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内容简介

　　《化工系统工程理论与实践》力图深刻地、相对完整地介绍化工系统工程的理论与实践。撰写《化工系统工程理论与实践 》的主要目的是为初学者提供正确的入门之路、避免陷入误区；为具有一定实践经验的工程师和教师提供深入思考的机会，纠正工作中习惯性的不适当观念，明确某些方法论层面上的基本概念；为从事流程模拟与优化核心技术工作的专业研发人员提供一些算法或理论层面上的具体帮助。总之，完全是为研发和使用流程模拟与优化软件服务，试图辅助读者构造工程上的整体解决方案。书中叙述的特点是从化学工程师的角度出发，研讨相关的数学方法，强调理论联系实际，强调经典和继承经典前提下的创新，对算法的介绍尽量避免堆积罗列，突出解决实际问题的框架、思路以及具体诀窍。许多章节都介绍了作者及作者的老师们在多年研发实践中摸索得到的经验、体会或经过实践考验的成果。各章之后的“本章要点”和“思考题”相信会对读者有重大启发，而关于动态模拟和仿真工厂的介绍也是通常化工系统工程专业著作中不常涉及的重要内容。
　　《化工系统工程理论与实践》适合化工类专业及系统工程等相关专业本科生、研究生教学使用，也可供相关工程技术人员参考。

内页插图

目录

第1章 绪论
1.1 化工系统工程概述
1.1.1 系统工程与化工系统工程
1.1.2 基本任务与内容
1.1.3 基本方法与技术路线
1.1.4 与其他相关学科的关系
1.1.5 常用术语
1.1.6 应用化工系统工程技术的成功范例
1.2 化工系统工程的主要技术手段与工具
1.2.1 流程模拟系统及其用途
1.2.2 流程模拟系统的发展沿革
1.2.3 著名流程模拟系统介绍
1.3 流程模拟系统的分类、系统结构及各部分的作用
1.3.1 流程模拟系统的分类
1.3.2 流程模拟系统的构成及各部分作用
1.4 其他技术手段
1.5 发展前景与方向
1.6 工业应用领域
本章要点
思考题
本章参考文献

第2章 数学模型
2.1 概念、定义与分类
2.1.1 模型
2.1.2 数学模型及分类
2.1.3 运用模型方法的实例
2.1.4 流程模拟系统中的模型
2.1.5 评价模型的标准
2.2 过程系统模型及其自由度13
2.2.1 数学模型的自由度及物理意义
2.2.2 独立化学反应数问题
2.3 机理模型
2.3.1 机理模型的特征
2.3.2 建模手段与实例
2.4 经验模型及其建模方法
2.4.1 建模问题的描述
2.4.2 最小二乘法
2.4.3 多元线性回归
2.4.4 一元线性回归
2.4.5 适用范围与使用单位
2.4.6 线性化方法
2.4.7 统计检验
2.4.8 数值精度与数值稳定性
2.4.9 应用要点
2.5 流程结构模型
2.5.1 图形表达方式
2.5.2 矩阵表达方式
2.5.3 代数表达方式
2.6 流程模拟基本模型
2.6.1 纯组分性质
2.6.2 流体热力学性质模型
2.6.3 流动模型
2.6.4 相平衡模型
2.6.5 反应动力学模型与化学平衡模型
2.6.6 传递过程模型
2.7 过程单元模型
2.7.1 单元过程稳态模型及模块概述
2.7.2 混合器
2.7.3 分流器
2.7.4 平衡闪蒸
2.7.5 换热器
2.7.6 泵与压缩机
2.7.7 精馏塔板
2.7.8 通用分离器
2.7.9 反应器
2.7.10 聚合反应过程模型与链节分析法
2.8 关于数学模型预测性检验的探讨
2.8.1 模型显著性检验的意义及其存在的问题
2.8.2 关于模型预测性能的统计推断
2.8.3 实际应用中的问题
2.8.4 小结
本章要点
思考题
本章参考文献

