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书名： |
计算机化工辅助计算
高等学校化工类专业规划教材
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| ISBN： | 978-7-5628-2442-8 |
条码： | |
| 作者： |
浦伟光
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装订： | 平装 |
| 印次： | 1-1 |
开本： | 大32开 |
| 定价： |
￥26.00
折扣价：￥23.40
折扣：0.90
节省了2.6元
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字数： |
222千字
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| 出版社： |
华东理工大学出版社 |
页数： |
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| 发行编号： | |
每包册数： |
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| 出版日期： |
2008-10-01 |
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| 内容简介： |
本书把化工知识、数值计算方法和计算机语言的编程能力三方面的内容紧密结合起来,以期提高读者的化工计算机应用所需的分析、建模、计算和编程的能力。并通过C语言的应用示范例子和程序,使读者更容易掌握相关的知识,也可获得更多的练习机会。本书编写时考虑读者已有化工原理的知识,对单元操作的过程描述尽量简化,把重点放在过程的数学模型的建立、解题的计算步骤和程序的模块化设计及计算机运行的可靠性上。
本书共分八章,分别为化工物性数据和平衡数据、流体输送和管路计算、传热计算,精馏计算、其他单元操作的计算、化工优化计算、常用流程模拟软件简介、化工常用数值计算方法。附录还给出了部分计算程序、常用化合物的物性计算常数和Wilson模型参数。本书的各章内容各自独立,所以作为教材使用可选择全部或部分内容,也可结合实际适当补充其他有关内容。
本书可作为化学、化工及相关专业的本科和研究生教材,也可作为相关研究人员的参考用书。
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| 作者简介： |
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| 章节目录： |
第1章化工物性数据和平衡数据
11化工物性数据库简介1
12化工物性子程序的建立2
121数据型数据子程序2
122公式计算数值型子程序3
123插值数值型数据子程序6
124估算数值型子程序6
125混合物的物性7
126物性的压力校正9
13气液平衡数据11
131气液平衡关系11
132活度系数的计算12
133逸度系数的计算14
134利用实验数据16
14液液平衡数据17
141液液平衡关系17
142利用实验数据18
15实验数据的拟合19
第2章流体输送和管路计算
21流体输送过程的数学模型和设计自由度分析22
22管路的摩擦系数计算24
23几种实际应用计算25
231简单管路的管径设计25
232简单管路的模拟计算28
233离心泵的工作点计算29
24复杂管路的计算31
241分支和汇合管路31
242并联管路32
25管路网络的计算和模拟33
251数学模型33
252编程要点34
26可压缩流体输送的计算36
261数学模型36
262可压缩气体的管路计算37
第3章传热计算
31列管换热器的设计41
311设计计算的数学模型41
312列管换热器设计步骤44
32列管式换热器的操作模拟45
321传热单元数和换热器效率46
322第一类命题换热器模拟计算的步骤47
323第二类命题换热器模拟计算的步骤47
324冷凝器的操作模拟48
33换热器系统的模拟50
331序贯换热器系统模拟50
332带分支的换热器系统52
333复杂换热器网络系统53
34传热物体内的温度分布54
第4章精馏计算
41相平衡和泡露点的计算59
411泡露点的计算59
412理想物系的泡露点计算60
413非理想物系的泡露点计算61
414精馏塔操作压强的确定62
