化工系统工程

化工系统工程主讲：智科端博士副教授TELmail：zhikeduan@内蒙古工业大学化工学院2第一章系统与系统工程一、系统工程的应用举例二、系统三、系统工程四、系统工程方法论3一、系统工程的应用举例是我国建国以来最大的工程项目，它的论证、组织、实施与管理可以说就是一个庞大的系统工程问题，这项工程涉及到了国家及地方的众多部门，如水利、电力、能源、文物、生态、移民等等，涉及到几个省的上百个县市，同时实施过程要由众多单位共同努力，时间横跨将近20年。三峡水利工程4粮食价格的调整燃料能源价格银行利率外汇牌价一、系统工程的应用举例对于我们今天生活中所关心的各种社会经济问题，如经济改革、价格问题、体制改革及各种政策的出台都是要经过充分的系统的论证，这些都与系统工程有关。例如：5企业的长远规划新产品开发区域规划大项目管理一、系统工程的应用举例将来在我们的实际工作中，我们会遇到许许多多的系统工程问题，比如：6第一章系统与系统工程一、系统工程的应用举例二、系统三、系统工程四、系统工程方法论7公元前古希腊对“宇宙大系统”的认识；我国西周时期的“阴阳二气”及金、木、水、火、土“五行”；东汉时期形成的“二十四节气”；周秦到西汉时期的“皇帝内经”。二、系统系统概念的形成只见森林1.系统的概念8系统概念的形成15世纪下半叶以后：19世纪：辨证唯物主义：“只见树木”具体化“先见森林，后见树木”世界是由无数相互关联、相互依赖、相互制约和相互作用的过程所形成的统一整体。科学系统思想的实质9系统的概念一台机器、一个部门、一项计划、一个研究项目、一种组织、一套制度都可以看成一个系统;系统的存在具有普遍性;系统的概念是相对的而不是绝对的，它没有绝对规模的界限。系统是由两个以上有机联系、相互作用的要素所组成，具有特定功能、结构和环境的整体。101）集合性。系统是由两个以上的可以相互区别的要素所组成。2）相关性。组成系统的各要素之间具有相互联系、相互作用、相互依赖的特定关系。某—要素若发生变化则会影响其他要素的状态变化。3）层次性。一个系统可分解为若干子系统，而子系统还可以分解为亚子系统等等，以致最终可分解为要素，这样就可构成具有特定的空间层次结构。例如一个公司就是由子公司或二级厂(矿)、车间、工段、班组，以及相应的职能部门构成。各层次的子系统相互联系，相互作用，以其特有的功能为统一的目标而相互协调运行。4）整体性。系统不是各个要素的简单拼凑，而是根据特定的统一性要求协调存在于系统整体之中。是具有整体的特定功能和特性。整体性强调要素间的协调与综合，这样才能获得具有良好功能的系统。2.系统的特性115.功能性。功能性是系统的基本特性之一：它表明系统具有的作用和效能，系统的功能以系统的结构为基础。系统的特定结构决定系统的特定功能，系统不同，其功能也不同、这正是区别一个系统和另一个系统的主要标志。人造系统是根据系统目的来设定功能，而自然系统虽无目的但却有功能。6．环境适应性。任何一个系统都存在于一定的物质环境之中，它必然与环境不断地进行物质、能量、信息的交换。外界环境的变化对系统内部要素产生干扰，使要素和要素关系发生变化，从而可能引起系统功能的波动。所以系统必须适应外部环境的变化，这样的系统才更有生命力。系统的特性12