第3章 数学模型求解方法
3.1 基本概念
3.1.1 隐式与显式代数方程及几何解释
3.1.2 迭代过程与迭代法
3.1.3 与收敛性有关的概念
3.2 线性代数方程组
3.2.1 一般形式
3.2.2 简单迭代法（Jacobi，雅可比法）
3.2.3 超松弛迭代算法（SuccessiveOverRelaxationMethod，SOR法）
3.3 非线性一元方程迭代解法
3.3.1 隐式方程迭代解法
3.3.2 程序设计
3.3.3 显式方程迭代解法
3.3.4 局部收敛性问题与局部收敛条件定理
3.4 非线性代数方程组迭代解法
3.4.1 直接迭代法（DirectSubstitution,DirectIteration）
3.4.2 部分迭代法（PartialSubstitution）
3.4.3 牛顿（Newton）算法
3.4.4 布罗伊登（Broyden）算法
3.4.5 Broyden�睩letcher�睸hanno算法
3.5 迭代加速技术
3.5.1 DEM（DominantEigenvalueMethod）加速法
3.5.2 王德人加速法
3.5.3 讨论
3.6 方程组求解的切割技术
3.6.1 实例
3.6.2 原理与效果
3.6.3 方程组的分解
3.6.4 方程组分解的算法
3.7 双层法
3.7.1 方法原理与技术关键
3.7.2 泡点计算的双层法
3.7.3 平衡闪蒸计算的双层法
3.8 常微分方程组初值问题与动态模拟
3.8.1 实例（连续流动搅拌水槽模拟）
3.8.2 常微分方程（组）初值问题的一般形式
3.8.3 显式欧拉（Euler）法及其有关概念
3.8.4 隐式欧拉（Euler）法
3.8.5 预测�残Ｕ�算法
3.8.6 动态算法求解稳态问题及其逆问题
3.8.7 动态流程模拟中的常微分方程组初值问题
3.9 化工装置动态仿真
本章要点
思考题
本章参考文献

第4章 流程模拟基本技术
4.1 流程模拟系统的结构与程序设计
4.1.1 流程模拟系统的数据结构
4.1.2 流程模拟系统的构成
4.1.3 计算步骤
4.2 序贯模块法
4.2.1 基本概念与实例
4.2.2 流程切割与排序技术
4.2.3 收敛模块与控制模块的原理及作用
4.2.4 优化模块的原理与作用
4.3 联立方程法与联立模块法
4.4 动态流程模拟系统
4.4.1 动态模拟的特点
4.4.2 动态模拟的数学描述
4.4.3 动态序贯模块法
4.5 化工装置仿真机
4.5.1 系统构成
4.5.2 关键技术
4.5.3 应用领域
本章 要点
思考题
本章 参考文献

第5章 运筹学方法
5.1 概述
5.1.1 基本概念
5.1.2 常见手段与方法
5.1.3 实例
5.2 无约束极值问题的基本概念
5.2.1 局部极值
5.2.2 局部极值存在条件
5.2.3 凸函数及凸函数极值
5.2.4 迭代算法分类
5.3 一维搜索的原理与方法
5.3.1 （一维搜索）序贯消去法
5.3.2 Fibonacci法（菲波那奇法）
5.3.3 黄金分割法
5.3.4 牛顿（Newton）法
5.3.5 算法讨论
5.4 多维搜索
5.4.1 无约束多变量函数的优化策略
5.4.2 坐标轮换法
5.4.3 负梯度法
5.4.4 单纯形法
5.4.5 牛顿法
5.4.6 其他算法
5.5 线性规划问题
5.5.1 线性规划问题
5.5.2 线性规划问题的基本概念
5.5.3 线性规划问题的求解方法
5.6 非线性规划问题
5.6.1 非线性规划问题
5.6.2 非线性规划数学模型
5.6.3 非线性规划问题图示
5.7 运筹学方法用于实际工程问题的关键
本章要点
思考题
本章参考文献

第6章 系统综合概述
6.1 典型系统综合问题
6.2 系统综合基本方法与关键
6.2.1 换热网络综合
6.2.2 夹点技术
6.2.3 数学规划法设计换热网络
6.2.4 换热网络合成中的局限性
6.2.5 换质网络综合
6.2.6 分离序列综合
6.2.7 反应器网络综合
6.3 系统优化基本方法与关键
6.4 系统优化案例
6.5 系统综合与优化的发展方向
本章要点
本章参考文献

