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化工系统工程的学习综述
化工系统工程的学习综述
综述
化工系统工程将系统工程学的理论和方法应用于化工过程领域的
一门新兴的边缘学科,是化学工程学的一个分支,是化学工程、系统
工程、运筹学、数值计算方法、过程控制论等的边缘学科。主要是面
向典型的化工过程系统,培养我们综合运用化工系统工程、化工工艺、
化工反应工程和传递和分离工程知识处理实际问题的能力
一、化工过程系统工程的产生和发展
20世纪20~30年代:建立在“单元操作”的概念基础上,研究的
是化工参数间简单的定量关系。
50年代,单元操作的理论有了发展,用可靠的数学形式加以表达;
60年代,由于计算机的迅速发展,在化工中也开始应用计算机,
但主要还是用于单元操作的计算,在系统分析方面的工作还是十分有
限的—产生和发展的理论准备时期。
70时年代,计算机的进一步发展,可以把几十个单元放在一起考
虑,走上实用的时期,研制出有效的工业用化工流程通用模拟系统,
对过程生产实现计算机控制。
80年代—普及推广。
90年代—完善、提高。
二、化工过程系统工程的基本内容
从化工系统的整体目标出发,根据系统内部各个组成部分的特性
及其相互关系,确定化工系统在规划、设计、控制和管理等方面的最
优策略。
三、化工过程系统工程任务
A.从工程实际中抽象出系统模拟、优化、合成问题的能力;
B.学会评价和选择解决实际过程系统问题的方法和途径;
C.培养我们用现代应用数学的方法实现对系统模拟、优化、合成
等过程
系统工程问题的能力;
D.了解有关过程系统工程研究领域和方法的必威体育精装版进展。
四、感兴趣的内容
1.化工过程系统的优化
1.1目的意义:解决工程设计、生产技术、科学试验、计划管理等
问题,获
得最优的方案。
1.2优化
1.2.1基本概念:在过程系统性能、特点所给定的约束条件下,找
出使过程系统的性能指标(目标函数)达到最小(or最大)的设备参
数或工艺变量。
1.2.2分类
优化分为结构优化、参数优化、管理和求解方法的最优化。目的
是最小的投入和日常消耗获得最大的收益。
(1)结构优化:流程方案优化,在多种可行方案中找出费用最小
的流程结构,同时保证该方案满足安全、环保、易操作等要求。过程
系统合成
参数优化:流程结构确定,对过程系统参数优化。包括设计参数
优化(定性)和操作参数优化(定量)。
(2)设计参数优化:通过最优化方法应用于过程系统模型,寻求
一组使目标函数达到最优,同时又满足各项设计规定要求的设计变量。
可计算单元设备尺寸。
(3)操作参数优化(操作工况调优):根据环境和条件的变化来
调节操作变量,使整个系统处于最佳状态。其基本思想是综合考虑系
统能力和经营决策,在经营目标之下,充分发挥系统潜力,提高应变
能力,获得全局经济效益。
1)在线(实时)操作优化:操作参数与生产装置的测试系统连接
在一起,随时根据检测仪表送来的信息进行优化计算,然后将计算结
果送往控制系统。
①开环:计算结果在显示器上显示,提请操作人员作出决策,是
否以此计算结
果进行调控。
②闭环:优化计算结果直接送到控制系统执行。
2)离线操作优化:操作参数优化计算定期进行,计算结果指导生
产操作。管理优化:
①资源的合理分配
②时序问题(Scheduling)
③多产品生产过程的排产计划
1.3.过程优化一般步骤
1)分析问题
2)建模
3)模型分解简化
4)选择适当优化方法
5)求解
6)结果分析
7)优化结果验证
①确定变量
②确定目标函数
③确定约束条件
1.4建模方法
1)机理模型:对过程机理清楚的问题。计算精确,形式复杂,大
型稀疏性,需特殊最优化方法。
2)黑箱模型:过程机理不清楚,或机理复杂,难以建立数学方程
组或求解困难。
A)
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