化工过程模拟

第1章 绪论

1.1　概述

1.2　化工过程模拟分类

1.3　化工过程模拟发展简史

1.4　化工过程模拟的功能

1.4.1　新装置设计

1.4.2　旧装置改造

1.4.3　新工艺、新流程的开发研究

1.4.4　生产调优、疑难问题诊断

1.4.5　科学研究

1.4.6　工业生产的科学管理

1.4.7　动态模拟、实时优化的基础

1.5　化工过程稳态模拟系统的构成

1.5.1　模拟系统的主要组成部分

1.5.2　模拟软件的基本输入数据——五大输入部分

参考文献

第2章　化工过程模拟及相关高新技术

2.1　化工过程动态模拟

2.1.1　动态模拟的主要功能和应用领域

2.1.2　国外动态模拟的发展

2.1.3　稳态模拟和动态模拟的异同

2.2　化工过程先进控制

2.2.1　概述

2.2.2　先进控制和DCS控制的主要区别

2.2.3　先进控制的特点

2.2.4　多变量预估控制的执行步骤

2.2.5　先进控制的经济效益

2.2.6　国外发展概况

2.3　化工过程实时优化

2.3.1　概述

2.3.2　实时优化的应用范围和功能

2.3.3　实时优化系统主要结构框图

2.3.4　实时优化的方程组集形式

2.3.5　实时优化的目标函数

2.4　四项高新技术之间的关系和效益

参考文献

第3章　石油馏分

3.1　石油油品的相关性质

3.1.1　密度和API重度

3.1.2　特性因子

3.1.3　雷氏蒸气压

3.1.4　实沸点蒸馏

3.1.5　恩氏蒸馏(ASTM D86)

