化工過程分析與合成

1、化工過程分析與合成化工過程分析與合成課程要求w 認真聽課，認真聽課，重在應用重在應用；w 要求要求出勤率出勤率，出勤情況記入總分，占總分，出勤情況記入總分，占總分15%，根據(jù)點名出勤情況打分確定；，根據(jù)點名出勤情況打分確定；w 平時大作業(yè)完成情況記入總分，占總分平時大作業(yè)完成情況記入總分，占總分15%，根據(jù)作業(yè)完成情況打分確定；，根據(jù)作業(yè)完成情況打分確定；w 結課考試成績占總分結課考試成績占總分70%。w 1 緒論緒論w 2 化工過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬與分析化工過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬與分析w 3 化工過程系統(tǒng)動態(tài)模擬與分析化工過程系統(tǒng)動態(tài)模擬與分析w 4 化工過程系統(tǒng)的優(yōu)化化工過程系統(tǒng)的優(yōu)化w 5 化工生

2、產過程操作工況調優(yōu)化工生產過程操作工況調優(yōu)w 6 間歇化工過程間歇化工過程w 7 換熱網絡合成換熱網絡合成w 8 分離塔序列綜合分離塔序列綜合課程主要內容1 緒論化工化工過程過程分析與合成分析與合成過程：過程：客觀事物從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的轉移?？陀^事物從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的轉移。過程過程工藝工藝：對物料流進行物理或化學的加工工藝。對物料流進行物理或化學的加工工藝?；ぃ捰?，化肥）、輕工、冶金過程、醫(yī)藥生化工（煉油，化肥）、輕工、冶金過程、醫(yī)藥生產過程等。產過程等。制造制造工藝工藝：以工件為對象的加工工藝。像電視機、以工件為對象的加工工藝。像電視機、汽車、機械零件加工等的生產，都是制造工

3、藝汽車、機械零件加工等的生產，都是制造工藝1.1 化工過程w 化工過程化工過程：以天然物料（煤、石油、鹽等）以天然物料（煤、石油、鹽等）為基礎原料，經過物理或化學加工制成產為基礎原料，經過物理或化學加工制成產品的過程。品的過程。w 通?；み^程大都包括三個部分通?；み^程大都包括三個部分：w 原料制備原料制備w 化學反應化學反應w 產品分離產品分離w 在多種多樣的單元過程中，最重要的也是在多種多樣的單元過程中，最重要的也是最多用的單元過程最多用的單元過程是：是：w 化學反應過程化學反應過程w 換熱過程換熱過程w 分離過程分離過程1.1.1 化學反應過程w 化學反應過程是化工過程的核心部分化學反

4、應過程是化工過程的核心部分。w 主要的化學反應過程有：主要的化學反應過程有：w 催化催化反應過程反應過程w 熱裂解反應熱裂解反應過程過程w 電解質溶液離子反應電解質溶液離子反應過程過程w 生物化學生物化學反應過程反應過程1.1.2 換熱過程w 定義：定義：化工過程工藝流程中被處理的物流，按各化工過程工藝流程中被處理的物流，按各單元過程所要求的溫度，通過換熱器加熱或冷卻單元過程所要求的溫度，通過換熱器加熱或冷卻的過程。的過程。滿足這種換熱要求的熱量或冷量，可滿足這種換熱要求的熱量或冷量，可以來自流程中的工藝物料流或是來自公用工程，以來自流程中的工藝物料流或是來自公用工程，構成換熱網絡。構成換熱網

5、絡。w 換熱網絡設計目標：換熱網絡設計目標：以最大限度的節(jié)能、經濟的以最大限度的節(jié)能、經濟的設備投資、良好的操作適應性。設備投資、良好的操作適應性。w 實現(xiàn)最佳的換熱網絡設計，是化工過程系統(tǒng)合成實現(xiàn)最佳的換熱網絡設計，是化工過程系統(tǒng)合成研究的一項典型的事例，研究的一項典型的事例，也是也是本課程本課程將要將要重點研重點研討討的一項內容。的一項內容。1.1.3 分離過程w 定義：定義：從某種已知組成的混合物中分離出某幾種目從某種已知組成的混合物中分離出某幾種目標產物的過程標產物的過程.w 化工系統(tǒng)綜合化工系統(tǒng)綜合:從可以設計出的不同流程、不同塔從可以設計出的不同流程、不同塔數(shù)的多種流程方案中選擇經

