化工过程分析与合成 第六章

1、化工过程系统工程化工过程系统工程目目 录录 第一章第一章 绪论绪论 第二章第二章 化工过程系统稳态模拟与分析化工过程系统稳态模拟与分析 第三章第三章 化工过程系统动态模拟与分析化工过程系统动态模拟与分析 第四章第四章 化工过程系统的优化化工过程系统的优化 第五章第五章 换热网络的合成换热网络的合成 第六章第六章 分离塔序列的综合分离塔序列的综合 第七章第七章 化工生产过程操作工况调优化工生产过程操作工况调优 第八章第八章 间歇化工过程间歇化工过程主主 要要 参参 考考 书书 马德贤等主编马德贤等主编,化化工出版社工出版社,2003 姚平经编著姚平经编著,大连理工出版大连理工出版社，社，1992

2、 清华大学编著清华大学编著,1985 高维平等著高维平等著,石化石化出版社出版社,2004 姚平经编著姚平经编著,大连理大连理工出版社，工出版社，2004第一章第一章 绪绪 论论1. 系统的定义系统的定义 系统是由相互作用和相互依赖的系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功若干组成部分结合而成的具有特定功能的能的有机整体有机整体。这个系统可以由许多。这个系统可以由许多小的子系统组成，而它本身又是它所小的子系统组成，而它本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。从属的一个更大系统的组成部分。2. 系统工程学系统工程学 系统工程学是以系统（特别是大系统）为对系统工程学是以系统（

3、特别是大系统）为对象的一门跨学科的边缘科学，它是根据象的一门跨学科的边缘科学，它是根据总体协调总体协调的需要，把自然科学和社会科学中的某些思想、的需要，把自然科学和社会科学中的某些思想、理论、策略和手段等有效地组织起来应用于人类理论、策略和手段等有效地组织起来应用于人类实践中，是实践中，是应用现代数学和电子计算机应用现代数学和电子计算机等工具对等工具对系统的构成要素、组织结构、信息交换和自动控系统的构成要素、组织结构、信息交换和自动控制等功能进行分析研究，而制等功能进行分析研究，而达到最优设计、最优达到最优设计、最优控制和最优管理的目标，控制和最优管理的目标，是为更加合理地研制和是为更加合理地

4、研制和运用系统而采取的各种组织管理技术的总称。运用系统而采取的各种组织管理技术的总称。2.1 系统工程的形成与发展系统工程的形成与发展 40年代以后，年代以后，运筹学运筹学进入管理领域，进入管理领域，50年代后期，电子计算机投入使用，运筹学年代后期，电子计算机投入使用，运筹学扩大了计算机的应用范围，为系统分析提供扩大了计算机的应用范围，为系统分析提供了方法，从而产生了了方法，从而产生了“系统工程系统工程”的概念。的概念。 1957年年H.Goode和和R.E.Machol出版了出版了第一本以第一本以“系统工程系统工程”命名的书命名的书，但当时由，但当时由于受到计算手段和方法的限制，没有能被人于

5、受到计算手段和方法的限制，没有能被人们所普遍接受。系统工程学在们所普遍接受。系统工程学在1960年左右开年左右开始形成了体系，也可以说它是始形成了体系，也可以说它是20世纪后半叶世纪后半叶产生的新学科产生的新学科。2.2 基本内容基本内容 从系统整体的观念出发，周密考虑系从系统整体的观念出发，周密考虑系统内各个组成部分相互间的制约关系，讨论统内各个组成部分相互间的制约关系，讨论系统整体的最优策略系统整体的最优策略。2.3 主要理论基础主要理论基础 运筹学、系统理论及现代控制论。运筹学、系统理论及现代控制论。2.4 主要技术手段主要技术手段 现代数学、电子计算机。现代数学、电子计算机。3. 化学

6、工程学化学工程学 以化学、物理和数学原理为基础，研究以化学、物理和数学原理为基础，研究物料在工业规模条件下，所发生物理或化学物料在工业规模条件下，所发生物理或化学状态变化的工业过程及这类过程所用装置的状态变化的工业过程及这类过程所用装置的设计和操作的一门设计和操作的一门技术科学技术科学。 过程过程:哲学意义是客观事物从一个状态到另一哲学意义是客观事物从一个状态到另一个状态的转移。个状态的转移。 过程工艺：过程工艺：在工艺生产上，对物料流进行物在工艺生产上，对物料流进行物理或化学的加工工艺。理或化学的加工工艺。4. 化工系统工程化工系统工程 将系统工程学的理论和方法应用于化工将系统工程学的理论和

