系统工程过程系统工程1课件

主要参考书1.过程系统工程概论（科大翻印，前几届学生用）2.杨冀宏等.过程系统工程导论.北京：烃加工出版社，19893.杨友麒等.化工过程模拟与优化.北京:化学工业出版社,20064.杨友麟.实用化工系统工程.北京：化学工业出版社，19895.RuddDF,ProcessSynthesis,19736.LinnhoffB,UserGuideonProcessIntegrationFortheEfficientUseofEnergy,1982,19947.DouglasJM,ConceptualDesignofChemicalProcesses,1988主要参考书1.过程系统工程概论（科大翻印，前几届学生用）1从《过程系统工程》中能学到什么?学习(或学完)一门新课时，思考一些问题我能学到什么?我有什么收获?未来的影响从《过程系统工程》中能学到什么?学习(或学完)一门新课时，思2引言课程名称（英文）：ProcessSystemEngineering(PSE)ChemicalSystemEngineering

一、化学工程与化工系统工程化学&化工？化学工程&化学工艺？引言一、化学工程与化工系统工程化学&化工？化学工程&化学工艺31.化学工程的发展简史

★20世纪初----20年代，化学工程学科的诞生

里程碑－MIT《化工原理》的问世★20世纪30年代－60年代，化学工程学科快速发展

里程碑－7个二级学科的诞生（反应工程、分离工程、传递过程、化工热力学、化工单元操作、化工系统工程）学科传统精髓：“三传一反”(?)★20世纪70年代－90年代，化学工程学科大大拓展

里程碑－生物化工、材料化工、环境化工、微电子化工等交叉领域的延伸.

新发展：三传一反+X

★21世纪初，化学工程学科的深化（X)

里程碑－时空多尺度化学工程的探索(分子尺度、微观纳米尺度、介观毫米尺度、宏观厘米尺度、设备米尺度、装置十米尺度)1.化学工程的发展简史4大师语录郭慕孙(1920-)，男，广东省潮州市人，中国科学院院士，化工冶金研究所名誉所长,化学工程专业.

化学工程经过归纳、综合和与其它知识的交叉，形成了以传递和反应为主且还在不断发展的三传一反+X的学识基础.这一学识基础的应用对象已远远超出了化工起家时的化学产品，覆盖了所有物质的物理和化学加工的工艺，将化学工程提升至过程工程。-----郭慕孙大师语录郭慕孙(1920-)，男，广东省潮州市人，中国科学5引言2.PSE在化学工程与工艺专业课程体系中的地位

化学工程与工艺(专业课)反应工程分离工程化工热力学化工系统工程化工工艺学reactorprocessseparationenergySimulationDesignOptimizationProcessSynthesis

服务产品原料化工原理3

transferOverallPrinciplesofChemicalEngineering

Tobediscussedindetail…….引言2.PSE在化学工程与工艺专业课程体系中的地位化学工程6引言二、课程特点与面临的困难

1、课程特点：全局的观点（与单元操作不同）定性与定量相结合学科交叉（技术、经济、社会，数学、计算机等）；

2、教材：“理论与实践”，深度、两届学生的反应及其他

3、课时：较少，与其内容与重要性不匹配三、对策

1、课堂学习---注重方法、了解思想、记好笔记（现有课本、课件为主）

2、课下复习---因人而异、适当筛选(参考书：4+3本）

3、突出重点、效率优先、学以致用

4、关于考试（历届情况、本届的方法:闭卷考试分数为主，兼顾平时）

（如何使用教材？）引言二、课程特点与面临的困难（如何使用教材？）7第1章绪论

★系统★系统工程★过程系统工程★过程系统工程的有关基本术语★过程系统工程主要研究内容★过程系统工程研究的四个基本问题（具体化）★过程系统工程的应用★系统优化的灵敏度分析第1章绪论★系统8什么是系统?1.1系统什么是系统?1.1系统9

