化工过程分析与综合

本书针对应用型本科化工专业教学的需要编写，内容精练，作者中有工程人员，实用，针对性强 

在我国《工程教育专业认证标准》中，“化工过程分析与综合”是化学工程与工艺专业基础课程体系之一，是化学工程与工艺专业本科生的专业必修课程。本书共六章，主要内容包括：化工过程系统模拟与分析的基本概念，建立化工单元过程与过程系统数学模型的方法，过程系统模拟的基本思路和方法，过程系统换热网络综合的思路和方法，分离序列综合的思路和方法，能量系统综合与集成、质量综合与集成以及水综合与集成的基础知识和基本方法。同时，在各章节的内容中，还通过实际工程应用案例将理论知识和工程实际应用进行有机结合。本书可作为高等学校化学工程与工艺专业高年级本科生教材或化工类研究生参考用书，同时，对从事化工、生物和环境等领域科研工作的研究人员也有一定参考价值。

第1章绪论(1)

1.1过程系统工程的发展(1)

1.2基本概念(2)

1.2.1过程系统(2)

1.2.2过程系统分析(2)

1.2.3过程系统综合(2)

1.2.4过程系统优化(2)

1.3过程模拟的一般方法(3)

1.3.1物理模拟和数学模拟(3)

1.3.2数学模型化的步骤(3)

1.3.3数学模型的类型(3)

1.4本课程的特点(5)

本章小结(5)

参考文献(6)

第二章单元过程的模拟(7)

2.1自由度(7)

2.1.1独立流股自由度(7)

2.1.2自由度的实质(7)

2.1.3自由度分析的目的(8)

2.1.4设计变量与状态变量(8)

2.1.5设计变量确定的原则(8)

2.2过程系统自由度分析(8)

2.2.1单元过程自由度分析(8)

2.2.2过程装置自由度分析(12)

2.2.3过程系统自由度分析(12)

2.3单元过程的稳态模拟(13)

2.3.1单元过程稳态模拟步骤(13)

2.3.2单元过程稳态模拟实例(14)

2.4单元过程的动态模拟(23)

2.4.1动态模拟与稳态模拟的区别(23)

2.4.2动态模拟系统的分类(24)

本章小结(25)

习题(25)

参考文献(26)

第三章过程系统的模拟(27)

3.1过程系统的模拟(27)

3.1.1过程系统模拟问题的类型(27)

3.1.2过程模拟软件的基本结构(29)

3.2过程系统的数学模型(30)

3.3过程系统结构的数学模型(31)

3.3.1流程图(31)

3.3.2信息流图(31)

3.3.3矩阵表示(33)

3.4序贯模块法(36)

3.4.1序贯模块法的基本问题(36)

3.4.2过程系统的分隔(38)

3.4.3不可分隔子系统的断裂(44)

3.4.4断裂流股变量的收敛方法(46)

3.4.5序贯模块法的优缺点(50)

3.5联立方程法(51)

3.5.1联立方程法的基本问题(51)

3.5.2方程组的分隔(53)

3.5.3不可分隔方程组的断裂(56)

3.5.4稀疏线性方程组的分解(59)

3.5.5联立方程法的优缺点(62)

3.6联立模块法(62)

3.6.1简化模型的建立方法(63)

3.6.2联立方程法的特点(64)

3.7化工过程模拟软件简介及其应用(65)

3.7.1化工过程系统模拟的一般步骤(65)

3.7.2化工过程模拟软件简介(66)

3.7.3应用实例(69)

本章小结(83)

习题(84)

参考文献(86)

第四章换热网络综合(87)

4.1换热网络综合方法及一般步骤(87)

4.2热力学目标法换热网络综合的基本概念(88)

4.2.1传热过程有效能分析(88)

4.2.2温焓图(89)

4.2.3组合曲线(89)

4.3过程系统的夹点及其意义(92)

4.3.1夹点在温焓图上的描述(93)

4.3.2问题表格法确定夹点(96)

4.3.3夹点的意义(99)

4.3.4传热温差ΔTmin的确定(99)

4.4过程系统总组合曲线(101)

4.4.1总组合曲线的绘制(101)

