11传递性质计算57

4.11.1黏度计算58

4.11.2各种商业软件中传递性质的计算63

参考文献63

第5章 化工单元过程计算65

5.1化工模拟软件的主要模块65

5.2模型和算法65

5.3闪蒸过程66

5.3.1主要计算功能66

5.3.2泡点温度计算67

5.3.3露点温度计算68

5.3.4泡、露点温度计算的判据68

5.3.5一类无泡点温度的特殊现象69

5.3.6绝热闪蒸过程计算70

5.3.7逆向冷凝和逆向汽化72

5.3.8无逆向冷凝的双泡点现象74

5.3.9双泡点温度的取舍75

5.4物流混合/物流分支75

5.5阀门76

5.6泵76

5.7压缩机/膨胀机76

5.8反馈控制77

5.9优化器77

5.9.1优化器的输入要求77

5.9.2优化器的输入条件的确定原则78

参考文献79

第6章 蒸馏过程计算80

6.1前言80

6.2蒸馏过程严格计算方法的沿革80

6.3蒸馏塔类型82

6.3.1常规蒸馏塔82

6.3.2复杂蒸馏塔83

6.3.3吸收塔83

6.3.4解吸塔84

6.3.5吸收蒸出塔84

6.4蒸馏过程若干基本概念84

6.4.1理想平衡级（理论板）84

6.4.2全回流84

6.4.3最小回流比84

6.4.4最少理论板数84

6.4.5优惠回流比84

6.4.6最佳进料板位置85

6.4.7蒸馏夹点85

6.4.8切线夹点86

6.4.9恒浓区87

6.5蒸馏塔严格计算数学模型87

6.5.1理想平衡级87

6.5.2蒸馏塔严格算法的输入参数89

6.5.3蒸馏塔计算中的设计规定90

6.5.4蒸馏塔工艺参数的相互影响91

6.5.5蒸馏塔设计规定的重要性91

6.5.6影响蒸馏过程收敛的其它因素97

6.6多股进料蒸馏塔精馏段和提馏段的划分98

6.7塔板效率计算99

6.7.1默弗里效率99

6.7.2全塔效率100

6.7.3全塔效率的经验公式100

6.7.4默弗里效率和全塔效率的关系100

6.7.5影响塔板效率的主要因素101

6.7.6各类物系塔板效率参考数据102

6.7.7蒸馏塔特殊板相应的理论板数106

6.8最小回流比和最小理论板数的严格计算110

6.8.1最小回流比和理论板数的严格法计算111

6.8.2求取最小回流比和理论板数的案例112

参考文献113

第7章 蒸馏过程节能和优化114

7.1前言114

7.2蒸馏塔进料状态优化115

7.2.1塔顶产品占主要比例115

7.2.2塔釜产品占主要比例117

7.2.3进料状态优化的方法117

7.2.4工业应用案例118

7.2.5结论119

7.3蒸馏塔进料位置优化119

7.3.1最佳进料板位置119

7.3.2蒸馏塔最佳进料位置早期计算方法119

7.3.3逆向蒸馏120

7.3.4逆向蒸馏产生的原因121

7.3.5蒸馏夹点122

7.3.6最佳进料板位置确定123

7.4蒸馏塔热泵节能125

7.4.1热泵工作基本原理125

7.4.2釜液节流开式热泵129

7.4.3塔顶气相压缩开式热泵134

7.4.4闭式热泵136

7.4.5三种类型热泵比较137

7.4.6结论139

7.5中间再沸器和中间冷凝器139

7.5.1中间换热器节能原理140

7.5.2采用中间换热器的条件140

7.5.3中间换热器的物料进出口位置141

7.5.4中间换热器出口物料的汽化率和冷凝率142

7.5.5中间换热器的物料流量142

7.5.6中间换热器和进料状态的关系143

参考文献143

第8章 换热器计算145

8.1换热器简化计算145

8.2换热器严格计算146

8.2.1换热器的TEMA型号146

8.2.2换热器选型148

8.2.3换热器设计中其它问题152

8.2.4换热器基本传热公式158

8.2.5对数平均温差常规计算方法158

8.2.6对数平均温差分区计算方法159

8.3换热器温度交叉和逆向传热161

8.3.1温度交叉和逆向传热现象161

8.3.2逆向传热的解决方案164

8.4再沸器设计计算165

8.4.1池沸腾传热165

8.4.2再沸器汽化率及循环比166

8.4.3再沸器系统设计计算步骤167

8.5热虹吸式再沸器压力平衡计算167

8.5.1再沸器物料的推动力计算168

8.5.2再沸器系统的阻力计算168

8.5.3再沸器系统的压力平衡计算168

8.5.4再沸器系统阻力降手算方法168

8.5.5再沸器系统压力平衡的计算机计算169

8.5.6再沸器系统管线阻力计算公式的选择172

8.5.7再沸器总推动力小于总阻力时之结果172

8.5.8再沸器总推动力大于总阻力时之结果172

参考文献173

第9章 化工流程迭代技术174

9.1前言174

9.2流程排序与收敛175

9.2.1流程排序175

9.2.2流程收敛判据176

9.3流程迭代及加速收敛方法176

9.3.1直接迭代法176

9.3.2 Wegstein方法177

9.3.3 Broyden方法178

9.4影响流程迭代收敛的主要因素178

9.5一类永不收敛的流程179

参考文献181

第10章 化工流程模拟算例182

10.1相平衡算例182

【例10-1】计算丙烯在3.033atm下的饱和温度182

【例10-2】计算氟里昂-22（R-22）在2.402atm下的饱和温度182

【例10-3】计算三元烃类混合物露点温度183

【例10-4】计算六元烃类混合物露点温度184

10.2化工单元过程算例184

【例10-5】液化气罐爆炸温度计算184

【例10-6】涡流管计算185

【例10-7】绝热闪蒸与膨胀过程189

【例10-8】空气从储罐泄漏过程模拟190

【例10-9】蒸馏塔设计算例191

【例10-10】原油蒸馏常压塔计算195

【例10-11】乙酸-水分离塔算例202

【例10-12】内部热集成塔——无冷凝器和再沸器的新型蒸馏塔204

【例10-13】油吸收脱甲烷塔209

10.3简单化工流程算例215

【例10-14】反馈控制215

【例10-15】某乙烯装置脱甲烷系统216

【例10-16】天然气脱硫流程218

【例10-17】膨胀机回收高压气体能量223

【例10-18】分凝分馏器模拟225

【例10-19】不同品位冷剂价格计算——丙烯机模拟228

10.4大型化工工业装置算例——催化裂化装置吸收稳定系统计算232

10.4.1流程简述232

10.4.2工艺特点233

10.4.3解决收敛问题234

10.4.4流程分析235

10.4.5局部优化和总体优化236

10.4.6吸收稳定系统蒸馏塔板数优化237

参考文献239