化工过程分析与综合（第二版）

《化工过程分析与综合》(第二版)介绍了过程系统工程学的发展历史及研究进展，过程系统工程的基本概念和特点,重点介绍了过程系统的稳态模拟、换热器网络综合、分离序列综合、过程系统能量集成、过程系统质量集成、化工产品设计的基本方法，兼顾传统内容与现代内容。通过实际工程案例的研究和应用，将知识点与兴趣点结合，培养学生分析和解决实际问题的能力。本教材配有动画、拓展阅读、模拟程序、科学家介绍、工程案例、教学课件等数字化资源，读者可扫描封底二维码获取，提升学习感受与效果。

《化工过程分析与综合》（第二版）可作为化工类及相关专业高年级本科生及研究生教材,也可供相关研究人员参考。

 

第1章绪论/1

1.1过程系统工程的进展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3

1.3本课程的特点3

参考文献4

第2章过程系统的稳态模拟/6

2.1过程系统的稳态模拟概述6

2.1.1过程系统的数学模型6

2.1.2过程系统模拟的基本任务7

2.1.3过程系统稳态模拟的基本方法8

2.1.4流程模拟软件简介9

2.2过程单元与过程系统的自由度分析10

2.2.1自由度概念10

2.2.2过程单元的自由度分析10

2.2.3过程系统的自由度分析15

2.3过程系统模拟的序贯模块法16

2.3.1序贯模块法的基本问题16

2.3.2不相关子系统的分隔17

2.3.3不可分隔子系统的断裂23

2.3.4断裂流股变量的收敛27

2.4过程系统模拟的联立方程法29

2.4.1联立方程法的基本思想和特点29

2.4.2稀疏线性方程组的解法32

2.5过程系统模拟的联立模块法37

2.5.1联立模块法的基本思想和特点37

2.5.2简化模型建立中问题的描述方式38

2.5.3单元简化模型的形式39

习题41

本章符号说明43

参考文献43

第3章换热器网络综合/45

3.1换热器网络的综合问题45

3.2过程系统的夹点及其意义47

3.2.1温-焓图（T-H图）47

3.2.2组合曲线49

3.2.3在温-焓图上描述夹点50

3.2.4问题表格法确定夹点54

3.2.5夹点的意义59

3.3过程系统夹点位置的确定61

3.3.1操作型夹点计算62

3.3.2设计型夹点计算63

3.4过程系统的总组合曲线64

3.4.1总组合曲线绘制方法分类65

3.4.2问题表格法绘制总组合曲线65

3.4.3图解法绘制总组合曲线67

3.4.4总组合曲线的意义68

3.5根据温-焓图综合换热器网络69

3.5.1热力学小传热面积网络的分析69

3.5.2热力学小传热面积网络的综合71

3.5.3热力学小传热面积网络的改进72

3.6夹点设计法综合换热器网络74

3.6.1夹点处物流匹配换热的可行性规则74

3.6.2物流匹配的经验规则78

3.7换热器网络的调优84

3.7.1少换热设备个数与热负荷回路84

3.7.2热负荷回路的断开86

3.7.3热负荷路径及能量松弛89

3.8分步综合换热器网络的数学规划法——转运模型法102

3.8.1转运模型103

3.8.2小公用工程费用问题105

3.8.3少换热设备个数问题109

3.8.4利用转运模型综合的步骤110

3.9同步综合换热器网络的数学规划法——超结构法110

3.9.1基于分级超结构的混合整数非线性规划模型111

3.9.2基于分级超结构的混合整数非线性规划模型的求解113

习题116

本章符号说明117

参考文献118

第4章分离序列综合/122

4.1分离序列综合概述122

4.2分离序列综合的基本概念123

4.2.1分离序列综合问题的定义123

4.2.2分离序列综合组合问题123

4.2.3分离序列方案评价126

4.2.4分离过程的能耗127

4.3有序直观推断法128

4.4渐进调优法133

4.4.1建立初始分离序列133

4.4.2确定调优法则133

4.4.3制定调优策略133

4.5数学规划法137

4.5.1动态规划法137

4.5.2有序分支搜索法143

4.5.3超结构法145

习题152

本章符号说明152

参考文献153

第5章过程系统能量集成/155

5.1过程系统能量集成概述155

5.2蒸馏过程与过程系统的能量集成156

5.2.1蒸馏塔在系统中的合理设置156

5.2.2蒸馏过程与过程系统的能量集成157

5.3公用工程与过程系统的能量集成164

5.3.1热机与热泵在系统中的合理设置164