7、方法应用于化工过程领域的过程领域的一门新兴的边缘学科，一门新兴的边缘学科，是是化学工化学工程学的一个分支。程学的一个分支。 是化学工程、系统工程、运筹学、数值是化学工程、系统工程、运筹学、数值计算方法、过程控制论等的边缘学科。计算方法、过程控制论等的边缘学科。4.1 化工过程系统工程的产生和发展化工过程系统工程的产生和发展 20世纪世纪2030年代：建立在年代：建立在“单元操作单元操作”的概念基础上，的概念基础上，研究的是化工参数间简单的定量关系。研究的是化工参数间简单的定量关系。 5050年代，单元操作的理论有了发展，用可靠的年代，单元操作的理论有了发展，用可靠的数学形式数学形式加以表达；加

8、以表达； 6060年代，由于计算机的迅速发展，在化工中也开始应用年代，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方面的工作还是十分有限的产生和发展的理论准备时产生和发展的理论准备时期。期。 7070时年代，计算机的进一步发展，可以把几十个单元放时年代，计算机的进一步发展，可以把几十个单元放在一起考虑，在一起考虑，走上实用的时期，走上实用的时期，研制出有效的工业用化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。工流程通用模拟系统，对过程生产实现计算机控制。 8

9、080年代年代普及推广。普及推广。 9090年代年代完善、提高。完善、提高。4.2 化工过程系统工程的基本内容：化工过程系统工程的基本内容：从化从化工系统的整体目标出发，根据系统内部各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，个组成部分的特性及其相互关系，确定化确定化工系统在规划、设计、控制和管理等方面工系统在规划、设计、控制和管理等方面的最优策略。的最优策略。4.3 任务：任务：把系统工程的思想、方法用于把系统工程的思想、方法用于解决化工过程系统的设计、开发、操作、解决化工过程系统的设计、开发、操作、控制等问题。在一定的限制条件下，根据控制等问题。在一定的限制条件下，

10、根据输入及输出要求，输入及输出要求，寻求整体性能最优的过寻求整体性能最优的过程系统。程系统。一个简单的化工系统一个简单的化工系统-常减压流程常减压流程E1234567891011121T101P301H101E223456789101112131415161718192021221T1021234CQT11234CQT21234CQT3H201E3F1123456789101112131415T1P1S2CRUDSTMS5A11WD-T101A2A3A4A5T3T1T2V1V2V3STM1C0C1C2C3W1C5CC1STM2CC2STM3CC3JFEEDS4S3S1J0JZJ1J2J3J4J

11、T1JT2JT3JWDS6一个带控制点的工艺流程图一个带控制点的工艺流程图T-204E-213JHV-2055. 化工过程化工过程 化工过程是以天然物料为原料，经过物理或化化工过程是以天然物料为原料，经过物理或化学加工制成产品的过程。学加工制成产品的过程。 包括：包括：原料制备、化学反应、产品分离原料制备、化学反应、产品分离等过程。等过程。 5.1 化学反应过程化学反应过程 5.1.1 催化反应过程催化反应过程 5.1.2 热裂解反应过程热裂解反应过程 5.1.3 电解质溶液离子反应过程电解质溶液离子反应过程 5.1.4 生物化学反应过程生物化学反应过程 5.2 换热过程换热过程 5.3 分离

12、过程分离过程 化工过程生产操作工况的调节：化工过程生产操作工况的调节：对物料流温度、对物料流温度、压力、流量、液位、组成等操作参数的调节。压力、流量、液位、组成等操作参数的调节。 6.1 分散控制分散控制 简单回路控制：简单回路控制：基地式仪表，单输入、单输出，基地式仪表，单输入、单输出，控制目标是保持生产工况平稳。控制目标是保持生产工况平稳。 单元组合式控制仪表：单元组合式控制仪表：串级、前馈补偿控制系统串级、前馈补偿控制系统 分散控制的特点：分散控制的特点：各个控制回路都是相互独立的各个控制回路都是相互独立的 优点：优点：系统可靠系统可靠 缺点：缺点：硬件设计较多；难于实现总体优化控制方硬

