化工過程模擬與最佳化

《化工過程模擬與最佳化》，是2006年出版的圖書，作者是楊友麒。本書系《化學工業信息化叢書》的一分冊。

內容介紹

全書分為5個章次及附錄。第1章主要介紹一些基本概念和研究範疇；第2章分三個方面介紹了常用的單元過程數學模型；第3章介紹流程模擬計算的基本理論和流程模擬主要算法(序貫模組法和聯立方程法)，同時也介紹了流程模擬軟體系統的基本內容和套用方法；第4章首先介紹動態模擬與穩態模擬的不同之處，然後介紹動態過程數學模型的數值解算方法，在此基礎上結合動態模擬軟體HYSYS的套用，討論典型單元過程的動態模擬和複雜全廠過程的動態模擬，最後一節是動態仿真培訓系統；第5章介紹最佳化算法的基本概念、過程最佳化的確定性方法和隨機性方法，以及多目標最佳化算法，作為化工過程最佳化方法的套用，最後介紹了化工過程的線上實時最佳化。

目錄信息

第1章緒論1

11過程模擬的一般方法1

111物理模擬與數學模擬1

112數學模型化的步驟2

113化工系統模擬的層次3

114數學模型的類型3

12數學模擬的用途及限制4

121化工開發的數學模擬5

122化工設計中的數學模擬方法6

123改進化工廠生產操作的數學模擬方法8

124過程控制中的數學模型8

125規劃和計畫階段中的數學模型9

126數學模擬方法的限制9

13過程模擬與最佳化10

參考文獻12

第2章單元過程的穩態模擬13

21基本概念13

211過程系統模擬13

212穩態過程模擬13

213過程模擬問題類型14

214過程模擬的基本環節15

215單元模型的變數選擇和自由度分析16

216過程模擬套用中應注意的問題21

22通用單元操作過程模擬21

221相平衡及閃蒸器21

222物料的加合與分割25

223泵26

224壓縮機與膨脹機27

225熱交換器28

226多組分混合物分離塔30

227化學反應器模型32

23計算流體力學CFD模擬41

231計算流體力學的基本原理42

232CFD模擬軟體的功能43

233CFD模擬軟體的結構45

234CFD模擬的套用優越性及特點45

235CFD的套用步驟46

236CFD技術的成功套用案例47

24聚合過程的模擬48

241聚合過程模擬軟體的功能模組49

242聚合過程模擬軟體的套用51

243聚合過程模擬的套用案例51

25專用化學反應器的穩態模擬57

251乙烯裂解爐的模擬57

252催化裂化反應器——再生器系統的模擬65

26換熱器及加熱爐的模擬最佳化68

261概論68

262管殼式換熱器的模擬最佳化70

263管殼式換熱器的最佳化設計案例（HTFS軟體計算結果）76

參考文獻79

第3章穩態流程模擬81

31流程模擬的基本概念81

311過程與系統81

312流程模擬系統簡介82

32過程系統模型84

321過程系統模型84

322流程模擬模型的構成85

323流程結構的表述86

324過程系統模型建立89

325流程系統模型示例91

33序貫模組法92

331序貫模組法的基本思想92

332過程系統分塊方法95

333流程系統斷裂方法97

334收斂模組97

335控制模組100

336序貫模組法的優缺點101

34聯立方程法103

341聯立方程法的基本思想103

342流程系統方程組的產生103

343聯立方程法的求解策略104

344方程組分解106

345稀疏線性方程組求解107

346聯立方程法的優缺點108

35流程模擬的其他方法109

351聯立模組法109

352數據驅動法109

353人工智慧參入法109

36流程模擬系統110

361定義、分類及結構110

362物性系統112

363國外流程模擬系統的簡單比較115

37流程模擬套用案例116

371流程模擬的一般步驟116

372年產10萬噸乙醇生產裝置反應工序模擬118

38流程模擬發展趨勢129

381擴大可模擬物系的範圍129

382向動態模擬發展129

383穩態模擬與動態模擬的結合129

384開發新的模型129

385軟體間的集成130

386軟體的智慧型化130

387基於Web的遠程套用131

參考文獻131

第4章動態過程系統的模擬133

41由穩態模擬轉向動態模擬133

411為什麼需要動態模擬133

412動態模擬與穩態模擬的差別134

413控制器的設定138

414兩種不同的動態模擬系統140

42動態過程系統的建模141

43動態過程數學模型的數值解算方法142

431從歐拉法看數值積分解法的特點142

432四階龍格庫塔法143

433顯式及隱式積分法144

434數值解算法的穩定性145

435常微分方程的剛性問題147

44單元過程的動態模擬149

441分離槽的動態模擬149

442精餾塔的動態模擬161

45複雜的全廠過程的動態模擬171

451乙苯製造工藝過程171

452穩態設計174

453控制結構174

454模擬結果176

46動態仿真培訓系統179

461仿真培訓系統的作用179

462動態數學模型是系統的核心181

4 63仿真培訓系統的軟體環境183

464仿真培訓系統的硬體環境189

465今後的發展趨勢191

參考文獻193

第5章化工過程的最佳化194

51過程最佳化基礎194

511過程最佳化的概念194

512過程最佳化的基本要素194

513過程最佳化問題的分類195

514過程最佳化問題的數學模型197

515過程最佳化的一般步驟198

516過程最佳化問題舉例198

52最最佳化方法簡介202

521確定性搜尋方法203

522隨機性搜尋方法203

523確定性搜尋方法與隨機性搜尋方法的簡單比較203

53過程最佳化的確定性方法204

5 31無約束最最佳化方法204

532約束最最佳化方法210

533序貫二次規劃法216

54過程最佳化的隨機性方法220

541模式識別法221

542遺傳算法223

543模擬退火算法225

544粒子群最佳化算法227

55多目標最佳化228

551多目標最佳化的基本概念228

552多目標最佳化的基本方法229

553多目標最佳化進展及套用234

56化工過程的線上實時最佳化235

561線上實時最佳化的基本概念235

562線上實時最佳化的套用場合與經濟效益239

563煉油廠常減壓裝置的實時最佳化套用案例240

參考文獻243

附錄A單元過程模擬246

附錄B流程模擬軟體255

附錄C計算流體力學軟體CFD271

附錄D動態模擬及仿真培訓軟體279

附錄E實時最佳化軟體291