《过程系统工程导论》

第一章概论1

1-1系统工程与过程系统工程1

一．系统1

二．过程与过程系统1

三．系统工程3

四．过程系统工程4

1-2过程系统工程的研究内容5

一．分析与综合5

二．过程系统分析与综合5

三．过程系统工程与其它学科的关系6

1-3过程系统工程的研究方法与手段7

一．数学模型化与模拟7

二．数学模型的类型8

三．计算机辅助流程模拟系统9

四．专家系统10

第二章过程单元的模型化与模拟11

2-1 过程单元的自由度分析11

一．自由度概念11

二．物流的自由度12

三．过程单元的自由度15

2-2过程单元的模型化与模拟22

一．闪蒸单元的模型与类型22

二．等温闪蒸过程的模拟23

三．绝热闪蒸过程的模拟27

第三章过程系统的模型化与自由度分析31

3-1过程系统的模型化31

一．有向图描述系统结构31

二．有向图的矩阵表示——结构矩阵32

三．过程系统结构的表格表示——结构表35

四．系统结构的代数表示——联结方程36

3-2过程系统的自由度37

一．过程系统的自由度分析37

二．决策变量的确定40

第四章过程大系统的分解48

4-1不相关子系统的识别48

4-2不可分隔子系统的识别50

一．不可分隔子系统50

二．矩阵法识别不可分隔子系统51

三．通路搜索法识别不可分隔子系统62

第五章过程系统的序贯模块模拟法67

5-1过程系统模拟的三种基本方法68

一．序贯模块法68

二．面向方程法69

三．联立模块法69

5-2序贯模块法原理70

5-3再循环流股的断裂71

一．断裂的基本概念71

二．断裂方法的分类73

三．回路矩阵73

四．Upadhye—Grens断裂法（1）74

五．Upadhye—Grens断裂法（2）78

5-4断裂流股变量的收敛84

一．收敛单元85

二．直接迭代法87

三．Wegstein法89

四．Broyden法91

五．收敛判据95

5-5序贯模块法解设计问题95

第六章过程系统的面向方程模拟法97

6-1 面向方程法原理97

6-2大型稀疏非线性方程组的降维解法98

一．方程组的分解概念98

二．输出变量的指定方法100

三．回路搜索法分解方程组102

四．不可分解稀疏方程组的断裂降维解法103

五．n104

六．n>m型稀疏非线性方程组105

6-3联立拟线性方程组法解大型稀疏非线性方程组105

一．线性化方法105

二．线性方程组的消去解法107

三．大型稀疏线性方程组的解法110

第七章过程系统的联立模块模拟法116

7-1联立模块法原理116

7-2建立简化模型的两种切断方式119

一．联结流股全切断方式119

二．回路切断方式120

7-3单元简化模型122

一．线性简化模型122

二．非线性简化模型126

第八章过程系统参数的模拟优化法130

8-1最优化基本概念130

一．最优化问题的数学定义130

二．最优化方法的分类133

三．过程系统参数优化的类型及特点134

8-2稳态模拟优化法原理137

一．稳态模拟优化方法137

二．稳态模拟优化方法评价标准138

三．系统模拟优化采用的最优化方法评述139

8-3可行路径过程系统参数优化法140

一．可行路径黑箱搜索法140

二．可行路径联立模块法141

8-4 Wilson-Han-Powell序列二次规划法143

一．数学规划理论基础143

二．Wilson序列二次规划法145

三无约束最优化的拟牛顿法147

四．Wilson-Han算法148

五．Wilson-Han-Powell算法149

六．W-H-P算法特点152

8-5不可行路径面向方程法153

一．HQP问题的分解153

二．符号高斯消去155

三．Hesse矩阵更新的Berna法156

8-6不可行路径联立模块法158

8-7不可行路径序贯模块法161

一．收敛模块的扩展——优化模块161

二．IPOSEQ算法162

三．IPOSEQ的应用164

第九章过程系统参数的统计调优法165

9-1统计调优法原理165

9-2统计调优模型的建立167

一．多元线性回归分析168

二．多元线性逐步回归分析171

三．线性模型的推广174

9-3回归试验设计175

一．回归的正交设计175

二．回归的均匀设计177

9-4调优搜索180

第十章动态系统参数的变分优化法181

10-1无约束连续系统的最优化181

一．泛函极值的必要条件181

二．泛函极值的充分条件183

10-2有微分形式约束方程的连续系统优化183

一．目标函数不含终态183

二．目标函数含终态（终态时刻固定，终端无约束）188

三．目标函数含终态（终态时刻不定，终端有约束）192

四．连续系统参数优化的数值解法195

10-3有不等式约束的连续系统优化196

第十一章反应路径的综合197

11-1过程系统综合基本概念197

一．过程系统综合及其在过程系统设计中的地位197

二．过程系统综合问题分类198

三．过程系统综合的基本方法199

11-2反应路径的类型与综合方法200

一．反应路经的类型200

二．反应路径综合的模式与策略203

三．反应路径的综合方法204

四．反应路经综合与过程综合的关系205

11-3矩阵法205

一．分子表达——BE矩阵205

二．化学反应的表示——R矩阵206

11-4符号三角形法209

一．有机分子表达方法209

二．有机反应的表达方法211

三．综合树的产生方法213

11-5几何法215

一．嵌套多边形215

二．自由能－反应条件图217

三．公差作为公共边的综合方法218

四．假想公差220

11-6系统综合中反应路径的早期筛选222

一．产量与消耗分析222

二．不完全反应产量与消耗分析223

第十二章热回收网络的综合225

12-1热回收网络综合的进展225

12-2 TI-ED法综合热回收网络226

一．TI法寻求最大能量回收网络226

二．热回收网络的ED法调优233

12-3狭点设计法综合热回收网络244

一．狭点244

二．狭点的特性246

三．狭点位置的确定248

四．狭点设计法综合能量最优热回收网络249

五．热回收网络的调优254

第十三章分离序列的综合257

13-1 基本概念257

13-2数学规划法综合分离序列261

一．动态规划法261

二．分枝界限法265

三．有序分枝搜索法与有序搜索法272

13-3探试法综合分离序列276

一．探试法则276

二．有序探试法278

13-4调优法综合分离序列281

一．调优法原理281

二．调优法寻求最优分离序列实例283

第十四章具有热集成的分离序列综合286

14-1 问题的特点与综合方法286

一．问题的陈述及特征286

二．综合的方法与策略287

14-2动态规划法综合热集成精馏序列288

14-3分枝界限法综合热集成精馏序列291

一．严格数学界限法291

二．公用工程界限法295

14-4热集成精馏序列综合的分解策略304

第十五章过程系统工程应用实践305

15-1化工过程开发方法305

15-2 自热式轴向多段冷激氨合成塔的模型化、模拟与优化设计307

一．自热式轴向四段冷激氨合成塔的模拟307

二．自热式四段冷激氨合成塔的优化设计312

15-3氨合成回路的模拟320

15-4乙烯氧化反应器的操作参数调优324

一．环氧乙烷生产概况324

二．影响因素分析与数据处理326

三．模型建立329

四．参数优化331

参考文献332