化工系統(tǒng)工程概述

化工系統(tǒng)工程主講：智科端博士副教授TELmail：zhikeduan@內(nèi)蒙古工業(yè)大學化工學院第一章系統(tǒng)與系統(tǒng)工程一、系統(tǒng)工程的應用舉例二、系統(tǒng)三、系統(tǒng)工程四、系統(tǒng)工程方法論2一、系統(tǒng)工程的應用舉例是我國建國以來最大的工程項目，它的論證、組織、實施與管理可以說就是一個龐大的系統(tǒng)工程問題，這項工程涉及到了國家及地方的眾多部門，如水利、電力、能源、文物、生態(tài)、移民等等，涉及到幾個省的上百個縣市，同時實施過程要由眾多單位共同努力，時間橫跨將近20年。三峽水利工程3糧食價格的調(diào)整燃料能源價格銀行利率外匯牌價一、系統(tǒng)工程的應用舉例對于我們今天生活中所關(guān)心的各種社會經(jīng)濟問題，如經(jīng)濟改革、價格問題、體制改革及各種政策的出臺都是要經(jīng)過充分的系統(tǒng)的論證，這些都與系統(tǒng)工程有關(guān)。例如：4企業(yè)的長遠規(guī)劃新產(chǎn)品開發(fā)區(qū)域規(guī)劃大項目管理一、系統(tǒng)工程的應用舉例將來在我們的實際工作中，我們會遇到許許多多的系統(tǒng)工程問題，比如：5第一章系統(tǒng)與系統(tǒng)工程一、系統(tǒng)工程的應用舉例二、系統(tǒng)三、系統(tǒng)工程四、系統(tǒng)工程方法論6公元前古希臘對“宇宙大系統(tǒng)”的認識；我國西周時期的“陰陽二氣”及金、木、水、火、土“五行”；東漢時期形成的“二十四節(jié)氣”；周秦到西漢時期的“皇帝內(nèi)經(jīng)”。二、系統(tǒng)系統(tǒng)概念的形成只見森林1.系統(tǒng)的概念7系統(tǒng)概念的形成15世紀下半葉以后：19世紀：辨證唯物主義：“只見樹木”具體化“先見森林，后見樹木”世界是由無數(shù)相互關(guān)聯(lián)、相互依賴、相互制約和相互作用的過程所形成的統(tǒng)一整體。科學系統(tǒng)思想的實質(zhì)8系統(tǒng)的概念一臺機器、一個部門、一項計劃、一個研究項目、一種組織、一套制度都可以看成一個系統(tǒng);系統(tǒng)的存在具有普遍性;系統(tǒng)的概念是相對的而不是絕對的，它沒有絕對規(guī)模的界限。系統(tǒng)是由兩個以上有機聯(lián)系、相互作用的要素所組成，具有特定功能、結(jié)構(gòu)和環(huán)境的整體。91）集合性。系統(tǒng)是由兩個以上的可以相互區(qū)別的要素所組成。2）相關(guān)性。組成系統(tǒng)的各要素之間具有相互聯(lián)系、相互作用、相互依賴的特定關(guān)系。某—要素若發(fā)生變化則會影響其他要素的狀態(tài)變化。3）層次性。一個系統(tǒng)可分解為若干子系統(tǒng)，而子系統(tǒng)還可以分解為亞子系統(tǒng)等等，以致最終可分解為要素，這樣就可構(gòu)成具有特定的空間層次結(jié)構(gòu)。例如一個公司就是由子公司或二級廠(礦)、車間、工段、班組，以及相應的職能部門構(gòu)成。各層次的子系統(tǒng)相互聯(lián)系，相互作用，以其特有的功能為統(tǒng)一的目標而相互協(xié)調(diào)運行。4）整體性。系統(tǒng)不是各個要素的簡單拼湊，而是根據(jù)特定的統(tǒng)一性要求協(xié)調(diào)存在于系統(tǒng)整體之中。是具有整體的特定功能和特性。整體性強調(diào)要素間的協(xié)調(diào)與綜合，這樣才能獲得具有良好功能的系統(tǒng)。2.系統(tǒng)的特性105.功能性。功能性是系統(tǒng)的基本特性之一：它表明系統(tǒng)具有的作用和效能，系統(tǒng)的功能以系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。系統(tǒng)的特定結(jié)構(gòu)決定系統(tǒng)的特定功能，系統(tǒng)不同，其功能也不同、這正是區(qū)別一個系統(tǒng)和另一個系統(tǒng)的主要標志。人造系統(tǒng)是根據(jù)系統(tǒng)目的來設(shè)定功能，而自然系統(tǒng)雖無目的但卻有功能。6．環(huán)境適應性。任何一個系統(tǒng)都存在于一定的物質(zhì)環(huán)境之中，它必然與環(huán)境不斷地進行物質(zhì)、能量、信息的交換。外界環(huán)境的變化對系統(tǒng)內(nèi)部要素產(chǎn)生干擾，使要素和要素關(guān)系發(fā)生變化，從而可能引起系統(tǒng)功能的波動。所以系統(tǒng)必須適應外部環(huán)境的變化，這樣的系統(tǒng)才更有生命力。系統(tǒng)的特性11