涵义：一定条件下完成一定功能或实现一定目的，由若干互相联系、互相影响的部分要素组成的整体。灌溉系统（水泵、管路、喷嘴）、精馏系统、计算机系统。系统（考察对象）大小的相对性：小系统、大系统。哲学观点：所谓系统就是由相互作用的要素组成的具有特定结构、功能的有机整体。系统＝f(组成要素，结构，功能，环境）系统＝f(组成要素，结构，功能，环境）10什么是系统工程?1.2系统工程什么是系统工程?1.2系统工程11

系统工程是“组织、管理系统的规划、研究、制造、试验、使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法”。----钱学森定义：从全局的观点出发，用定量和定性相结合的方法，从技术、经济、社会的角度，对一个系统作全面的模拟、分析、评价、优化和控制（常见）。研究内容：研究解决系统问题的方法，而不是讨论构成系统的基本单元的基本原理、规律和特性。系统工程是“组织、管理系统的规划、研究、制造12系统工程与钱学森二战时的运筹学，1950年代MIT开设《系统工程》课程1978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》“两弹一星”2008年9月28日系统工程与钱学森二战时的运筹学，1950年代MIT开设《系统13什么是过程系统工程?1.3过程系统工程什么是过程系统工程?1.3过程系统工程14

过程系统：为达到某种物质和能量转换目的，而由过程单元按一定结构关系构成的统一体称为过程系统。是以物流为加工对象的、区别于机械加工生产“元件”的系统。（化工、冶金、水泥、合成氨、炼油、材料等）过程系统工程：是系统工程的一个分支，其研究历史晚于系统工程，把系统工程的一套研究方法、观点、思路应用到过程系统的模拟、评价、优化、合成等问题上，形成了过程系统工程学。是将化学工程、应用数学、将计算机软件、过程控制的理论与技术集成的学科。（较教材p1上更准确）过程系统不仅仅指传统的化工过程系统，它涵盖了整个这一类型的过程网络，如化工、冶金、材料、生化、医药的生产过程。(拓展:经营/管理和决策)

15过程系统工程是一个交叉学科化学工程学信息论控制论应用数学运筹学…过程系统工程是一个交叉学科化学工程学16过程系统工程的核心思想过程系统工程的核心思想17过程系统工程的核心思想全局优化过程系统工程的核心思想全局18过程系统创新！关键：如何通过优化的单元构筑优化的系统？过程系统创新！关键：如何通过优化的单元构筑优化的系统？19过程系统工程的产生与发展沿革●

20世纪初，过程系统开发一般采用逐步放大法。从小实验开始，经过许多的中间试验才形成工业规模的生产,费时、费力、费财。●30年代：“相似”原理。借助一系列“准数”用相似模拟的方法实现过程单元的放大问题．半经验方法-数学模拟放大的方法（建立在对机理了解基础上进行合理简化)而得到的数学模型，但未能达到真正实用的阶段（计算手段限制）。

过程系统工程的产生与发展沿革20●1946年，随着世界上第一台电子计算机的发明以及应用数学理论、方法的发展，为数学模拟提供了良好的工具。●50年代起，非线性方程组的求解及最优化已不再成为障碍。而化学工程本身的深入发展，“三传”、“一反”的归纳，使化学工程学的理论研究达到了空前的水平，利用数学模型实现高倍数放大成为现实。●70-80年代,电子计算机技术进步,过程系统工程应运而生：着眼于对整体工艺系统的模拟、优化、设汁、控制，产生了综合运用多学科研究成果的过程系统工程学:涉及化学工程、系统工程、应用数学、过程控制论等学科的边缘科学。同时,形成了一大批化工过程模拟软件。(范例：80年代台北的黄华南：乙烯裂解、石油炼制等几十套工艺优化，p6丙烯二聚法生产异戊二烯，直接放大17000倍)●

国内知名专家：成思危（原副委员长）、陈丙珍院士、扬友麒、韩方煜教授等●1946年，随着世界上第一台电子计算机的发明以及应用数学理211.4过程系统工程的部分常用术语（1）系统（system)

：一定条件下完成一定功能或实现一定目的，由若干互相联系、互相影响的部分要素组成的整体。（2）子系统(subsystem)