13、件设计较多；难于实现总体优化控制方案。案。6 化工过程生产操作控制化工过程生产操作控制 6.2 集中控制集中控制 计算机用于化工过程控制，可以把各个控制计算机用于化工过程控制，可以把各个控制回路的运算、控制、显示都集中于计算机来实回路的运算、控制、显示都集中于计算机来实现。现。 优点：优点：节省硬件成本，便于同时分析各个控制节省硬件成本，便于同时分析各个控制回路的信息，为实现全系统的优化控制提供了回路的信息，为实现全系统的优化控制提供了条件。条件。 缺点：缺点：一旦发生计算机故障则将出现全控制系一旦发生计算机故障则将出现全控制系统瘫痪。统瘫痪。 6.3 集散系统集散系统(DCS) 分布式控制系

14、统分布式控制系统(Distributed Control System)：把计算机技术、控制技术、通讯技术、图像显示把计算机技术、控制技术、通讯技术、图像显示技术等集成为一体化的计算机控制系统。技术等集成为一体化的计算机控制系统。 集：管理、操作、控制集：管理、操作、控制(CRT)的集中的集中 散：功能分散、负荷分散、危险分散。散：功能分散、负荷分散、危险分散。 发展前景：向扩大应用覆盖面；管控一体化；开发展前景：向扩大应用覆盖面；管控一体化；开放化和标准化；现场在线技术方向发展。放化和标准化；现场在线技术方向发展。 先进的控制规律：先进的控制规律：自适应控制、预估值控制、模自适应控制、预估值

15、控制、模糊控制、智能控制。糊控制、智能控制。7 化工过程的分析与合成化工过程的分析与合成 7.1 什么是过程系统分析什么是过程系统分析 对于系统结构及其中子系统均已给定的现有对于系统结构及其中子系统均已给定的现有系统进行分析，即建立各子系统的数学模型，按系统进行分析，即建立各子系统的数学模型，按照给定的系统结构进行整个系统的数学模拟，预照给定的系统结构进行整个系统的数学模拟，预测在不同条件下系统的特性和行为，借以发现其测在不同条件下系统的特性和行为，借以发现其薄弱环节并加以改进。薄弱环节并加以改进。 主要是分析过程系统的运行机制、影响因素、主要是分析过程系统的运行机制、影响因素、过程模型的数学

16、描述、目标函数的建立、优惠工过程模型的数学描述、目标函数的建立、优惠工况下的况下的最佳操作参数最佳操作参数。 分析的目的：分析的目的：使所选方案在技术上先进、可使所选方案在技术上先进、可行，在经济上优越、合理。行，在经济上优越、合理。 7.1 什么是过程系统合成什么是过程系统合成(综合综合) 按照规定的系统特性，寻求所需的系统结构按照规定的系统特性，寻求所需的系统结构及其各子系统的性能，并使系统按规定的目标进及其各子系统的性能，并使系统按规定的目标进行最优组合。行最优组合。 寻优方法：模拟退火法、进化算法、遗传算寻优方法：模拟退火法、进化算法、遗传算法等。法等。7.3 过程系统合成研究的主要课

17、题过程系统合成研究的主要课题(1) 反应路径的合成反应路径的合成 在给定的原料和规定的产品之间的反应步骤在给定的原料和规定的产品之间的反应步骤称作反就路径，优选反应路径是反应路径合成的称作反就路径，优选反应路径是反应路径合成的任务。任务。(2) 换热器网络的合成换热器网络的合成 确定出具有最小的设备投资费和操作费，并确定出具有最小的设备投资费和操作费，并满足把每一过程物流由初始温度达到指定温度的满足把每一过程物流由初始温度达到指定温度的换热网络。换热网络。(3) 分离序列的合成分离序列的合成 给定一进料流股，已知它的状态，系统化的给定一进料流股，已知它的状态，系统化的设计出能从进料中分离出所要