6、濟的、能滿足分離要求數(shù)的多種流程方案中選擇經濟的、能滿足分離要求的最佳方案的最佳方案.w 分離過程選擇分離過程選擇:w 非均一系物料的氣固相分離非均一系物料的氣固相分離:采用沉降、過濾、濕采用沉降、過濾、濕法除塵、電除塵等單元操作。法除塵、電除塵等單元操作。w 液固相分離液固相分離:過濾、干燥、沉降等。過濾、干燥、沉降等。w 均一系物料的氣相分離均一系物料的氣相分離，可采用吸附、吸收、膜，可采用吸附、吸收、膜分離。分離。w 液相分離液相分離:則可用蒸餾與精餾、蒸發(fā)、結晶、汽提、則可用蒸餾與精餾、蒸發(fā)、結晶、汽提、萃取、膜分離等。萃取、膜分離等。w 化學反應過程化學反應過程w 換熱過程換熱過程w

7、 分離過程分離過程w 不同的化工過程只是這三類過程的不同組合不同的化工過程只是這三類過程的不同組合w 化工系統(tǒng)工程研究內容化工系統(tǒng)工程研究內容:這三類，其中主要是這三類，其中主要是換熱過程和分離過程換熱過程和分離過程1.2 化工過程生產操作控制w 化工過程生產操作控制化工過程生產操作控制：對生產操作工況：對生產操作工況的調節(jié)。主要是對物料流溫度、壓力、流的調節(jié)。主要是對物料流溫度、壓力、流量、液位、組成等操作參數(shù)的調節(jié)。量、液位、組成等操作參數(shù)的調節(jié)。w 化工過程生產操作控制分類化工過程生產操作控制分類 分散控制分散控制 集中控制集中控制化工過程生產操作控制化工過程生產操作控制對生產過程是否能

8、正對生產過程是否能正常進行影響很大，因此至關重要。常進行影響很大，因此至關重要。w 分散控制分散控制:w 20世紀四五十年代的早期過程控制技術，采世紀四五十年代的早期過程控制技術，采用基地式控制儀表實施單輸入、單輸出的簡單用基地式控制儀表實施單輸入、單輸出的簡單回路控制，又稱為回路控制，又稱為分散控制分散控制，w 目標目標:保持生產工況平穩(wěn)。保持生產工況平穩(wěn)。w 分散控制技術的特點分散控制技術的特點：各個控制回路都相互獨：各個控制回路都相互獨立。立。w 優(yōu)點：優(yōu)點：當某一控制回路出現(xiàn)故障時，不致影響當某一控制回路出現(xiàn)故障時，不致影響其他回路的正常工作。其他回路的正常工作。w 缺點：缺點：控制參

9、數(shù)較多時，需要相應設置較多的控制參數(shù)較多時，需要相應設置較多的硬件。且這種分散的控制，硬件。且這種分散的控制，難于實現(xiàn)總體優(yōu)化難于實現(xiàn)總體優(yōu)化。w 集中控制集中控制：將計算機應用于化工過程控制，：將計算機應用于化工過程控制，把各個控制回路的運算、控制、顯示都集中把各個控制回路的運算、控制、顯示都集中于計算機來實現(xiàn)的控制手段。于計算機來實現(xiàn)的控制手段。w 優(yōu)點優(yōu)點：可以大大的節(jié)省硬件成本，便于同時：可以大大的節(jié)省硬件成本，便于同時分析各個控制回路的信息，為實現(xiàn)全系統(tǒng)的分析各個控制回路的信息，為實現(xiàn)全系統(tǒng)的優(yōu)化控制提供了條件。優(yōu)化控制提供了條件。w 缺點缺點：一旦發(fā)生計算機故障則將出現(xiàn)全控制：一旦