42闪蒸的计算63
421闪蒸过程的数学模型63
422等温闪蒸64
423绝热闪蒸66
43二元精馏的计算67
431二元精馏的数学模型67
432精馏塔理论塔板的逐板计算70
44多元精馏的简捷计算73
441全回流条件下的最少理论板数73
442非关键组分的分布73
443多元精馏分离的最小回流比74
444理论板数的计算75
445多元精馏简捷计算的计算步骤75
45多元精馏的严格计算79
451通用的数学模型79
452常规精馏塔的求解81
453泡点法求解MESH方程组84
454流量加和法求解MESH方程组84
第5章其他单元操作的计算
51流体与颗粒的相对运动89
511流体绕过颗粒的数学模型89
512流体带出最大颗粒直径的计算90
513颗粒的沉降速度91
514计算颗粒由静止开始的加速运动92
515过滤常数的测定计算92
52吸收计算95
521填料吸收塔的计算95
522多组分板式吸收塔的模拟计算99
53萃取计算101
531单级萃取计算102
532多级逆流萃取理论级数的计算103
第6章化工优化计算
61技术经济数据106
611设备费用106
612操作费用108
62几个化工单元操作优化实例108
621最佳管径的设计108
622换热器冷却水出口温度的优化110
623精馏塔最佳回流比的确定111
63过程系统的优化113
631温焓图和复合曲线114
632夹点和换热系统的集成115
633系统热集成的目标函数115
第7章常用流程模拟软件简介
71PRO/Ⅱ软件简介117
711软件的物性数据库117
712热力学方法118
713主要单元操作模型118
714附加模块119
715图形界面119
716应用工业领域120
72Aspen Plus软件简介120
721完备的数据库121
722Aspen Plus具有很强的集成能力121
723提供丰富的单元操作模块122
724具有模型/流程分析功能122
73ChemCAD软件简介123
731高度集成、界面友好和较为详尽的帮助系统123
732丰富的物性选择125
733完整的单元操作单元以及强大的计算和分析功能126
734集成的设备标定模块和附带工具模块126
735支持动态模拟126
第8章化工常用数值计算方法
81插值128
811线性插值128
812二次插值（拉格朗日三点插值）129
82一元非线性方程的迭代求解130
821直接迭代130
822韦斯顿迭代132
823牛顿迭代133
83方程组求解134
831解三对角线性方程组134
832优先排序解非线性方程组134
84方程的拟合136
841线性方程的拟合136
842非线性函数的线性化137
85一阶常微分方程的数值解138
851欧拉法138
852四阶龙格库塔法139
86数值积分140
861梯形法140
862辛普森法140
参考文献142
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| 精彩片段： |
312列管换热器设计步骤
常规的列管换热器的设计步骤如下。
(1) 输入已知条件:如热流体的生产任务qm2、 T1、 T2为已知，确定冷流体,则冷流体进口温度t1也为已知，再优化确定t2;确定管材的内径d1、外径d2、管长L,管间距l和挡板间距B;根据冷热流体的性质确定污垢热阻Rd1和Rd2。
(2) 选择流体流通的通道和方向、管程数和壳程数。
(3) 计算冷流体流量qm1和热负荷。
(4) 计算逆流的Δtm和平均温度差修正系数ψ,再计算实际Δtm。
(5) 计算定性温度tm和Tm,选定流体物性方程,计算定性温度下的物性参数:ρ1, μ1, λ1, cp1, Pr1, ρ2, μ2, λ2, cp2, Pr2。
(6) 设定K的初值。
(7) 由传热速率式计算A。
(8) 由已知管材参数计算n, D。
(9) 计算S1, S2和Re1, Re2。
(10) 设定壁温tW,计算μ1μ1W014, μ2μ2W014。
(11) 计算α1, α2。
(12) 计算tWc,比较tW与tWc,如不符要求,重复步骤(10)～(12);
(13) 计算Kc和Ac,比较A与Ac,考虑一定的安全系数,A>115% Ac,最终设计以A为换热器的传热面积。如不符要求,重复步骤(6)～(13)。
在编制程序时,应把有关通用部分编制成独立子程序模块。
① 物性数据库,必须包括传热计算所需的冷热流体物性,如密度、黏度、比热容、导热系数、汽化潜热等，饱和蒸汽、过热蒸汽的温度和压强的相关参数。