开放系统与封闭系统3.系统的分类

实体系统与概念系统

自然系统与人造系统

动态系统与静态系统13(2)美国著名学者H．切斯纳指出：“系统工程认为虽然每个系统都由许多不同的特殊功能部分所组成，而这些功能部分之间又存在着相互关系，但是每一个系统都是完整的整体，每一个系统都要求有一个或若干个目标。系统工程则是按照各个目标进行权衡，全面求得最优解(或满意解)的方法，并使各组成部分能够最大限度地互相适应”。1.系统工程的定义(1)中国科学家钱学森指出：“系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法”，“系统工程是一门组织管理的技术”。至今还没有统一定义14(3)日本学者三浦武雄指出：“系统工程与其它工程学不同之处在于它是跨越许多学科的科学，而且是填补这些学科边界空白的边缘科学。因为系统工程的目的是研究系统，而系统不仅涉及到工程学的领域，还涉及到社会、经济和政治等领域，为了圆满解决这些交叉领域的问题，除了需要某些纵向的专门技术以外，还要有一种技术从横向把它们组织起来，这种横向技术就是系统工程，也就是研究系统所需的思想、技术和理论等体系化的总称。”系统工程的定义(4)《中国大百科全书·自动控制与系统工程卷》指出：“系统工程是从整体出发合理开发、设计、实施和运用系统的工程技术。它是系统科学直接改造世界的工程技术。”15(5)日本工业标准(JIS)规定：“系统工程是为了更好地达到系统目标，而对系统的构成要素、组织结构、信息流动和控制机构等进行分析与设计的技术”。系统工程的定义

系统工程是一门研究大规模复杂系统的交叉学科，它是根据整体协调的需要，综合运用各种现代科学思想、理论、技术、方法、工具，对系统进行研究分析、设计制造和服务，使系统整体尽量达到最佳协调和最满意的优化。钱学森提出的现代科学技术体系——四个层次一座桥梁17系统工程研究对象研究对象：不限于物质系统，还包括自然系统、社会经济系统、经营管理系统、军事指挥系统等等。系统工程在自然科学与社会科学之间架设了一座沟通的桥梁。182.系统工程的理论基础从系统工程的定义可以看出，系统工程是一门跨学科的边缘性交叉学科，它包括自然、社会及工程设计分析等方面的知识，它是由一般系统论、经济控制论、运筹学等学科相互渗透、交叉发展而形成的。193.系统工程与一般工程比较的特点

传统工程系统工程研究对象特定的工程物质不局限于特定工程物质，也不局限于物质系统研究方法专业知识各种现代科学知识和专业知识着眼点局部最优整体最优204.系统工程与运筹学区别系统工程：侧重于评价和改进现有系统、设计新系统。运筹学：通常涉及现有系统运营情况，侧重于资源的最优配置。215.系统工程理论的新发展系统工程作为一门交叉学科，日益向多种学科渗透和交叉发展。系统工程作为一门软科学，日益受到人们的重视。225.系统工程理论的新发展复杂适应系统理论（CAS理论）系统工程朝着“巨系统”的方向发展综合集成研讨厅体系构想23四、系统工程方法论

它是系统工程思考问题和处理问题的一般方法，把分析对象作为整体系统来考虑，进行分析、设计、制造和使用时的基本思想方法和工作方法。系统工程方法论就是解决系统工程实践中的问题所应遵循的步骤、程序和方法。1.系统工程方法论242.系统工程与传统方法的区别从前面对系统工程的介绍可以看出，系统工程的目标是通过什么样的方法可使系统达到最优，而方法论是把设想付诸实现的过程。对于传统方法，它解决问题的目标往往是单一的，比如设计一个产品或只强调成本低或只强调性能高，而系统工程对目标的考虑需要从系统运行的全过程即时间方面以及在每个阶段中处理问题的特殊思维过程即逻辑方面，并综合运用各种专业知识即知识方面来综合考虑。253.系统工程的三维结构分析霍尔的“三维结构”模式

26①

时间维a)规划阶段：主要是按照设计要求提出系统目标，制定规划和政策。b)拟定阶段：完成的任务是提出具体的方案，进行系统的初步设计。c)分析阶段：

对所设计的方案进行分析、比较。d)运筹阶段：方案的综合选优，确定最优实施方案。e)实施阶段：系统的设计、安装及调试等。f)运行阶段：按照系统预定的用途工作。g)更新阶段：按系统要求实施，取消旧系统，代之以新系统，对系统改进。27②

逻辑维a)明确问题：了解问题所处的环境，收集有关的数据和资料，主要目的是弄清问题。b)系统指标设计：确定所要解决问题的目标和相应的评价准则。c)系统方案综合：为实现预期目标，拟定所需采取的策略和应选择的方案。d)系统分析：深入了解所提出的政策措施和解决方法，分析这些措施方法在实施中的预期效果。28②

逻辑维e)系统方案的优化与选择：用数学规划等定量的优化方法去判别各种方案的优劣，以进行方案选择。f)决策：以指标体系为评价准则，在考虑决策者的偏好等基础上，选择最优方案。g)实施计划：按决策结果制定实施方案和计划。29③知识维