10、發(fā)生計算機故障則將出現(xiàn)全控制系統(tǒng)癱瘓的危險。由于這種缺陷的困擾，曾系統(tǒng)癱瘓的危險。由于這種缺陷的困擾，曾使計算機控制技術一度陷于難于發(fā)展的困境。使計算機控制技術一度陷于難于發(fā)展的困境。w 20世紀世紀70年代中期年代中期集散系統(tǒng)集散系統(tǒng)的出現(xiàn)，使計算的出現(xiàn)，使計算機控制技術出現(xiàn)了燦爛的應用前景。機控制技術出現(xiàn)了燦爛的應用前景。1.3 化工過程分析與合成化工過程分析與合成w 化工過程分析與合成化工過程分析與合成又稱為又稱為化工過程系統(tǒng)工化工過程系統(tǒng)工程程，w 化工過程系統(tǒng)工程化工過程系統(tǒng)工程是在是在系統(tǒng)工程系統(tǒng)工程、化學工程化學工程、過程控制過程控制、計算數(shù)學、信息技術計算數(shù)學、信息技術等學科的

11、邊等學科的邊緣上產生的一門綜合性學科，緣上產生的一門綜合性學科，w 化工過程系統(tǒng)工程化工過程系統(tǒng)工程以處理物料以處理物料-能量能量-信息流信息流的過程系統(tǒng)為研究對象。的過程系統(tǒng)為研究對象。w “化工過程系統(tǒng)工程化工過程系統(tǒng)工程”作為現(xiàn)代化學工程作為現(xiàn)代化學工程的一個組成部分，是新近發(fā)展起來的一門的一個組成部分，是新近發(fā)展起來的一門新興的邊緣科學。新興的邊緣科學。w 簡單地說，將簡單地說，將系統(tǒng)工程學系統(tǒng)工程學的理論和方法應的理論和方法應用于用于化工過程化工過程就形成了就形成了化工過程系統(tǒng)工程，化工過程系統(tǒng)工程，簡稱為化工系統(tǒng)工程簡稱為化工系統(tǒng)工程。一 化工過程系統(tǒng)工程w 系統(tǒng)工程：系統(tǒng)工程：以

12、大系統(tǒng)為對象進行研究的跨學以大系統(tǒng)為對象進行研究的跨學科的邊緣性科學?？频倪吘壭钥茖W。w 起源起源:該學科該學科最初發(fā)源于美國最初發(fā)源于美國，由于二次世界，由于二次世界大戰(zhàn)期間，美國需要在有限的時間、空間和大戰(zhàn)期間，美國需要在有限的時間、空間和運力條件下安排達到最大的運送量。因此提運力條件下安排達到最大的運送量。因此提出了如何對出了如何對運力進行安排以實現(xiàn)最大運送量運力進行安排以實現(xiàn)最大運送量的問題。的問題。w 其后，在其后，在通信網絡的設計過程中通信網絡的設計過程中，也發(fā)現(xiàn)存，也發(fā)現(xiàn)存在著如何安排通信網絡以達到用最小的投入，在著如何安排通信網絡以達到用最小的投入，得到最優(yōu)的通話效果的得到最優(yōu)

13、的通話效果的通信網絡最優(yōu)配備通信網絡最優(yōu)配備問問題。題。 w 由于先驅者的出發(fā)點和側重面各有不同，由于先驅者的出發(fā)點和側重面各有不同，對系統(tǒng)工程的理解和認識也就各有不同對系統(tǒng)工程的理解和認識也就各有不同.w 有些人強調復雜系統(tǒng)的有些人強調復雜系統(tǒng)的最優(yōu)管理和最優(yōu)控最優(yōu)管理和最優(yōu)控制。制。w 有些人則著眼于工程有些人則著眼于工程系統(tǒng)的規(guī)劃和最優(yōu)設系統(tǒng)的規(guī)劃和最優(yōu)設計。計。 w當強調復雜系統(tǒng)的最優(yōu)管理和最當強調復雜系統(tǒng)的最優(yōu)管理和最優(yōu)控制時優(yōu)控制時現(xiàn)代管理科學?，F(xiàn)代管理科學。w當著眼工程的規(guī)劃及最優(yōu)設計當著眼工程的規(guī)劃及最優(yōu)設計尋優(yōu)的綜合技術。尋優(yōu)的綜合技術。w 系統(tǒng)工程的基本思想系統(tǒng)工程的基本思

