　　《化工計算與軟件應用》以AspenPlus及其係列軟件為計算工具，以化工過程實例為綫索，介紹化工計算中的基本原理、計算方法與解題技巧。全書共分5章，第1章介紹化工物性數據、相平衡數據的查詢、估算與數據處理方法；第2章介紹化工過程物料衡算與能量衡算方法；第3章介紹節能技術在化工分離過程中的應用；第4章介紹化工設備的工藝計算；第5章介紹工業裝置流程模擬方法。書後附錄中有AspenPlus物性術語對照錶、綜閤過程數據包“Datapkg”和電解質過程數據包“Elecins”中的物性數據文件簡介，供讀者參考。

　　本書為高等學校化工類專業本科生與研究生的教材，也可供從事化工過程開發與設計的工程技術人員參考。

第1章化工物性數據和相平衡數據的查詢與估算
1.1 化工物性數據的查詢
1.1.1 從文獻中查找
1.1.2 從Aspen Plus軟件數據庫中查找
1.1.3 物性查詢舉例
1.2 純物質的物性估算
1.2.1 基礎物性常數
1.2.2 與溫度相關的熱力學性質
1.2.3 與溫度相關的遷移性質
1.2.4 純物質物性估算舉例
1.3 混閤物的物性估算
1.3.1 估算熱力學性質的模型
1.3.2 估算傳遞性質模型
1.3.3 混閤物的物性估算舉例
1.4 相平衡數據查詢與使用
1.4.1 相平衡數據手冊
1.4.2 用軟件計算相平衡數據與繪製
相圖
1.4.3 溶液活度係數方程參數的估算
習題
參考文獻
第2章物料衡算與能量衡算
2.1 衡算方法
2.1.1 基本概念
2.1.2 衡算方程式
2.1.3 衡算的基本步驟
2.1.4 用軟件進行物料衡算與能量衡算
的要點
2.2 簡單物理過程
2.2.1 混閤過程
2.2.2 汽化過程
2.2.3 單級相平衡分離過程
2.2.4 非平衡級分離過程
2.2.5 機械分離過程
2.3 設備組閤過程
2.3.1 同類設備的組閤
2.3.2 不同設備的組閤
2.4 含化學反應過程
2.4.1 單個反應器
2.4.2 含反應器的組閤流程
2.5 含循環流過程
2.6 分離復雜組成混閤物
習題
參考文獻
第3章節能分離過程
3.1 流體換熱與熱集成網絡
3.1.1 冷熱流體換熱
3.1.2 熱集成網絡分析
3.2 蒸汽優化配置
3.3 多效蒸發
3.4 精餾過程
3.4.1 多效精餾
3.4.2 熱泵精餾
3.4.3 熱偶精餾
3.4.4 中段換熱精餾
習題
參考文獻
第4章設備工藝計算
4.1 塔設備
4.2 換熱器
4.2.1 冷凝器
4.2.2 再沸器
4.3 反應器
4.3.1 釜式反應器
4.3.2 管式反應器
4.4 流體輸送設備
4.4.1 離心泵
4.4.2 氣體壓縮機
習題
參考文獻
第5章工業裝置流程模擬
5.1 混酸過程
5.2 環己烷、環己酮、環己醇混閤物的
高效分離過程
5.3 75kth丙烯腈工藝廢水四效蒸發
濃縮過程
5.4 300kta規模硫磺製酸過程
5.5 從醚後C4烴中提取高純異丁烯
過程
習題
參考文獻
附錄1 Aspen Plus物性術語對照錶
附錄2 綜閤過程數據包"Datapkg"中
物性數據文件簡介
附錄3 電解質過程數據包"Elecins"中
物性數據文件簡介

