本書主要介紹氣液傳質分離過程計算機模擬的概念、技術與方法，從分子層次、單元設備到流程系統(tǒng)多層次介紹氣液傳質分離過程的計算機模擬方法與概念以及部分經(jīng)典的實際計算案例，加深讀者對氣液傳質過程設計方法的了解。同時，緊跟學科發(fā)展前沿，全面介紹近些年新發(fā)展起來的分子模擬、計算流體力學以及流程模擬的方法，為讀者提供多層次、多角度的創(chuàng)新發(fā)展方向和方法。
全書共7章，分別為氣液傳質分離過程計算機模擬基礎、氣液傳質分離過程分子模擬、氣液傳質分離過程計算流體力學模擬、機器學習在氣液傳質分離過程中的應用、氣液傳質設備的模擬設計、煉油分離過程經(jīng)典案例分析以及特殊精餾過程經(jīng)典案例分析。
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目錄
序
Preface
前言
第1章 氣液傳質分離過程計算機模擬基礎 1
1.1 多級氣液傳質分離過程模型的建立 1
1.2 吸收過程的計算機模擬 7
1.2.1 吸收與解吸過程簡介 7
1.2.2 吸收與解吸過程的數(shù)學模型 7
1.2.3 吸收與解吸過程模擬方法及示例 14
1.3 精餾過程的計算機模擬 18
1.3.1 精餾過程簡介 18
1.3.2 連續(xù)精餾過程的數(shù)學模型 19
1.3.3 連續(xù)精餾過程的模擬方法及示例 23
1.3.4 間歇精餾過程的數(shù)學模型 25
1.3.5 特殊精餾 26
1.4 新型氣液傳質分離過程的計算機模擬 31
1.4.1 與反應的耦合過程模擬 31
1.4.2 與微波的耦合過程模擬 32
1.4.3 與蒸汽滲透膜的耦合過程模擬 33
習題 35
參考文獻 35
第2章 氣液傳質分離過程分子模擬 38
2.1 分子模擬基礎 38
2.1.1 分子間相互作用和勢函數(shù) 38
2.1.2 分子力場 44
2.1.3 統(tǒng)計熱力學模擬基本原理 46
2.1.4 分子動力學模擬基本原理 47
2.2 汽液相平衡的分子模擬 48
2.2.1 蒙特卡羅法 48
2.2.2 基礎熱力學性質的模擬 55
2.2.3 汽液相平衡 60
2.2.4 模擬實例 63
2.3 氣液界面的建模與分子動力學模擬 66
2.3.1 氣液界面的基本概念及實驗研究方法 66
2.3.2 氣液界面的建模與分子動力學模擬研究 71
2.4 外場強化氣液傳質的分子模擬 75
2.4.1 外場強化氣液傳質的基本原理 77
2.4.2 微波場強化下的分子模擬 82
習題 87
參考文獻 88
第3章 氣液傳質分離過程計算流體力學模擬 92
3.1 計算傳質學的數(shù)學方程體系 92
3.1.1 流體流動過程模型 92
3.1.2 傳質及傳熱模型的耦合 93
3.2 邊界條件的確定 95
3.2.1 入口邊界條件 95
3.2.2 出口邊界條件 96
3.2.3 塔壁邊界條件 96
3.3 氣液兩相流模擬方法 97
3.3.1 兩相流模型 97
3.3.2 VOF模型 98
3.3.3 混合物模型 99
3.3.4 Eulerian模型 100
3.4 氣液兩相流模擬傳質在化工中的應用 101
3.4.1 單相流模擬 101
3.4.2 規(guī)整填料內三維單相流模擬 105
3.4.3 規(guī)整填料內三維兩相流模擬 111
3.4.4 加壓鼓泡塔的雙流體模擬 120
3.5 化學吸收過程*兩方程數(shù)學模型 135
3.5.1 2 *兩方程數(shù)學模型 136
3.5.2 CO2的MEA水溶液化學吸收過程模擬及驗證 140
習題 147
參考文獻 147
第4章 機器學習在氣液傳質分離過程中的應用 151
4.1 機器學習簡介 152
4.1.1 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡算法 153
4.1.2 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡算法 155
4.1.3 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡 156
4.2 傳統(tǒng)精餾設計流程與挑戰(zhàn) 157
4.2.1 精餾過程建模仿真 157
4.2.2 精餾模型參數(shù)優(yōu)化 158
4.2.3 精餾控制設計 159
