化工系統工程理論與實踐

《化工系統工程理論與實踐》是2009年化學工業出版社出版的圖書，作者是王健紅、馮樹波、杜增智。

基本介紹

• 書名：《化工系統工程理論與實踐》
• 作者：王健紅、馮樹波、杜增智
• ISBN：9787122059956
• 定價：￥38.00元
• 出版社：化學工業出版社
• 出版時間：2009-8-1

內容簡介

該書力圖深刻地、相對完整地介紹化工系統工程的理論與實踐。撰寫該書的主要目的是為初學者提供正確的入門之路、避免陷入誤區；為具有一定實踐經驗的工程師和教師提供深入思考的機會，糾正工作中習慣性的不適當觀念，明確某些方法論層面上的基本概念；為從事流程模擬與最佳化核心技術工作的專業研發人員提供一些算法或理論層面上的具體幫助。該書共有六章。為便於各層次讀者儘快了解作者的觀點，每章之後都附有“本章要點”和“思考題”。

該書是為研發和使用流程模擬與最佳化軟體服務的，並可以輔助讀者構造工程上的整體解決方案。從化學工程師的角度出發，研討相關的數學方法，強調理論聯繫實際，強調在繼承經典的前提下創新，對算法的介紹儘量避免堆積羅列，突出解決實際問題的框架、思路以及具體訣竅。許多章節都介紹了作者及作者的老師們在多年研發實踐中摸索得到的經驗、體會或經過實踐考驗的成果。各章之後的“本章要點”和“思考題”相信會對讀者有重大啟發，而關於動態模擬和仿真工廠的介紹也是通常化工系統工程專業著作中不常涉及的重要內容。

