《现代化工数值计算》以MATLAB、Mathematica、Mathcad 系列软件为工具，以化工不同专业知识模块所涉及的数值计算问题为导向，以实例的形式给出了各种软件计算的方法。全书共分10章，第1章介绍了化工计算的发展历程和基本方法，第2章对本书涉及的三种数值计算软件进行了讲解，第3～10章依次对数据回归与关联、化工热力学、流体力学、传质、传热、化学反应工程、分离工程、过程动态特性与控制等领域的计算实例进行分析并附上相应的程序，读者可用微信扫描封底二维码下载使用。
本书可作为化工计算类课程的教材，帮助化学工程与工艺专业本科生和研究生提升化工数值计算的能力，使其从复杂的求解中解脱出来。本书还可为化工原理、化工传递过程、化工热力学、化学反应工程、分离工程等化工专业主干课程提供支持。

刘会娥，中国石油大学（华东）化学工程学院，教授，本人所学专业为化学工程与技术，科研方向为反应工程与废弃资源利用。目前主持国家自然科学基金青年基金项目1项，山东省优秀中青年科学家奖励基金项目1项，中央高校基本科研业务费专项资金资助项目1项。主持完成了山东省自然科学基金青年基金项目1项。此外还参与了教育部科学技术重点项目1项、山东省自然科学基金项目1项、山东省科技攻关重点研究项目1项、企业项目若干项。所主持或参与的项目有3项通过省级鉴定。迄今为止已在国际、国内重要期刊发表学术论文40余篇，10多篇被SCI、EI收录。主要从事本科生《化学反应工程》、《化工设计》以及研究生《化学反应器设计》课程的教学。在教学和科研中较多地涉及各种化工问题的数值求解，对于化工过程中的数值计算具有较多的经验。

第1章绪论 1
1.1化工计算的发展历程 1
1.2计算机在化工计算中的重要性 1
1.3求解模型分类 2
1.4数值计算方法 4
1.5误差 5
1.5.1 误差的来源与分类 5
1.5.2 绝对误差与相对误差 5
1.6常用计算软件 7
1.6.1 MATLAB 7
1.6.2 Mathematica 7
1.6.3 Mathcad 7
参考文献 8

第2章化工计算常用软件简介 9
2.1MATLAB 软件 9
2.1.1 软件界面 9
2.1.2 数据结构 11
2.1.3 函数 15
2.1.4 可视化 17
2.1.5 代数方程求解 21
2.1.6 微分方程求解 23
2.1.7 数据拟合和回归 25
2.1.8 数据插值 27
2.1.9 程序设计 28
2.2Mathematica 软件 32
2.2.1 软件界面 32
2.2.2 函数 32
2.2.3 数据类型与结构 35
2.2.4 可视化 38
2.2.5 代数方程求解 43
2.2.6 微分方程求解 45
2.2.7 数据拟合和回归 48
2.2.8 数据插值 52
2.2.9 程序设计 53
2.3Mathcad 软件 56
2.3.1 软件界面 56
2.3.2 数据类型与结构 56
2.3.3 函数 57
2.3.4 可视化 58
2.3.5 代数方程求解 62
2.3.6 微分方程求解 63
2.3.7 数据拟合和回归 65
2.3.8 数据插值 66
参考文献 68

第3章数据回归与关联 69
3.1多元线性回归方法估计Antoine 方程的参数 69
3.2非线性回归方法估计Antoine 方程的参数 71
3.3多项式拟合方法关联气体的比热容公式 72
3.4多项式拟合方法关联丁烷的热导率公式 74
3.5多项式拟合方法关联丁烷的黏度公式 76
3.6多项式拟合方法关联丁烷的汽化热公式 78
3.7因次分析法确定液体在圆管中的热传递公式 81
3.8用Margules 方程关联二元活度系数 83
3.9反应速率数据的回归——检验变量之间的相关性 86
3.10NO 催化还原反应速率模型的建立 88
参考文献 89

第4章化工热力学 90
4.1用van der Waals 方程计算摩尔体积和压缩因子 90
4.2van der Waals 方程所得压缩因子图 92
4.3用不同状态方程所得压缩因子图 94
4.4真实气体绝热充气过程的计算 96
4.5真实气体的绝热压缩过程的计算 99
4.6用状态方程计算偏离函数 101
4.7由状态方程计算蒸汽的热力学性质 103
4.8由不同状态方程计算纯流体的逸度系数 106
4.9溶液中某组分偏摩尔焓的计算 108
4.10由汽液平衡数据识别溶液的活度系数模型 109
4.11多元理想体系汽液平衡组成计算 111
4.12二元体系的相图 112
4.13多元理想体系的闪蒸计算 113
4.14实验数据的热力学一致性检验 114
4.15由恒温下的总压数据计算汽液平衡Ⅰ 118
4.16由恒温下的总压数据计算汽液平衡Ⅱ 120
4.17由共沸点数据计算Wilson 方程参数 121
4.18由van Laar 方程计算非理想体系的汽液平衡 123
4.19非稳态混合过程的计算 125
参考文献 126

