【正文】 （ CAE） ∴ 具有多學(xué)科交叉的特色 —— 面寬，方向多，更偏于工程應(yīng)用 化學(xué)工程 （三傳一反） 過程原理 過程裝備 化學(xué)工藝 依托 機(jī)械工程 裝備基礎(chǔ) ★ 學(xué)科的內(nèi)涵與特色 過程放大設(shè)計(jì) 材料與機(jī)械 制造與控制 工程技術(shù) 系統(tǒng)集成與優(yōu)化 （三力一機(jī)） ? 過程 和 工程實(shí)施 兩個(gè)環(huán)節(jié)是 由工藝向產(chǎn)業(yè)化過渡的瓶頸 ，也是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展瓶頸，而 過程裝備與控制工程的學(xué)科交叉是打通這一瓶頸的關(guān)鍵 。 應(yīng)用過程控制與優(yōu)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排 APC/RTO 實(shí)現(xiàn)過程 T 1 5 1F 2 1 0 1F 2 1 5 0T 10 1SS4P A 1P A 2P A 3P A 4SS3OV E RF L A S HSS2SS1S tmF 1 0 1F 1 7 0GOACRUDECRUDECRUDECRUDECRUDEA SSA YBLENDT 2 1 0 1F 2 1 0 1F 2 1 5 0L V GOHV GOFC C UO VERE AHDL IGH T ENDSL V NHFHFHFA T FGOCFOBLEND INGHCCOL CC OHCNL CC OA S P HA L TL CC OS L UR RYHCNTOP W F優(yōu)化 工程師 先控 工程師 RTO 模型 及其在線應(yīng)用 APC應(yīng)用 FC101RTO 系統(tǒng)平臺(tái) DCS界面 系統(tǒng)工程師 分析工程師 進(jìn)料 /產(chǎn)品分析 實(shí)驗(yàn)室 計(jì)劃調(diào)度人員 價(jià)格 驅(qū)動(dòng)力 限制約束 離線學(xué)習(xí) 目標(biāo)函數(shù)、定價(jià)、邏輯 終端用戶 操作工程師 現(xiàn)代過程工業(yè)的 DCS控制系統(tǒng) 現(xiàn)代操作室 DCS系統(tǒng)操作臺(tái) 過程裝備與控制工程是 …… ? Process Equipment and Control Engineering is …… ? Combining math, physics, chemistry and engineering of multidiscipline to solve a wide range of industrial problems in a safe and economical fashion. ? 結(jié)合數(shù)、理、化和多領(lǐng)域的工程知識(shí)，以安全和經(jīng)濟(jì)的方式解決諸多的工業(yè)問題的學(xué)科 ? related to both process manufacture industry and equipment manufacture industry 與過程制造業(yè)和裝備制造業(yè)同時(shí)相關(guān) 過程裝備與控制工程 是機(jī)械、化學(xué)、電、 能源、信息、材料工程等學(xué)科的 交叉學(xué)科 ， 是密切結(jié)合 過程工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐 的工程科學(xué)的一個(gè)分支。 用自動(dòng)化技術(shù)提高流程工業(yè)自主創(chuàng)新能力 先進(jìn)控制和優(yōu)化應(yīng)用的效益 Aspen公司 數(shù)據(jù)表明： 實(shí)施 APC取得的效益中，降低能耗占 10％， 產(chǎn)品質(zhì)量提高占 10%， 提高裝置生產(chǎn)平穩(wěn)與安全性占 15％，提高回收率占 15％， 提高加工能力占 30％。 ” （ 自動(dòng)化技術(shù)非常重要 ） 《 國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要 》 將 “ 流程工業(yè)的綠色化 、 自動(dòng)化及裝備 ” 列為優(yōu)先發(fā)展主題 ， 重點(diǎn)研究開發(fā) “ 基于生態(tài)工業(yè)概念的系統(tǒng)集成和自動(dòng)化技術(shù) ， 流程工業(yè)需要的傳感器 、 智能化檢測控制技術(shù) 、 裝備和調(diào)控系統(tǒng) 。 ? 它通常是由一系列的過程機(jī)器和過程設(shè)備，按一定的流程方式連接成一個(gè)獨(dú)立的密閉連續(xù)系統(tǒng)，在各種儀表和設(shè)備的控制下，把以 流動(dòng)體 為主的各種流程性物質(zhì)，在其裝置內(nèi)部經(jīng)歷物理化學(xué)過程，制造出人們需要的新的流程性物質(zhì)產(chǎn)品。但只有機(jī)器和設(shè)備還不能完成工業(yè)生產(chǎn)的任務(wù)，需要用由各種組成件構(gòu)成的管道將它們聯(lián)系起來，形成一個(gè)連續(xù)、完整的系統(tǒng)，即將所需的機(jī)器、設(shè)備按工藝流程要求組裝成一套完整的裝置，并配以必要的控制手段才能達(dá)到預(yù)期的目的。 ? ②過程設(shè)備： 指主要作用部件是靜止的或者只有很少運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，如各種容器（槽、罐、釜等）、普通窯、塔器、反應(yīng)器、換熱器、普通干燥器、蒸發(fā)器，反應(yīng)爐、電解槽、結(jié)晶設(shè)備、傳質(zhì)設(shè)備、吸附設(shè)備、流態(tài)化設(shè)備、普通分離設(shè)備以及離子交換設(shè)備等。 過程裝備定義 ? 服務(wù)于過程工業(yè)的裝備就叫過程裝備 流程工業(yè) 是加工制造流程性材料產(chǎn)品的現(xiàn)代國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一， 要求高度機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化的過程裝備與控制裝置 。 過程工業(yè)特點(diǎn) ? 具備流程工業(yè)的特點(diǎn)： 連續(xù)生產(chǎn)線－工藝確定 設(shè)備、裝備成套－裝備特點(diǎn) 自動(dòng)化程度高－控制特點(diǎn) 大宗 產(chǎn)品－現(xiàn)代化生產(chǎn)組織和管理 ? （ 30萬噸乙烯 /年、 3000萬噸煤炭 /年） 現(xiàn)代化過程工業(yè)企業(yè)的雄姿 水煤漿氣化爐 秦山二核一號(hào)機(jī)組，中國最神秘最高貴的核電圣地 發(fā)電工藝－核電站 項(xiàng)目 PWR BWR HWR , CANDU HT G R F BR 電功率 1100 MWe 1100 MWe 1100 MWe 1100 MWe 1500 MWe 冷卻劑 水 水 重水 氦 鈉 慢化劑 水 水 重水 石墨 無 所需原料 U3O8 4100 4020 4160 2980 效率 ( % ) 32 33 28 39 冷卻劑壓力 ( MPa) 無壓力 冷卻劑出口溫度 ( ? C) 327 285 310 743 538 壓水堆核電站 (PWR) 我國自主設(shè)計(jì)制造的核電設(shè)備 蒸汽發(fā)生器 蒸汽發(fā)生器 壓力容器 穩(wěn)壓器 核島 （ 600MW） ?合成塔、反應(yīng)器、吸收塔等化工設(shè)備 Synthesis Converter, Reactor, Absorber etc. Chemical Vessel ?儲(chǔ)油罐、儲(chǔ)氣罐、球罐等大型容器 Oil Tank, Gas Tank, Spherical Tank ?化工設(shè)備中各類換氣器及管道 All Kinds of Tubes 重 560t的加氫裂化反應(yīng)器 560T Hydrocracking Reactor 過程裝備？ 過程裝置是流程性材料產(chǎn)品的工作母機(jī) Process unit is the machine tool for products of processed materials ? 成套過程裝置 是流程性材料產(chǎn)品的工作母機(jī)，它通常由一系列的過程機(jī)器和過程設(shè)備，按一定的流程方式用管道、閥門等連接起來的連續(xù)系統(tǒng)，再配以控制儀表和電子電氣設(shè)備，即能平穩(wěn)連續(xù)地把以流體為主的各種材料，讓其在裝置中歷經(jīng)必要的物理化學(xué)過程，制造出人們需要的新的流程性產(chǎn)品。 ? 流程型工業(yè)特征 ： 生產(chǎn)流程化 、 裝備成套化 、 過程自動(dòng)化 。 ?流程工業(yè)是指以處理連續(xù)物料流 、 能量流為主的石化 、 煉油 、 化工 、 冶金 、 制藥 、 建材 、 輕工 、 造紙 、 采選礦 、 環(huán)保 、 電力等工業(yè)行業(yè) ， 其特點(diǎn)是產(chǎn)品多以大批量連續(xù)流動(dòng)的形式生產(chǎn) 。 