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1绪论1

1.1化工过程1

1.1.1化学反应过程1

1.1.2换热过程2

1.1.3分离过程2

1.2化工过程生产操作控制2

1.2.1集散系统（DCS）3

1.2.2 DCS的先进控制与优化控制3

1.3化工过程的分析与合成4

1.3.1化工过程系统的分析4

1.3.2化工过程系统的合成5

1.4化工过程模拟系统5

1.4.1化工流程稳态模拟系统5

1.4.2动态模拟系统6

1.5化工企业CIPS技术7

1.5.1 CIMS技术7

1.5.2 CIPS技术8

1.6人工智能技术在化工过程中的应用8

1.6.1人工智能技术9

1.6.2专家系统9

1.6.3人工神经网络9

1.6.4人工智能技术在化工过程系统中的应用10

1.7本教材的目的与内容10

2化工过程系统稳态模拟与分析11

2.1过程系统模拟的三种基本方法12

2.1.1过程系统模拟的序贯模块法12

2.1.2过程系统模拟的面向方程法13

2.1.3过程系统模拟的联立模块法13

2.2过程系统模拟的序贯模块法14

2.2.1序贯模块法的基本原理14

2.2.2再循环物流的断裂16

2.2.3断裂物流变量的收敛21

2.2.4序贯模块法解设计问题28

2.3过程系统模拟的面向方程法29

2.3.1面向方程法的原理29

2.3.2大型稀疏非线性方程组的降维解法30

2.3.3联立拟线性方程组法解大型稀疏非线性方程组34

2.4过程系统模拟的联立模块法41

2.4.1联立模块法的原理41

2.4.2建立简化模型的两种切断方式44

2.5氨合成工艺流程的模拟与分析48

2.5.1氨合成工艺流程的模拟48

2.5.2氨合成工艺生产工况的模拟分析51

3化工过程系统动态模拟与分析56

3.1化工过程系统的动态模型56

3.1.1化工过程系统的动态特性56

3.1.2化工过程系统的动态模型56

3.1.3确定性动态模型的数学处理58

3.2连续搅拌罐反应器的动态特性60

3.2.1动态数学模型60

3.2.2模型的数学处理与应用（Ⅰ）64

3.2.3模型的数学处理与应用（Ⅱ）65

3.3精馏塔的动态特性68

3.3.1动态数学模型69

3.3.2模型的数学处理与应用70

3.3.3更实际的问题73

3.4变压吸附过程的模拟与分析74

3.4.1数学模型的建立74

3.4.2动态模型的数学处理78

3.4.3模型的应用79

4化工过程系统的优化83

4.1概述83

4.2化工过程系统优化问题基本概念84

4.2.1最优化问题的数学描述84

4.2.2最优化问题的建模方法87

4.2.3化工过程系统最优化方法的分类88

4.3化工过程系统最优化问题的类型89

4.3.1过程系统参数优化89

4.3.2过程系统管理最优化92

4.4化工过程中的线性规划问题92

4.4.1线性规划问题的数学描述92

4.4.2求解线性规划的图解法96

4.4.3求解线性规划问题的单纯形法96

4.4.4按原料资源供应、市场需求价格等因素进行的排产计划100

4.5化工过程中的非线性规划问题100

4.5.1无约束条件最优化问题的经典求解方法100

4.5.2有约束条件最优化问题的经典求解方法101

4.5.3动态系统参数的变分优化法104

4.6化工过程大系统的优化120

4.6.1可行路径优化法123

4.6.2不可行路径124

5化工生产过程操作工况调优134

5.1化工生产过程操作工况调优的作用与意义134

5.2化工生产过程操作工况离线调优的方法135

5.2.1机理模型法——液体空气精馏塔的操作工况调优135

5.2.2统计模型法——苯酐生产过程的操作工况调优148

5.2.3智能模型法——乙苯脱氢反应过程的操作工况调优161

6间歇化工过程175

6.1间歇过程与连续过程175

6.1.1间歇化工的特点176

6.1.2间歇过程与连续过程的比较177

6.1.3间歇过程的基本概念178

6.2过程动态模型及模拟183

6.2.1混合过程183

6.2.2喷雾干燥过程185

6.2.3间歇、半连续反应过程的模型、模拟和优化186

6.3间歇过程的最优时间表189

6.3.1时间表问题190

6.3.2简单多产品和多目的间歇过程最优时间表的计算规则196

6.4多产品间歇过程的设备设计与优化200

6.4.1基本定义、原则和术语200

6.4.2多产品间歇过程设备的基本计算法203

6.4.3多产品间歇过程设备尺寸的最优设计207

6.5间歇过程的控制模型214

6.5.1配方模型214

6.5.2控制功能模型215

6.5.3过程模型216

6.5.4物理模型217

6.5.5程序控制模型217

7换热网络合成220

7.1化工生产流程中换热网络的作用和意义220

7.2换热网络合成问题221

7.2.1换热网络合成问题的描述221

7.2.2换热网络合成的研究221

7.3换热网络合成——夹点技术221

7.3.1第一定律分析221

7.3.2温度区间222

7.3.3最小公用工程消耗223

7.3.4温焓图与组合曲线225

7.3.5夹点的特性227

7.4夹点法设计能量最优的换热网络229

7.4.1匹配的可行性原则229

7.4.2流股的分割——FCp表232

7.4.3流股的匹配——勾销推断法234

7.5换热网络的调优236

7.5.1最小换热单元数236

7.5.2能量与设备数的权衡236

7.5.3ΔTmin的选择239

7.6实际工程项目的换热网络合成240

7.6.1数据提取240

7.6.2选择物流241

7.6.3老厂改造243

7.6.4禁止匹配与强制匹配246

7.6.5阈值问题247

7.6.6多品位公用工程249

8分离塔序列的综合254

8.1精馏塔分离序列综合概况254

8.2分离序列综合的基本概念255

8.2.1简单塔255

8.2.2顺序表（Ranked List）256

8.2.3可能的分离序列数256

8.2.4分离子群（Subgroups）256

8.2.5可能的分离子问题257

8.2.6目标产物组259

8.2.7判别指标259

8.2.8分离序列的综合方法259

8.3动态规划法260

8.4分离度系数有序探试法267

8.4.1经验规则M1267

8.4.2经验规则M2269

8.4.3经验规则D1269

8.4.4经验规则S1269

8.4.5经验规则S2269

8.4.6经验规则C1269

8.4.7经验规则C2269

8.5相对费用函数法271

8.6分离序列综合过程的评价272

8.7调优法274

8.8复杂塔的分离顺序279