14、想：從系統(tǒng)整體的觀念從系統(tǒng)整體的觀念出發(fā)，周密考慮系統(tǒng)內各個組成部分相互出發(fā)，周密考慮系統(tǒng)內各個組成部分相互間的制約關系，討論系統(tǒng)整體的最優(yōu)策略。間的制約關系，討論系統(tǒng)整體的最優(yōu)策略。w 系統(tǒng)工程學系統(tǒng)工程學又名：又名：工程學的方法論工程學的方法論w 研究對象：各個不同的系統(tǒng)研究對象：各個不同的系統(tǒng)w 化工過程系統(tǒng)工程化工過程系統(tǒng)工程w 以以系統(tǒng)工程學為基礎系統(tǒng)工程學為基礎，w 把把社會問題作為研究對象社會問題作為研究對象的學科稱為的學科稱為社會社會系統(tǒng)工程學系統(tǒng)工程學。w 把把環(huán)境問題作為研究對象環(huán)境問題作為研究對象的學科稱為的學科稱為環(huán)境環(huán)境系統(tǒng)工程學。系統(tǒng)工程學。w 把把化工過程系統(tǒng)問題

15、作為研究對象化工過程系統(tǒng)問題作為研究對象的學科的學科稱為稱為化工化工過程系統(tǒng)工程學過程系統(tǒng)工程學。 1 認識上的三次飛躍認識上的三次飛躍w 第一次第一次：20年代年代 提出了提出了“單元操作單元操作”的概的概念念 產生了化學工程學產生了化學工程學w 第二次第二次：50年代年代 提出了提出了“三傳三傳”的概念的概念 產產生了化工傳遞過程原理的學科生了化工傳遞過程原理的學科w 第三次第三次：60年代初年代初 提出了提出了“對化工過程系對化工過程系統(tǒng)的分析和模擬統(tǒng)的分析和模擬”的概念的概念 產生了化工過程產生了化工過程系統(tǒng)工程學系統(tǒng)工程學二、二、 化工過程系統(tǒng)工程學的起源和發(fā)展化工過程系統(tǒng)工程學的起

16、源和發(fā)展w 2 化工過程系統(tǒng)工程學產生的基礎化工過程系統(tǒng)工程學產生的基礎w 化工化工生產過程的綜合性不斷增強生產過程的綜合性不斷增強，化工企業(yè)朝，化工企業(yè)朝著多品種、跨學科的方向發(fā)展著多品種、跨學科的方向發(fā)展w 化工裝置日趨大型化化工裝置日趨大型化，對放大技術的要求越來，對放大技術的要求越來越高，小試到規(guī)模生產的周期越來越短。越高，小試到規(guī)模生產的周期越來越短。w 能源緊缺，能源緊缺，能源的有效及合理利用成為人們越能源的有效及合理利用成為人們越來越關心的問題。來越關心的問題。w 產品競爭日益加劇產品競爭日益加劇，一個品種的改變要求跟著，一個品種的改變要求跟著企業(yè)迅速改變，以適應市場的變化企業(yè)迅

17、速改變，以適應市場的變化w 環(huán)境意識的提高環(huán)境意識的提高，要求企業(yè)對污染加以嚴格的，要求企業(yè)對污染加以嚴格的控制，提出了如何減少污染，合理的綜合利用控制，提出了如何減少污染，合理的綜合利用資源的問題。資源的問題。w 3 化工系統(tǒng)工程學的綜合性化工系統(tǒng)工程學的綜合性w 從化工系統(tǒng)工程學的形成過程可知，這是從化工系統(tǒng)工程學的形成過程可知，這是一門綜合性學科，涉及：一門綜合性學科，涉及：w 化學工程學化學工程學w 系統(tǒng)工程學系統(tǒng)工程學w 運籌學運籌學w 計算技術計算技術w 過程控制理論過程控制理論三、化工系統(tǒng)工程學的基本內容w 任務：任務：在在“一定的輸入輸出條件下，尋求一定的輸入輸出條件下，尋求一