開放系統(tǒng)與封閉系統(tǒng)3.系統(tǒng)的分類

實體系統(tǒng)與概念系統(tǒng)

自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)

動態(tài)系統(tǒng)與靜態(tài)系統(tǒng)12(2)美國著名學者H．切斯納指出：“系統(tǒng)工程認為雖然每個系統(tǒng)都由許多不同的特殊功能部分所組成，而這些功能部分之間又存在著相互關(guān)系，但是每一個系統(tǒng)都是完整的整體，每一個系統(tǒng)都要求有一個或若干個目標。系統(tǒng)工程則是按照各個目標進行權(quán)衡，全面求得最優(yōu)解(或滿意解)的方法，并使各組成部分能夠最大限度地互相適應”。1.系統(tǒng)工程的定義(1)中國科學家錢學森指出：“系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計、制造、試驗和使用的科學方法”，“系統(tǒng)工程是一門組織管理的技術(shù)”。至今還沒有統(tǒng)一定義13(3)日本學者三浦武雄指出：“系統(tǒng)工程與其它工程學不同之處在于它是跨越許多學科的科學，而且是填補這些學科邊界空白的邊緣科學。因為系統(tǒng)工程的目的是研究系統(tǒng)，而系統(tǒng)不僅涉及到工程學的領(lǐng)域，還涉及到社會、經(jīng)濟和政治等領(lǐng)域，為了圓滿解決這些交叉領(lǐng)域的問題，除了需要某些縱向的專門技術(shù)以外，還要有一種技術(shù)從橫向把它們組織起來，這種橫向技術(shù)就是系統(tǒng)工程，也就是研究系統(tǒng)所需的思想、技術(shù)和理論等體系化的總稱?！毕到y(tǒng)工程的定義(4)《中國大百科全書·自動控制與系統(tǒng)工程卷》指出：“系統(tǒng)工程是從整體出發(fā)合理開發(fā)、設(shè)計、實施和運用系統(tǒng)的工程技術(shù)。它是系統(tǒng)科學直接改造世界的工程技術(shù)?！?4(5)日本工業(yè)標準(JIS)規(guī)定：“系統(tǒng)工程是為了更好地達到系統(tǒng)目標，而對系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息流動和控制機構(gòu)等進行分析與設(shè)計的技術(shù)”。系統(tǒng)工程的定義

系統(tǒng)工程是一門研究大規(guī)模復雜系統(tǒng)的交叉學科，它是根據(jù)整體協(xié)調(diào)的需要，綜合運用各種現(xiàn)代科學思想、理論、技術(shù)、方法、工具，對系統(tǒng)進行研究分析、設(shè)計制造和服務，使系統(tǒng)整體盡量達到最佳協(xié)調(diào)和最滿意的優(yōu)化。15錢學森提出的現(xiàn)代科學技術(shù)體系——四個層次一座橋梁系統(tǒng)工程研究對象研究對象：不限于物質(zhì)系統(tǒng)，還包括自然系統(tǒng)、社會經(jīng)濟系統(tǒng)、經(jīng)營管理系統(tǒng)、軍事指揮系統(tǒng)等等。系統(tǒng)工程在自然科學與社會科學之間架設(shè)了一座溝通的橋梁。172.系統(tǒng)工程的理論基礎(chǔ)從系統(tǒng)工程的定義可以看出，系統(tǒng)工程是一門跨學科的邊緣性交叉學科，它包括自然、社會及工程設(shè)計分析等方面的知識，它是由一般系統(tǒng)論、經(jīng)濟控制論、運籌學等學科相互滲透、交叉發(fā)展而形成的。183.系統(tǒng)工程與一般工程比較的特點

傳統(tǒng)工程系統(tǒng)工程研究對象特定的工程物質(zhì)不局限于特定工程物質(zhì)，也不局限于物質(zhì)系統(tǒng)研究方法專業(yè)知識各種現(xiàn)代科學知識和專業(yè)知識著眼點局部最優(yōu)整體最優(yōu)194.系統(tǒng)工程與運籌學區(qū)別系統(tǒng)工程：側(cè)重于評價和改進現(xiàn)有系統(tǒng)、設(shè)計新系統(tǒng)。運籌學：通常涉及現(xiàn)有系統(tǒng)運營情況，側(cè)重于資源的最優(yōu)配置。205.系統(tǒng)工程理論的新發(fā)展系統(tǒng)工程作為一門交叉學科，日益向多種學科滲透和交叉發(fā)展。系統(tǒng)工程作為一門軟科學，日益受到人們的重視。215.系統(tǒng)工程理論的新發(fā)展復雜適應系統(tǒng)理論（CAS理論）系統(tǒng)工程朝著“巨系統(tǒng)”的方向發(fā)展綜合集成研討廳體系構(gòu)想22四、系統(tǒng)工程方法論

