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1、张冰剑张冰剑284373zhbingjmailsysue284373zhbingjmailsysueducnpptducnppt课件课件教材“十一五”国家重点图书过程系统工程主编：姚平经2009年6月华东理工大学出版社 过程工业的特点u现代过程工业愈来愈注重于物料、能量的综合利用。多次循环复杂网络系统。过程工业向高效、节能、洁净型发展。u过程系统模型为具有高度非线性的代数、微分(偏、常微分)方程混合组成的数学模型，模型中包含大量的过程参数和高维状态变量，且高度交联、耦合。u现代过程工业操作可调、工艺灵活、产品多样、控制系统化的特点。 由相互联系、相互作用的若干由相互联系、相互作用的若干“构成要
2、素构成要素”组成组成的具有特定功能的有机整体。的具有特定功能的有机整体。什么是系统？系统系统f f ( (组成要素，结构，功能，环境）组成要素，结构，功能，环境）从系统工程到过程系统工程l二战时的运筹学，1950年代MIT开设系统工程课程。l1978年9月27日钱学森等在文汇报发表了组织管理的技术系统工程。 l过程系统工程: 1960年代, 单元过程的优化到系统优化, 过程系统的模拟、放大、设计与控制。2008年9月28日什么是过程系统工程（1）“如何选择优化了的单元设备及其间的联结关系来组成一个化工过程系统，从给定的原料生产一定的产品，在最少的总费用和最小的环境污染条件下安全地生产，并在运行
3、中采取和保持最优的操作条件”。Westerberg, A.W., Computer-assisted process and control engineering. In Frontiers in Chemical Engineering-Research needs and opportunities. National Academy Press, Washington DC, 1988: 135什么是过程系统工程（2） - 化 学 - - 化学工程学 - 系统科学 -过程系统工程化学、化学工程学和系统科学的交叉融合依据化学和工程原理，引入系统论、信息论、控制论，研究产品设计、过程设计和
4、化工生产系统的规律，扩展和创新模型化理论、优化算法和控制策略。 揭示化工过程和系统的规律科学问题调控过程系统的特性技术问题-分子-分子簇-颗粒-界面多相系统-单元-过程-系统-过程系统工程是一个交叉学科o化学工程学o信息论o控制论o应用数学o运筹学o过程系统工程层次结构和任务第二部分控制控制运行运行设计设计管理管理营销营销投资投资硬件技术系统硬件技术系统软件技术系统软件技术系统定常生产定常生产运营营销运营营销再生产再生产集成信息系统集成信息系统集成集成ERP集成设计集成设计过程系统层次结构过程系统工程的三大任务o过程模拟和分析o过程优化o过程综合目前，研究的热点已经从静态的设计优化转移到动态的
5、运行优化，或者设计运行联合优化。(1) 过程系统模拟 (Simulation)单元模拟：如分馏、换热和闪蒸等流程模拟：如炼油工业装置流程模拟，化工流程模拟等(2) 过程系统优化 (Optimization)参数优化：如温度、压力和流量等结构优化：设备类型、设备更新、设备间的联结等(3) 过程系统综合 (Synthesis) 过程系统综合的主要课题：过程系统综合的主要课题：（a） 反应路径的综合 （b）反应器网络综合（c） 换热器网络综合 （d）分离序列综合（e） 公用工程系统综合 （f） 控制系统综合（g） 全流程系统综合 （h）过程系统能量、质量集成 待综合的过程系统给定的或可选择的输入所要
6、求的或希望的输出(a) 直观推断法 (Heuristic)(b) 调优法 (Evolutionary)(c) 分解法 (Decomposition)(d) 结构参数法 (Structural parameter approach)(e) 人工智能 (Artificial intelligence)综合方法：过程系统工程的核心思想第三部分过程系统工程的核心思想o全局(系统)o优化过程系统创新！过程系统创新！关键：如何通过优化的单元构筑优化的系统？过程系统工程的工具第四部分过程系统工程的主要工具o流程模拟软件o通用建模语言o求解器Aspen Plus(Aspen One)，PRO/II，流程模拟软
7、件，炼油厂流程模型化和模拟的工具，包括物性库、多种热力学模型、化工单元过程模型，如分馏、混合、传热等，能够模型炼油厂各主要生产装置。Aspen Plus (AspenTech)、PRO/II (SIMSCI)流程模拟和分析工具Petro-SIM是基于HYSYS.Refinery的一个多功能的图解式流程模拟模型 。 它 将 KBC专 有 的Profimatics技术和工业化证明成熟的工艺相结合，更好地为炼油厂和石化厂建立单元优化和生产计划模型，使炼油化工厂利润达到最大化。Petro-SIM (KBC)过程系统建模和分析工具过程建模和求解工具，提供可视化的模型界面，标准化的数学语言，可求解大型数学规划模型，如线性规划、混合整数规划和非线性规划。GAMS、LINGOPIMS是基于线性规划，为炼油厂建立生产计划模型的软件，包括原油切割优化，调和优化等，使炼油化工厂利润达到最大化。PIMS (AspenTech)过程系统工程的发展趋势第五部分过程系统工程的发展趋势化学供应链生产运行分子设计流程设计设备设计控制方案流通消费产品合成1 12 2课程内容安排o最优化方法n线性规划n混合整数线性规划n非线性规划o过程模拟与分析n单元过程及模型化n模拟方法n模拟工具和软件3 3o过程合成n反应器合成n分离过程合成n换热网络合成结结 束！束！结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！35