精彩书摘

　　第1章　绪论
　　1.1 化工系统工程概述
　　化工系统工程又称过程系统工程（Process Systems Engineering，PSE）是20世纪五六十年代发展起来的一门新兴的交叉学科。其产生、发展与现代化学工业趋于复杂化、大型化密切相关。该学科的研究对象为化工系统或化工生产过程，其任务是要解决化工生产领域内技术经济方面的决策问题。一般认为，化工系统工程是研究化工生产在规划设计、操作运行、控制管理诸环节中，如何提高工作效率、降低投资费用和维护运行费用、提高系统可靠性安全性、强化环境友好、增加总经济效益的一门技术科学。其主要技术内容有系统的分析与模拟、系统的合成与优化等。该学科的主要技术手段为数学模拟，即建立描述过程特性的数学模型并求解计算，实现对系统规律和行为的预测。通常情况下，无法求得数学模型的解析解，故必须以电子计算机为工具求出其数值解。与该学科相关的学科大致有化学工程学、应用数学、计算机科学及系统科学、信息科学、控制理论等。总的来说，该学科与许多传统学科（以认识自然、描述自然的“发现型”学科）有所不同，该学科的直接目的就是在综合运用其他学科成果的基础上完成改造自然、控制自然、创造物质财富的任务。因此，过程系统工程学科具有很强的工具性、实践性、技艺性。正因为如此，在该领域内的任何“微不足道”的发明往往都蕴含着许多深刻的理论和深厚的实践积累，并且往往当新的简洁有效的解决方案诞生后，先前的研究成果就会被束之高阁。

前言/序言

　　世界上本来是没有理论的，只有实践。实践多了总结成为“理论”。即便是“理论”，也有处在不同层面上的区别。那些总是被证实、又根本无从证伪的实践就成了人们必须恪守的定律。在化学工程领域，实际上也能见到一些有时精确而可用、有时粗糙则应摒弃的“理论”。严格讲，只能称其为“学说”。本书就是要强调在化工系统工程学科中容易被忽视的基本实践，同时质疑那些缺乏足够实践考验的“学说”。
　　化工系统工程与许多传统的化工学科有所不同。它并非以发现和认识自然为主的学问，而是以改造和驾驭自然为主的技术工具。因此，在学习研讨、实施运用、评价与发展等方面就与某些传统化工学科有所区别。即使对于同样的问题，化工系统工程解决问题的立场、思路、方法也往往与相关学科很不相同。作者力图体现这些内容。
　　很多看来极为普通、浅显的词语、方法，深究起来其实蕴含着极其基本而又深刻的内涵，而某些时髦的术语或许只是符号的游戏。书中有不少篇幅讨论了关于复杂大系统建模与计算的基本概念，表现出重视基础、重视经典、重视实践的风格。
　　按流行的观点，本书没有什么“创新”，只有对于经典的更多解释和延伸以及对实践的总结。但是，相信仔细研究过本书的读者一定能够成为各类化工流程模拟系统研发和使用的高手。
　　书中在介绍前人的成果时，虽力图标明文献来源，但限于时间仓促，仍多有遗漏，在此对原作者一并表示歉意并争取有机会再版时加以完善。
　　与某些常见著述在撰写风格方面略有差异的是，编者首先提出的许多概念与研究成果并未单独列出标题进行集中的讨论，而是融入一般性的叙述之中，需要读者仔细地读过全文才可能发现作者来自于多年实践的心得体会。并且，本书还含有若干学术批评的内容，甚至包括对自己所发表文章的严厉批判，虽力图委婉，且观点基于多年来的实践以及尽力寻求理论依据，但限于水平，想必仍存偏颇之辞。欢迎专家学者指教。
　　本书共有六章。为便于各层次读者尽快了解作者的观点，每章之后都附有“本章要点”和“思考题”，这也形成了本书的重要特点。建议读者先浏览本章要点和思考题，再从正文叙述中寻求答案。
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