它是系統(tǒng)工程思考問題和處理問題的一般方法，把分析對象作為整體系統(tǒng)來考慮，進行分析、設(shè)計、制造和使用時的基本思想方法和工作方法。系統(tǒng)工程方法論就是解決系統(tǒng)工程實踐中的問題所應遵循的步驟、程序和方法。1.系統(tǒng)工程方法論232.系統(tǒng)工程與傳統(tǒng)方法的區(qū)別從前面對系統(tǒng)工程的介紹可以看出，系統(tǒng)工程的目標是通過什么樣的方法可使系統(tǒng)達到最優(yōu)，而方法論是把設(shè)想付諸實現(xiàn)的過程。對于傳統(tǒng)方法，它解決問題的目標往往是單一的，比如設(shè)計一個產(chǎn)品或只強調(diào)成本低或只強調(diào)性能高，而系統(tǒng)工程對目標的考慮需要從系統(tǒng)運行的全過程即時間方面以及在每個階段中處理問題的特殊思維過程即邏輯方面，并綜合運用各種專業(yè)知識即知識方面來綜合考慮。243.系統(tǒng)工程的三維結(jié)構(gòu)分析霍爾的“三維結(jié)構(gòu)”模式

25①

時間維a)規(guī)劃階段：主要是按照設(shè)計要求提出系統(tǒng)目標，制定規(guī)劃和政策。b)擬定階段：完成的任務是提出具體的方案，進行系統(tǒng)的初步設(shè)計。c)分析階段：

對所設(shè)計的方案進行分析、比較。d)運籌階段：方案的綜合選優(yōu)，確定最優(yōu)實施方案。e)實施階段：系統(tǒng)的設(shè)計、安裝及調(diào)試等。f)運行階段：按照系統(tǒng)預定的用途工作。g)更新階段：按系統(tǒng)要求實施，取消舊系統(tǒng)，代之以新系統(tǒng)，對系統(tǒng)改進。26②

邏輯維a)明確問題：了解問題所處的環(huán)境，收集有關(guān)的數(shù)據(jù)和資料，主要目的是弄清問題。b)系統(tǒng)指標設(shè)計：確定所要解決問題的目標和相應的評價準則。c)系統(tǒng)方案綜合：為實現(xiàn)預期目標，擬定所需采取的策略和應選擇的方案。d)系統(tǒng)分析：深入了解所提出的政策措施和解決方法，分析這些措施方法在實施中的預期效果。27②

邏輯維e)系統(tǒng)方案的優(yōu)化與選擇：用數(shù)學規(guī)劃等定量的優(yōu)化方法去判別各種方案的優(yōu)劣，以進行方案選擇。f)決策：以指標體系為評價準則，在考慮決策者的偏好等基礎(chǔ)上，選擇最優(yōu)方案。g)實施計劃：按決策結(jié)果制定實施方案和計劃。28③知識維

知識維是指各工作步驟所需的各門專業(yè)知識，由于系統(tǒng)工程是個綜合性的交叉學科，在上述各階段中，執(zhí)行任何一步都會涉及多種專業(yè)技術(shù)，如社會科學、工程技術(shù)、法律、商業(yè)、醫(yī)藥、藝術(shù)等等。

294、系統(tǒng)分析簡介狹義的解釋認為系統(tǒng)分析是系統(tǒng)工程的一項優(yōu)化技術(shù)，是系統(tǒng)工程在非結(jié)構(gòu)化問題決策中的具體應用。系統(tǒng)工程方法論的基礎(chǔ)是系統(tǒng)分析技術(shù)，系統(tǒng)分析是完成系統(tǒng)工程問題的中心環(huán)節(jié);廣義的解釋認為系統(tǒng)分析就是系統(tǒng)工程，系統(tǒng)分析是系統(tǒng)工程的同義詞;305.系統(tǒng)分析的概念及要素系統(tǒng)分析是運用建模及預測、優(yōu)化、仿真、評價等技術(shù)對系統(tǒng)的各有關(guān)方面進行定性與定量相結(jié)合的分析，為選擇最優(yōu)或滿意的系統(tǒng)方案提供決策依據(jù)的分析研究過程。31系統(tǒng)分析的基本概念系統(tǒng)分析的目的是在于分析系統(tǒng)內(nèi)部與系統(tǒng)環(huán)境之間、系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間的相互依賴、相互制約、相互促進的復雜關(guān)系，分析系統(tǒng)要素的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系及其對系統(tǒng)功能和目標的影響，通過建立系統(tǒng)的分析模型使系統(tǒng)各要素及其與環(huán)境之間的協(xié)調(diào)達到最佳狀態(tài)，最終為系統(tǒng)決策提供依據(jù)。32系統(tǒng)分析的要素（1）問題（2）目的及目標（3）方案（4）模型（5）評價（6）決策者33系統(tǒng)工程方法論弄清問題|目標選擇

|擬定方案

|建立模型

|系統(tǒng)評價

|系統(tǒng)決策

|

實施系統(tǒng)

分析6.系統(tǒng)分析的程序35（1）初步分析初步分析：What?Why?Where?When?Who?How?問題的目標

目標的層次性目標的沖突36目標樹

XX1X2X337目標沖突和利害沖突

在目標分析過程中，系統(tǒng)分析人員經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)，許多關(guān)鍵情況往往是由于存在著相互沖突的分目標造成的。這有兩種情況：一種是純屬專業(yè)性質(zhì)的，即目標沖突問題；另一種是社會性質(zhì)的，即利害沖突問題。38目標沖突例如在進行產(chǎn)品設(shè)計時，所可能強調(diào)的兩個目標：一是盡可能低的成本二是盡可能高的質(zhì)量。解決辦法：建立一個沒有矛盾的目標集，把引起矛盾的分目標剔除掉。采用所有分目標，尋求一個能達到?jīng)_突目標得以并存的方案。