該書適合化工類專業及系統工程等相關專業本科生、研究生教學使用，也可供相關工程技術人員參考。

圖書目錄

第1章　緒論

1.1　化工系統工程概述

1.1.1　系統工程與化工系統工程

1.1.2　基本任務與內容

1.1.3　基本方法與技術路線

1.1.4　與其他相關學科的關係

1.1.5　常用術語

1.1.6　套用化工系統工程技術的成功範例

1.2　化工系統工程的主要技術手段與工具

1.2.1　流程模擬系統及其用途

1.2.2　流程模擬系統的發展沿革

1.2.3　著名流程模擬系統介紹

1.3　流程模擬系統的分類、系統結構及各部分的作用

1.3.1　流程模擬系統的分類

1.3.2　流程模擬系統的構成及各部分作用

1.4　其他技術手段

1.5　發展前景與方向

1.6　工業套用領域

本章要點

思考題

本章參考文獻

第2章　數學模型

2.1　概念、定義與分類

2.1.1　模型

2.1.2　數學模型及分類

2.1.3　運用模型方法的實例

2.1.4　流程模擬系統中的模型

2.1.5　評價模型的標準

2.2　過程系統模型及其自由度

2.2.1　數學模型的自由度及物理意義

2.2.2　獨立化學反應數問題

2.3　機理模型

2.3.1　機理模型的特徵

2.3.2　建模手段與實例

2.4　經驗模型及其建模方法

2.4.1　建模問題的描述

2.4.2　最小二乘法

2.4.3　多元線性回歸

2.4.4　一元線性回歸

2.4.5　適用範圍與使用單位

2.4.6　線性化方法

2.4.7　統計檢驗

2.4.8　數值精度與數值穩定性

2.4.9　套用要點

2.5　流程結構模型

2.5.1　圖形表達方式

2.5.2　矩陣表達方式

2.5.3　代數表達方式

2.6　流程模擬基本模型

2.6.1　純組分性質

2.6.2　流體熱力學性質模型

2.6.3　流動模型

2.6.4　相平衡模型

2.6.5　反應動力學模型與化學平衡模型

2.6.6　傳遞過程模型

2.7　過程單元模型

2.7.1　單元過程穩態模型及模組概述

2.7.2　混合器

2.7.3　分流器

2.7.4　平衡閃蒸

2.7.5　換熱器

2.7.6　泵與壓縮機

2.7.7　精餾塔板

2.7.8　通用分離器

2.7.9　反應器

2.7.10　聚合反應過程模型與鏈節分析法

2.8　關於數學模型預測性檢驗的探討

2.8.1　模型顯著性檢驗的意義及其存在的問題

2.8.2　關於模型預測性能的統計推斷

2.8.3　實際套用中的問題

2.8.4　小結

本章要點

思考題

本章參考文獻

第3章數學模型求解方法

31基本概念59

311隱式與顯式代數方程及幾何解釋59

312疊代過程與疊代法60

313與收斂性有關的概念62

32線性代數方程組63

321一般形式63

322簡單疊代法（Jacobi，雅可比法）63

323超鬆弛疊代算法（Successive Over Relaxation Method，SOR法）64

33非線性一元方程疊代解法65

331隱式方程疊代解法65

332程式設計68

333顯式方程疊代解法72

334局部收斂性問題與局部收斂條件定理75

34非線性代數方程組疊代解法 75

341直接疊代法（Direct Substitution,Direct Iteration）76

342部分疊代法(Partial Substitution)77

343牛頓（Newton）算法77

344布羅伊登（Broyden）算法77

345BroydenFletcherShanno算法78

35疊代加速技術78

351DEM（Dominant Eigenvalue Method）加速法78

352王德人加速法79

353討論79

36方程組求解的切割技術79

361實例79

362原理與效果81

363方程組的分解84

364方程組分解的算法86

37雙層法87

371方法原理與技術關鍵87

372泡點計算的雙層法88

373平衡閃蒸計算的雙層法91

38常微分方程組初值問題與動態模擬92

381實例（連續流動攪拌水槽模擬）92

382常微分方程（組）初值問題的一般形式93

383顯式歐拉（Euler）法及其有關概念93

384隱式歐拉（Euler）法95

385預測校正算法96

386動態算法求解穩態問題及其逆問題96

387動態流程模擬中的常微分方程組初值問題98

39化工裝置動態仿真 98

本章要點102

思考題3103

本章參考文獻105

第4章流程模擬基本技術

41流程模擬系統的結構與程式設計106

411流程模擬系統的數據結構106

412流程模擬系統的構成107

413計算步驟107

42序貫模組法109

421基本概念與實例109

422流程切割與排序技術112

423收斂模組與控制模組的原理及作用114

424最佳化模組的原理與作用118

43聯立方程法與聯立模組法 119

44動態流程模擬系統 124

441動態模擬的特點124

442動態模擬的數學描述125

443動態序貫模組法126

45化工裝置仿真機 127

451系統構成128

452關鍵技術129

453套用領域129

本章要點130

思考題4130

本章參考文獻130

第5章運籌學方法

51概述132

511基本概念132

512常見手段與方法135

513實例136

52無約束極值問題的基本概念137

521局部極值137

522局部極值存在條件137

523凸函式及凸函式極值138

524疊代算法分類139

53一維搜尋的原理與方法140

531（一維搜尋）序貫消去法140

532Fibonacci法（菲波那奇法）142

533黃金分割法143

534牛頓(Newton)法145

535算法討論146

54多維搜尋 147

541無約束多變數函式的最佳化策略147

542坐標輪換法147

543負梯度法148

544單純形法149

545牛頓法150

546其他算法150

55線性規劃問題155

551線性規劃問題155

552線性規劃問題的基本概念157

553線性規劃問題的求解方法159

56非線性規劃問題168

561非線性規劃問題168

562非線性規劃數學模型172

563非線性規劃問題圖示172

57運籌學方法用於實際工程問題的關鍵173

本章要點174

思考題5174

本章參考文獻174

第6章系統綜合概述

61典型系統綜合問題176

62系統綜合基本方法與關鍵178

621換熱網路綜合180

622夾點技術182

623數學規劃法設計換熱網路190

624換熱網路合成中的局限性190

625換質網路綜合191

626分離序列綜合192

627反應器網路綜合194

63系統最佳化基本方法與關鍵195

64系統最佳化案例198

65系統綜合與最佳化的發展方向198

本章要點200

本章參考文獻200

部分思考題參考答案

圖書序言

世界上本來是沒有理論的，只有實踐。實踐多了總結成為“理論”。即便是“理論”，也有處在不同層面上的區別。那些總是被證實、又根本無從證偽的實踐就成了人們必須恪守的定律。在化學工程領域，實際上也能見到一些有時精確而可用、有時粗糙則應摒棄的“理論”。嚴格講，只能稱其為“學說”。本書就是要強調在化工系統工程學科中容易被忽視的基本實踐，同時質疑那些缺乏足夠實踐考驗的“學說”。

化工系統工程與許多傳統的化工學科有所不同。它並非以發現和認識自然為主的學問，而是以改造和駕馭自然為主的技術工具。因此，在學習研討、實施運用、評價與發展等方面就與某些傳統化工學科有所區別。即使對於同樣的問題，化工系統工程解決問題的立場、思路、方法也往往與相關學科很不相同。作者力圖體現這些內容。

很多看來極為普通、淺顯的詞語、方法，深究起來其實蘊含著極其基本而又深刻的內涵，而某些時髦的術語或許只是符號的遊戲。書中有不少篇幅討論了關於複雜大系統建模與計算的基本概念，表現出重視基礎、重視經典、重視實踐的風格。

按流行的觀點，本書沒有什麼“創新”，只有對於經典的更多解釋和延伸以及對實踐的總結。但是，相信仔細研究過本書的讀者一定能夠成為各類化工流程模擬系統研發和使用的高手。

書中在介紹前人的成果時，雖力圖示明文獻來源，但限於時間倉促，仍多有遺漏，在此對原作者一併表示歉意並爭取有機會再版時加以完善。

與某些常見著述在撰寫風格方面略有差異的是，編者首先提出的許多概念與研究成果並未單獨列出標題進行集中的討論，而是融入一般性的敘述之中，需要讀者仔細地讀過全文才可能發現作者來自於多年實踐的心得體會。並且，該書還含有若干學術批評的內容，甚至包括對自己所發表文章的嚴厲批判，雖力圖委婉，且觀點基於多年來的實踐以及盡力尋求理論依據，但限於水平，想必仍存偏頗之辭。歡迎專家學者指教。