化工計算導論（第二版） epub pdf mobi txt 電子書下載 2024

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[美] Bruce A.Finlayson 著，硃開宏譯

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發表於2024-11-22

商品介绍

齣版社：華東理工大學齣版社

ISBN：9787562837909

版次：2

商品編碼：11534240

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2014-08-01

用紙：膠版紙

頁數：324

字數：496000

正文語種：中文

化工計算導論（第二版） epub pdf mobi txt 電子書下載 2024

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書籍描述

內容簡介

　　《化工計算導論（第二版）》以狀態方程、氣液平衡、化學反應平衡、傳質設備模擬、化學反應器設計和動量、熱量、質量傳遞過程等化工計算問題為經，以Ｅｘｃｅｌ、ＭＡＴＬＡＢ、ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ和ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ四種數值計算或流程模擬軟件為緯，闡述瞭化工計算的最新發展。本書可幫助讀者瞭解國外化工計算的現狀，學習應用先進的數值計算或流程模擬軟件，以解決各種化工數值計算問題，提高計算能力和分析、解決實際化學工程問題的能力。本書可作為化學工程及相關專業本科生、研究生“化工數值計算”等課程的教材或參考書，也可供從事化工過程研究、開發、設計和生産的工程技術人員參考。

1　緒論
1．1　本書結構
1．1．1　代數方程組
1．1．2　過程模擬
1．1．3　微分方程組
1．1．4　附錄
2　狀態方程
2．1　狀態方程---數學公式描述
2．2　用Ｅｘｃｅｌ求解狀態方程（含一個未知數的單個方程）
2．2．1　用"單變量求解"求解
2．2．2　用"規劃求解"求解
2．2．3　用"單變量求解"求解化學工程問題的實例
2．3　用ＭＡＴＬＡＢ求解狀態方程（含一個未知數的單個方程）
2．3．1　用ＭＡＴＬＡＢ求解化學工程問題的實例
2．3．2　用ＭＡＴＬＡＢ求解化學工程問題的另一個實例
2．4　用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ處理狀態方程
2．4．1　應用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ的實例
2．4．2　混閤物的摩爾體積
2．5　本章小結
2．6　習題
3　氣液平衡
3．1　閃蒸和相分離
3．2　等溫閃蒸---方程的推導
3．2．1　應用Ｅｘｃｅｌ的實例
3．3　熱力學參數
3．3．1　應用ＭＡＴＬＡＢ的實例
3．3．2　用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ的實例
3．4　非理想液體-熱力學模型的檢驗
3．5　ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ中的ＮＩＳＴ熱力學數據引擎
002　目　　錄
3．6　本章小結
3．7　習題
4　化學反應平衡
4．1　化學平衡錶達式
4．1．1　用於燃料電池的氫的實例
4．1．2　用Ｅｘｃｅｌ求解
4．1．3　用ＭＡＴＬＡＢ求解
4．2　含兩個或多個方程的化學反應平衡
4．2．1　用ＭＡＴＬＡＢ求解多個方程，幾個未知數
4．2．2　用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ求解化學反應平衡
4．3　本章小結___________
4．4　習題
5　含循環物流的物料衡算
5．1　數學公式描述
5．2　不含循環的實例
5．3　含循環的實例：序貫求解法和聯立求解法的比較
5．4　用Ｅｘｃｅｌ求解簡單物料衡算的過程模擬實例
5．5　用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ求解簡單物料衡算的過程模擬實例
5．6　用Ｅｘｃｅｌ求解包含化學反應平衡的過程模擬實例
5．6．1　迭代是否收斂？
5．6．2　擴充
5．7　本章小結
5．8　課堂練習
5．9　課堂討論（先瀏覽本書網站上的習題510）
5．10　習題
6　熱力學和傳質設備模擬
6．1　熱力學
6．1．1　選擇的指導原則
6．1．2　物性方法選擇助手
6．1．3　熱力學模型
6．2　實例：采用簡捷法的多組分精餾___________
6．3　采用嚴格逐闆法的多組分精餾
6．4　實例：填料塔吸收
6．5　實例：氣體工廠産物分離
6．6　實例：附帶靈敏度模塊和設計規定模塊的水煤氣變換平衡反應器
6．7　本章小結
6．8　課堂練習
目　　錄
6．9　習題（用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ）
7　過程模擬
7．1　模型庫
7．2　實例：閤成氨過程
7．2．1　模型開發
7．2．2　模型求解
7．2．3　結果考察
7．2．4　檢驗熱力學模型
7．2．5　公用工程費用
7．2．6　溫室氣體排放
7．3　收斂提示
7．4　優化
7．5　整體煤氣化聯閤循環
7．6　縴維素製乙醇___________
7．7　本章小結
7．8　課堂練習
7．9　習題
8　化學反應器
8．1　反應器問題的數學公式描述
8．1．1　實例：活塞流反應器和間歇反應器
8．1．2　實例：連續攪拌釜式反應器
8．2　用ＭＡＴＬＡＢ求解常微分方程組
8．2．1　簡單例子
8．2．2　"Ｇｌｏｂａｌ"命令的應用
8．2．3　參數傳遞
8．2．4　實例：等溫活塞流反應器
8．2．5　實例：非等溫活塞流反應器
8．3　用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ求解常微分方程組
8．3．1　簡單例子
8．3．2　實例：等溫活塞流反應器
8．3．3　實例：非等溫活塞流反應器
8．4　有物質的量變化和可變密度的反應器問題
8．5　有傳質限製的化學反應器
8．6　ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ___________中的活塞流反應器
8．7　連續攪拌釜式反應器（ＣＳＴＲ）
8．7．1　用Ｅｘｃｅｌ求解
8．7．2　用ＭＡＴＬＡＢ求解
8．7．3　ＣＳＴＲ的多解
……