18、個整體最優(yōu)的過程系統(tǒng)一個整體最優(yōu)的過程系統(tǒng)”。 對一個待求的未知系統(tǒng)應指出：該系統(tǒng)對一個待求的未知系統(tǒng)應指出：該系統(tǒng)應應如何規(guī)劃、設計、操作、控制如何規(guī)劃、設計、操作、控制。 為完成上述任務，大致包括兩個方面的為完成上述任務，大致包括兩個方面的工作工作: 化工過程系統(tǒng)的化工過程系統(tǒng)的分析分析 化工過程系統(tǒng)的化工過程系統(tǒng)的合成合成w 化工過程分析化工過程分析：對過程系統(tǒng)的運行機制、影響因素、：對過程系統(tǒng)的運行機制、影響因素、過程模型的數(shù)學描述、目標函數(shù)的建立、優(yōu)惠工況過程模型的數(shù)學描述、目標函數(shù)的建立、優(yōu)惠工況下的最佳操作參數(shù)等進行分析。下的最佳操作參數(shù)等進行分析。w 例：例：某年產某年產30萬

19、萬t 乙烯裝置乙烯裝置改擴建改擴建為為45萬萬t 裝置，竣裝置，竣工投產后工投產后達到了預期的產量達到了預期的產量，但，但能耗超標能耗超標。w 如何選擇對策，就要對如何選擇對策，就要對工藝裝置進行分析，工藝裝置進行分析，在對過在對過程進行系統(tǒng)分析的同時，必需要對程進行系統(tǒng)分析的同時，必需要對單元、物料、能單元、物料、能量利用情況量利用情況進行分析。進行分析。1.3.1 化工過程系統(tǒng)的分析w 過程系統(tǒng)分析與模擬過程系統(tǒng)分析與模擬：w 建立過程系統(tǒng)的數(shù)學模型并在計算機上模擬計建立過程系統(tǒng)的數(shù)學模型并在計算機上模擬計算的整個過程稱為過程系統(tǒng)分析與模擬。算的整個過程稱為過程系統(tǒng)分析與模擬。w 過程系統(tǒng)

20、的模型：過程系統(tǒng)的模型：對實際過程系統(tǒng)的描述。對實際過程系統(tǒng)的描述。 包括：包括：數(shù)學模型與實物模型。數(shù)學模型與實物模型。 w 數(shù)學模型：數(shù)學模型：建立數(shù)學表達式，建立數(shù)學表達式，在建立過程在建立過程中中運用邏輯關系、規(guī)則、概念。運用邏輯關系、規(guī)則、概念。w 模擬計算：模擬計算：首先要尋求有效的數(shù)學模型求首先要尋求有效的數(shù)學模型求解的方法，并將模型的求解過程轉變?yōu)橛嫿獾姆椒?，并將模型的求解過程轉變?yōu)橛嬎愠绦颍缓笥嬎愕贸鲋庇^形式的輸出結算程序，然后計算得出直觀形式的輸出結果果.w 前例中前例中：若該套擴建不久的年產若該套擴建不久的年產45萬萬t乙烯裝置，乙烯裝置，又面臨著進一步擴建為又面臨著進

21、一步擴建為60萬萬t規(guī)模的任務。規(guī)模的任務。w 建摸時要吸取前次擴建的經驗建摸時要吸取前次擴建的經驗w 這是一個大系統(tǒng)的多目標這是一個大系統(tǒng)的多目標合成合成問題，是一個按問題，是一個按既定多目標函數(shù)尋優(yōu)的系統(tǒng)合成問題既定多目標函數(shù)尋優(yōu)的系統(tǒng)合成問題。擴建方案的目標w達到產量要求w達到能耗指標過程系統(tǒng)合成過程系統(tǒng)合成：所需系統(tǒng)結構所需系統(tǒng)結構 定義定義：按照規(guī)定的系統(tǒng)特性：按照規(guī)定的系統(tǒng)特性 子系統(tǒng)性能子系統(tǒng)性能按規(guī)定的目標最優(yōu)組合，尋求按規(guī)定的目標最優(yōu)組合，尋求理想過程系統(tǒng)理想過程系統(tǒng)。 具有具有最優(yōu)最優(yōu)的的系統(tǒng)結構系統(tǒng)結構理想的過程系統(tǒng)理想的過程系統(tǒng)具有最合適的具有最合適的子系統(tǒng)子系統(tǒng)尋求1