39利害沖突處理的方法：目標方之一放棄自己的利益；保持其中一個目標，用其它方式補償或部分補償受損方的利益；通過協(xié)商調(diào)整目標系統(tǒng)，使之達到目標相容。例如企業(yè)在減員增效的過程中就至少有如下兩個目標：一是提高企業(yè)的效益二是保證工作崗位不減員。407.系統(tǒng)分析的原則（1）堅持問題導向；（2）以整體為目標；（3）多方案模型分析和選優(yōu)；（4）定量分析與定性分析相結(jié)合；（5）多次反復進行。41煙囪例：發(fā)電廠環(huán)境工程系統(tǒng)分析鍋爐除塵器煤目的：模擬煙囪排放的煙塵和SO2，據(jù)此提出最佳治理方案。

煙塵超標4.84倍，SO2超標10.84倍

8.系統(tǒng)分析舉例1．

擬定方案：

①

修建高煙囪120m（目前是45m），投資估算22萬；不可行(附近是機場）；②

該廠采用的是多管旋風加文丘里除塵器，效率為93.8%，若改用電除塵器，除塵效率將提高到99%，投資70萬；而對SO2，可以采用預洗或爐中添加石灰等方法，可行；1．

擬定方案：

③

更換鍋爐，投資200萬，能降低大約2／3的飛灰，而對SO2沒有減少。此外，還可能引起燃燒效率降低。若以降低燃燒效率2％計算，其年經(jīng)濟損失為11.76萬元，所以這是一個不理想的可行方案；④改用外地優(yōu)質(zhì)煤（目前是用本地區(qū)的褐煤）。改用優(yōu)質(zhì)煤后，煤塵與SO2的排放量估算分別為85.53kg/h和129.7kg/h，均小于標準量。此外還可節(jié)約燃料費191.7萬元/年。這是四個方案中比較理想的治理污染的方案。第二章系統(tǒng)分析一、模型與模型化簡介二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析技術(shù)三、系統(tǒng)仿真45一、模型與模型化簡介1、模型及特征

模型是現(xiàn)實系統(tǒng)的替代物。模型應反映出系統(tǒng)的主要組成部分、各部分之間的相互關(guān)系，以及在運用條件下的因果作用及相互關(guān)系。特征：（1）它是現(xiàn)實世界部分的抽象或模仿；（2）它是由那些與分析的問題有關(guān)的因素構(gòu)成的；（3）它表明了有關(guān)因素間的相互關(guān)系。46模型化模型化就是為描述系統(tǒng)的構(gòu)成和行為，對實體系統(tǒng)的各種因素進行適當篩選，用一定方式（數(shù)學、圖像等）表達系統(tǒng)實體的方法。------構(gòu)模的過程2.模型（化）及其本質(zhì)利用模型與原型之間某方面的相似關(guān)系，在研究的過程中用模型來代替原型，通過對模型的研究得到關(guān)于原型的一些信息。本質(zhì)：473.模型（化）的地位與作用作用：（1）人們對客觀系統(tǒng)一定程度研究結(jié)果的表達。（2）導致科學規(guī)律、理論、原理的發(fā)現(xiàn)。（3）利用模型可以進行“思想”試驗。48地位：3.模型（化）的地位與作用

模型不能代替對客觀系統(tǒng)內(nèi)容的研究，只有在和對客體系統(tǒng)內(nèi)容研究相配合時，其作用才能充分發(fā)揮。494.模型的分類概念模型：通過人們的經(jīng)驗、知識和直覺形成的。形式上分為思維、字句或描述的。符號模型：用符號來代表系統(tǒng)的各種因素和它們間的相互關(guān)系。分為結(jié)構(gòu)模型和數(shù)學模型。類比模型：和實際模型作用相同。仿真模型：用計算機對系統(tǒng)進行仿真時所用的模型。形象模型：把現(xiàn)實的東西的尺寸進行改變后的表示。分為物理模型和圖像模型。505.建立模型的一般原則①建立方框圖②考慮信息相關(guān)性③考慮準確性④考慮結(jié)集性516.建模的基本步驟①明確建模的目的和要求；②對系統(tǒng)進行一般語言描述；③弄清系統(tǒng)中的主要因素及其相互關(guān)系；④確定模型的結(jié)構(gòu)；⑤估計模型的參數(shù)；⑥實驗研究；⑦必要修改。527.模型化的基本方法（4）老手法：（2）實驗方法：（3）綜合方法：（1）分析方法：（5）辨證法：53化工過程分析與合成過程：客觀事物從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。過程工藝：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)藥生產(chǎn)過程等。制造工藝：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(chǎn)，都是制造工藝1.1化工過程化工過程：以天然物料（煤、石油、鹽等）為基礎(chǔ)原料，經(jīng)過物理或化學加工制成產(chǎn)品的過程。通?；み^程大都包括三個部分：原料制備化學反應產(chǎn)品分離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是：化學反應過程換熱過程分離過程1.1.1化學反應過程化學反應過程是化工過程的核心部分。主要的化學反應過程有：催化反應過程熱裂解反應過程電解質(zhì)溶液離子反應過程生物化學反應過程1.1.2換熱過程定義：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的過程。換熱網(wǎng)絡：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，構(gòu)成換熱網(wǎng)絡。換熱網(wǎng)絡設(shè)計目標：以最大限度的節(jié)能、經(jīng)濟的設(shè)備投資、良好的操作適應性。實現(xiàn)最佳的換熱網(wǎng)絡設(shè)計，是化工過程系統(tǒng)合成研究的一項典型的事例，也是本課程將要重點研討的一項內(nèi)容。1.1.3分離過程定義：從某種已知組成的混合物中分離出某幾種目標產(chǎn)物的過程.化工系統(tǒng)綜合:從可以設(shè)計出的不同流程、不同塔數(shù)的多種流程方案中選擇經(jīng)濟的、能滿足分離要求的最佳方案.分離過程選擇:非均一系物料的氣固相分離:采用沉降、過濾、濕法除塵、電除塵等單元操作。液固相分離:過濾、干燥、沉降等。