（3）环境(environment)：研究某种问题时所考虑的系统以外的部分即视作环境。在进行系统模拟时，一般仅需模拟预测系统的状态和输入输出关系，而环境的状态多作为设定的条件考虑。（4）过程、化工过程(process)：使物料发生物理的、化学的变化的一系列操作或处理步骤，或物料被加工的一段经历称为过程。（5）过程系统(processsystem)

以物流为加工对象的、区别于机械加工生产“元件”的系统。例如化工、石油化工、冶金、造纸、水泥等等制造系统。过程系统的原料变化通常不仅仅是外形尺寸的变化。（6）状态、系统状态(state)

对过程系统而言，其状态通常指温度、压力（压强）、流量、液位（界面高度）、组成、相态等宏观指标。1.4过程系统工程的部分常用术语（1）系统（system22（7）决策变量、设计变量、状态变量系统的决策变量及设计变量（decisionvariable）是指可人为选择或控制，用以改变系统状态的变量。决策变量的个数称为自由度其选择往往受到一定约束条件(热力学，动力学或过程、设备条件)的限制。状态变量（

statevariable）是当决策变量或设计变量给定后，由于过程本身的物理规律所限而被确定、无法人为改变的量。（8）系统的输入量（input）与输出量（output）系统数学模型中涉及许多描述系统特性的变量。变量中有些是已知的或选定的、有些是未知的或待定的。数学模拟的过程就是利用模型由选定的量计算出待定的量，或说由模型的输入量计算出模型的输出量。通常模型的输入量也对应着决策变量或设计变量，输出量也对应着状态量。（7）决策变量、设计变量、状态变量23（9）过程模拟(processsimulation)

用表示系统内各装置特性的数学模型(物料平衡、热量平衡、热力学平衡和设备设计方程等)以及表示各装置间结合关系的数学式，表示过程系统的特性。然后求解。（10）过程模拟系统（ProcessSimulationSystem）又称工艺流程模拟系统，指的是一种计算机辅助工艺设计软件，这种软件接受有关化工流程的输入信息，进行对过程开发、设计或操作有用的系统分析计算。（9）过程模拟(processsimulation)

241.5过程系统工程基本任务与内容

任务：充分利用化工生产涉及的基本规律改进实际生产过程，以达到在化工生产的规划设计、操作运行、控制管理、采购与销售的各个环节合理化、最优化的目的，提高化工装置的生产效率和经济效益。内容：主要包括系统分析、系统综合和系统优化三部分,简称ASO。

系统分析是对指定的系统结构与参数，描述或确定系统的状态与功能。通常是给定系统特性和系统输入，预测系统的状态和系统输出。系统分析一般又含下述三方面内容：（1）系统分解：将复杂大系统分解为若干较简单的子系统。（2）建立模型：建立描述各子系统输入输出关系的模型，一般为数学表达式。模型一般分为过程单元模型、系统结构模型和技术经济模型等几类。（3）系统模拟：根据系统分解的结果，按照系统的结构将诸子系统联接，进行计算，模拟或预测整个系统的状态与功能。1.5过程系统工程基本任务与内容任务：充分利用化工25课后作业

2,化工系统工程与传统化学工程在研究对象上有何区别？3，化工系统工程具体技术工作内容有哪些？1，什么是系统工程？课后作业2,化工系统工程与传统化学工程在研究对象上有何区26结束！结束！27主要参考书1.过程系统工程概论（科大翻印，前几届学生用）2.杨冀宏等.过程系统工程导论.北京：烃加工出版社，19893.杨友麒等.化工过程模拟与优化.北京:化学工业出版社,20064.杨友麟.实用化工系统工程.北京：化学工业出版社，19895.RuddDF,ProcessSynthesis,19736.LinnhoffB,UserGuideonProcessIntegrationFortheEfficientUseofEnergy,1982,19947.DouglasJM,ConceptualDesignofChemicalProcesses,1988主要参考书1.过程系统工程概论（科大翻印，前几届学生用）28从《过程系统工程》中能学到什么?学习(或学完)一门新课时，思考一些问题我能学到什么?我有什么收获?未来的影响从《过程系统工程》中能学到什么?学习(或学完)一门新课时，思29引言课程名称（英文）：ProcessSystemEngineering(PSE)ChemicalSystemEngineering