4.4.2总组合曲线的意义(103)

4.5基于有效能分析的换热网络综合(104)

4.6基于夹点设计法的换热网络综合(105)

4.6.1夹点处物流匹配的可行性规则(105)

4.6.2物流匹配换热的经验规则(106)

4.6.3夹点设计法换热网络综合(109)

4.7换热网络调优(113)

4.7.1换热网络调优的基本概念(114)

4.7.2换热网络调优(115)

4.8应用实例(118)

本章小结(124)

习题(125)

参考文献(127)

第五章分离序列综合(128)

5.1分离序列综合的基本概念(128)

5.1.1简单塔(129)

5.1.2顺序表(129)

5.1.3顺式流程(129)

5.1.4可能的分离序列数(130)

5.1.5分离子群(131)

5.1.6分离子问题(131)

5.1.7目标产物组(133)

5.1.8分离序列方案评价指标(133)

5.1.9分离序列综合方法(134)

5.2直观推断法(134)

5.2.1M类规则(135)

5.2.2D类规则(135)

5.2.3S类规则(136)

5.2.4C类规则(137)

5.3调优法(140)

5.3.1建立初始分离序列(141)

5.3.2确定调优规则(141)

5.3.3制定调优策略(141)

5.4动态规划法(146)

5.5分离序列综合软件及精馏塔的优化设计(150)

5.5.1分离序列综合软件介绍(150)

5.5.2精馏塔的优化设计(150)

本章小结(164)

习题(165)

参考文献(166)

第六章过程系统集成(168)

6.1过程系统能量集成(168)

6.1.1蒸馏过程与过程系统的能量集成(169)

6.1.2公用工程与过程系统的能量集成(172)

6.1.3全局能量集成(174)

6.1.4夹点分析在过程系统能量集成中的应用(178)

6.2过程系统的质量集成(181)

6.2.1质量交换网络综合的基本概念(181)

6.2.2利用组合曲线法确定传质过程夹点(184)

6.2.3利用浓度间隔图表法确定传质过程夹点(186)

6.2.4质量交换网络综合(191)

6.2.5质量交换网络的优化(195)

6.2.6过程系统的质量集成(197)

6.3水系统集成(197)

6.3.1水系统集成的基本概念(197)

6.3.2夹点法确定z小新鲜水用量目标(199)

6.3.3z小新鲜水用量目标的水系统集成(204)

本章小结(206)

习题(206)

参考文献(208)

“化工过程分析与综合”与“化工热力学”“化工原理”和“化学反应工程”一起构成了化学工程与工艺专业基础课程体系，是化工专业本科生的专业必修课程。

本课程是在过程系统工程学的基础上建立起来的，将系统工程学的理论和方法结合化学工程、数值计算和经济技术分析基本方法，在对化工过程进行系统模拟和评价的过程中，培养学生应用化工过程系统模型的建立、求解、优化等基本理论解决化工过程模拟、优化及计算等方面实际问题的工程实践能力。

本书共六章，主要内容包括：化工过程系统模拟与分析的基本概念，建立化工单元过程与过程系统数学模型的方法，过程系统模拟的基本思路和方法，过程系统换热网络综合的思路和方法，分离序列综合的思路和方法，能量系统综合与集成、质量综合与集成以及水综合与集成的基础知识和基本方法。同时，在各章节的内容中，还通过实际工程应用案例将理论知识和工程实际应用进行有机结合。

本书由江汉大学晋梅主编，邹琳玲副主编，中国五环工程有限公司卢文新高级工程师、江汉大学安良、吴宇琼、余国贤、王晋黄等参与编写。江汉大学路平教授审阅了全书，并提出了宝贵的意见和建议，在此深表感激。在编写过程中，得到了华中科技大学出版社的热情帮助，以及江汉大学高等学校“专业综合改革试点”项目和湖北省普通高等学校战略性新兴(支柱)产业人才培养计划项目的大力支持，再次致以诚挚的谢意！同时，向书中所引用文献资料的中外作者表示衷心的感谢！

由于作者水平有限，书中难免有不妥和疏漏之处，敬请广大读者批评指正。