本書主要介紹分子模擬和過程仿真的基本原理，并通過典型實例講解Gaussian和Aspen Plus軟件在化工研究與設(shè)計中的應(yīng)用。全書共分6章，第1章介紹計算機(jī)在化學(xué)化工中的應(yīng)用及計算機(jī)仿真的基本概念；第2章介紹分子模擬原理；第3章通過實例介紹Gausian軟件的應(yīng)用，包括單點能計算、分子構(gòu)型優(yōu)化、分子軌道分析、電荷分析、熱力學(xué)參數(shù)計算等；第4章介紹過程仿真原理；第5章介紹Aspen Plus軟件的應(yīng)用，包括單元操作模擬、復(fù)雜精餾過程計算、流程模擬等；第6章對其他模擬軟件在化學(xué)化工中的應(yīng)用做簡單介紹。本書可供從事化工產(chǎn)品開發(fā)和工藝設(shè)計的工程技術(shù)研究人員使用，也可作為高校化工及相關(guān)專業(yè)高年級本科生和研究生教材。
分子模擬與過程仿真相互聯(lián)系、互為補(bǔ)充；一個新產(chǎn)品的開發(fā)，設(shè)計的開始階段需要分子模擬，工程實現(xiàn)需要過程仿真；本教材將這兩方面的內(nèi)容融合在一起，并結(jié)合編者的科研成果，以期培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計開放能力。
隨著科技進(jìn)步和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，分子計算模擬和化工過程仿真的應(yīng)用越來越廣泛。分子模擬是利用計算機(jī)以原子水平的模型來模擬分子結(jié)構(gòu)與行為，進(jìn)而模擬分子體系的各種物理、化學(xué)性質(zhì)的方法。它是在實驗基礎(chǔ)上，通過基本原理，構(gòu)筑起一套模型和算法，從而計算出合理的分子結(jié)構(gòu)與分子行為。分子模擬不僅可以模擬分子的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，也可以模擬分子體系的動態(tài)行為，是化工產(chǎn)品及過程設(shè)計的基礎(chǔ)。化工仿真以軟件為平臺，以真實的工廠單元及工段為背景，用實時運(yùn)行的動態(tài)數(shù)學(xué)模型來模擬真實的帶有控制點的設(shè)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(yè)中典型的包括控制系統(tǒng)的一系列單元操作和流程工段重現(xiàn)，為工藝設(shè)計、過程優(yōu)化提供支持。本書介紹了分子計算與過程仿真的基本原理，通過大量實例詳細(xì)介紹了化工仿真與分子模擬軟件的使用和分析，力圖將理論、方法和實例相結(jié)合，分子模擬和過程仿真相結(jié)合，反映化工理論研究與生產(chǎn)設(shè)計的新思路。本書共6章，劉振編寫第1章、第4～5章，并統(tǒng)稿；劉軍娜編寫第2、3章；趙爽編寫第6章及第3章部分內(nèi)容。本書在編寫過程中得到河南科技大學(xué)化工與制藥學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)、老師和學(xué)生的大力幫助和支持，在此表示誠摯的感謝。由于編著者水平所限，難免存在不足之處，懇請讀者批評指正。編者2017年春于洛陽
劉振，河南科技大學(xué) 化工與制藥學(xué)院副教授2000.9～2006.3在天津大學(xué)精餾國家重點實驗室學(xué)習(xí)，2006.3獲得化學(xué)工程專業(yè)博士學(xué)位。2006.4至今在河南科技大學(xué)化工與制藥學(xué)院工作。2009年當(dāng)選河南省化工學(xué)會理事。 2013年入選國家能源非糧生物質(zhì)原料研發(fā)中心專家。主要從事傳質(zhì)與分離、過程模擬與優(yōu)化的研究，完成國家863項目1項，河南省科技成果鑒定2項。承擔(dān)本科生《化工原理》、《化工分離工程》及研究生《化工過程分析與模擬》的教學(xué)任務(wù)。
第1章計算機(jī)仿真與化工
1.1仿真的基本概念1
1.2計算機(jī)仿真的作用2
1.3化工模擬仿真2
1.3.1數(shù)學(xué)模型化的步驟2
1.3.2數(shù)學(xué)模型的分類4
1.3.3化工模擬的層次5
第2章分子模擬原理
2.1量子化學(xué)簡介7
2.1.1量子化學(xué)的發(fā)展7
2.1.2量子化學(xué)的研究、應(yīng)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(tài)相互作用13
2.2.3半經(jīng)驗方法14
2.2.4從頭算法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軟件的運(yùn)行環(huán)境18
3.2Gaussian程序的界面19
3.3Gaussian 軟件的輸入和輸出20
3.3.1輸入文件21
3.3.2輸出文件28
3.3.3關(guān)鍵詞29
3.4Gaussian 軟件的計算30
3.4.1化學(xué)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(yōu)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(jié)果的比較48
3.5.2雜環(huán)類化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的計算50
3.5.3高能硝基咪唑類化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)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章過程仿真基礎(chǔ)
4.1穩(wěn)態(tài)模擬70
4.1.1模擬的基本環(huán)節(jié)70
4.1.2變量選擇和自由度分析71
4.1.3設(shè)計變量的選擇72
4.2動態(tài)模擬73
第5章Aspen Plus過程仿真
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(tǒng)83
5.2流體輸送機(jī)械86
5.2.1泵86
5.2.2壓縮機(jī)91
5.3機(jī)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(yán)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干燥144
5.9反應(yīng)器149
5.9.1釜式反應(yīng)器150
5.9.2管式反應(yīng)器153
5.9.3間歇反應(yīng)156
5.10工藝流程模擬160
第6章其他化工模擬軟件簡介
6.1ChemCAD 169
6.2PRO/Ⅱ170
6.3ECSS170
6.4Hyperchem171
參考文獻(xiàn)
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