前言/序言

　　化學工程專業的學生和化學工程師需要去求解復雜性日益增加的問題，這些問題包括煉油廠、燃料電池、微型反應器和製藥廠的各種應用問題。多年以前，學生編寫自己的程序，最早是用ＦＯＲＴＲＡＮ編程語言，然後是用ＭＡＴＬＡＢ之類的數值計算語言。但是，隨著個人計算機的發展，已經為學生編寫瞭求解許多問題的軟件，學生隻要正確應用這些程序就可以瞭。於是，教學重點由對編寫他們自己的程序感興趣的少數人轉嚮大批將使用這些程序，但不必親自編寫的學生。我在華盛頓大學４２年的教學生涯中，曾指導過一些學生小組如何運用數值分析方法解決復雜問題。現在，我則在教所有學生如何聰明地利用計算機。我教的學生中隻有少數人對數值分析有興趣（令我傷心！），但所有學生都知道他們必須能夠解決睏難的問題，以及他們需要利用計算機完成此任務。
　　本書的目的是闡明：（ａ）化學工程師必須解決的問題；（ｂ）用於解決這些問題的計算機程序的類型；（ｃ）工程師如何檢查計算結果並確保他們已正確地解決瞭這些問題。將在當代學生的學習環境裏完成下述任務———最低限度的閱讀量、非常及時地學習和大量的計算機使用方法。本書演示的程序有Ｅｘｃｅｌ？、ＭＡＴＬＡＢ？、ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ？和ＣＯＭＳＯＬＭｕｌ�玻簦椋穡瑁�ｓｉｃｓ？。
　　編寫本書時，我假定讀者並不是完全的初學者。低年級和高年級化學工程專業的學生已具有應用如Ｅｘｃｅｌ之類的電子錶格程序的經驗，隻要嚮他們提供指導和關鍵的概念和術語，他們能不費力地在計算機上學習。實際上，許多學生比他們的導師更熟悉計算機。但是，剛開始學習的化學工程學生可能不是非常清楚地瞭解應用問題，以及對隱藏於工程問題背後的物理現象缺乏深入的理解。而且，他們可能沒有解決過非常睏難的問題。於是，重要的是對學生為什麼需要求解這些問題提供某些解釋，以及當這些問題麵臨數值方法的重壓時如何剋服睏難。我對我自己的經驗作瞭總結，並對本書中的問題給予瞭透徹的說明。
　　我的教學思想是：工程師今天正在解決的問題通常是解析方法無能為力的，但他們可用今天能獲得的功能強大的軟件解決。於是，每個工程師將要解決無人知道答案的問題，而保證以書麵形式或在計算機上正確錶述問題，並正確地求解它們，正是工程師的職責。工科學生必須懂得如何通過檢查計算機完成的工作來確定計算機是否正確地解決瞭問題。如果他們能做到這一點，他們就能令導師或將來的老闆相信他們已獲得瞭與解析解一樣可靠的答案，雖然並未獲得解析解，而且對某些問題也不可能用解析方法求解。事實上，本書中９８％的問題是非綫性的，它們中隻有極少數有解析解。
　　在教學中如何應用本書
　　本書來源於我在華盛頓大學開設的課程，第一次開課是在２００３年。該課程由講座和在計算機實驗室中親自實踐的計算機作業兩部分組成。我通常會提供一些簡單的習題，讓學生在計算機實驗室中求解，並嚮學生提供幫助，使他們能剋服運用不熟悉的程序時所麵臨的睏難。但隨後學生必須求解一個能擴展他們的化學工程知識的問題，以證明他們能正確地使用該程序（並陳述他們所做的核查）。因為這些應用涵蓋瞭許多化學工程領域，我對學生開玩笑說：“我在２０個小時內就教瞭你們整個化學工程領域。”雖然，我已在２００９年退休，不再教授這門課程，但相同的教學目標依然保持著。
　　本書也可用於其他一些課程，因為每一章都適閤於教學計劃中的一門課程。例如，在熱力學課程裏講授瞭化學反應平衡，教師可在計算機實驗室練習時間內利用本書有關化學反應平衡的章節教授計算機的應用。熱力學模型選擇（和比較）方麵的材料也能增加對熱力學課程的實際認識。其他章節則可用於其他課程。用這種方法，學生將在整個學習過程中一門課接一門課地使用本書：質量和能量衡算，熱量、質量和動量傳遞，反應器設計；而有些課程將把注意力放在各種課題上，例如生物醫學工程。當然，希望學生能將注意力集中在化學工程原理上，而將計算機作為工具。