② 由于对流给热系数α的关联式很多,可以建立计算α的专用模块。
③ 设备的尺寸模块,如系列化尺寸,对计算得到的设备尺寸应按标准系列进行圆整；又如已知列管数和管间距计算各种排列的管壳的内径,并圆整列管数。
④ 计算过程中的试差部分需要有相应的迭代计算子程序。
⑤ 输入和输出模块,设计合适的输入界面可以提高效率,结合图形编程技术可以输出换热器的结构尺寸图形。
●32列管式换热器的操作模拟
在实际工作中,换热器的操作型计算问题也是经常碰到的。例如,判断一个现有换热器对指定的生产任务是否适用,或者预测某些参数的变化对换热器换热能力的影响等都属于操作型问题，如图31所示。
图31换热器操作示意图
常见的操作型问题有以下两类命题。
(1) 第一类命题
给定条件:换热器的传热面积以及有关尺寸,冷、热流体的物性,冷、热流体的流量qm1、 qm2和进口温度t1、 T1以及流体的流动方式。
计算目的:冷热流体的出口温度t2、 T2。
(2) 第二类命题
给定条件:换热器的传热面积以及有关尺寸,冷、热流体的物性,热流体的流量qm2和进出口温度T1、 T2,冷流体的进口温度t1以及流动方式。
计算目的:所需冷流体的流量qm1及出口温度t2。
321传热单元数和换热器效率
可以直接由换热器设计用的数学模型,确定自由度中的有关参数,通过解方程组(数学模型),得到冷热流体的出口温度或所需的流量；也可以用传热单元数的方法求解,使用传热单元数方法求解换热器模拟计算比较简单。有关传热单元数和换热器热效率的计算公式如下。
ε=f(NTU, R)（329）
R=(qmcp)min(qmcp)max（330）
NTU=KA(qmcp)min（331）
式中ε——换热器的热效率;
NTU——传热单元数。
对于单程并流
ε=1-exp［-NTU(1+R)］(1+R)（332）
对于单程逆流
ε=1-exp［-NTU(1-R)］1-R·exp［-NTU(1-R)］（333）
对于单壳程多管程换热器
ε=21+R+1+R21+exp(-NTU1+R2)1-exp(-NTU1+R2)（334）
对于双壳程偶数管程换热器
εn=1-ε1R1-ε12-11-ε1R1-ε12-R-1（335）
式中ε1——单壳程多管程换热器的传热效率;
εn——n壳程多管程换热器的传热效率。
根据εNTU法,即可计算流体的出口温度,避免了用对数平均温度差求解所需的反复试算。若热流体为比热容流量较小的流体,其传热效率
ε=T1-T2T1-t1（336）
T2=T1-ε(T1-t1)（337）
若冷流体为比热容流量较小的流体,则传热效率：
ε=t2-t1T1-t1（338）
t2=t1+ε(T1-t1)（339）
已知冷、热流体的入口温度和传热效率即可以求出出口温度。
假设换热器热损失可以忽略,换热器中两流体无相变化,单位时间内热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量,即
Q=qm2cp2(T1-T2)=qm1cp1(t2-t1)（340）
322第一类命题换热器模拟计算的步骤
（1） 假定比热容流量较小流体的出口温度,例如冷流体的出口温度t2;
（2） 由热量衡算式计算热流体的出口温度T2;
（3） 由冷热流体进出口温度计算冷热流体的定性温度tm, Tm;
（4） 根据定性温度计算有关物性;
（5） 由冷热流体的流量和换热器的结构尺寸计算管程和壳程的流速;
（6） 计算冷热流体的给热系数α1, α2;
（7） 计算传热系数K;
（8） 计算传热单元数和换热器效率;
（9） 由换热器效率计算冷流体的出口温度：t2c=t1+ε(T1-t1)
（10） 比较t2与t2c，采用某种迭代方法修正t2,重复步骤(1)～(9),直至收敛。
323第二类命题换热器模拟计算的步骤
（1） 已知热流体的流量和进、出口温度,冷流体的进口温度;
（2） 假定冷流体的出口温度为t2;
（3） 由热量衡算式计算冷流体的流量qm2;
（4） 由冷热流体进出口温度计算冷热流体的定性温度tm, Tm;
（5） 根据定性温度计算有关物性;
（6） 根据冷热流体的流量和换热器的结构尺寸计算管程和壳程的流速;
（7） 计算冷热流体的给热系数α1, α2;
（8） 计算传热系数K;
（9） 计算传热单元数和换热器效率;
（10） 由换热器效率计算冷流体的出口温度：t2c=t1+ε(T1-t1)
（11） 比较t2与t2c，采用某种迭代方法修正t2,重复步骤(1)～(10),直至收敛。
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