4.2.4 精餾軟測量 160
4.2.5 精餾安全分析 160
4.2.6 傳統(tǒng)精餾設計面臨的其他挑戰(zhàn) 160
4.3 機器學習在精餾過程中的應用 160
4.3.1 數(shù)據(jù)的取得與處理 161
4.3.2 基于機器學習的精餾建模 161
4.3.3 基于機器學習的精餾優(yōu)化 162
4.3.4 基于機器學習的精餾軟測量 164
4.4 機器學習在精餾過程應用的局限性 173
習題 173
參考文獻 174
第5章 氣液傳質設備的模擬設計 177
5.1 填料 178
5.1.1 計算機輔助填料結構優(yōu)化概述 178
5.1.2 填料傳質性能影響因素分析 181
5.1.3 填料未來發(fā)展方向 185
5.2 塔盤 187
5.2.1 計算機輔助塔盤結構優(yōu)化概述 187
5.2.2 塔盤的三維氣液傳質模型構建 188
5.2.3 計算機輔助設計新型塔盤 189
5.3 塔內件 190
5.3.1 液體分布器 190
5.3.2 液體收集及再分布器 200
5.3.3 氣體分布器 201
5.3.4 催化精餾內構件 203
習題 207
參考文獻 207
第6章 煉油分離過程經(jīng)典案例分析 212
6.1 原油常減壓蒸餾裝置 212
6.1.1 背景簡介 212
6.1.2 工藝簡介與設計要求 212
6.1.3 物性方法與模型建立 213
6.1.4 模擬結果與分析 215
6.2 吸收穩(wěn)定裝置 218
6.2.1 背景簡介 218
6.2.2 工藝簡介與設計要求 219
6.2.3 物性方法與模型建立 220
6.2.4 模擬結果與分析 222
6.3 乙烯急冷 223
6.3.1 背景簡介 223
6.3.2 工藝簡介與設計要求 224
6.3.3 物性方法與模型建立 226
6.3.4 模擬結果與分析 228
6.4 原油脫硫系統(tǒng) 229
6.4.1 背景簡介 229
6.4.2 工藝簡介與設計要求 230
6.4.3 物性方法與模型建立 231
6.4.4 模擬結果與分析 233
6.5 丙烯/丙烷深冷分離 235
6.5.1 背景簡介 235
6.5.2 工藝簡介與設計要求 235
6.5.3 物性方法與模型建立 236
6.5.4 模擬結果與分析 238
6.6 低溫甲醇洗 241
6.6.1 背景介紹及基本原理 241
6.6.2 工藝簡介與設計要求 241
6.6.3 物性方法與模型建立 243
6.6.4 模擬結果與分析 244
習題 247
參考文獻 250
第7章 特殊精餾過程經(jīng)典案例分析 252
7.1 輕汽油醚化反應精餾過程 252
7.1.1 背景簡介 252
7.1.2 工藝簡介與設計要求 253
7.1.3 物性方法與模型建立 256
7.1.4 模擬結果與分析 260
7.2 FCC汽油萃取精餾深度脫硫過程 264
7.2.1 背景簡介 264
7.2.2 工藝簡介與設計要求 265
7.2.3 物性方法與模型建立 267
7.2.4 模擬結果與分析 267
7.3 共沸精餾分離乙二醇-1,2-丁二醇過程 269
7.3.1 背景簡介 269
7.3.2 工藝簡介與設計要求 269
7.3.3 物性方法與模型建立 270
7.3.4 模擬結果與分析 270
7.4 變壓精餾分離甲醇-碳酸二甲酯過程 275
7.4.1 背景簡介 275
7.4.2 工藝簡介與設計要求 275
7.4.3 物性方法與模型建立 276
7.4.4 模擬結果與分析 276
7.5 反應-萃取精餾耦合分離四氫呋喃-乙醇-水三元共沸體系過程 280
7.5.1 背景簡介 280
7.5.2 工藝簡介與設計要求 280
7.5.3 物性方法與模型建立 281
7.5.4 模擬結果與分析 282
7.6 萃取-共沸精餾回收乙酸的過程 285
7.6.1 背景簡介 285
7.6.2 工藝簡介與設計要求 285
7.6.3 物性方法與模型建立 286
7.6.4 模擬結果與分析 289
7.7 精餾-蒸汽滲透膜耦合脫水過程 292
7.7.1 背景簡介 292
7.7.2 工藝簡介與設計要求 293
7.7.3 物性方法與模型建立 294
7.7.4 模擬結果與分析 296
習題 297
參考文獻 298
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