均一系物料的氣相分離，可采用吸附、吸收、膜分離。

液相分離:則可用蒸餾與精餾、蒸發(fā)、結(jié)晶、汽提、萃取、膜分離等。化學反應過程換熱過程分離過程不同的化工過程只是這三類過程的不同組合化工系統(tǒng)工程研究內(nèi)容:這三類，其中主要是換熱過程和分離過程1.2化工過程生產(chǎn)操作控制化工過程生產(chǎn)操作控制：對生產(chǎn)操作工況的調(diào)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(diào)節(jié)。化工過程生產(chǎn)操作控制分類分散控制集中控制化工過程生產(chǎn)操作控制對生產(chǎn)過程是否能正常進行影響很大，因此至關(guān)重要。分散控制:20世紀四五十年代的早期過程控制技術(shù)，采用基地式控制儀表實施單輸入、單輸出的簡單回路控制，又稱為分散控制，目標:保持生產(chǎn)工況平穩(wěn)。分散控制技術(shù)的特點：各個控制回路都相互獨立。優(yōu)點：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。缺點：控制參數(shù)較多時，需要相應設(shè)置較多的硬件。且這種分散的控制，難于實現(xiàn)總體優(yōu)化。集中控制：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、顯示都集中于計算機來實現(xiàn)的控制手段。優(yōu)點：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)的優(yōu)化控制提供了條件。缺點：一旦發(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，曾使計算機控制技術(shù)一度陷于難于發(fā)展的困境。20世紀70年代中期集散系統(tǒng)的出現(xiàn)，使計算機控制技術(shù)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又稱為化工過程系統(tǒng)工程，化工過程系統(tǒng)工程是在系統(tǒng)工程、化學工程、過程控制、計算數(shù)學、信息技術(shù)等學科的邊緣上產(chǎn)生的一門綜合性學科，化工過程系統(tǒng)工程以處理物料-能量-信息流的過程系統(tǒng)為研究對象?！盎み^程系統(tǒng)工程”作為現(xiàn)代化學工程的一個組成部分，是新近發(fā)展起來的一門新興的邊緣科學。簡單地說，將系統(tǒng)工程學的理論和方法應用于化工過程就形成了化工過程系統(tǒng)工程，簡稱為化工系統(tǒng)工程。一化工過程系統(tǒng)工程系統(tǒng)工程：以大系統(tǒng)為對象進行研究的跨學科的邊緣性科學。起源:該學科最初發(fā)源于美國，由于二次世界大戰(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。因此提出了如何對運力進行安排以實現(xiàn)最大運送量的問題。其后，在通信網(wǎng)絡的設(shè)計過程中，也發(fā)現(xiàn)存在著如何安排通信網(wǎng)絡以達到用最小的投入，得到最優(yōu)的通話效果的通信網(wǎng)絡最優(yōu)配備問題。

由于先驅(qū)者的出發(fā)點和側(cè)重面各有不同，對系統(tǒng)工程的理解和認識也就各有不同.有些人強調(diào)復雜系統(tǒng)的最優(yōu)管理和最優(yōu)控制。有些人則著眼于工程系統(tǒng)的規(guī)劃和最優(yōu)設(shè)計。當強調(diào)復雜系統(tǒng)的最優(yōu)管理和最優(yōu)控制時———現(xiàn)代管理科學。當著眼工程的規(guī)劃及最優(yōu)設(shè)計——尋優(yōu)的綜合技術(shù)。系統(tǒng)工程的基本思想：從系統(tǒng)整體的觀念出發(fā)，周密考慮系統(tǒng)內(nèi)各個組成部分相互間的制約關(guān)系，討論系統(tǒng)整體的最優(yōu)策略。系統(tǒng)工程學又名：工程學的方法論研究對象：各個不同的系統(tǒng)化工過程系統(tǒng)工程以系統(tǒng)工程學為基礎(chǔ)，把社會問題作為研究對象的學科稱為社會系統(tǒng)工程學。把環(huán)境問題作為研究對象的學科稱為環(huán)境系統(tǒng)工程學。把化工過程系統(tǒng)問題作為研究對象的學科稱為化工過程系統(tǒng)工程學。

