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第1章 化工过程设计1

1.1　现代过程工程1

1.2　绿色化学科学与工程准则2

1.3　化工过程设计的基本内容3

1.4　化工过程设计的深化改革6

1.4.1　工艺专业部6

1.4.2　工艺系统专业部6

1.5 计算机辅助化工过程设计的基础——化工过程系统工程7

1.5.1　计算机硬件发展7

1.5.2 化工过程系统工程——计算机辅助设计软件的进展8

1.6　工程伦理学与责任关怀准则11

1.6.1　工程伦理学11

1.6.2　责任关怀11

参考文献13

习题13

第2章　化工厂设计概述14

2.1　化工设计的工作程序14

2.1.1　基本建设程序14

2.1.2　项目建议书14

2.1.3　可行性研究15

2.1.4　我国投资体制的改革及当前的经济总量16

2.1.5　计划任务书17

2.1.6　设计阶段18

2.2 工艺包设计18

2.2.1 工艺包设计概述18

2.2.2 工艺包设计的内容19

2.2.3 工艺流程图及工艺流程说明19

2.2.4 工艺设备数据表及工艺设备表20

2.2.5 工艺包设计的工作程序20

2.2.6 工艺包阶段各专业的条件关系22

2.3　化工工艺设计22

2.3.1　化工工艺设计内容24

2.3.2　工艺设计的初步设计的内容和程序24

2.3.3　工艺施工图设计的内容和程序24

2.3.4　初步设计的设计文件24

2.3.5　工艺施工图设计文件31

2.3.6　化工管路设计36

2.4　整套设计中的全局性问题36

2.4.1　厂址的选择37

2.4.2　总图布置38

2.4.3　安全防火与环境保护40

2.4.4　公用工程43

2.4.5 自动控制44

2.4.6　土建设计44

2.5　化工厂设计的部分参考资料45

参考文献45

习题46

第3章　物料衡算与热量衡算47

3.1　简单的物料衡算47

3.1.1　简单的衡算模型47

3.1.2　混合器和分离器的物料衡算48

3.1.3　具有化学反应的物料衡算49

3.1.4　简单的过程计算50

3.1.5　再循环问题的简单代数解59

3.2　带有循环流的物料衡算61

3.2.1　迭代法求解再循环问题61

3.2.2　非迭代法求解再循环问题63

3.3　热量衡算68

3.3.1　基本热量衡算68

3.3.2　热量与物料衡算69

3.4　化工过程流程中的物料衡算与热量衡算72

3.4.1　一般计算策略与方法72

3.4.2　带有循环流的物料衡算与热量衡算77

3.5　计算机辅助过程物料衡算与热量衡算85

3.5.1　序贯模块法求解的策略85

3.5.2　联立方程法求解的策略89

3.6 当代热动力——工艺工厂（Heat Power-Process Plant）的热量平衡96

符号说明97

参考文献97

习题98

第4章　流程组织与合成101

4.1　过程合成102

4.1.1　过程合成的事例分析102

4.1.2　能量的管理与组合114

4.1.3　最佳操作时间表的安排114

4.2　反应的合成114

4.2.1　反应途径的合成114

4.2.2　反应器的设计问题120

4.2.3　进入系统物料的预处理122

4.3　分离过程的合成122

4.3.1　分离方法的选择123

4.3.2 多组分混合物分离顺序的合成125

4.4　热交换网络的合成135

4.4.1 基本概念与热交换系统的表示方法135

4.4.2　流股的复合曲线、窄点与热交换网络的最小能耗137

4.4.3　窄点法设计最小能耗的热交换网络的原则140

4.4.4　能耗与设备投资相互消长的权衡与最少搭配数141

4.4.5　热交换网络的设计143

4.5　过程能量集成147

4.6　过程物质集成148

4.6.1　源－阱关系图149

4.6.2　流股离析、混合和循环再利用的优化策略155

4.6.3 质量交换网络合成158

4.7　批处理过程的过程合成165

4.7.1　批处理过程165

4.7.2　过程合成的最佳化166

4.7.3　多产品工厂事例分析173

符号说明177

参考文献178

习题179

第5章　化工过程分析183

5.1 系统可靠性与可靠度分析183

5.1.1　系统的可靠度183

5.1.2 过程利用率，并联备用件的经济合理性分析186

5.2　安全性及损失的预防187

5.2.1　危险率分析与描述方法188

5.2.2　燃烧和爆炸指数（FEI）189

5.2.3　故障树分析191

5.3　化工过程的能耗分析与评价——有效能（？）分析及其应用194

5.3.1　有效能（？）195

5.3.2　通用物系的有效能分析式200

5.3.3　事例分析204

5.4　风险性分析与评估209

5.4.1　危害性评估209

5.4.2　剂量反应210

5.4.3　暴露性评价212

5.4.4　风险性表征214

5.5 产品生命周期分析与评价215

5.5.1　生命周期的分析评价216

5.5.2　生命周期影响评价的过程220

5.5.3　评价222

5.5.4　生命周期分析应用224

符号说明227

参考文献227

习题228

第6章　化工管路的流体力学设计232

6.1　工艺管路的设计原则232

6.1.1　经济管径的选择232

6.1.2　允许压力降对管路设计的要求233

6.1.3　工艺控制条件对管路设计的要求233

6.1.4　腐蚀性、安全规定及管路规格的要求233