過程工業(yè) ? 過程工業(yè) 屬于 流程工業(yè) ?流程工業(yè)是一個(gè)非常巨大的產(chǎn)業(yè) ， 日益成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè) ， 據(jù)統(tǒng)計(jì) ， 我國各種流程工業(yè)的總產(chǎn)值占 GDP的60%以上 。在整個(gè)制造業(yè)中，過程工業(yè)的產(chǎn)值比重接近 50%，利稅貢獻(xiàn)更為顯著，增值稅達(dá) 52%。 制造業(yè)的劃分 Manufacture definition 按照“技術(shù)特征” 可將制造業(yè)分為兩類： ? 一類是以物質(zhì)的化學(xué)、物理和生物轉(zhuǎn)化，生成新的物質(zhì)產(chǎn)品或轉(zhuǎn)化物質(zhì)的結(jié)構(gòu)形態(tài)，多為流程性材料產(chǎn)品，產(chǎn)品計(jì)量不計(jì)件，連續(xù)操作，生產(chǎn)環(huán)節(jié)具有一定的不可分性， 可統(tǒng)稱為過程工業(yè) （過程制造業(yè)），如涉及化學(xué)資源和礦產(chǎn)資源利用的產(chǎn)業(yè)（石油化工、冶金）等 ； ? 另一類是以物件的加工和組裝為核心的產(chǎn)業(yè)，根據(jù)機(jī)械電子原理加工零件并裝配成產(chǎn)品，但不改變物質(zhì)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，僅改變大小和形狀，產(chǎn)品計(jì)件不計(jì)量，多為非連續(xù)操作，這類工業(yè)可統(tǒng)稱為為 裝備制造業(yè) 。 ? 所謂“流程性材料”是指以流體（氣、液、粉體等）形態(tài)存在的材料 。 過程裝備與控制工程的主要研究內(nèi)容 ? 過程裝備與控制工程的主要研究內(nèi)容包括：過程裝備設(shè)計(jì)與制造 ， 高效節(jié)能裝備的開發(fā) ，成套裝置的開發(fā)與設(shè)計(jì) ， 成套工程 ， 設(shè)備結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度理論 ， 過程安全理論、技術(shù)與裝備，流程參數(shù)控制理論與技術(shù)， 制冷技術(shù)與裝備，粉體理論與技術(shù)等。過程工業(yè)所設(shè)計(jì)的對(duì)象是流程性物料，從原材料到產(chǎn)品須經(jīng)過復(fù)雜的工藝過程，因而整個(gè)過程需要有諸多的單元構(gòu)成，而每一個(gè)單元均需要有實(shí)現(xiàn)這一功能的設(shè)備來完成，將這些單元設(shè)備連接在一起便構(gòu)成過程裝備。主要以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造為平臺(tái)，以先進(jìn)高效過程裝備、傳感技術(shù)、智能信息技術(shù)、智能控制技術(shù)等為核心內(nèi)容，綜合利用本學(xué)科的交叉優(yōu)勢，致力于研究和開發(fā)過程工業(yè)中先進(jìn)的自動(dòng)化、智能化成套裝備。過程裝備與控制工程導(dǎo)論 周國發(fā)教授、博士生導(dǎo)師 授課教師 ? 周國發(fā)教授 ,南昌大學(xué)固體力學(xué)專業(yè)和環(huán)境工程專業(yè)博士研究生導(dǎo)師，現(xiàn)為江西省高校中青年學(xué)術(shù)帶頭人、江西省重點(diǎn)學(xué)科（化工機(jī)械學(xué)科）領(lǐng)銜教授、南昌大學(xué)教學(xué)名師、南昌大學(xué)化工機(jī)械設(shè)計(jì)研究所所長、國家重點(diǎn)新產(chǎn)品計(jì)劃評(píng)審評(píng)估專家、全國注冊(cè)安全工程師執(zhí)業(yè)資格考試命題專家小組成員 ? Email: ? 手機(jī)： 13870805360 ? 在高分子材料成型理論與技術(shù)方面有較深入的研究，同時(shí)致力發(fā)展先進(jìn)過程設(shè)備與控制技術(shù) ,高效傳熱技術(shù) , 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和微（?。┬突瘜W(xué)機(jī)械系統(tǒng)。 承擔(dān)的課題 ? 國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目 “氣輔共成型機(jī)理研究” ? 