　　本書講述瞭四種程序的特色。你的學校可能不會全部使用這四種程序。雖然屏幕圖像可能不同，但基本概念和程序是相同的。當然有些問題可用其他程序求解。在某種工作環境裏，工程師們也將使用公司提供的程序。於是，工程師們可能使用功能不太強大的程序，因為他們隻能獲得這種程序。功能更強大的程序還可能要花費更多錢。於是，在有些章節內采用瞭不同的程序來求解相同的問題，這可讓學生直接瞭解為瞭解決復雜問題，比較通用的程序需要顯著增加編程工作。按我的經驗，提供一組程序後，學生將會采用能使他們盡快地求解他們的問題的程序。程序ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ提供瞭許多模塊。幾乎本書中的所有問題均可用基本模塊求解，雖然也有些案例，化學反應工程模塊是有用的。與ＭＡＴＬＡＢ的鏈接可以用ＭＡＴＬＡＢ的ＬｉｖｅＬｉｎｋＴＭ及其他模塊實現。隻有幾個涉及湍流的問題，這些問題需要ＣＦＤ（計算流體力學）模塊。你所能獲得的各種組閤的完整清單可從ＣＯＭＳＯＬ得到，也可從本書網站獲得我的清單（見附錄Ｄ）。
　　每章均以教學目標清單開始。此外，本書網站中有從化學工程觀點和計算機技術觀點齣發，可由每個問題學到的原理的清單。我們鼓勵采用本書的教授討論在其他化學工程課程中的可能應用，使得更高深的問題能在他們的課程中求解。在本書網站中還可獲得各種索引，因為學生更願使用互聯網，而不願翻到本書最後查看主題索引；更重要的是他們可利用短語進行搜索和下載。
　　創新之處
　　與第一版相比，一個重大的變化是所有四個程序都有瞭與２００５年時不同的界麵。更序言００３重要的是，它們都大大增強瞭功能。我已經縮減瞭某些解釋，而推薦用戶利用伴隨程序的幫助菜單，因為這些菜單已獲改進，它們提供的信息超過瞭本書所能提供的。但是，我提供瞭到哪兒去查閱的提示。
　　習題的數量幾乎增加瞭一倍。更重要的是，增加的習題集中在能源領域：整體煤氣化聯閤循環，包括低溫空氣分離、用柳枝稷製乙醇和變壓吸附為燃料電池汽車製氫。在每個案例中，均在討論之前先定義問題，使學生能瞭解其適用性。自２００５年以來，微流體力學已獲得發展，也有些增加的習題是屬於生物醫學應用領域的。這導緻更多的例題和習題涉及二維和三維空間的流體流動和擴散。一項重大的增添是在ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ７．３中作齣的：現在在程序中已可直接存取美國國傢標準及技術研究所（ＮａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｔａｎｄ�玻幔潁洌幔睿洌裕澹悖瑁睿錚歟錚紓�）匯編的純組分的壓力體積溫度實驗數據和二元氣液平衡實驗數據。對化學工程師而言，這是非常重要的，因為熱力學模型的選擇通常必須伴隨著與實驗數據的比較，而現在這已變得非常容易，容易到不做這種比較將顯得不專業。於是，本書的熱力學部分包括瞭工業指南、某些分子水平的考慮和進行比較的實驗數據。ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ還有能力非常方便地總結某個過程的溫室效應。在有些教授的課程裏，會有他們所作的關於如何利用ＡｓｐｅｎＴｅｃｈ公司産品的討論；請聯係：Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｐｒｏｇｒａｍ＠ａｓｐｅｎｔｅｃｈ．ｃｏｍ。Ｌｕｙｂｅｎ教授指齣的一個事實是物料和能量衡算主要是基於物流的，而安全問題是基於壓力（和動態）的。動態選項在本書不作詳細討論，通常它們包含在控製課程內。ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ在微軟視窗下運行，但作者是在蘋果計算機上用ＰａｒａｌｌｅｌｓＤｅｓｋｔｏｐｆｏｒＭａｃ在視窗下運行的。第二版中還有些例題是添加瞭簡單的用戶定義ＦＯＲＴＲＡＮ程序後運行ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ的。