一、化学工程与化工系统工程化学&化工？化学工程&化学工艺？引言一、化学工程与化工系统工程化学&化工？化学工程&化学工艺301.化学工程的发展简史

★20世纪初----20年代，化学工程学科的诞生

里程碑－MIT《化工原理》的问世★20世纪30年代－60年代，化学工程学科快速发展

里程碑－7个二级学科的诞生（反应工程、分离工程、传递过程、化工热力学、化工单元操作、化工系统工程）学科传统精髓：“三传一反”(?)★20世纪70年代－90年代，化学工程学科大大拓展

里程碑－生物化工、材料化工、环境化工、微电子化工等交叉领域的延伸.

新发展：三传一反+X

★21世纪初，化学工程学科的深化（X)

里程碑－时空多尺度化学工程的探索(分子尺度、微观纳米尺度、介观毫米尺度、宏观厘米尺度、设备米尺度、装置十米尺度)1.化学工程的发展简史31大师语录郭慕孙(1920-)，男，广东省潮州市人，中国科学院院士，化工冶金研究所名誉所长,化学工程专业.

化学工程经过归纳、综合和与其它知识的交叉，形成了以传递和反应为主且还在不断发展的三传一反+X的学识基础.这一学识基础的应用对象已远远超出了化工起家时的化学产品，覆盖了所有物质的物理和化学加工的工艺，将化学工程提升至过程工程。-----郭慕孙大师语录郭慕孙(1920-)，男，广东省潮州市人，中国科学32引言2.PSE在化学工程与工艺专业课程体系中的地位

化学工程与工艺(专业课)反应工程分离工程化工热力学化工系统工程化工工艺学reactorprocessseparationenergySimulationDesignOptimizationProcessSynthesis

服务产品原料化工原理3

transferOverallPrinciplesofChemicalEngineering

Tobediscussedindetail…….引言2.PSE在化学工程与工艺专业课程体系中的地位化学工程33引言二、课程特点与面临的困难

1、课程特点：全局的观点（与单元操作不同）定性与定量相结合学科交叉（技术、经济、社会，数学、计算机等）；

2、教材：“理论与实践”，深度、两届学生的反应及其他

3、课时：较少，与其内容与重要性不匹配三、对策

1、课堂学习---注重方法、了解思想、记好笔记（现有课本、课件为主）

2、课下复习---因人而异、适当筛选(参考书：4+3本）

3、突出重点、效率优先、学以致用

4、关于考试（历届情况、本届的方法:闭卷考试分数为主，兼顾平时）

（如何使用教材？）引言二、课程特点与面临的困难（如何使用教材？）34第1章绪论

★系统★系统工程★过程系统工程★过程系统工程的有关基本术语★过程系统工程主要研究内容★过程系统工程研究的四个基本问题（具体化）★过程系统工程的应用★系统优化的灵敏度分析第1章绪论★系统35什么是系统?1.1系统什么是系统?1.1系统36

涵义：一定条件下完成一定功能或实现一定目的，由若干互相联系、互相影响的部分要素组成的整体。灌溉系统（水泵、管路、喷嘴）、精馏系统、计算机系统。系统（考察对象）大小的相对性：小系统、大系统。哲学观点：所谓系统就是由相互作用的要素组成的具有特定结构、功能的有机整体。系统＝f(组成要素，结构，功能，环境）系统＝f(组成要素，结构，功能，环境）37什么是系统工程?1.2系统工程什么是系统工程?1.2系统工程38

系统工程是“组织、管理系统的规划、研究、制造、试验、使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法”。----钱学森定义：从全局的观点出发，用定量和定性相结合的方法，从技术、经济、社会的角度，对一个系统作全面的模拟、分析、评价、优化和控制（常见）。研究内容：研究解决系统问题的方法，而不是讨论构成系统的基本单元的基本原理、规律和特性。系统工程是“组织、管理系统的规划、研究、制造39系统工程与钱学森二战时的运筹学，1950年代MIT开设《系统工程》课程1978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》“两弹一星”2008年9月28日系统工程与钱学森二战时的运筹学，1950年代MIT开设《系统40什么是过程系统工程?1.3过程系统工程什么是过程系统工程?1.3过程系统工程41