南昌大學(xué)國家 十五“ 211” 工程主要標(biāo)志性研究成果項(xiàng)目 ：“廢舊塑料資源化技術(shù)和環(huán)境友好成型技術(shù)研究” ； ? 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 ：“氣輔擠出口模的完全滑移非粘著擠出成型機(jī)理研究” ? 江西省重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目 :“ 氣輔擠出成型技術(shù)和成型裝置的研究” ? 江西省重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目 :“ 持續(xù)腹腔溫?zé)峁嘧⒒焹x研制” ? 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局科技攻關(guān)項(xiàng)目：地下管線智能自動(dòng)檢測系統(tǒng)與智能監(jiān)控安全管理系統(tǒng)研究 獲獎(jiǎng)：多次獲江西省自然科學(xué)獎(jiǎng)、江西省科技進(jìn)步獎(jiǎng) 一 過程裝備與控制定義與內(nèi)涵 （一）、過程裝備與控制工程專業(yè)定義 ? 過程裝備與控制工程專業(yè)是橫跨機(jī)械工程、控制工程、過程工程、動(dòng)力工程、工程熱物理、計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能信息技術(shù)等學(xué)科 , 以過程裝備研究和設(shè)計(jì)為主體，過程工藝與控制技術(shù)應(yīng)用為兩翼的多學(xué)科有機(jī)結(jié)合的交叉學(xué)科 。 ? 本專業(yè)是 機(jī)械達(dá)學(xué)科的一個(gè)分支 ，它自己是 屬于機(jī)械領(lǐng)域 ，同時(shí)又 服務(wù)于過程工業(yè) ，自身的 發(fā)展有需要機(jī)電控制 。而保證每個(gè)設(shè)備直至整個(gè)設(shè)備能正常工作，必須對(duì)其流程性參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，如壓力、溫度、流量、液位、濃度等，所有這些就必須要將過程裝備與傳感技術(shù)、智能信息技術(shù)、智能控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)交叉，所以 過程裝備與控制工程屬過 機(jī) 電一體化專業(yè) 。 物質(zhì)制造的 3個(gè)基本方法 物質(zhì)制造 化學(xué)制造 生物制造 物理制造 過程工業(yè)？ 過程工業(yè)加工制造流程性材料產(chǎn)品 Process industry manufactures products of processed materials ? 社會(huì)經(jīng)濟(jì)過程中的全部產(chǎn)品通常又可分為四類，即硬件產(chǎn)品 、 軟件產(chǎn)品 、 流程性材料產(chǎn)品 和 服務(wù)型產(chǎn)品 （國際標(biāo)準(zhǔn)化組織， ISO/DIS9000： 2022）。 ? 過程工業(yè)是加工制造流程性材料產(chǎn)品的現(xiàn)代制造業(yè) 。 過程制造業(yè)為裝備制造業(yè)提供原材料，同時(shí)裝備制造業(yè)為過程制造業(yè)提供制造裝備 過程工業(yè)是是國家的重要支柱產(chǎn)業(yè)，國家財(cái)稅收入的主要來源，其發(fā)展?fàn)顩r直接影響國家的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。 物質(zhì) 產(chǎn)品 化學(xué)與物理變化 眾多化學(xué)工藝 過程工業(yè) 覆蓋面寬 資源、能源耗量大污染嚴(yán)重 產(chǎn)值比例高 發(fā)展前景好 學(xué)科范疇、地位與關(guān)系 （二）、 ★ 大化工學(xué)科： 新材料生產(chǎn)的基礎(chǔ) 能源開發(fā)轉(zhuǎn)化的核心 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的后盾 生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的依托信息技術(shù)發(fā)展的支撐 環(huán)境治理的手段 煉油 煤化工 冶金 建材 制藥 化肥 輕工 燃燒 制氫 合成 環(huán)境 生態(tài) 石油化工