1認識上的三次飛躍第一次：20年代提出了“單元操作”的概念產(chǎn)生了化學工程學第二次：50年代提出了“三傳”的概念產(chǎn)生了化工傳遞過程原理的學科第三次：60年代初提出了“對化工過程系統(tǒng)的分析和模擬”的概念產(chǎn)生了化工過程系統(tǒng)工程學二、化工過程系統(tǒng)工程學的起源和發(fā)展2化工過程系統(tǒng)工程學產(chǎn)生的基礎(chǔ)化工生產(chǎn)過程的綜合性不斷增強，化工企業(yè)朝著多品種、跨學科的方向發(fā)展化工裝置日趨大型化，對放大技術(shù)的要求越來越高，小試到規(guī)模生產(chǎn)的周期越來越短。能源緊缺，能源的有效及合理利用成為人們越來越關(guān)心的問題。產(chǎn)品競爭日益加劇，一個品種的改變要求跟著企業(yè)迅速改變，以適應市場的變化環(huán)境意識的提高，要求企業(yè)對污染加以嚴格的控制，提出了如何減少污染，合理的綜合利用資源的問題。3化工系統(tǒng)工程學的綜合性從化工系統(tǒng)工程學的形成過程可知，這是一門綜合性學科，涉及：化學工程學系統(tǒng)工程學運籌學計算技術(shù)過程控制理論三、化工系統(tǒng)工程學的基本內(nèi)容任務：在“一定的輸入輸出條件下，尋求一個整體最優(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)應如何規(guī)劃、設(shè)計、操作、控制。為完成上述任務，大致包括兩個方面的工作:

化工過程系統(tǒng)的分析

化工過程系統(tǒng)的合成化工過程分析：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)惠工況下的最佳操作參數(shù)等進行分析。例：某年產(chǎn)30萬t乙烯裝置改擴建為45萬t裝置，竣工投產(chǎn)后達到了預期的產(chǎn)量，但能耗超標。如何選擇對策，就要對工藝裝置進行分析，在對過程進行系統(tǒng)分析的同時，必需要對單元、物料、能量利用情況進行分析。1.3.1化工過程系統(tǒng)的分析過程系統(tǒng)分析與模擬：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。

過程系統(tǒng)的模型：對實際過程系統(tǒng)的描述。

包括：數(shù)學模型與實物模型。

數(shù)學模型：建立數(shù)學表達式，在建立過程中運用邏輯關(guān)系、規(guī)則、概念。模擬計算：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(zhuǎn)變?yōu)橛嬎愠绦?，然后計算得出直觀形式的輸出結(jié)果.前例中：若該套擴建不久的年產(chǎn)45萬t乙烯裝置，又面臨著進一步擴建為60萬t規(guī)模的任務。建摸時要吸取前次擴建的經(jīng)驗這是一個大系統(tǒng)的多目標合成問題，是一個按既定多目標函數(shù)尋優(yōu)的系統(tǒng)合成問題。擴建方案的目標達到產(chǎn)量要求達到能耗指標

〈１〉過程系統(tǒng)合成：

所需系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

定義：按照規(guī)定的系統(tǒng)特性子系統(tǒng)性能按規(guī)定的目標最優(yōu)組合，尋求理想過程系統(tǒng)。

具有最優(yōu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

〈２〉理想的過程系統(tǒng)具有最合適的子系統(tǒng)

尋求1.3.2化工過程系統(tǒng)的合成混合混合反應分離分離分離Ａ+Ｂ+ＣＰB+C+A+PＣBＢA+CAC例：某化工過程系統(tǒng)由Ｂ+Ｃ為原料生產(chǎn)Ａ，且副產(chǎn)Ｐ，其可能的過程流程一：樹結(jié)構(gòu)流程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概念例：某化工過程系統(tǒng)由Ｂ+Ｃ為原料生產(chǎn)Ａ，且副產(chǎn)Ｐ，其可能的過程流程二：再循環(huán)結(jié)構(gòu)流程

混反B+C+A+P分離ＣＢＰＡＣＡ+Ｂ+ＣＡ+ＣＢ分離分離由前例可知，過程系統(tǒng)的流程結(jié)構(gòu)可有幾種選擇方案（備選方案）。樹結(jié)構(gòu)流程再循環(huán)流股結(jié)構(gòu)

子系統(tǒng)的特性更有幾種方案可供選擇。如：想得到合格Ａ

分離子系統(tǒng)精餾萃取板式填料間歇連續(xù)

這種在多種備選方案中進行選擇及排除，以構(gòu)造最理想系統(tǒng)的過程為系統(tǒng)的綜合過程。

〈３〉過程系統(tǒng)合成的方法

過去：全部憑借工程師的經(jīng)驗。

現(xiàn)在：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。

因此：過程系統(tǒng)分析是過程系統(tǒng)綜合的基礎(chǔ)。化工過程系統(tǒng)合成包括有：反應路徑合成換熱網(wǎng)絡合成分離序列合成過程控制系統(tǒng)合成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?！矗础颠^程系統(tǒng)合成的研究內(nèi)容①