18、求产品的过程，并设计出能从进料中分离出所要求产品的过程，并使费用最小。使费用最小。应用分离序列合成完成的实际项目应用分离序列合成完成的实际项目 吉化炼油厂气分装置吉化炼油厂气分装置获吉林省科技进步二等奖获吉林省科技进步二等奖经济效益经济效益2320万元万元/年年 吉林石化公司年加工吉林石化公司年加工5万吨万吨有机硅混合单体分离装置有机硅混合单体分离装置获吉林省科技进步一等奖获吉林省科技进步一等奖换热网络合成换热网络合成吉化炼油厂吉化炼油厂第一常减压换热网络装置第一常减压换热网络装置获吉林省科技进步三等奖获吉林省科技进步三等奖经济效益经济效益736万元万元/年年吉化炼油厂吉化炼油厂第二常减压换热

19、网络装置第二常减压换热网络装置获中国石油天然气集团公获中国石油天然气集团公司科技进步三等奖司科技进步三等奖经济效益经济效益788万元万元/年年(4) 反应器网络的合成反应器网络的合成 为制造所要求的产品，对于给定的化学反应路径以为制造所要求的产品，对于给定的化学反应路径以及主、副反应的速率数据，确定一个反应器的最优结构及主、副反应的速率数据，确定一个反应器的最优结构和操作条件，以使在给定的产率下总生产成本最小。和操作条件，以使在给定的产率下总生产成本最小。(5) 全流程的合成全流程的合成 寻求把给定原料转变成所要求产品的最经济、合理寻求把给定原料转变成所要求产品的最经济、合理的流程结构。的流程

20、结构。(6) 公用工程系统的合成公用工程系统的合成 满足公用工程要求的前提下确定系统的流程结构和满足公用工程要求的前提下确定系统的流程结构和操作条件，使系统总费用最小。操作条件，使系统总费用最小。(7) 过程系统能量集成过程系统能量集成 采用更节能的操作单元，从全过程系统的能量供求采用更节能的操作单元，从全过程系统的能量供求关系上分析，把反应、分离、换热和公用工程一同考虑，关系上分析，把反应、分离、换热和公用工程一同考虑，综合利用能量。综合利用能量。8化工过程模拟系统化工过程模拟系统20世纪初，采用由实验室到中间厂逐级放大的经世纪初，采用由实验室到中间厂逐级放大的经验方法。验方法。30年代，以

21、相似论为基础的准数方程法。年代，以相似论为基础的准数方程法。50年代后期，数学模拟方法。年代后期，数学模拟方法。50年代末期，工艺流程模拟。年代末期，工艺流程模拟。 Kellogg公司公司1958年开发了年开发了FLEXIBLEFLOWSHEET模拟系统，物料衡算、能量衡算模拟系统，物料衡算、能量衡算及开发设计的多方案评比。及开发设计的多方案评比。 在计算机上模拟化工过程工艺流程的软件，在计算机上模拟化工过程工艺流程的软件，称为化工流程模拟系统。称为化工流程模拟系统。8.1 几个基本概念几个基本概念 8.1.1 8.1.1 系统的模拟：系统的模拟：如果一个生产系统如果一个生产系统A A是比较复

22、杂的是比较复杂的系统，而不能预知其效果如何，则可以找另外一个比系统，而不能预知其效果如何，则可以找另外一个比较简单的系统较简单的系统B B，其操作特性与系统，其操作特性与系统A A的相同，但是比的相同，但是比A A容易进行试验或解算，因而，为了预知系统容易进行试验或解算，因而，为了预知系统A A的效果，的效果，就可以用试验系统就可以用试验系统B B的性能来代替的性能来代替A A。也就是说，利用也就是说，利用一个更为方便、经济而性能相似的系统一个更为方便、经济而性能相似的系统B B来模仿来模仿A A系统系统的性能的性能仿真。仿真。B B是是A A的模型。的模型。如果系统如果系统B B与系统与系统

23、A A不仅性能相似，而且物理化学不仅性能相似，而且物理化学过程本质也一样，只不过规模尺寸大小不同，则这种过程本质也一样，只不过规模尺寸大小不同，则这种模拟称为模拟称为“物理模拟物理模拟”（又称相似模拟）。（又称相似模拟）。 8.1.2 过程系统数学模拟：过程系统数学模拟：是指建立过程系是指建立过程系统的数学模型或描述模型并在计算机上加以统的数学模型或描述模型并在计算机上加以体现和试验。体现和试验。 8.1.3 数学模型：数学模型：指借助有关概念、变量、指借助有关概念、变量、逻辑关系、数学表达式、图形和表格等对系逻辑关系、数学表达式、图形和表格等对系统的一般描述，它是用各种数学符号、数值统的一般