22、.3.2 化工過程系統(tǒng)的合成混合混合反應分離分離分離+B+C+A+PBA+CAC例：例：某化工過程系統(tǒng)由某化工過程系統(tǒng)由+為原料生產，且副為原料生產，且副產，其可能的過程流程一：產，其可能的過程流程一：樹結構樹結構流程流程系統(tǒng)結構的概念系統(tǒng)結構的概念例：例：某化工過程系統(tǒng)由某化工過程系統(tǒng)由+為原料生產，且副為原料生產，且副產，其可能的過程流程二產，其可能的過程流程二：再循環(huán)結構再循環(huán)結構流程流程 混反B+C+A+P分離+分離分離w 由前例可知，過程系統(tǒng)的流程結構可有幾由前例可知，過程系統(tǒng)的流程結構可有幾種選擇方案（備選方案）。種選擇方案（備選方案）。w 樹結構流程樹結構流程w 再循環(huán)流股結構再

23、循環(huán)流股結構子系統(tǒng)子系統(tǒng)的特性更有幾種方案可供選擇。的特性更有幾種方案可供選擇。如：想得到合格如：想得到合格分離子系統(tǒng)分離子系統(tǒng)精餾萃取精餾萃取板式填料間歇連續(xù)板式填料間歇連續(xù)這種在多種備選方案中進行選擇及排除，以這種在多種備選方案中進行選擇及排除，以構造最理想系統(tǒng)的過程構造最理想系統(tǒng)的過程為為系統(tǒng)的綜合過程系統(tǒng)的綜合過程。過程系統(tǒng)合成的方法過程系統(tǒng)合成的方法w 過去過去：全部憑借工程師的經驗。全部憑借工程師的經驗。w 現(xiàn)在現(xiàn)在：借助對各種子系統(tǒng)的分析與模擬借助對各種子系統(tǒng)的分析與模擬，預測系統(tǒng)特性，達到綜合目的預測系統(tǒng)特性，達到綜合目的。w 因此：因此：過程系統(tǒng)分析過程系統(tǒng)分析是是過程系統(tǒng)綜

24、合的過程系統(tǒng)綜合的基礎基礎。w 化工過程系統(tǒng)合成包括有化工過程系統(tǒng)合成包括有：w 反應路徑合成反應路徑合成w 換熱網絡合成換熱網絡合成w 分離序列合成分離序列合成w 過程控制系統(tǒng)合成過程控制系統(tǒng)合成w 特別是要解決由各個單元過程合成總體過程特別是要解決由各個單元過程合成總體過程系統(tǒng)的任務。系統(tǒng)的任務。過程系統(tǒng)合成的研究內容過程系統(tǒng)合成的研究內容w 反應路徑的綜合：反應路徑的綜合：對給定原料規(guī)定產品的問題稱為反對給定原料規(guī)定產品的問題稱為反應路徑的綜合。應路徑的綜合。例：例：由糠醛糠醇由糠醛糠醇可以有可以有氣相加氫法高壓，但反應迅速，氣相加氫法高壓，但反應迅速，副產物少。副產物少。也有也有液相加

25、氫法低壓，反應慢，副液相加氫法低壓，反應慢，副產物多。產物多。尋求反應路徑w 換熱網絡綜合：換熱網絡綜合：對于大型化工企業(yè)，多裝置，多物流。對于大型化工企業(yè)，多裝置，多物流。一些裝置一些裝置需要熱物流作為加熱介質需要熱物流作為加熱介質，另一些裝，另一些裝置則置則需冷卻介質提供冷量需冷卻介質提供冷量。因而，從全局的角度，合理配置冷熱物流因而，從全局的角度，合理配置冷熱物流的走向，以達到冷熱配置平衡，以最低的消耗的走向，以達到冷熱配置平衡，以最低的消耗達到最優(yōu)的換熱配置。達到最優(yōu)的換熱配置。這就要求：通過物流間的合理分配，使熱這就要求：通過物流間的合理分配，使熱量（冷量）利用最合理。量（冷量）利用