知识维是指各工作步骤所需的各门专业知识，由于系统工程是个综合性的交叉学科，在上述各阶段中，执行任何一步都会涉及多种专业技术，如社会科学、工程技术、法律、商业、医药、艺术等等。

304、系统分析简介狭义的解释认为系统分析是系统工程的一项优化技术，是系统工程在非结构化问题决策中的具体应用。系统工程方法论的基础是系统分析技术，系统分析是完成系统工程问题的中心环节;广义的解释认为系统分析就是系统工程，系统分析是系统工程的同义词;315.系统分析的概念及要素系统分析是运用建模及预测、优化、仿真、评价等技术对系统的各有关方面进行定性与定量相结合的分析，为选择最优或满意的系统方案提供决策依据的分析研究过程。32系统分析的基本概念系统分析的目的是在于分析系统内部与系统环境之间、系统内部各要素之间的相互依赖、相互制约、相互促进的复杂关系，分析系统要素的层次结构关系及其对系统功能和目标的影响，通过建立系统的分析模型使系统各要素及其与环境之间的协调达到最佳状态，最终为系统决策提供依据。33系统分析的要素（1）问题（2）目的及目标（3）方案（4）模型（5）评价（6）决策者系统工程方法论弄清问题|目标选择

|拟定方案

|建立模型

|系统评价

|系统决策

|

实施系统

分析356.系统分析的程序36（1）初步分析初步分析：What?Why?Where?When?Who?How?问题的目标

目标的层次性目标的冲突37目标树

XX1X2X338目标冲突和利害冲突

在目标分析过程中，系统分析人员经常会发现，许多关键情况往往是由于存在着相互冲突的分目标造成的。这有两种情况：一种是纯属专业性质的，即目标冲突问题；另一种是社会性质的，即利害冲突问题。39目标冲突例如在进行产品设计时，所可能强调的两个目标：一是尽可能低的成本二是尽可能高的质量。解决办法：建立一个没有矛盾的目标集，把引起矛盾的分目标剔除掉。采用所有分目标，寻求一个能达到冲突目标得以并存的方案。

40利害冲突处理的方法：目标方之一放弃自己的利益；保持其中一个目标，用其它方式补偿或部分补偿受损方的利益；通过协商调整目标系统，使之达到目标相容。例如企业在减员增效的过程中就至少有如下两个目标：一是提高企业的效益二是保证工作岗位不减员。417.系统分析的原则（1）坚持问题导向；（2）以整体为目标；（3）多方案模型分析和选优；（4）定量分析与定性分析相结合；（5）多次反复进行。烟囱例：发电厂环境工程系统分析锅炉除尘器煤目的：模拟烟囱排放的烟尘和SO2，据此提出最佳治理方案。

烟尘超标4.84倍，SO2超标10.84倍

8.系统分析举例1．

拟定方案：

①

修建高烟囱120m（目前是45m），投资估算22万；不可行(附近是机场）；②

该厂采用的是多管旋风加文丘里除尘器，效率为93.8%，若改用电除尘器，除尘效率将提高到99%，投资70万；而对SO2，可以采用预洗或炉中添加石灰等方法，可行；1．

拟定方案：

③

更换锅炉，投资200万，能降低大约2／3的飞灰，而对SO2没有减少。此外，还可能引起燃烧效率降低。若以降低燃烧效率2％计算，其年经济损失为11.76万元，所以这是一个不理想的可行方案；④改用外地优质煤（目前是用本地区的褐煤）。改用优质煤后，煤尘与SO2的排放量估算分别为85.53kg/h和129.7kg/h，均小于标准量。此外还可节约燃料费191.7万元/年。这是四个方案中比较理想的治理污染的方案。45第二章系统分析一、模型与模型化简介二、系统结构分析技术三、系统仿真46一、模型与模型化简介1、模型及特征

模型是现实系统的替代物。模型应反映出系统的主要组成部分、各部分之间的相互关系，以及在运用条件下的因果作用及相互关系。特征：（1）它是现实世界部分的抽象或模仿；（2）它是由那些与分析的问题有关的因素构成的；（3）它表明了有关因素间的相互关系。47模型化模型化就是为描述系统的构成和行为，对实体系统的各种因素进行适当筛选，用一定方式（数学、图像等）表达系统实体的方法。------构模的过程2.模型（化）及其本质利用模型与原型之间某方面的相似关系，在研究的过程中用模型来代替原型，通过对模型的研究得到关于原型的一些信息。本质：483.模型（化）的地位与作用作用：（1）人们对客观系统一定程度研究结果的表达。（2）导致科学规律、理论、原理的发现。（3）利用模型可以进行“思想”试验。49地位：3.模型（化）的地位与作用