3.1.6　ASTM D1160蒸馏

3.1.7　ASTM D2887、D3710、HTSD蒸馏

3.1.8　不同蒸馏曲线的相互转换

3.1.9　闪点

3.1.10　顷点

3.1.11　辛烷值

3.1.12　十六烷值

3.2　石油馏分在模拟中的处理方法

3.2.1　逐一定义石油组分

3.2.2　通过油品蒸馏曲线产生石油组分

3.3　石油馏分的混合

参考文献

第4章　热力学方法

4.1　前言

4.2　若干基本概念

4.2.1　气液相平衡

4.2.2　理想气体

4.2.3　理想溶液

4.2.4　轻、重关键组分

4.2.5　相对挥发度

4.2.6　相律

4.2.7　干基和湿基

4.3　相平衡常数计算

4.3.1　理想气体和理想溶液体系相平衡常数的计算

4.3.2　状态方程法——非极性体系相平衡常数计算

4.3.3　活度系数方程法——极性体系相平衡常数计算

4.3.4　通用关联式法

4.4　混合物焓值计算

4.5　混合物熵值计算

4.6　从状态方程导出逸度系数、焓及熵计算公式

4.6.1　由状态方程导出Z方程

4.6.2　由状态方程导出逸度系数计算公式

4.6.3　由状态方程导出熵差计算公式

4.6.4　由状态方程导出焓差计算公式

4.7　逸度、焓及熵公式的验证

4.8　相平衡常数及焓的偏导数

4.8.1　焓对温度偏导数(ΔH/T)的推导及计算公式

4.8.2　逸度系数对温度偏导数φ/T的推导及计算公式

4.8.3　逸度系数对组成偏导数φ/x的推导及计算公式

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

4.9　含水烃类体系相平衡计算

4.9.1　简化烃水分层计算法

4.9.2　严格三相平衡计算法

4.10　亨利定律在过程模拟中的应用

4.11　传递性质计算

4.11.1　黏度计算

4.11.2　各种商业软件中传递性质的计算

参考文献

第5章　化工单元过程计算

5.1　化工模拟软件的主要模块

5.2　模型和算法

5.3　闪蒸过程

5.3.1　主要计算功能

5.3.2　泡点温度计算

5.3.3　露点温度计算

5.3.4　泡、露点温度计算的判据

5.3.5　一类无泡点温度的特殊现象

5.3.6　绝热闪蒸过程计算

5.3.7　逆向冷凝和逆向汽化

5.3.8　无逆向冷凝的双泡点现象

5.3.9　双泡点温度的取舍

5.4　物流混合/物流分支

5.5　阀门

5.6　泵

5.7　压缩机/膨胀机

5.8　反馈控制

5.9　优化器

5.9.1　优化器的输入要求

5.9.2　优化器的输入条件的确定原则

参考文献

第6章　蒸馏过程计算

6.1　前言

6.2　蒸馏过程严格计算方法的沿革

6.3　蒸馏塔类型

6.3.1　常规蒸馏塔

6.3.2　复杂蒸馏塔

6.3.3　吸收塔

6.3.4　解吸塔

6.3.5　吸收蒸出塔

6.4　蒸馏过程若干基本概念

6.4.1　理想平衡级（理论板）

6.4.2　全回流

6.4.3　最小回流比

6.4.4　最少理论板数

6.4.5　优惠回流比

6.4.6　最佳进料板位置

6.4.7　蒸馏夹点

6.4.8　切线夹点

6.4.9　恒浓区

6.5　蒸馏塔严格计算数学模型

6.5.1　理想平衡级

6.5.2　蒸馏塔严格算法的输入参数

6.5.3　蒸馏塔计算中的设计规定

6.5.4　蒸馏塔工艺参数的相互影响

6.5.5　蒸馏塔设计规定的重要性

6.5.6　影响蒸馏过程收敛的其它因素

6.6　多股进料蒸馏塔精馏段和提馏段的划分

6.7　塔板效率计算

6.7.1　默弗里效率

6.7.2　全塔效率

6.7.3　全塔效率的经验公式

6.7.4　默弗里效率和全塔效率的关系

6.7.5　影响塔板效率的主要因素

6.7.6　各类物系塔板效率参考数据

6.7.7　蒸馏塔特殊板相应的理论板数

6.8　最小回流比和最小理论板数的严格计算

6.8.1　最小回流比和理论板数的严格法计算

6.8.2　求取最小回流比和理论板数的案例

参考文献

第7章　蒸馏过程节能和优化

7.1　前言

7.2　蒸馏塔进料状态优化

7.2.1　塔顶产品占主要比例

7.2.2　塔釜产品占主要比例

7.2.3　进料状态优化的方法

7.2.4　工业应用案例

7.2.5　结论

7.3　蒸馏塔进料位置优化

7.3.1　最佳进料板位置

7.3.2　蒸馏塔最佳进料位置早期计算方法

7.3.3　逆向蒸馏

7.3.4　逆向蒸馏产生的原因