26、最合理。w 分離序列綜合：分離序列綜合：以組元、均相混合液的分離為例以組元、均相混合液的分離為例找出最優(yōu)的分離序列找出最優(yōu)的分離序列設計者需解決設計者需解決的問題對最優(yōu)分離序列中的單的問題對最優(yōu)分離序列中的單個分離器找出最優(yōu)設計個分離器找出最優(yōu)設計 參數(shù)參數(shù)不同的兩種分離序列方案：哪個好，需找不同的兩種分離序列方案：哪個好，需找出判別方法。出判別方法。w 反應器網絡的綜合：反應器網絡的綜合：w 對于需多級多次反應才可得到的反應產物對于需多級多次反應才可得到的反應產物需建立反應器網絡（或稱反應器系統(tǒng)）。如何需建立反應器網絡（或稱反應器系統(tǒng)）。如何使系統(tǒng)最優(yōu)。使系統(tǒng)最優(yōu)。w 全流程的綜合：全流程的

27、綜合：w 由由原料原料目的產物目的產物w 尋找最優(yōu)的流程，包括：反應、分離、換尋找最優(yōu)的流程，包括：反應、分離、換熱等等，全流程實現(xiàn)最優(yōu)。熱等等，全流程實現(xiàn)最優(yōu)。w 公用工程系統(tǒng)綜合：公用工程系統(tǒng)綜合： 公用工程系統(tǒng)的核心部分是蒸汽動力公用工程系統(tǒng)的核心部分是蒸汽動力系統(tǒng)。蒸汽動力系統(tǒng)最優(yōu)綜合的目的就是系統(tǒng)。蒸汽動力系統(tǒng)最優(yōu)綜合的目的就是要降低整個系統(tǒng)的能耗。要降低整個系統(tǒng)的能耗。1.4 化工過程模擬系統(tǒng)w 20世紀初期，世紀初期，對于化工過程的開發(fā)、設計，只是采對于化工過程的開發(fā)、設計，只是采用由用由實驗室到中間廠逐級放大的經驗方法實驗室到中間廠逐級放大的經驗方法。w 30年代年代出現(xiàn)了出現(xiàn)

28、了相似論為基礎得出準數(shù)方程相似論為基礎得出準數(shù)方程的辦法。同的辦法。同時出現(xiàn)了建立數(shù)學模型的模擬放大法。時出現(xiàn)了建立數(shù)學模型的模擬放大法。w 50年代后期年代后期，應用計算機及數(shù)值計算，采用數(shù)學模擬，應用計算機及數(shù)值計算，采用數(shù)學模擬的方法解決了大部分單元過程的開發(fā)放大問題。的方法解決了大部分單元過程的開發(fā)放大問題。w 即根據(jù)最基本的單元過程實驗數(shù)據(jù)，利用數(shù)學模型在即根據(jù)最基本的單元過程實驗數(shù)據(jù)，利用數(shù)學模型在計算機上解決開發(fā)放大問題。計算機上解決開發(fā)放大問題。w 例如：丙烯二聚例如：丙烯二聚反應由實驗室數(shù)據(jù)放大到工業(yè)反應器反應由實驗室數(shù)據(jù)放大到工業(yè)反應器設計，放大倍數(shù)達設計，放大倍數(shù)達170

29、0倍倍。w 甲苯歧化反應甲苯歧化反應過程的放大倍數(shù)為過程的放大倍數(shù)為6000倍倍。w 這種在計算機上模擬化工過程工藝流程的這種在計算機上模擬化工過程工藝流程的軟件，稱為軟件，稱為化工流程模擬系統(tǒng)化工流程模擬系統(tǒng)。w 應用化工流程模擬系統(tǒng)進行化工過程工藝應用化工流程模擬系統(tǒng)進行化工過程工藝開發(fā)設計的技術，稱作計算機輔助過程設開發(fā)設計的技術，稱作計算機輔助過程設計計(Computer Aided Process Design)。按待模擬的系統(tǒng)特性：按待模擬的系統(tǒng)特性： 1 穩(wěn)態(tài)過程系統(tǒng)模擬：穩(wěn)態(tài)過程系統(tǒng)模擬： 2 動態(tài)過程系統(tǒng)模擬：動態(tài)過程系統(tǒng)模擬： 1.4.1化工流程穩(wěn)態(tài)模擬系統(tǒng)w 一般的化工流