6.2　管路流体力学设计的基础234

6.2.1 管路流体的机械能衡算与伯努利方程234

6.2.2　管路流体力学设计的基本问题及计算步骤236

6.3　管径的计算236

6.4　管路压力降的计算237

6.4.1　流体摩擦阻力降的计算237

6.4.2　管路网络压力降计算243

6.4.3　单相流管路压力降计算244

6.4.4　气－液两相流管路压力降计算250

6.4.5　浆液流的管路压力降计算254

6.4.6　水锤问题258

6.5　管路流体力学设计的计算机应用259

符号说明260

参考文献261

习题261

第7章　经济分析与评价262

7.1　经济结构与投入产出模型262

7.1.1　基本原理263

7.1.2　用于经济分析和物料衡算的企业投入产出表及其数学模型265

7.2　企业投资及成本估算268

7.2.1　投资269

7.2.2　产品成本与费用275

7.2.3　环境成本的评估278

7.3　销售收入、税金和利润286

7.3.1 产值和销售收入286

7.3.2　税金286

7.3.3　利润287

7.4　经济评价287

7.4.1　资金的时间价值288

7.4.2　现金流量图289

7.4.3　经济评价指标及方法290

7.4.4　通货膨胀的影响296

7.4.5　项目方案的评价与选择298

7.4.6　项目的风险和不确定性分析299

7.4.7　经济评价实例303

符号说明315

参考文献316

习题317

第8章　化工过程的自动控制319

8.1　工艺流程图简介319

8.2　化工典型设备的自动控制322

8.2.1　泵322

8.2.2　换热器324

8.2.3　蒸馏塔325

8.2.4　反应器326

8.3　过程设计与过程控制的相互作用327

8.3.1　概述327

8.3.2　控制系统配置329

8.3.3　定性的大系统控制系统集成333

8.4　控制系统设计介绍336

8.4.1　简单控制系统336

8.4.2　复杂控制系统338

8.4.3　先进控制系统343

8.4.4　过程控制与系统优化345

8.5　计算机过程控制系统设计实例346

8.5.1　控制系统设计346

8.5.2　控制系统软硬件设计349

8.5.3　生产现场运行效果350

符号说明351

参考文献351

习题352

第9章　安全工程与生态工业系统353

9.1　安全工程353

9.1.1　重大安全事故的分析353

9.1.2　安全工程354

9.1.3 化学工业安全设计——实现安全工程的首要措施354

9.1.4　安全设计的分工356

9.1.5　系统安全工程356

9.2　单元操作的绿色环保化措施358

9.2.1　单元操作物料选择的环境污染预防358

9.2.2　化学反应器的环境污染预防360

9.2.3　分离设备中的环境污染预防措施368

9.2.4　贮罐和挥发源的污染预防措施374

9.2.5　污染防治评估与HAZ-OP分析的集成377

9.2.6　过程设计与风险性评估相集成——案例研究378

9.3 工业生态系统380

9.3.1　化工内部工业生态系统及其集成网络的建立381

9.3.2　生态工业园区及其大系统过程集成383

参考文献386

习题387

第10章　设计的工具——化工设计软件388

10.1　化工流程模拟软件388

10.1.1　发展概述388

10.1.2　过程模拟软件系统的结构390

10.1.3　化工过程动态模拟概述392

10.2　过程模拟系统应用软件介绍393

10.2.1　软件概述393

10.2.2 ASPEN PLUS介绍395

10.2.3 PRO／Ⅱ在化工设计及模拟中的应用407

10.3　其他化工设计软件简介411

10.3.1　化工装置设计软件PDS411

10.3.2　化工过程模拟软件CHEMCAD和HYSYS413

10.4　小结与展望414

参考文献415

习题415

第11章　化工设计实例416

11.1　PRO／Ⅱ软件设计脱甲烷工段416

11.1.1　设计任务416

11.1.2　入口物流条件416

11.1.3　工艺流程图416

11.1.4　PRO／Ⅱ软件模拟过程416

11.2　裂解炉辐射段炉管设计422

11.2.1　设计任务422

11.2.2　公式及数据423

11.2.3　计算步骤424

11.2.4　初步物料衡算427

11.2.5　设计计算428

11.3　大型化肥厂工程项目设计中蒸汽透平机效率的计算431

11.3.1　透平机蒸汽消耗431

11.3.2　透平机效率计算431

11.4　年产1500t乙酸乙酯车间工艺设计434

11.4.1　设计任务434

11.4.2　生产方式的选择435

11.4.3　初步物料衡算435

11.4.4　生产工艺流程图设计441

11.4.5　设备设计和热量计算442

11.4.6　修正后的物料衡算470

11.4.7　生产工艺流程图473

符号说明476

参考文献477

习题477

附录478

附录A　主要物理量的单位换算478

附录B　空气的物理性质482

附录C　水的物理性质483

附录D　水在不同温度下的黏度484

附录E　某些液体的主要物理性质485

附录F　某些气体的主要物理性质487

附录G　互联网上化学物质性质数据库488

附录H　常规大气污染物和国家大气环境质量标准（美国）490

附录I 国家工业废物趋势数据资源（美国）490

附录J　化工管路流体力学计算数据491

附录K　化工设计软件简介495