5.3.2热机在热集成过程中热负荷及温位的限制166

5.4全局能量集成166

5.4.1全局组合曲线和全局夹点166

5.4.2全局能量集成的加/减原则168

5.5夹点分析在过程系统能量集成中的应用169

5.5.1过程用能的一致性原则170

5.5.2过程流股的提取及参数的确定172

5.5.3过程系统用能诊断174

5.5.4过程系统用能调优177

5.5.5工业应用实例177

5.6过程系统功集成182

5.6.1功交换网络综合182

5.6.2功集成184

习题186

本章符号说明187

参考文献187

第6章过程系统质量集成/188

6.1过程系统质量集成概述188

6.2质量交换网络综合188

6.2.1基本概念188

6.2.2质量交换网络与热交换网络的类比190

6.2.3质量交换网络综合方法190

6.3质量夹点法191

6.3.1小浓度差与浓度转换191

6.3.2组合曲线法确定夹点192

6.3.3浓度间隔图表法确定夹点195

6.3.4质量交换网络综合准则197

6.3.5质量集成199

6.4水分配网络综合199

6.4.1基本概念199

6.4.2水分配网络综合方法200

习题204

本章符号说明204

参考文献205

第7章化工产品设计/207

7.1化工产品设计概述207

7.1.1化工产品分类207

7.1.2化工产品设计开发流程209

7.2分子与混合物设计方法210

7.2.1分子结构表征211

7.2.2可行分子/混合物生成方法212

7.2.3分子/混合物设计（CAMD/CAMbD）的数学模型217

7.3分子与混合物设计实例218

7.3.1制冷剂分子设计218

7.3.2MBT结晶溶剂设计219

7.3.3页岩气脱酸过程吸收剂产品与过程设计221

习题222

参考文献222

 

前言

《化工过程分析与综合》版于2017年3月出版，为充分利用教育信息化高速发展带来的机遇，使数字化教学资源更好地发挥作用，因此对本书进行了更新再版。

新版教材具有如下特色：

（1）以新形态教材的形式呈现。新版教材将正文所涉及的动画、拓展阅读、模拟程序、科学家介绍、工程案例、教学课件等以数字化资源呈现，读者只要扫描本书封底二维码就能方便地获取相应的数字化资源，极大地方便了读者的学习。

（2）突出了理论和实践的结合。通过增加模拟程序及工程案例等内容，提高学生分析和解决实际问题的能力。

（3）在内容上增加了学科相关的研究热点和难点问题，拓展学生的视野。例如，第5章在过程系统能量集成的基础上增加了功集成知识；新增第7章化工产品设计知识。

各章编写与修订工作分工如下：第1章都健，第2章都健、董亚超，第3章肖武，第4章董宏光、邹雄，第5章王瑶、庄钰，第6章刘琳琳，第7章张磊。全书由都健统稿、数字化资源由刘琳琳负责统筹制作。

本书的编写得到了大连理工大学姚平经教授及“化工原理”教研室各位老师的支持和帮助，在此一并表示衷心感谢！

限于作者的学识水平，书中难免有不妥之处，敬请广大读者批评指正。

编者

2021年3月

版前言

《化工过程分析与综合》是在过程系统工程学的基础上建立起来的，是高等学校化工类专业的必修课。为适应高等化工类人才培养的需求，作者总结了十余年来讲授该课程的教学经验，并充分借鉴国内外相关教材、专著和文献，组织编写了本书。

本书介绍了过程系统工程学的发展历史及研究进展，过程系统工程的基本概念和特点，过程系统综合的方法和策略，过程系统集成和优化的理论和研究成果，包括过程系统能量集成、过程系统质量集成（包括水系统集成)。本书的编写注重传统内容与现代内容的兼顾；通过实际工程案例的研究和应用，将知识点与兴趣点结合，以培养学生分析和解决实际问题的能力；体系上注重教材的科学性、实用性、通用性。

本书由都健主编。第1章由都健编写,第2章由都健、韩志忠编写,第3章由肖武编写,第4章由董宏光、邹雄编写,第5章由王瑶编写,第6章由刘琳琳编写。姚平经教授审阅了全书，并提出了宝贵的建议，在此深表谢意。

由于作者水平有限，书中难免有不妥和疏漏之处，敬请指正。

编者

2016年12月

 

1.以新形态教材的形式呈现。新版教材将正文所涉及的动画、拓展阅读、模拟程序、科学家、工程案例、教学课件等以数字化资源呈现，读者只要扫描本书二维码就能方便地获取相应的数字化资源，极大地方便了读者的学习。2.突出了理论和实践的结合。通过增加模拟程序及工程案例等内容，提高学生分析和解决实际问题的能力。3.在内容上增加了学科相关的研究热点和难点问题，拓展学生的视野。例如，第5章在过程系统能量集成的基础上增加了功集成知识；新增了第7章化工产品设计知识。