模型不能代替对客观系统内容的研究，只有在和对客体系统内容研究相配合时，其作用才能充分发挥。504.模型的分类概念模型：通过人们的经验、知识和直觉形成的。形式上分为思维、字句或描述的。符号模型：用符号来代表系统的各种因素和它们间的相互关系。分为结构模型和数学模型。类比模型：和实际模型作用相同。仿真模型：用计算机对系统进行仿真时所用的模型。形象模型：把现实的东西的尺寸进行改变后的表示。分为物理模型和图像模型。515.建立模型的一般原则①建立方框图②考虑信息相关性③考虑准确性④考虑结集性526.建模的基本步骤①明确建模的目的和要求；②对系统进行一般语言描述；③弄清系统中的主要因素及其相互关系；④确定模型的结构；⑤估计模型的参数；⑥实验研究；⑦必要修改。537.模型化的基本方法（4）老手法：（2）实验方法：（3）综合方法：（1）分析方法：（5）辨证法：化工过程分析与合成过程：客观事物从一个状态到另一个状态的转移。过程工艺：对物料流进行物理或化学的加工工艺。化工（炼油，化肥）、轻工、冶金过程、医药生产过程等。制造工艺：以工件为对象的加工工艺。像电视机、汽车、机械零件加工等的生产，都是制造工艺1.1化工过程化工过程：以天然物料（煤、石油、盐等）为基础原料，经过物理或化学加工制成产品的过程。通常化工过程大都包括三个部分：原料制备化学反应产品分离在多种多样的单元过程中，最重要的也是最多用的单元过程是：化学反应过程换热过程分离过程1.1.1化学反应过程化学反应过程是化工过程的核心部分。主要的化学反应过程有：催化反应过程热裂解反应过程电解质溶液离子反应过程生物化学反应过程1.1.2换热过程定义：化工过程工艺流程中被处理的物流，按各单元过程所要求的温度，通过换热器加热或冷却的过程。换热网络：满足这种换热要求的热量或冷量，可以来自流程中的工艺物料流或是来自公用工程，构成换热网络。换热网络设计目标：以最大限度的节能、经济的设备投资、良好的操作适应性。实现最佳的换热网络设计，是化工过程系统合成研究的一项典型的事例，也是本课程将要重点研讨的一项内容。1.1.3分离过程定义：从某种已知组成的混合物中分离出某几种目标产物的过程.化工系统综合:从可以设计出的不同流程、不同塔数的多种流程方案中选择经济的、能满足分离要求的最佳方案.分离过程选择:非均一系物料的气固相分离:采用沉降、过滤、湿法除尘、电除尘等单元操作。液固相分离:过滤、干燥、沉降等。

均一系物料的气相分离，可采用吸附、吸收、膜分离。

液相分离:则可用蒸馏与精馏、蒸发、结晶、汽提、萃取、膜分离等。化学反应过程换热过程分离过程不同的化工过程只是这三类过程的不同组合化工系统工程研究内容:这三类，其中主要是换热过程和分离过程1.2化工过程生产操作控制化工过程生产操作控制：对生产操作工况的调节。主要是对物料流温度、压力、流量、液位、组成等操作参数的调节。化工过程生产操作控制分类分散控制集中控制化工过程生产操作控制对生产过程是否能正常进行影响很大，因此至关重要。分散控制:20世纪四五十年代的早期过程控制技术，采用基地式控制仪表实施单输入、单输出的简单回路控制，又称为分散控制，目标:保持生产工况平稳。分散控制技术的特点：各个控制回路都相互独立。优点：当某一控制回路出现故障时，不致影响其他回路的正常工作。缺点：控制参数较多时，需要相应设置较多的硬件。且这种分散的控制，难于实现总体优化。集中控制：将计算机应用于化工过程控制，把各个控制回路的运算、控制、显示都集中于计算机来实现的控制手段。优点：可以大大的节省硬件成本，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条件。缺点：一旦发生计算机故障则将出现全控制系统瘫痪的危险。由于这种缺陷的困扰，曾使计算机控制技术一度陷于难于发展的困境。20世纪70年代中期集散系统的出现，使计算机控制技术出现了灿烂的应用前景。1.3化工过程分析与合成化工过程分析与合成又称为化工过程系统工程，化工过程系统工程是在系统工程、化学工程、过程控制、计算数学、信息技术等学科的边缘上产生的一门综合性学科，化工过程系统工程以处理物料-能量-信息流的过程系统为研究对象。“化工过程系统工程”作为现代化学工程的一个组成部分，是新近发展起来的一门新兴的边缘科学。简单地说，将系统工程学的理论和方法应用于化工过程就形成了化工过程系统工程，简称为化工系统工程。一化工过程系统工程系统工程：以大系统为对象进行研究的跨学科的边缘性科学。起源:该学科最初发源于美国，由于二次世界大战期间，美国需要在有限的时间、空间和运力条件下安排达到最大的运送量。因此提出了如何对运力进行安排以实现最大运送量的问题。其后，在通信网络的设计过程中，也发现存在着如何安排通信网络以达到用最小的投入，得到最优的通话效果的通信网络最优配备问题。

