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本书旨在向读者介绍Aspen Plus在热力学课程中的应用，同时为本科热力学课程中引入Aspen Plus模拟软件提供一连串的方法。希望利用Aspen Plus软件完成那些繁琐的实际过程计算，使热力学课程更加有趣和有意义。

书中给出了Aspen Plus软件求解各种类型问题时的界面截图，包括汽液、液液、汽液液平衡、化学反应平衡以及简单液化工艺应用、精馏和液液萃取单元操作。本书主要是面向自学，为读者提供自学式的、手把手的Aspen Plus热力学计算教程。

一本自学式的、手把手的指导书

“夫化工模拟计算，若天有四时，地有四方，人有四体，必有四维。四维者何？曰肇因乎化工热力学之平衡，得益于单元操作之实际，归纳以数学模拟之方程，解算以数值计算之策略。天道渺渺，不可言喻，模拟之道，上应造化之理，下具知著之行。此四维缺一而不得与论化工模拟计算之堂奥矣！”

——公子小白

“化工热力学”原理繁杂、抽象难懂，但又极其重要，是学习过程模拟软件（Aspen Plus）的核心。历经35年发展，Aspen Plus开发了完整的相平衡、热力学性质和传递性质热力学包，为课堂教学和工程设计提供简单快速的图形交互。

《Aspen Plus热力学计算简明教程》主要介绍Aspen Plus在热力学方面的应用，针对如何在Aspen Plus(版本8.x)中进行热力学计算，通过案例计算，提供大量求解步骤截图，为读者提供了手把手的指导。

本书的特点为：

一、内容全面

1. 纯组分和混合物物性分析与估算；

2. 热力学参数回归（状态方程法和活度系数法）；

3. 热力学数据引擎NIST介绍；

4. 简单操作单元模拟（闪蒸、精馏和萃取等）。

二、案例详实

1. 丙烷液化工艺；

2. 饱和蒸汽压（PL）、比热容（CP）、吉布斯自由能（G）等分析；

3. 回归Wilson、UNIQUAC、NRTL、Peng-Rob等交互作用参数；

4. Gibbs反应平衡预测；

5. 苯/甲苯简捷精馏和严格精馏；

6. 电解质溶液等。

三、图表丰富

作者简介：

斯坦利 I ·森德勒是美国特拉华大学化学和生物分子工程系的化工杜邦讲席教授，也是该系分子和工程热力学中心的创立负责人。

发表期刊论文约400篇，主要为热力学内容。出版独著教材《Chemical and Engineering Thermodynamics》和《Chemical, Biochemical and Engineering Thermodynamics》，曾为AIChE Journal杂质的编辑，美国国家工程院院士，AIChE和IChemE的会员。

此外，曾获得沃伦K刘易斯专业进步奖、AIChE创始人奖和其他国际奖项。

福利：

凡在本店购买本书的读者，都可获取“马后炮化工论坛”提供的VIP优惠券，可在“马后炮化工”公众号获得以下两项福利。

1．本书实际流程模拟案例的Aspen源文件。包含全书14章合计70个案例的bkp和apw流程模拟源文件，源文件软件版本为与书本一致的aspen V8.X版本。

2．马后炮化工论坛VIP权限一个月权限，价值人民币50元。VIP用户可以无限制下载论坛所有资源。

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本书以状态方程、气液平衡、化学反应平衡、传质设备模拟、化学反应器设计和动量、热量、质量传递过程等化工计算问题为经，以Ｅｘｃｅｌ、ＭＡＴＬＡＢ、ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ和ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ四种数值计算或流程模拟软件为纬，阐述了化工计算的最新发展。本书可帮助读者了解国外化工计算的现状，学习应用先进的数值计算或流程模拟软件，以解决各种化工数值计算问题，提高计算能力和分析、解决实际化学工程问题的能力。本书可作为化学工程及相关专业本科生、研究生“化工数值计算”等课程的教材或参考书，也可供从事化工过程研究、开发、设计和生产的工程技术人员参考。

