第1章緒論 1
1.1化工計算的發展歷程 1
1.2計算機在化工計算中的重要性 1
1.3求解模型分類 2
1.4數值計算方法 4
1.5誤差 5
1.5.1 誤差的來源與分類 5
1.5.2 絕對誤差與相對誤差 5
1.6常用計算軟件 7
1.6.1 MATLAB  7
1.6.2 Mathematica  7
1.6.3 Mathcad  7
參考文獻 8

第2章化工計算常用軟件簡介 9
2.1MATLAB 軟件 9
2.1.1 軟件界面 9
2.1.2 數據結構 11
2.1.3 函數 15
2.1.4 可視化 17
2.1.5 代數方程求解 21
2.1.6 微分方程求解 23
2.1.7 數據擬合和回歸 25
2.1.8 數據插值 27
2.1.9 程序設計 28
2.2Mathematica 軟件 32
2.2.1 軟件界面 32
2.2.2 函數 32
2.2.3 數據類型與結構 35
2.2.4 可視化 38
2.2.5 代數方程求解 43
2.2.6 微分方程求解 45
2.2.7 數據擬合和回歸 48
2.2.8 數據插值 52
2.2.9 程序設計 53
2.3Mathcad 軟件 56
2.3.1 軟件界面 56
2.3.2 數據類型與結構 56
2.3.3 函數 57
2.3.4 可視化 58
2.3.5 代數方程求解 62
2.3.6 微分方程求解 63
2.3.7 數據擬合和回歸 65
2.3.8 數據插值 66
參考文獻 68

第3章數據回歸與關聯 69
3線性回歸方法估計Antoine 方程的參數 69
3.2非線性回歸方法估計Antoine 方程的參數 71
3.3多項式擬合方法關聯氣體的比熱容公式 72
3.4多項式擬合方法關聯丁烷的熱導率公式 74
3.5多項式擬合方法關聯丁烷的黏度公式 76
3.6多項式擬合方法關聯丁烷的汽化熱公式 78
3.7因次分析法確定液體在圓管中的熱傳遞公式 81
3.8用Margules 方程活度繫數 83
3.9反應速率數據的回歸——檢驗變量之間的相關性 86
3.10NO 催化還原反應速率模型的建立 88
參考文獻 89

第4章化工熱力學 90
4.1用van der Waals 方程計算摩爾體積和壓縮因子 90
4.2van der Waals 方程所得壓縮因子圖 92
4.3用不同狀態方程所得壓縮因子圖 94
4.4真實氣體絕熱充氣過程的計算 96
4.5真實氣體的絕熱壓縮過程的計算 99
4.6用狀態方程計算偏離函數 101
4.7由狀態方程計算蒸汽的熱力學性質 103
4.8由不同狀態方程計算純流體的逸度繫數 106
4.9溶液中某組分偏摩爾焓的計算 108
4.10由汽液平衡數據識別溶液的活度繫數模型 109
4.理想體繫汽液平衡組成計算 111
4.體繫的相圖 112
4.理想體繫的閃蒸計算 113
4.14實驗數據的熱力學一致性檢驗 114
4.15由恆溫下的總壓數據計算汽液平衡Ⅰ  118
4.16由恆溫下的總壓數據計算汽液平衡Ⅱ  120
4.17由共沸點數據計算Wilson 方程參數 121
4.18由van Laar 方程計算非理想體繫的汽液平衡 123
4.19非穩態混合過程的計算 125
參考文獻 126

第5章流體力學 127
5.1圓管中軸向穩態層流速度分布求解 129
5.2套管環隙間軸向穩態層流速度分布 131
5.3兩平壁間穩態層流速度分布求解 134
5.4非穩態層流速度分布的求解——斯托克斯第一問題 138
5.5非穩態層流速度分布的求解——斯托克斯第二問題 142
5.6非穩態層流速度分布的求解——斯托克斯第三問題 145
5.7邊界層內動量傳遞過程的速度及厚度分布 148
5.8圓柱形容器湍流排出管路最優長度的確定 150
5.9黏性流體沿垂直圓柱體壁面穩態層流 153
5.10流體與固體粒子之間的相對運動（沉降的爬流計算）  155
參考文獻 157

第6章傳質 158
6.1斯蒂芬管中的雙組分一維傳質 158
6.2球形固體物的升華 162
6.3藥片包裹層溶解的藥物釋放過程 165
6.4等溫條件下催化劑粒子中的擴散及其反應 167
6.5催化床層中同時發生擴散和可逆反應 169
6.6平板中的非穩態傳質 172
參考文獻 175

第7章傳熱 176
7.1多層平壁一維穩態熱傳導 176
7.2通電和絕熱條件下金屬線中的熱傳導 179
7.3管側存在對流傳熱的單管換熱器 182
7.4套管換熱器 185
7.5無保溫層容器的對流熱損失 187
7.6向薄板的非穩態輻射傳熱 189
7.7半無限厚介質的非穩態導熱 191
7.8在有限水浴內固體球的冷卻問題 193
7.9二維非穩態導熱 198
參考文獻 200

