化工模擬--從分子計算到過程仿真

第1章電腦模擬與化工
1.1模擬的基本概念1
1.2電腦模擬的作用2
1.3化工類比模擬2
1.3.1數學模型化的步驟2
1.3.2數學模型的分類4
1.3.3化工類比的層次5

第2章分子模擬原理
2.1量子化學簡介7
2.1.1量子化學的發展7
2.1.2量子化學的研究、應用和前景8
2.2分子軌道理論9
2.2.1自洽場分子軌道理論9
2.2.2組態相互作用13
2.2.3半經驗方法14
2.2.4從頭演算法15
2.2.5密度泛函理論15
2.2.6其他理論17

第3章Gaussian分子計算
3.1Gaussian軟體的運行環境18
3.2Gaussian程式的介面19
3.3Gaussian軟體的輸入和輸出20
3.3.1輸入檔21
3.3.2輸出檔28
3.3.3關鍵字29
3.4Gaussian軟體的計算30
3.4.1化學模型的建立30
3.4.2基組的影響31
3.4.3單點能的計算35
3.4.4幾何優化38
3.4.5核磁計算40
3.4.6頻率分析41
3.4.7電荷與電子布居分析46
3.5綜合實例48
3.5.1不同基組對六羰基鉻計算結果的比較48
3.5.2雜環類化合物結構與性質的計算50
3.5.3高能硝基咪唑類化合物結構與性質的計算56
3.5.4離子液體與SO2相互作用的計算58
3.5.5乙醇與水相互作用的計算64

第4章過程模擬基礎
4.1穩態模擬70
4.1.1模擬的基本環節70
4.1.2變數選擇和自由度分析71
4.1.3設計變數的選擇72
4.2動態類比73

第5章AspenPlus過程模擬
5.1流體流動76
5.1.1閥76
5.1.2管路80
5.1.3管路系統83
5.2流體輸送機械86
5.2.1泵86
5.2.2壓縮機91
5.3機械分離94
5.4換熱器100
5.5蒸餾109
5.5.1相平衡109
5.5.2平衡蒸餾(閃蒸)111
5.5.3精餾簡捷計算114
5.5.4精餾嚴格計算117
5.5.5間歇精餾125
5.6吸收133
5.7萃取138
5.7.1單級萃取138
5.7.2多級萃取141
5.8乾燥144
5.9反應器149
5.9.1釜式反應器150
5.9.2管式反應器153
5.9.3間歇反應156
5.10工藝流程模擬160

第6章其他化工類比軟體簡介
6.1ChemCAD169
6.2PRO/Ⅱ170
6.3ECSS170
6.4Hyperchem171
參考文獻

隨著科技進步和電腦技術的發展，分子計算類比和化工過程模擬的應用越來越廣泛。分子類比是利用電腦以原子水準的模型來類比分子結構與行為，進而類比分子體系的各種物理、化學性質的方法。它是在實驗基礎上，通過基本原理，構築起一套模型和演算法，從而計算出合理的分子結構與分子行為。分子類比不僅可以類比分子的靜態結構，也可以類比分子體系的動態行為，是化工產品及過程設計的基礎。化工模擬以軟體為平臺，以真實的工廠單元及工段為背景，用即時運行的動態數學模型來類比真實的帶有控制點的設備和工藝流程，以完成實際操作和事故處理的全過程，將過程工業中典型的包括控制系統的一系列單元操作和流程工段重現，為工藝設計、過程優化提供支援。

本書介紹了分子計算與過程模擬的基本原理，通過大量實例詳細介紹了化工模擬與分子類比軟體的使用和分析，力圖將理論、方法和實例相結合，分子類比和過程模擬相結合，反映化工理論研究與生產設計的新思路。

本書共6章，劉振編寫第1章、第4～5章，並統稿；劉軍娜編寫第2、3章；趙爽編寫第6章及第3章部分內容。本書在編寫過程中得到河南科技大學化工與製藥學院領導、老師和學生的大力幫助和支持，在此表示誠摯的感謝。

由於編著者水準所限，難免存在不足之處，懇請讀者批評指正。

編者
2017年春於洛陽