化工系統(tǒng)工程緒論-在線瀏覽
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【正文】 主編 （ 2） 化工過(guò)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(guò)程系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史和研究?jī)?nèi)容 過(guò)程系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史 （ 1）化工過(guò)程 化工過(guò)程是指用適當(dāng)?shù)脑辖?jīng)過(guò)一系列物理單元操作和化學(xué)反應(yīng)的單元過(guò)程而轉(zhuǎn)化為合乎需要的產(chǎn)品的過(guò)程。 （ 2）過(guò)程系統(tǒng)工程（ PSE） 以處理物料 能量 資金 信息流的過(guò)程系統(tǒng)為研究對(duì)象，其核心功能是過(guò)程系統(tǒng)的組織、計(jì)劃、協(xié)調(diào)、設(shè)計(jì)、控制和管理。（ 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。 （ 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。 20世紀(jì) 80年代末至 90年代末 ，成長(zhǎng)時(shí)期。另一方面，石油危機(jī)，節(jié)能降耗。 新世紀(jì)開始至現(xiàn)在 ，擴(kuò)展時(shí)期，研究范圍和研究?jī)?nèi)容都在擴(kuò)大。 過(guò)程系統(tǒng)工程的研究?jī)?nèi)容 （ 1）基礎(chǔ)部分 過(guò)程穩(wěn)態(tài)模擬 過(guò)程系統(tǒng)優(yōu)化 過(guò)程系統(tǒng)綜合與集成 過(guò)程動(dòng)態(tài)分析與控制 （ 2）擴(kuò)充部分 面向過(guò)程工業(yè)的經(jīng)營(yíng)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(guò)程系統(tǒng) (Process system) 過(guò)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(guò)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。 （ 2）過(guò)程系統(tǒng)模擬分析（ Analysis) 給定的過(guò)程系統(tǒng) 指定的輸入 待求的輸出 從傳統(tǒng)的過(guò)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。 過(guò)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(wèn)題定義，寫出相關(guān)衡算方程和過(guò)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(guò)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。 最具代表性的方法是 數(shù)學(xué)規(guī)劃法 。 大規(guī)模的 非線性規(guī)劃 和 混合整數(shù)非線性規(guī)劃 問(wèn)題。 多目標(biāo)優(yōu)化： 經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和可操作性等 多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題極少存在絕對(duì)最優(yōu)解，而是存在一個(gè)非劣解集（ pareto 解集 ），即其中每一個(gè)解在不犧牲其它子目標(biāo)性能的前提下已無(wú)法再改進(jìn)單個(gè)子目標(biāo)性能。 2030405060708090100110120400 500 600 700 800 900Cost /$ h1（ 4）過(guò)程系統(tǒng)綜合 (Synthesis)與集成（ Integration) 待綜合的過(guò)程系統(tǒng) 給定的或可選擇的輸入 所要求的或希望的輸出 過(guò)程系統(tǒng)綜合是指按著規(guī)定的系統(tǒng)特性，尋求所需的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其各子系統(tǒng)的性能，并使系統(tǒng)按規(guī)定的目標(biāo)進(jìn)行最優(yōu)組合；是過(guò)程系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最具創(chuàng)造性的步驟。 從數(shù)學(xué)上講，第一個(gè)決策可表示為整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題，第二個(gè)決策是非線性規(guī)劃問(wèn)題。 過(guò)程系統(tǒng)集成包括 能量集成 和 質(zhì)量集成 兩個(gè)主要方面，相伴隨的是信息集成。 質(zhì)量集成 考慮物質(zhì)的總體分配，包括過(guò)程中物質(zhì)的利用、循環(huán)、截?cái)?，流股的分割、混合等，涉及把所有物質(zhì)轉(zhuǎn)化為最有價(jià)值產(chǎn)物的路徑，有效的生產(chǎn)理想產(chǎn)品，使副產(chǎn)物和廢物最小化。 過(guò)程系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)研究的方法 ： 第一步 ，建立過(guò)程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，或運(yùn)用已有模擬軟件，進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬； 第二步 ，整理計(jì)算數(shù)據(jù)，與已有的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或生產(chǎn)數(shù)據(jù)作偏差對(duì)比，從過(guò)程機(jī)理與數(shù)值計(jì)算角度解釋和分析偏差產(chǎn)生的各種影響因素，并給予修正，直到滿足允許誤差的要求。 2 過(guò)程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬 基本概念 目的：研究化工系統(tǒng)整體穩(wěn)態(tài)特性。
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