　　有些教授喜歡在他們的課程中采用更多數值編程，所以在有些章的結尾增加瞭一些這類習題。這些習題提供瞭很好的對比，先用數值編程求解，然後用本書重點講述的四種程序之一求解，再比較哪種方法更簡便。附錄Ｅ提供瞭數值方法的更多細節。而這些程序使數值分析更易於使用，認識大多數習題涉及由連續變量到離散變量的近似處理也是重要的。本書中有些習題要求學生進行實際的數值分析（並與其他程序比較）。指導老師可能會說，“如果你不嘗試對這些方法編程，你不能真正理解這個問題。”我指齣如下事實作答：當醫生描述核磁共振成像時，你不會說隻有當他（她）嚮你說明機器內磁場如何工作，氫分子如何翻轉方嚮，並描述圖像如何形成時，你纔會接受成像結果。醫生和技術人員知道怎樣去說明結果，怎樣去檢測機器是否在正常工作；工科學生也能做到這些。
　　習題數量已經加倍，它們被標記為容易的習題（下標１）和睏難的習題（下標２）及適閤作為課題的習題，這類習題可由一個學生或一個小組完成。最後，ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ中有更多技巧做瞭說明。
　　在本書的網站上，沒有提供用於求解本書中例題的程序編碼，因為作者相信你試圖去重復本書的步驟時，你就是在進行學習。但是，在本書的網站上包含著求解某些習題所需的材料，例如用於求解三維流動／擴散問題的幾何形狀。根據你的計算機的內存，以及能將多少內存分配給ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ，某些三維問題可能無法在你的計算機上求解。本書的網站是ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ＣｈｅｍＥＣｏｍｐ．ｃｏｍ。
　　緻謝
　　在寫作本書時，我由衷地感謝我班上的學生。有時，學生教會我怎樣使用先進的技術，而他們的問題又會導緻最好的程序。在過去１０年間，有超過１００個本科研究生與我一起工作，他們的工作結果可在我的網站ｈｔｔｐ：／／ｆａｃｕｌｔｙ．ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ．ｅｄｕ／ｆｉｎｌａｙｓｏ和ｈｔ�玻簦穡海�／ｃｏｕｒｓｅｓ．ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ．ｅｄｕ／ｍｉｃｒｏｆｌｏ上得到。化工係為本書的編寫提供瞭激勵津貼，該津貼由校友ＭａｕｒｉｃｅＲｉｃｈｆｏｒｄ（１９２６年學士）的紀念基金提供。沒有這筆津貼，本書的第一版無法完成，當然也不可能進行修改。我的女兒ＣｈｒｉｓｔｉｎｅＦｉｎｌａｙｓｏｎ作為第一版的技術編輯大大改善瞭我的書麵文件，由於她的努力使文本更為清晰；依然存在的混亂之處則是我的責任。我特彆感謝特拉華大學的ＳｔａｎｌｅｙＳａｎｄｌｅｒ教授，因為他評閱瞭熱力學方麵的修改處理，這次我學到瞭很多！Ｃｏｍｓｏｌ公司和ＡｓｐｅｎＴｅｃｈ公司的同仁提供瞭許多幫助，因為在過去幾年中ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ和ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ都做瞭改進。我尤其感謝我的夫人Ｐａｔ，因這一編著比原計劃花費瞭更多時間。她始終支持我，為使我能完成這本書作齣瞭許多犧牲。在我重寫此書時，抽齣幾個星期慶祝我們結婚５０周年，我做得真是太棒瞭！
　　ＢｒｕｃｅＦｉｎｌａｙｓｏｎ
　　２０１１年１０月於西雅圖__