前言

化学工程专业的学生和化学工程师需要去求解复杂性日益增加的问题，这些问题包括炼油厂、燃料电池、微型反应器和制药厂的各种应用问题。多年以前，学生编写自己的程序，最早是用ＦＯＲＴＲＡＮ编程语言，然后是用ＭＡＴＬＡＢ之类的数值计算语言。但是，随着个人计算机的发展，已经为学生编写了求解许多问题的软件，学生只要正确应用这些程序就可以了。于是，教学重点由对编写他们自己的程序感兴趣的少数人转向大批将使用这些程序，但不必亲自编写的学生。我在华盛顿大学４２年的教学生涯中，曾指导过一些学生小组如何运用数值分析方法解决复杂问题。现在，我则在教所有学生如何聪明地利用计算机。我教的学生中只有少数人对数值分析有兴趣（令我伤心！），但所有学生都知道他们必须能够解决困难的问题，以及他们需要利用计算机完成此任务。

本书的目的是阐明：（ａ）化学工程师必须解决的问题；（ｂ）用于解决这些问题的计算机程序的类型；（ｃ）工程师如何检查计算结果并确保他们已正确地解决了这些问题。将在当代学生的学习环境里完成下述任务———最低限度的阅读量、非常及时地学习和大量的计算机使用方法。本书演示的程序有Ｅｘｃｅｌ?、ＭＡＴＬＡＢ?、ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ?和ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ?。

编写本书时，我假定读者并不是完全的初学者。低年级和高年级化学工程专业的学生已具有应用如Ｅｘｃｅｌ之类的电子表格程序的经验，只要向他们提供指导和关键的概念和术语，他们能不费力地在计算机上学习。实际上，许多学生比他们的导师更熟悉计算机。但是，刚开始学习的化学工程学生可能不是非常清楚地了解应用问题，以及对隐藏于工程问题背后的物理现象缺乏深入的理解。而且，他们可能没有解决过非常困难的问题。于是，重要的是对学生为什么需要求解这些问题提供某些解释，以及当这些问题面临数值方法的重压时如何克服困难。我对我自己的经验作了总结，并对本书中的问题给予了透彻的说明。

我的教学思想是：工程师今天正在解决的问题通常是解析方法无能为力的，但他们可用今天能获得的功能强大的软件解决。于是，每个工程师将要解决无人知道答案的问题，而保证以书面形式或在计算机上正确表述问题，并正确地求解它们，正是工程师的职责。工科学生必须懂得如何通过检查计算机完成的工作来确定计算机是否正确地解决了问题。如果他们能做到这一点，他们就能令导师或将来的老板相信他们已获得了与解析解一样可靠的答案，虽然并未获得解析解，而且对某些问题也不可能用解析方法求解。事实上，本书中９８％的问题是非线性的，它们中只有极少数有解析解。

在教学中如何应用本书

本书来源于我在华盛顿大学开设的课程，第一次开课是在２００３年。该课程由讲座和在计算机实验室中亲自实践的计算机作业两部分组成。我通常会提供一些简单的习题，让学生在计算机实验室中求解，并向学生提供帮助，使他们能克服运用不熟悉的程序时所面临的困难。但随后学生必须求解一个能扩展他们的化学工程知识的问题，以证明他们能正确地使用该程序（并陈述他们所做的核查）。因为这些应用涵盖了许多化学工程领域，我对学生开玩笑说：“我在２０个小时内就教了你们整个化学工程领域。”虽然，我已在２００９年退休，不再教授这门课程，但相同的教学目标依然保持着。

本书也可用于其他一些课程，因为每一章都适合于教学计划中的一门课程。例如，在热力学课程里讲授了化学反应平衡，教师可在计算机实验室练习时间内利用本书有关化学反应平衡的章节教授计算机的应用。热力学模型选择（和比较）方面的材料也能增加对热力学课程的实际认识。其他章节则可用于其他课程。用这种方法，学生将在整个学习过程中一门课接一门课地使用本书：质量和能量衡算，热量、质量和动量传递，反应器设计；而有些课程将把注意力放在各种课题上，例如生物医学工程。当然，希望学生能将注意力集中在化学工程原理上，而将计算机作为工具。