24、描述，它是用各种数学符号、数值来描述工程、管理、技术经济等有关因素及来描述工程、管理、技术经济等有关因素及它们之间的数量关系，它是一种用数学来表它们之间的数量关系，它是一种用数学来表达的算式。达的算式。8.2 数学模型的建立数学模型的建立 明确模型的目的和要求明确模型的目的和要求问题的提出问题的提出 收集和处理系统的有关数据：包括物性数据、单元操作的收集和处理系统的有关数据：包括物性数据、单元操作的化工数据及成本核算数据化工数据及成本核算数据 根据过程原理，形成模型，建立起变量和参数之间的关根据过程原理，形成模型，建立起变量和参数之间的关系系比较困难的一环，比较困难的一环，用用“模型识别模型识

25、别”找出最合适的模型，找出最合适的模型，找出描述系统中各个部件在各时刻状态的有关变量（包括找出描述系统中各个部件在各时刻状态的有关变量（包括输入变量，状态变量和输出变量）中参数，确定各部件之输入变量，状态变量和输出变量）中参数，确定各部件之间的相互作用和影响的规则间的相互作用和影响的规则 根据收集的数据确定或估计模型中的参数，选择模型的初根据收集的数据确定或估计模型中的参数，选择模型的初始状态，选择解算方法始状态，选择解算方法 编制和调试计算机程序编制和调试计算机程序 收集和整理计算试验结果，并作出解释收集和整理计算试验结果，并作出解释 模型确认模型确认1. 提出任务将问题明朗化提出任务将问题

26、明朗化2. 过程的机理研究过程的机理研究3. 化工基础数据的收集和整理化工基础数据的收集和整理4. 建立数学模型建立数学模型5. 选择解题方法选择解题方法6. 编制或装配计算程序编制或装配计算程序7. 上机解算上机解算8. 计算机结果的整理解释计算机结果的整理解释9. 与与已知试验已知试验结果进行核对结果进行核对正确结果正确结果物性数据及程序、单物性数据及程序、单元过程化工数据、成元过程化工数据、成本核算数据及程序本核算数据及程序单元过程模型库单元过程模型库数学方法程序库数学方法程序库不理想不理想理想理想8.3 数学模型的类型数学模型的类型 数学模型是由描述过程的数学方程及限制条数学模型是由描

27、述过程的数学方程及限制条件组成，构成如下：件组成，构成如下：数学模型数学模型限制条件限制条件变量变量数学常数数学常数独立变量独立变量因变量因变量操作变量操作变量设备变量设备变量物理常数物理常数 8.3.1 按模型建立的方法：机理模型与经验模型、混合模按模型建立的方法：机理模型与经验模型、混合模型型机理模型：机理模型：分析过程的物理化学本质和机理，利分析过程的物理化学本质和机理，利用化学工程学的基本理论，根据表示过程特征的方用化学工程学的基本理论，根据表示过程特征的方程式进行分析，获得程式进行分析，获得“理论模型理论模型”或或“机理模型机理模型”；经验模型：经验模型：对过程的特征无知，只有根据实

28、验从输对过程的特征无知，只有根据实验从输入和输出变量之间的关系，进行分析整理以获得数入和输出变量之间的关系，进行分析整理以获得数学模型，称为经验模型或黑箱模型。新兴的热点学模型，称为经验模型或黑箱模型。新兴的热点分支，称为分支，称为“数据挖掘与知识获取数据挖掘与知识获取”，简称，简称“数据数据挖掘挖掘”。混合模型：混合模型：在一定的理论分析的基础上，辅以必要在一定的理论分析的基础上，辅以必要的实验观测，以确定其数学模型，是半理论半经验的实验观测，以确定其数学模型，是半理论半经验的。的。大多数化工过程的数学模型属于这种类型。大多数化工过程的数学模型属于这种类型。 8.3.2 按对象的时态本质分：