第5章流体力学 127
5.1圆管中轴向稳态层流速度分布求解 129
5.2套管环隙间轴向稳态层流速度分布 131
5.3两平壁间稳态层流速度分布求解 134
5.4非稳态层流速度分布的求解——斯托克斯第一问题 138
5.5非稳态层流速度分布的求解——斯托克斯第二问题 142
5.6非稳态层流速度分布的求解——斯托克斯第三问题 145
5.7边界层内动量传递过程的速度及厚度分布 148
5.8圆柱形容器湍流排出管路最优长度的确定 150
5.9黏性流体沿垂直圆柱体壁面稳态层流 153
5.10流体与固体粒子之间的相对运动（沉降的爬流计算） 155
参考文献 157

第6章传质 158
6.1斯蒂芬管中的双组分一维传质 158
6.2球形固体物的升华 162
6.3药片包裹层溶解的药物释放过程 165
6.4等温条件下催化剂粒子中的扩散及其反应 167
6.5催化床层中同时发生扩散和可逆反应 169
6.6平板中的非稳态传质 172
参考文献 175

第7章传热 176
7.1多层平壁一维稳态热传导 176
7.2通电和绝热条件下金属线中的热传导 179
7.3管侧存在对流传热的单管换热器 182
7.4套管换热器 185
7.5无保温层容器的对流热损失 187
7.6向薄板的非稳态辐射传热 189
7.7半无限厚介质的非稳态导热 191
7.8在有限水浴内固体球的冷却问题 193
7.9二维非稳态导热 198
参考文献 200

第8章化学反应工程 201
8.1间歇式反应器——速率数据的积分分析 201
8.2间歇式反应器——微分分析法获取动力学方程 202
8.3间歇式反应器——初始速率法获取动力学关系 203
8.4间歇式反应器——半衰期法获取动力学数据 204
8.5理想的间歇式反应器——等温条件下的体积计算 205
8.6理想的间歇式反应器——最小反应器体积计算 206
8.7间歇式反应器——换热问题 207
8.8全混流反应器（CSTR）——速率数据的分析 209
8.9全混流反应器——动力学数据的获取及应用 209
8.10连续搅拌釜式反应器——多个反应器串联操作 210
8.11全混流反应器——绝热操作 213
8.12活塞流反应器——恒容反应的反应级数对转化率的影响 213
8.13活塞流反应器——反应物体积流率沿反应器轴向逐渐变化的问题 215
8.14管式反应器——绝热操作 217
8.15轴向流动的固定床反应器——绝热操作 218
8.16固定床反应器——考虑床层压降的气相反应 219
8.17气固相催化固定床反应器——床层压降对转化率的影响 221
8.18换热式固定床反应器——气相可逆放热反应 222
8.19固定床反应器——利用多级全混流串联模型模拟反应器中催化剂的失活行为 224
8.20列管式固定床反应器——换热问题 227
8.21固定床反应器——换热操作 229
参考文献 231

第9章分离工程 232
9.1二元体系汽液平衡常数的计算 232
9.2三元混合物露点压力的计算 234
9.3精馏塔塔釜温度的计算 235
9.4二元精馏塔理论板数计算 237
9.5操作变量对多元精馏的影响 238
9.6精馏塔分离轻烃混合物 240
9.7流率加和法模拟吸收塔 241
9.8等温流率加和法计算萃取过程 243
9.9移动床解吸区的计算 245
9.10吸收过程的填料塔计算 246
9.11膜分离——方程组求解 247
9.12结晶——散点图回归求斜率 248
参考文献 249

第10章过程动态特性与控制 250
10.1一阶系统动态模型 250
10.2二阶系统动态模型 251
10.3U 形管压力计的动态特性 253
10.4储罐液位控制 254
10.5釜式搅拌加热器的动态特性与控制 256
10.6基于内模控制法（IMC）的控制器整定 260
10.7n 次多项式传递函数的解 262
10.8两个交互式储罐的液位控制 264
10.9连续搅拌釜式反应器的PI 控制 266
10.10间歇反应器的PI 控制 269
参考文献 271