本书讲述了四种程序的特色。你的学校可能不会全部使用这四种程序。虽然屏幕图像可能不同，但基本概念和程序是相同的。当然有些问题可用其他程序求解。在某种工作环境里，工程师们也将使用公司提供的程序。于是，工程师们可能使用功能不太强大的程序，因为他们只能获得这种程序。功能更强大的程序还可能要花费更多钱。于是，在有些章节内采用了不同的程序来求解相同的问题，这可让学生直接了解为了解决复杂问题，比较通用的程序需要显著增加编程工作。按我的经验，提供一组程序后，学生将会采用能使他们尽快地求解他们的问题的程序。程序ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ提供了许多模块。几乎本书中的所有问题均可用基本模块求解，虽然也有些案例，化学反应工程模块是有用的。与ＭＡＴＬＡＢ的链接可以用ＭＡＴＬＡＢ的ＬｉｖｅＬｉｎｋＴＭ及其他模块实现。只有几个涉及湍流的问题，这些问题需要ＣＦＤ（计算流体力学）模块。你所能获得的各种组合的完整清单可从ＣＯＭＳＯＬ得到，也可从本书网站获得我的清单（见附录Ｄ）。

每章均以教学目标清单开始。此外，本书网站中有从化学工程观点和计算机技术观点出发，可由每个问题学到的原理的清单。我们鼓励采用本书的教授讨论在其他化学工程课程中的可能应用，使得更高深的问题能在他们的课程中求解。在本书网站中还可获得各种索引，因为学生更愿使用互联网，而不愿翻到本书最后查看主题索引；更重要的是他们可利用短语进行搜索和下载。

创新之处

与第一版相比，一个重大的变化是所有四个程序都有了与２００５年时不同的界面。更序 言００３ 重要的是，它们都大大增强了功能。我已经缩减了某些解释，而推荐用户利用伴随程序的帮助菜单，因为这些菜单已获改进，它们提供的信息超过了本书所能提供的。但是，我提供了到哪儿去查阅的提示。

习题的数量几乎增加了一倍。更重要的是，增加的习题集中在能源领域：整体煤气化联合循环，包括低温空气分离、用柳枝稷制乙醇和变压吸附为燃料电池汽车制氢。在每个案例中，均在讨论之前先定义问题，使学生能了解其适用性。自２００５年以来，微流体力学已获得发展，也有些增加的习题是属于生物医学应用领域的。这导致更多的例题和习题涉及二维和三维空间的流体流动和扩散。一项重大的增添是在ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ７．３中作出的：现在在程序中已可直接存取美国国家标准及技术研究所（ＮａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｔａｎｄａｒｄａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）汇编的纯组分的压力体积温度实验数据和二元气液平衡实验数据。对化学工程师而言，这是非常重要的，因为热力学模型的选择通常必须伴随着与实验数据的比较，而现在这已变得非常容易，容易到不做这种比较将显得不专业。于是，本书的热力学部分包括了工业指南、某些分子水平的考虑和进行比较的实验数据。ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ还有能力非常方便地总结某个过程的温室效应。在有些教授的课程里，会有他们所作的关于如何利用ＡｓｐｅｎＴｅｃｈ公司产品的讨论；请联系：Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｐｒｏｇｒａｍ＠ａｓｐｅｎｔｅｃｈ．ｃｏｍ。Ｌｕｙｂｅｎ教授指出的一个事实是物料和能量衡算主要是基于物流的，而安全问题是基于压力（和动态）的。动态选项在本书不作详细讨论，通常它们包含在控制课程内。ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ在微软视窗下运行，但作者是在苹果计算机上用ＰａｒａｌｌｅｌｓＤｅｓｋｔｏｐｆｏｒＭａｃ在视窗下运行的。第二版中还有些例题是添加了简单的用户定义ＦＯＲＴＲＡＮ程序后运行ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ的。

有些教授喜欢在他们的课程中采用更多数值编程，所以在有些章的结尾增加了一些这类习题。这些习题提供了很好的对比，先用数值编程求解，然后用本书重点讲述的四种程序之一求解，再比较哪种方法更简便。附录Ｅ提供了数值方法的更多细节。而这些程序使数值分析更易于使用，认识大多数习题涉及由连续变量到离散变量的近似处理也是重要的。本书中有些习题要求学生进行实际的数值分析（并与其他程序比较）。指导老师可能会说，“如果你不尝试对这些方法编程，你不能真正理解这个问题。”我指出如下事实作答：当医生描述核磁共振成像时，你不会说只有当他（她）向你说明机器内磁场如何工作，氢分子如何翻转方向，并描述图像如何形成时，你才会接受成像结果。医生和技术人员知道怎样去说明结果，怎样去检测机器是否在正常工作；工科学生也能做到这些。

习题数量已经加倍，它们被标记为容易的习题（下标１）和困难的习题（下标２）及适合作为课题的习题，这类习题可由一个学生或一个小组完成。最后，ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ中有更多技巧做了说明。