29、按对象的时态本质分：稳态模型、动态模型稳态模型、动态模型稳态模型：稳态模型：过程对象主要研究的参数不随时间过程对象主要研究的参数不随时间的变化而变化，如物料及能量平衡模型，涉及的变化而变化，如物料及能量平衡模型，涉及代数方程组，应用广泛。代数方程组，应用广泛。动态模型：动态模型：考虑过程对象主要研究的参数随时考虑过程对象主要研究的参数随时间的变化而变化，反映过程在外部干扰作用下，间的变化而变化，反映过程在外部干扰作用下，引起的不稳定过程或者开、停车过程；或某些引起的不稳定过程或者开、停车过程；或某些间歇操作过程，时间是一个主要自变量，数学间歇操作过程，时间是一个主要自变量，数学上是常微分方程组

30、问题。上是常微分方程组问题。 8.3.3 按过程属性分：按过程属性分：确定模型、模糊模型和随机模型确定模型、模糊模型和随机模型确定模型：确定模型：每个变量对任意一组给定的条件取每个变量对任意一组给定的条件取一个确定的值或一系列确定值时，这种模型称一个确定的值或一系列确定值时，这种模型称为确定模型。为确定模型。模糊模型：模糊模型：指输入、输出、状态变量具有模糊指输入、输出、状态变量具有模糊性关系的数学模型。其根本特征在于模糊集，性关系的数学模型。其根本特征在于模糊集，以往的集合论中元素是以往的集合论中元素是“分明的分明的”要么属于要么属于某一集合，要么不属于，即其从属函数或取某一集合，要么不属于

31、，即其从属函数或取1 1或或取零；而模糊集合中的元素的从属函数可在取零；而模糊集合中的元素的从属函数可在0 01 1中连续取任意值。中连续取任意值。随机模型：随机模型：用来描述一些不确定性的随机过程，用来描述一些不确定性的随机过程，这些过程服从统计概率规律。这些过程服从统计概率规律。 从系统工程学角度：从系统工程学角度：黑箱模型、白箱模型和灰色模黑箱模型、白箱模型和灰色模型型黑箱模型：黑箱模型：指对某些复杂化工过程系统的内部机指对某些复杂化工过程系统的内部机理完全不了解，认为该系统处于黑箱之中，只建理完全不了解，认为该系统处于黑箱之中，只建立输入量与输出量之间的关系。立输入量与输出量之间的关系

32、。白箱模型：白箱模型：指模型的输入与输出之间可以通过机指模型的输入与输出之间可以通过机理分析建立起确定映射关系的模型。理分析建立起确定映射关系的模型。灰色模型：灰色模型：信息部分明确、部分不明确的系统称信息部分明确、部分不明确的系统称为灰色系统，基于灰色系统理论的数学模型称为为灰色系统，基于灰色系统理论的数学模型称为灰色模型。灰色模型。 8.3.5 按过程对象的数学描述方法分类：按过程对象的数学描述方法分类：集中参数集中参数模型和分布参数模型模型和分布参数模型集中参数模型：集中参数模型：过程参数随时间位置不同的变化过程参数随时间位置不同的变化被忽略的情况下，过程系统的各种参数都被看作被忽略的情

33、况下，过程系统的各种参数都被看作在整个系统中是均一的，这样建立的模型中，各在整个系统中是均一的，这样建立的模型中，各种参数的数值与空间位置无关。数学上表现为代种参数的数值与空间位置无关。数学上表现为代数方程组或常微分方程组（动态情况下）。数方程组或常微分方程组（动态情况下）。分布参数模型：分布参数模型：要研究过程参数在整个系统空间要研究过程参数在整个系统空间从一个点到另一个点上性能的变化，这些过程参从一个点到另一个点上性能的变化，这些过程参数成为空间位置的函数。数学上表现为偏微分方数成为空间位置的函数。数学上表现为偏微分方程式。程式。8.3.3 计算模式的分类：模拟型、设计算模式的分类：模拟型

34、、设计型和综合型计型和综合型 模型参数集：模型参数集：输入参数集输入参数集I；结构参数集；结构参数集C；操作参数集操作参数集P；输出参数集；输出参数集O；优化要求集；优化要求集M。 模拟型：给出模拟型：给出I和和C，在指定，在指定P下计算下计算O； 设计型：给出设计型：给出O和和C，在指定，在指定I下计算达到某下计算达到某种种M下的下的P； 综合型：给出综合型：给出I和和O，找出达到某种，找出达到某种M下的下的C和和P。 特点：描述过程对象的模型中不包括时间参数，即是特点：描述过程对象的模型中不包括时间参数，即是把过程中的各种因素都看成是不随时间而变化。把过程中的各种因素都看成是不随时间而变化