反應路徑的綜合：對給定原料規(guī)定產(chǎn)品的問題稱為反應路徑的綜合。

例：由糠醛糠醇

可以有氣相加氫法高壓，但反應迅速，副產(chǎn)物少。

也有液相加氫法低壓，反應慢，副產(chǎn)物多。

尋求反應路徑②

換熱網(wǎng)絡綜合：對于大型化工企業(yè)，多裝置，多物流。一些裝置需要熱物流作為加熱介質(zhì)，另一些裝置則需冷卻介質(zhì)提供冷量。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，使熱量（冷量）利用最合理。③

分離序列綜合：以５組元、均相混合液的分離為例找出最優(yōu)的分離序列設(shè)計者需解決的問題對最優(yōu)分離序列中的單個分離器找出最優(yōu)設(shè)計參數(shù)

不同的兩種分離序列方案：哪個好，需找出判別方法。ＡＢＣＤＥＡＢＣＤＥＡＢＣＤＥＢＣＡＢＣＤＥＡＢＣＤＥＡＢＣＤＥＥＤ④

反應器網(wǎng)絡的綜合：對于需多級多次反應才可得到的反應產(chǎn)物需建立反應器網(wǎng)絡（或稱反應器系統(tǒng)）。如何使系統(tǒng)最優(yōu)。⑤全流程的綜合：由原料

目的產(chǎn)物尋找最優(yōu)的流程，包括：反應、分離、換熱等等，全流程實現(xiàn)最優(yōu)。⑥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。1.4化工過程模擬系統(tǒng)

20世紀初期，對于化工過程的開發(fā)、設(shè)計，只是采用由實驗室到中間廠逐級放大的經(jīng)驗方法。30年代出現(xiàn)了相似論為基礎(chǔ)得出準數(shù)方程的辦法。同時出現(xiàn)了建立數(shù)學模型的模擬放大法。50年代后期，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。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。例如：丙烯二聚反應由實驗室數(shù)據(jù)放大到工業(yè)反應器設(shè)計，放大倍數(shù)達1700倍。甲苯歧化反應過程的放大倍數(shù)為6000倍。這種在計算機上模擬化工過程工藝流程的軟件，稱為化工流程模擬系統(tǒng)。應用化工流程模擬系統(tǒng)進行化工過程工藝開發(fā)設(shè)計的技術(shù)，稱作計算機輔助過程設(shè)計CAPD(ComputerAidedProcessDesign)。按待模擬的系統(tǒng)特性：

1穩(wěn)態(tài)過程系統(tǒng)模擬：

2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)一般的化工流程模擬系統(tǒng)是穩(wěn)態(tài)模擬系統(tǒng)。特性：（1）系統(tǒng)參數(shù)不隨時間變化，建模容易。（2）系統(tǒng)沒有或不考慮大的干擾造成波動的影響。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)總是隨時間不斷變化的，因而穩(wěn)態(tài)是不存在的。穩(wěn)態(tài)模擬只不過是對動態(tài)過程到達平穩(wěn)狀態(tài)的一種簡化處理，事實上這種處理是很必要的。20世紀60年代以來，化工流程穩(wěn)態(tài)模擬系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了三個時代。第一代：20世紀50年代末至60年代。如美國Kellogg公司開發(fā)的FLEXIBLEFLOWSHEET、美國Houston大學開發(fā)的CHESS(ChemicalEngineeringSimulationSystem)第二代：20世紀70年代。比第一代在功能、規(guī)模方面都有很大進步。代表性的系統(tǒng)有：美國公司開發(fā)的FLOWTRAN、美國Braun公司開發(fā)的PFl0(ProcessFlow)、日本干代田工程公司開發(fā)的CAPES(ComputerAidedProcessEngineeringSystem)等。第三代：美國麻省理工學院主持開發(fā)的ASPEN(AdvancedSystemofProcessEngineering)。ASPEN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)以處理氣—液系統(tǒng)為其特長，不具備處理固體物料的功能。ASPEN的開發(fā)工作從1976年起，組織了杜邦、?？松?、孟山都、飛馬石油等50家公司投入力量，歷時5年耗資600萬美元，于1981年完成交付使用。ASPEN具有更大更強的功能。國內(nèi)在20世紀70年代開始進行化工流程模擬系統(tǒng)的開發(fā)工作。一些設(shè)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、合成氨等工藝系統(tǒng)進行工況模擬、操作、開發(fā)設(shè)計等等。國內(nèi)向市場推出的商品軟件ECSS(EngineeringChemicalSimulationSystem)是青島化工學院開發(fā)的化工流程模擬系統(tǒng)。目前國內(nèi)使用模擬系統(tǒng)多數(shù)是引進的。最早引進的模擬軟件是1978年由丹麥引進的Gips，這是個合成氨工藝專用的流程模擬系統(tǒng)。20世紀80年代又引進了ASPENTech公司的ASPENPLUS，先后約有30套左右；美國SimulationScience公司的約26套；Hydrotech公司的HYSlM30套左右等。模擬是對過程系統(tǒng)模型的求解過程系統(tǒng)的模擬分析對某個給定的過程系統(tǒng)模型進行模擬求解，可得出該系統(tǒng)的全部狀態(tài)變量，從而可以對該過程系統(tǒng)進行工況分析過程系統(tǒng)設(shè)計