过程系统：为达到某种物质和能量转换目的，而由过程单元按一定结构关系构成的统一体称为过程系统。是以物流为加工对象的、区别于机械加工生产“元件”的系统。（化工、冶金、水泥、合成氨、炼油、材料等）过程系统工程：是系统工程的一个分支，其研究历史晚于系统工程，把系统工程的一套研究方法、观点、思路应用到过程系统的模拟、评价、优化、合成等问题上，形成了过程系统工程学。是将化学工程、应用数学、将计算机软件、过程控制的理论与技术集成的学科。（较教材p1上更准确）过程系统不仅仅指传统的化工过程系统，它涵盖了整个这一类型的过程网络，如化工、冶金、材料、生化、医药的生产过程。(拓展:经营/管理和决策)

42过程系统工程是一个交叉学科化学工程学信息论控制论应用数学运筹学…过程系统工程是一个交叉学科化学工程学43过程系统工程的核心思想过程系统工程的核心思想44过程系统工程的核心思想全局优化过程系统工程的核心思想全局45过程系统创新！关键：如何通过优化的单元构筑优化的系统？过程系统创新！关键：如何通过优化的单元构筑优化的系统？46过程系统工程的产生与发展沿革●

20世纪初，过程系统开发一般采用逐步放大法。从小实验开始，经过许多的中间试验才形成工业规模的生产,费时、费力、费财。●30年代：“相似”原理。借助一系列“准数”用相似模拟的方法实现过程单元的放大问题．半经验方法-数学模拟放大的方法（建立在对机理了解基础上进行合理简化)而得到的数学模型，但未能达到真正实用的阶段（计算手段限制）。

过程系统工程的产生与发展沿革47●1946年，随着世界上第一台电子计算机的发明以及应用数学理论、方法的发展，为数学模拟提供了良好的工具。●50年代起，非线性方程组的求解及最优化已不再成为障碍。而化学工程本身的深入发展，“三传”、“一反”的归纳，使化学工程学的理论研究达到了空前的水平，利用数学模型实现高倍数放大成为现实。●70-80年代,电子计算机技术进步,过程系统工程应运而生：着眼于对整体工艺系统的模拟、优化、设汁、控制，产生了综合运用多学科研究成果的过程系统工程学:涉及化学工程、系统工程、应用数学、过程控制论等学科的边缘科学。同时,形成了一大批化工过程模拟软件。(范例：80年代台北的黄华南：乙烯裂解、石油炼制等几十套工艺优化，p6丙烯二聚法生产异戊二烯，直接放大17000倍)●

国内知名专家：成思危（原副委员长）、陈丙珍院士、扬友麒、韩方煜教授等●1946年，随着世界上第一台电子计算机的发明以及应用数学理481.4过程系统工程的部分常用术语（1）系统（system)

：一定条件下完成一定功能或实现一定目的，由若干互相联系、互相影响的部分要素组成的整体。（2）子系统(subsystem)

（3）环境(environment)：研究某种问题时所考虑的系统以外的部分即视作环境。在进行系统模拟时，一般仅需模拟预测系统的状态和输入输出关系，而环境的状态多作为设定的条件考虑。（4）过程、化工过程(process)：使物料发生物理的、化学的变化的一系列操作或处理步骤，或物料被加工的一段经历称为过程。（5）过程系统(processsystem)

以物流为加工对象的、区别于机械加工生产“元件”的系统。例如化工、石油化工、冶金、造纸、水泥等等制造系统。过程系统的原料变化通常不仅仅是外形尺寸的变化。（6）状态、系统状态(state)

对过程系统而言，其状态通常指温度、压力（压强）、流量、液位（界面高度）、组成、相态等宏观指标。1.4过程系统工程的部分常用术语（1）系统（system49（7）决策变量、设计变量、状态