35、。 50年代末到年代末到60年代，年代，Kellogg开发的开发的FLEXIBLEFLOWSHEET；Houston大学开发的大学开发的CHESS 70年代年代，Mosanto开发的开发的FLOWTRAN；Braun开发的开发的PF10（Process Flow)；日本千代田开发的；日本千代田开发的CAPES 麻省理工学院开发的麻省理工学院开发的ASPEN 我国引进的软件：我国引进的软件：ASPENPLUS；PROCESS；HYSYS 我国自行开发的软件我国自行开发的软件ECSS8.4 化工流程稳态模拟系统化工流程稳态模拟系统 8.4.1 分类分类a. 专用：针对某一具体过程开发，效率高，结果

36、准确；专用：针对某一具体过程开发，效率高，结果准确；b. 通用：具有柔性结构，可用于模拟各种工艺过程。通用：具有柔性结构，可用于模拟各种工艺过程。 8.4.2 解决的问题解决的问题物料衡算；热量衡算；设备尺寸和费用计算；技术经济物料衡算；热量衡算；设备尺寸和费用计算；技术经济评价。评价。 8.4.3 模拟系统的组成模拟系统的组成输入、输出系统、单元操作模块库、物性数据库；数值输入、输出系统、单元操作模块库、物性数据库；数值解算模拟库；执行系统。解算模拟库；执行系统。 8.4.4 稳态模拟实质是求一非线性方程组稳态模拟实质是求一非线性方程组 单元模块方程；流程联结方程；规定方程。单元模块方程；流

37、程联结方程；规定方程。8.4.5 求解方法分类求解方法分类 序贯模块法序贯模块法 联立联立(面向面向)方程法方程法 联立模块法联立模块法8.4.6 三个发展方向三个发展方向 (1) 把具有分布参数的单元操作模型（如把具有分布参数的单元操作模型（如反应器）也并入流程模拟系统；反应器）也并入流程模拟系统； (2) 向最优化设计方面发展；向最优化设计方面发展； (3) 将稳态模拟与动态模拟结合起来。将稳态模拟与动态模拟结合起来。8.5 动态过程系统模拟动态过程系统模拟 (1) 用途用途动态负荷变化的能力和可操作性；动态负荷变化的能力和可操作性；开、停车干扰下动态性能提供设计依据；开、停车干扰下动态性

38、能提供设计依据；多种方案中进行优选；多种方案中进行优选；训练操作人员；训练操作人员；代替实验设备，培养学生实验能力。代替实验设备，培养学生实验能力。 (2) 分类分类设计型设计型培训型培训型9 间歇过程的设计与操作优化间歇过程的设计与操作优化9.1 间歇过程在化工生产中的重要地位间歇过程在化工生产中的重要地位小批量、精细化工产品；小批量、精细化工产品；单产品、多产品、多目的。单产品、多产品、多目的。9.2 研究内容研究内容减小操作循环周期，提高生产率；减小操作循环周期，提高生产率；提高各批量生产的重复性以提高产品质量；提高各批量生产的重复性以提高产品质量；合理利用原料、能源和设备以降低成本；合

39、理利用原料、能源和设备以降低成本；提高适应性以应付产品规格及原料配方等的提高适应性以应付产品规格及原料配方等的变化。变化。 10.1 CIMS技术技术 CIMS (Computer Integrated Manufacturing System)计算机集成制造系计算机集成制造系统：通过计算机硬、软件，综合运用现代管统：通过计算机硬、软件，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产活动中有关的人、系统工程技术，将企业生产活动中有关的人、技术经营三要素及其信息流、物质流有机集技术经营三要素及其信息流、物质流有机集成为实施优化运作的大系统，形成成为实施优化运作的大系统，形成CIMS。10 化工企业化工企业CIPS技术技术 10.2 CIPS技术技术 Computer Integrated Process System 以以CIPS的概念和方法组织过程生产的概念