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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)