30、程模擬系統(tǒng)是穩(wěn)態(tài)模擬系統(tǒng)。一般的化工流程模擬系統(tǒng)是穩(wěn)態(tài)模擬系統(tǒng)。特性：特性：（1） 系統(tǒng)參數(shù)不隨時間變化，系統(tǒng)參數(shù)不隨時間變化，建模容易。建模容易。（2） 系統(tǒng)沒有或不考慮大的干擾造成波系統(tǒng)沒有或不考慮大的干擾造成波 動的影響。動的影響。w 在大規(guī)模連續(xù)化的工藝流程中，物料是以連續(xù)流在大規(guī)模連續(xù)化的工藝流程中，物料是以連續(xù)流動的狀態(tài)在系統(tǒng)中被加工的，過程中的各種參數(shù)動的狀態(tài)在系統(tǒng)中被加工的，過程中的各種參數(shù)總是隨時間不斷變化的，因而穩(wěn)態(tài)是不存在的?？偸请S時間不斷變化的，因而穩(wěn)態(tài)是不存在的。w 穩(wěn)態(tài)模擬穩(wěn)態(tài)模擬只不過是只不過是對動態(tài)過程到達平穩(wěn)狀態(tài)對動態(tài)過程到達平穩(wěn)狀態(tài)的一的一種簡化處理，事實上

31、這種處理是很必要的。種簡化處理，事實上這種處理是很必要的。w 20世紀世紀60年代以來，化工流程穩(wěn)態(tài)模擬系統(tǒng)年代以來，化工流程穩(wěn)態(tài)模擬系統(tǒng)的發(fā)展經歷了三個時代。的發(fā)展經歷了三個時代。w 第一代第一代：20世紀世紀50年代末至年代末至60年代。如美國年代。如美國Kellogg公司開發(fā)的公司開發(fā)的FLE X IBLE FLOWSHEET、美國、美國Houston大學開發(fā)的大學開發(fā)的CHESS(Chemical Engineering Simulation System)w 第二代第二代：20世紀世紀70年代。比第一代在功能、規(guī)年代。比第一代在功能、規(guī)模方面都有很大進步。模方面都有很大進步。w 代表

32、性的系統(tǒng)有：代表性的系統(tǒng)有：w 美國公司開發(fā)的美國公司開發(fā)的FLOWTRAN、w 美國美國Braun公司開發(fā)的公司開發(fā)的PFl0(Process Flow)、 w 日本干代田工程公司開發(fā)的日本干代田工程公司開發(fā)的CAPES(Computer Aided Process Engineering System)等。等。w 第三代第三代：美國麻省理工學院主持開發(fā)的：美國麻省理工學院主持開發(fā)的ASPEN(Advanced w System of Process Engineering) 。 ASPEN的開發(fā)是針對以煤為原料解決能源工藝為的開發(fā)是針對以煤為原料解決能源工藝為背景的。而第二代模擬系統(tǒng)以處理

33、氣背景的。而第二代模擬系統(tǒng)以處理氣液液系統(tǒng)為其特長，不具備處理固體物料的功系統(tǒng)為其特長，不具備處理固體物料的功能。能。ASPEN的開發(fā)工作從的開發(fā)工作從1976年起，組年起，組織了杜邦、?？松?、孟山都、飛馬石油等織了杜邦、埃克森、孟山都、飛馬石油等50家公司投入力量，歷時家公司投入力量，歷時5年耗資年耗資600萬美萬美元，于元，于1981年完成交付使用。年完成交付使用。 ASPEN具具有更大更強的功能有更大更強的功能。w 國內在國內在20世紀世紀70年代開始進行化工流程模擬系統(tǒng)年代開始進行化工流程模擬系統(tǒng)的開發(fā)工作的開發(fā)工作。w 一些設計院所、研究院所、高校等單位開發(fā)的模一些設計院所、研究院所、高校等單位開發(fā)的模擬系統(tǒng)，可以對石油氣分離、基本有機合成、合擬系統(tǒng)，可以對石油氣分離、基本有機合成、合成氨等工藝系統(tǒng)進