當對某個或某些系統(tǒng)變量提出設(shè)計規(guī)定要求時，通過調(diào)整某些決策變量使模擬結(jié)果滿足設(shè)計規(guī)定要求過程系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化

過程系統(tǒng)模型與最優(yōu)化模型聯(lián)解得到一組使工況目標函數(shù)最佳的決策變量（優(yōu)化變量）。從而實施最佳工況2.1過程系統(tǒng)模擬的三種基本方法序貫模塊法（SequentialModularMethod）面向方程法（EquationOrientedMethod）聯(lián)立模塊法（SimultaneouslyModularMethod）過程系統(tǒng)模擬的序貫模塊法SMM的基本部分是模塊（子程序），用以描述物性、單元操作以及系統(tǒng)其它功能。SMM對過程系統(tǒng)的模擬以單元模塊的模擬計算為基礎(chǔ)。SMM按照由各種單元模塊組成的過程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，序貫的對各單元模塊進行計算，從而完成該過程系統(tǒng)模擬計算。

優(yōu)點：與實際過程的直觀聯(lián)系強模擬系統(tǒng)軟件的建立、維護和擴充都很方便，易于通用化計算出錯時易于診斷出錯位置

缺點：計算效率較低，尤其是解決設(shè)計和優(yōu)化問題時計算效率更低過程系統(tǒng)模擬的面向方程法EOM又稱聯(lián)立方程法，將描述整個過程系統(tǒng)的數(shù)學方程式聯(lián)立求解，從而得出模擬計算結(jié)果，面向方程法可以根據(jù)問題的要求靈活地確定輸入、輸出變量，而不受實際物流和流程結(jié)構(gòu)的影響EOM解算過程系統(tǒng)模型快速有效，對設(shè)計、優(yōu)化問題靈活方便。效率較高EOM的形成通用軟件比較困難；不能利用現(xiàn)有大量豐富的單元模塊；缺乏實際流程的直觀聯(lián)系；計算失敗之后難于診斷錯誤所在；對初值的要求比較苛刻；計算技術(shù)難度較大過程系統(tǒng)模擬的聯(lián)立模塊法聯(lián)立模塊法又稱雙層法，將過程系統(tǒng)的近似模型方程與單元模塊交替求解聯(lián)立模塊法兼有序貫模塊法和面向方程法的優(yōu)點。既能使用序貫模塊法積累的大量模塊，又能將最費計算時間的流程收斂和設(shè)計約束收斂等迭代循環(huán)合并處理，通過聯(lián)立求解達到同時收斂過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬三種方法的比較1.4.2動態(tài)模擬系統(tǒng)在化工過程工藝生產(chǎn)中存在著相當多的動態(tài)過程，它們是不允許簡化處理為穩(wěn)態(tài)過程的。如精細化學品、染料中間體、農(nóng)藥生產(chǎn)中的間歇反應釜操作過程，正常生產(chǎn)操作周期中，總是包括著裝料、開車、反應、停車、卸料，這些過程的工藝參數(shù)都是時間的函數(shù)。即便是連續(xù)生產(chǎn)過程，也有開車、停車、事故出現(xiàn)等動態(tài)過程。對于這些過程的分析都要進行動態(tài)模擬。1.4.2動態(tài)模擬系統(tǒng)

動態(tài)過程模擬系統(tǒng)主要應用于：（1）了解裝置經(jīng)受動態(tài)負荷變化的能力和可操作性。（2）分析非正常操作條件下的動態(tài)性能。（3）通過模擬仿真，尋找最優(yōu)的參數(shù)及控制。（4）以模擬型代替實際裝置培訓即將上崗人員。

《化妝品術(shù)語》起草情況匯報中國疾病預防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所一、標準的立項和下達時間2006年衛(wèi)生部政法司要求各標委會都要建立自己的術(shù)語標準。1ONE二、標準經(jīng)費標準研制經(jīng)費：3.8萬三、標準的立項意義術(shù)語標準有利于行業(yè)間技術(shù)交流、提高標準一致性、消除貿(mào)易誤差，作為標準體系中的基礎(chǔ)標準，術(shù)語標準在各個領(lǐng)域的標準體系中均起著重要的作用。隨著我國化妝品衛(wèi)生標準體系建設(shè)逐步加快，所涉及的術(shù)語和定義的數(shù)量也在迅速增長，在此情形下，化妝品術(shù)語標準的制定就顯得尤為重要。四、標準的制訂原則1.合法性遵守《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實施細則》中關(guān)于化妝品的定義。2.協(xié)調(diào)性直接引用或修改采用的方式，與相關(guān)標準中的術(shù)語和定義相協(xié)調(diào)。3.科學性對于沒有國標或定義不統(tǒng)一的術(shù)語，在定義時體現(xiàn)科學性的原則。4.實用性在標準體系中出現(xiàn)頻率較高，與行業(yè)聯(lián)系較緊密的術(shù)語優(yōu)先選用。五、標準的起草經(jīng)過

第一階段：資料搜集

搜集國內(nèi)外相關(guān)法規(guī)、標準、文獻并對國外文獻如美國21CFR進行翻譯。第二階段：2007年