前言/序言

　　化工計算是化學工程與工藝專業學生的一門專業技術課程，一般包括物性數據的查詢與估算、物料衡算和熱量衡算、設備工藝計算、穩態過程的物料與能量聯閤衡算等。化工計算的目的，一是取得設備設計所需要的數據，二是為流程單元操作的調節和生産過程的控製提供依據，三是掌握原材料消耗量，中間産品和産品的生成量，估計能量以及水、電、蒸汽等動力消耗以及對生産操作進行經濟分析。在化工廠設計時，化工計算是工廠或車間設計由定性規劃轉入定量計算的第一步；在現有裝置進行技術改造時，對存在問題進行評價和對生産流程的經濟性評價也是必不可少的。開設化工計算課程，可以訓練學生的運算能力以及將化工專業理論知識運用於工程實際的能力。
　　化工過程涉及的計算問題大多較繁雜，求解大型非綫性方程組、常微分方程組或偏微分方程組、大型矩陣等司空見慣。例如，對含C個組分的混閤物進行絕熱閃蒸計算時，涉及的Jacobian偏導數矩陣共有（2C+2）2個元素，每個元素都要進行超越函數的偏導數計算。又比如用Naphtali-Sandholm同時校正法計算含C個組分、N塊理論闆的精餾塔時，需要求解N （2C+3）維非綫性方程組。這些計算工作量巨大，手工難以完成。
　　根據計算工具的發展沿革，化工計算課程的發展可以劃分為三個階段：20世紀70年代以前，化工計算的工具是計算尺，藉助於這些原始計算工具，人們可以對一些簡化、理想的數學模型進行求解，再藉助於實際工作經驗，工程師們進行化工廠的設計計算；20世紀70年代以後，小型、微型數字計算機開始普及，人們可以自己動手編製一些小型的、獨立的匯編語言程序，求解一些復雜一點的、手工難以計算的化工計算問題，比如固定床反應器的溫度分布、泡點法精餾塔核算等。在此階段，編製計算程序往往依賴個人的知識與經驗，編製的程序也缺乏普遍性，隻適用於個例；20世紀80年代以後，美國、加拿大、英國的一些公司開發瞭基於流程圖的過程穩態、動態模擬軟件，這些軟件經過不斷的發展、更新、融閤，功能越來越強大，應用範圍越來越廣泛，準確性、實用性越來越好，其中最具代錶性的軟件是美國AspenTech公司的Aspen Plus化工流程模擬軟件。
　　古人說，“工欲善其事，必先利其器”。化工流程模擬軟件就是化工計算的有力利器，它用嚴格和最新的計算方法，提供近似準確的單元操作模型，進行單元和全過程的計算，還可以評估已有裝置的優化操作或新建、改建裝置的優化設計。軟件係統功能齊全，規模龐大，可應用於化工、煉油、石油化工、氣體加工、煤炭、醫藥、冶金、環境保護、動力、節能、食品等許多工業領域。可以毫不誇張地說，使用模擬軟件的水平，反映瞭一個人化工計算能力的高低。
　　化學工程與工藝專業的大四年級本科生、參加卓越工程師教育培養計劃的學生已經學完瞭專業基礎課程和部分專業課程，對化學工程的基礎理論知識已有一定的掌握，但綜閤應用各門課程的知識去研究、分析實際化工問題仍需要一定訓練，化工計算是一個很好的訓練途徑，同時又是一項實用的專業技能。針對此背景，本書以Aspen Plus 及其係列軟件為計算工具，以實例為綫索，側重於介紹如何應用化工專業知識結閤軟件求解化工計算中的一般問題，包括化工物性數據、相平衡數據的查詢與估算、物料衡算與能量衡算、節能分離技術應用、設備工藝計算、綜閤流程模擬等內容。
　　書中的例題與習題部分來源於編者為本科生、研究生講授化工原理、化工分離工程、化工設計等課程準備的例題與習題，部分取材於編者指導本科生、研究生畢業論文的課題，部分取材於編者指導在校生參加全國大學生化工設計大賽提交的作品。這些例題與習題涵蓋瞭化工設計過程中常見的一般計算問題，讀者可以在學習例題、完成習題的基礎上舉一反三，以解決化工設計、技術改造中的其他問題，提高自己的化工工藝設計能力。
　　本書編寫過程中，注意把物理化學、化工原理、化工熱力學、化學反應工程、分離工程、化工設計等先修課程的專業知識與軟件解題過程相結閤，靈活應用這些知識對軟件解題過程中、解題完成後的數據進行分析，以提高讀者分析問題與解決問題的能力。學習一個軟件的操作並不難，而正確使用軟件並不容易。把所學的化工專業知識用於軟件的操作過程、對軟件中間計算數據分析、對計算結果正確性的評判，這纔是難點所在。
　　本書以 Aspen Plus 及其係列軟件為計算工具，以化工過程實例為綫索，介紹化工計算中的基本原理、計算方法與解題技巧。全書共分5章，第1章介紹化工物性數據、相平衡數據的查詢、估算與數據處理方法；第2章介紹化工過程物料衡算與能量衡算方法；第3章介紹節能技術在化工分離過程中的應用；第4章介紹化工設備的工藝計算；第5章介紹工業裝置流程模擬方法。書後附錄中有Aspen Plus物性術語對照錶、綜閤過程數據包“Datapkg”和電解質過程數據包“Elecins”中的物性數據文件簡介，以供讀者在解題或在擴展學習中查詢、應用。本書第5章的5.2節由南京中圖數碼科技有限公司範會芳編寫，其餘章節由南京工業大學包宗宏、武文良編寫，在讀研究生張少石、張傑等編譯瞭附錄1，在讀研究生湯磊對書稿進行瞭校驗。
　　本書不僅可以作為高校本科生、參加卓越工程師教育培養計劃學生的化工計算教材，也可作為化工類研究生的選修教材，也可作為中級Aspen Plus及其係列軟件的學習教材，對從事化工過程開發與設計的工程技術人員有一定參考價值。由於編者的水平所限，書中錯誤難免，敬請讀者批評指正。
　　編者
　　2013年3月於南京
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