第8章化學反應工程 201
8.1間歇式反應器——速率數據的積分分析 201
8.2間歇式反應器——微分分析法獲取動力學方程 202
8.3間歇式反應器——初始速率法獲取動力學關繫 203
8.4間歇式反應器——半衰期法獲取動力學數據 204
8.5理想的間歇式反應器——等溫條件下的體積計算 205
8.6理想的間歇式反應器——最小反應器體積計算 206
8.7間歇式反應器——換熱問題 207
8.8全混流反應器（CSTR）——速率數據的分析 209
8.9全混流反應器——動力學數據的獲取及應用 209
8.10連續攪拌釜式反應器——多個反應器串聯操作           210
8.11全混流反應器——絕熱操作 213
8.12活塞流反應器——恆容反應的反應級數對轉化率的影響 213
8.13活塞流反應器——反應物體積流率沿反應器軸向逐漸變化的問題 215
8.14管式反應器——絕熱操作 217
8.15軸向流動的固定床反應器——絕熱操作 218
8.16固定床反應器——考慮床層壓降的氣相反應 219
8.17氣固相催化固定床反應器——床層壓降對轉化率的影響 221
8.18換熱式固定床反應器——氣相可逆放熱反應 222
8.19固定床反應器——利用多級全混流串聯模型模擬反應器中催化劑的失活行為 224
8.20列管式固定床反應器——換熱問題 227
8.21固定床反應器——換熱操作 229
參考文獻 231

第9章分離工程 232
9體繫汽液平衡常數的計算 232
9混合物露點壓力的計算 234
9.3精餾塔塔釜溫度的計算 235
9精餾塔理論板數計算 237
9.5操作變精餾的影響 238
9.6精餾塔分離輕烴混合物 240
9.7流率加和法模擬吸收塔 241
9.8等溫流率加和法計算萃取過程 243
9.9移動床解吸區的計算 245
9.10吸收過程的填料塔計算 246
9.11膜分離——方程組求解 247
9.12結晶——散點圖回歸求斜率 248
參考文獻 249

第10章過程動態特性與控制 250
10.1一階繫統動態模型 250
10.2二階繫統動態模型 251
10.3U 形管壓力計的動態特性 253
10.4儲罐液位控制 254
10.5釜式攪拌加熱器的動態特性與控制 256
10.6基於內模控制法（IMC）的控制器整定 260
10.7n 次多項式傳遞函數的解 262
10.8兩個交互式儲罐的液位控制 264
10.9連續攪拌釜式反應器的PI 控制 266
10.10間歇反應器的PI 控制 269
參考文獻 271

黨的二十大報告指出，教育、科技、人纔是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐。加快實現高水平科技自立自強，關鍵在人纔，基礎在教育。而隨著大數據、人工智能的應用和計算能力的提升，與數值計算的結合已經成為各學科和專業發展的主要方向之一。對於化工人員，經常面臨各種復雜的計算問題，大型非線性方程組、常微分方程組、偏微分方程組等屢見不鮮，這些繁雜的問題很難通過手算求解，往往需要依賴計算機軟件進行數值計算。為了提升化工計算的能力，化工領域的本科生、研究生一般會學習“化工數值計算”這門課程。配套課程的編程語言在逐漸演變，例如從早期的Fortran語言到後來的C語言，隨著計算機硬件技術的快速發展，進而又逐漸湧現出一批優秀的現代數值計算軟件，如MATLAB、Mathematica、Mathcad等，使化工問題的求解方法發生了革命性的變化，使得化工數值計算問題的難度顯著降低，為化工從業人員提供了方便。利用這些軟件，可以大大減輕編程的工作量，也有助於提升學生的學習興趣和數學模型的建立和求解能力。
目前國內的化工數值計算教材各有特色，都附有豐富的實例，但多僅以MATLAB 語言為依托進行介紹，其章節均圍繞數學問題類型劃分。考慮除了服務於“化工數值計算”課程教學，也便於其他相關課程參考，由此，本書借鋻了國外一些相關教材的編寫模式，按照化工專業知識模塊進行主要章節的劃分，搜集了各專業知識模塊的代表性數值計算實例，並針對每個實例，配套編寫了MATLAB、Mathematica、Mathcad三種類型的計算程序(掃描封底二維碼獲取)，在正文中分別用表示，能夠供不同興趣和能力的學習人員在不同課程學習、不同類型問題研究時參考。
本書共分10章，各章的文稿和程序編寫分工如下:第1章和第10章由孫蘭義負責，第2章由陳華負責，第3章由劉子媛負責，第4章由宋春敏、劉熠斌負責，第5章由陳金慶負責，第6章和第7章由薄守石負責，第8章由劉會娥負責，第9章由丁傳芹、侯影飛負責。劉會娥負責全書的統稿，陳華對全書的程序進行了審核。中國石油大學(華東)的李維國教授和華東理工大學的許志美教授對全書的內容進行了審核，並提出了寶貴的意見。此外研究生劉繼艷、劉興隆、劉士偉、郝龍彬、俞明理、柳澤鑫、任俊耀、郝曉雨、吳洋、乙倩、董浩傑、劉文碩、李信農、孔潔、董夢茹、韓述盟、溫燕軍等對本書部分程序的編寫和校核付出了諸多努力。在此一並深表感謝!
本書可作為本科生、研究生“化工數值計算”課程的教材，還可作為化工原理、化工傳遞過程、化工熱力學、化學反應工程、分離工程等化工專業主干課程的參考書,對從事化工過程開發和研究的人員也有一定的參考價值。
由於編者水平所限,書中難免存在疏漏,敬請讀者批評指正。

編者
2023年6月於青島