7.3.5　蒸馏夹点

7.3.6　最佳进料板位置确定

7.4　蒸馏塔热泵节能

7.4.1　热泵工作基本原理

7.4.2　釜液节流开式热泵

7.4.3　塔顶气相压缩开式热泵

7.4.4　闭式热泵

7.4.5　三种类型热泵比较

7.4.6　结论

7.5　中间再沸器和中间冷凝器

7.5.1　中间换热器节能原理

7.5.2　采用中间换热器的条件

7.5.3　中间换热器的物料进出口位置

7.5.4　中间换热器出口物料的汽化率和冷凝率

7.5.5　中间换热器的物料流量

7.5.6　中间换热器和进料状态的关系

参考文献

第8章　换热器计算

8.1　换热器简化计算

8.2　换热器严格计算

8.2.1　换热器的TEMA型号

8.2.2　换热器选型

8.2.3　换热器设计中其它问题

8.2.4　换热器基本传热公式

8.2.5　对数平均温差常规计算方法

8.2.6　对数平均温差分区计算方法

8.3　换热器温度交叉和逆向传热

8.3.1　温度交叉和逆向传热现象

8.3.2　逆向传热的解决方案

8.4　再沸器设计计算

8.4.1　池沸腾传热

8.4.2　再沸器汽化率及循环比

8.4.3　再沸器系统设计计算步骤

8.5　热虹吸式再沸器压力平衡计算

8.5.1　再沸器物料的推动力计算

8.5.2　再沸器系统的阻力计算

8.5.3　再沸器系统的压力平衡计算

8.5.4　再沸器系统阻力降手算方法

8.5.5　再沸器系统压力平衡的计算机计算

8.5.6　再沸器系统管线阻力计算公式的选择

8.5.7　再沸器总推动力小于总阻力时之结果

8.5.8　再沸器总推动力大于总阻力时之结果

参考文献

第9章　化工流程迭代技术

9.1前言

9.2流程排序与收敛

9.2.1流程排序

9.2.2流程收敛判据

9.3流程迭代及加速收敛方法

9.3.1直接迭代法

9.3.2Wegstein方法

9.3.3Broyden方法

9.4影响流程迭代收敛的主要因素

9.5一类永不收敛的流程

参考文献

第10章化工流程模拟算例

10.1相平衡算例

【例10.1】计算丙烯在3.033atm下的饱和温度

【例10.2】计算氟里昂22(R22)在2.402atm下的饱和温度

【例10.3】计算三元烃类混合物露点温度

【例10.4】计算六元烃类混合物露点温度

10.2化工单元过程算例

【例10.5】液化气罐爆炸温度计算

【例10.6】涡流管计算

【例10.7】绝热闪蒸与膨胀过程

【例10.8】空气从储罐泄漏过程模拟

【例10.9】蒸馏塔设计算例

【例10.10】原油蒸馏常压塔计算

【例10.11】乙酸水分离塔算例

【例10.12】内部热集成塔——无冷凝器和再沸器的新型蒸馏塔

【例10.13】油吸收脱甲烷塔

10.3简单化工流程算例

【例10.14】反馈控制

【例10.15】某乙烯装置脱甲烷系统

【例10.16】天然气脱硫流程

【例10.17】膨胀机回收高压气体能量

【例10.18】分凝分馏器模拟

【例10.19】不同品位冷剂价格计算——

丙烯机模拟

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

10.4.1流程简述

10.4.2工艺特点

10.4.3解决收敛问题

10.4.4流程分析

10.4.5局部优化和总体优化

10.4.6吸收稳定系统蒸馏塔板数优化

参考文献

《化工过程模拟：原理与应用》主要介绍化工过程模拟的基本原理和应用，重点叙述热力学方法选择和主要化工单元过程的计算。对于文献资料中较少介绍的蒸馏塔计算和收敛技巧、蒸馏塔节能方法、换热器设计计算以及流程迭代收敛方法等内容，既简述原理，又结合实际模拟计算案例给予详细说明。本书内容是在化工原理和化工热力学基础上的扩充与深化，书中还介绍了国内文献中极少探讨或未能涉及的一些化学工程专题，如逆向蒸馏、逆向传热、逆向冷凝和逆向汽化现象；蒸馏塔夹点问题；多股进料蒸馏塔精馏段和提馏段划分原则；蒸馏塔塔板效率超过100%的原因；不同类型热泵蒸馏的模拟及比较等。针对缺乏有关蒸馏塔板效率实际数据的现状，搜集并给出了数量众多的各类塔、各种不同物系塔板效率的实验数据。本书内容丰富、新颖、翔实。

　　本书可作为高等学校研究生、本科生的专业课教材和教师参考用书，也可作为化工原理、化工热力学的补充读物。对于化工、石油化工、炼油、油气田、天然气、精细化工等相关设计院、研究院和生产企业的科研、工程技术人员也是一本既有理论论述，又注重实用性的化工过程模拟和优化的参考资料。