化工系統(tǒng)工程緒論(已修改)
2025-01-09 13:42 本頁面
【正文】 化工系統(tǒng)工程 (Chemical Process Systems Engineering) 主講教師 : 都健 王瑤 教學(xué)安排及要求 （ 1）學(xué)時(shí)： 32h 2學(xué)分 （ 2）成績評(píng)定： 期末考試 ： 80分 課程論文： 20分 教材 （ 1） 過程系統(tǒng)工程 （華東理工大學(xué)出版社， 2023年 6月） 姚平經(jīng) 主編 （ 2） 化工過程分析與綜合 （大連理工大學(xué)出版社， 2023年 1月） 都健 主編 姚平經(jīng) 主審 第 1章 緒論 過程系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史和研究內(nèi)容 過程系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史 （ 1）化工過程 化工過程是指用適當(dāng)?shù)脑辖?jīng)過一系列物理單元操作和化學(xué)反應(yīng)的單元過程而轉(zhuǎn)化為合乎需要的產(chǎn)品的過程。 （ 2）過程系統(tǒng)工程（ PSE） 以處理物料 能量 資金 信息流的過程系統(tǒng)為研究對(duì)象，其核心功能是過程系統(tǒng)的組織、計(jì)劃、協(xié)調(diào)、設(shè)計(jì)、控制和管理。目的是在總體上達(dá)成技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上的最優(yōu)化，以符合可持續(xù)發(fā)展的要求 。（ 1961年 AIChE討論會(huì)論文集上第一次用到 PSE, Process Systems Engineering) 20世紀(jì) 60年代初 ，產(chǎn)生和發(fā)展時(shí)期。產(chǎn)生的基礎(chǔ)是化學(xué)工程、系統(tǒng)工程、運(yùn)籌學(xué)、數(shù)值計(jì)算方法、過程控制論及計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科。 （ 3）發(fā)展歷史 20世紀(jì) 60年代末至 70年代末 ，產(chǎn)生和發(fā)展的理論準(zhǔn)備時(shí)期，是學(xué)術(shù)醞釀期。明確了學(xué)科范疇為過程系統(tǒng)的分析、過程綜合和過程控制。 20世紀(jì) 80年代末至 90年代末 ，成長時(shí)期。一方面計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，研制出化工流程通用模擬系統(tǒng)。另一方面，石油危機(jī)，節(jié)能降耗。 學(xué)術(shù)理論走向工業(yè)應(yīng)用。 新世紀(jì)開始至現(xiàn)在 ，擴(kuò)展時(shí)期，研究范圍和研究內(nèi)容都在擴(kuò)大。 20世紀(jì) 90年代 ，環(huán)境問題的突出， “綠色過程系統(tǒng)工程”。 過程系統(tǒng)工程的研究內(nèi)容 （ 1）基礎(chǔ)部分 過程穩(wěn)態(tài)模擬 過程系統(tǒng)優(yōu)化 過程系統(tǒng)綜合與集成 過程動(dòng)態(tài)分析與控制 （ 2）擴(kuò)充部分 面向過程工業(yè)的經(jīng)營管理系統(tǒng)工程，如： 計(jì)劃與調(diào)度 計(jì)算機(jī)集成加工系統(tǒng) 供應(yīng)鏈管理 基本概念 （ 1）過程系統(tǒng) (Process system) 過程系統(tǒng)是對(duì)原料進(jìn)行物理的或化學(xué)的加工處理的系統(tǒng)，它由一些特定功能的過程單元按著一定的方式相互聯(lián)結(jié)而組成，它的功能在于實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中的物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)換。 “過程系統(tǒng)”的含義已不局限于生產(chǎn)工藝過程，而逐步延伸到經(jīng)營管理業(yè)務(wù)和決策過程 —供應(yīng)鏈的優(yōu)化（ Supply chain optimization)。 （ 2）過程系統(tǒng)模擬分析（ Analysis) 給定的過程系統(tǒng) 指定的輸入 待求的輸出 從傳統(tǒng)的過程系統(tǒng)擴(kuò)展到聯(lián)合裝置，整個(gè)企業(yè)，甚至于一個(gè)地區(qū)的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，向 巨型系統(tǒng) 發(fā)展。 為了研究過程機(jī)理和產(chǎn)品設(shè)計(jì)， 微觀尺度 的原子 /分子模擬用來洞察分子結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間的定量關(guān)系 。 過程系統(tǒng)模擬的一般步驟有： （ a）需要立足于堅(jiān)實(shí)工程實(shí)踐基礎(chǔ)上的創(chuàng)造性思維，明確研究目標(biāo)和預(yù)期結(jié)果； （ b）建立數(shù)學(xué)模型：根據(jù)問題定義，寫出相關(guān)衡算方程和過程機(jī)理關(guān)聯(lián)式，作出可行的假定，進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和獲得有關(guān)工程數(shù)據(jù)； （ c）選擇計(jì)算方法和策略或計(jì)算機(jī)軟件； （ d）對(duì)模擬結(jié)果合理性的評(píng)價(jià)：模擬結(jié)果是否已恰當(dāng)?shù)谋磉_(dá)了實(shí)際過程并進(jìn)行正確的解釋，研究各種備選方案，提出修改，更新和完善措施。 （ 3）過程系統(tǒng)優(yōu)化 （ Optimization) 過程系統(tǒng)優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)過程系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化操作、優(yōu)化控制和優(yōu)化管理的數(shù)學(xué)手段。 最具代表性的方法是 數(shù)學(xué)規(guī)劃法 。數(shù)學(xué)規(guī)劃法把過程系統(tǒng)優(yōu)化問題表征為目標(biāo)函數(shù)和一系列等式、不等式約束的多變量數(shù)學(xué)模型，然后采用適宜的算法獲得問題的最優(yōu)解或近優(yōu)解。 大規(guī)模的 非線性規(guī)劃 和 混合整數(shù)非線性規(guī)劃 問題。 算法主要有 兩類 ，一是基于梯度尋優(yōu)的確定性算法，另一是進(jìn)化算法（智能算法），如遺傳算法等。 多
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