由于先驱者的出发点和侧重面各有不同，对系统工程的理解和认识也就各有不同.有些人强调复杂系统的最优管理和最优控制。有些人则着眼于工程系统的规划和最优设计。当强调复杂系统的最优管理和最优控制时———现代管理科学。当着眼工程的规划及最优设计——寻优的综合技术。系统工程的基本思想：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，讨论系统整体的最优策略。系统工程学又名：工程学的方法论研究对象：各个不同的系统化工过程系统工程以系统工程学为基础，把社会问题作为研究对象的学科称为社会系统工程学。把环境问题作为研究对象的学科称为环境系统工程学。把化工过程系统问题作为研究对象的学科称为化工过程系统工程学。

1认识上的三次飞跃第一次：20年代提出了“单元操作”的概念产生了化学工程学第二次：50年代提出了“三传”的概念产生了化工传递过程原理的学科第三次：60年代初提出了“对化工过程系统的分析和模拟”的概念产生了化工过程系统工程学二、化工过程系统工程学的起源和发展2化工过程系统工程学产生的基础化工生产过程的综合性不断增强，化工企业朝着多品种、跨学科的方向发展化工装置日趋大型化，对放大技术的要求越来越高，小试到规模生产的周期越来越短。能源紧缺，能源的有效及合理利用成为人们越来越关心的问题。产品竞争日益加剧，一个品种的改变要求跟着企业迅速改变，以适应市场的变化环境意识的提高，要求企业对污染加以严格的控制，提出了如何减少污染，合理的综合利用资源的问题。3化工系统工程学的综合性从化工系统工程学的形成过程可知，这是一门综合性学科，涉及：化学工程学系统工程学运筹学计算技术过程控制理论三、化工系统工程学的基本内容任务：在“一定的输入输出条件下，寻求一个整体最优的过程系统”。对一个待求的未知系统应指出：该系统应如何规划、设计、操作、控制。为完成上述任务，大致包括两个方面的工作:

化工过程系统的分析

化工过程系统的合成化工过程分析：对过程系统的运行机制、影响因素、过程模型的数学描述、目标函数的建立、优惠工况下的最佳操作参数等进行分析。例：某年产30万t乙烯装置改扩建为45万t装置，竣工投产后达到了预期的产量，但能耗超标。如何选择对策，就要对工艺装置进行分析，在对过程进行系统分析的同时，必需要对单元、物料、能量利用情况进行分析。1.3.1化工过程系统的分析过程系统分析与模拟：建立过程系统的数学模型并在计算机上模拟计算的整个过程称为过程系统分析与模拟。

过程系统的模型：对实际过程系统的描述。

包括：数学模型与实物模型。

数学模型：建立数学表达式，在建立过程中运用逻辑关系、规则、概念。模拟计算：首先要寻求有效的数学模型求解的方法，并将模型的求解过程转变为计算程序，然后计算得出直观形式的输出结果.前例中：若该套扩建不久的年产45万t乙烯装置，又面临着进一步扩建为60万t规模的任务。建摸时要吸取前次扩建的经验这是一个大系统的多目标合成问题，是一个按既定多目标函数寻优的系统合成问题。扩建方案的目标达到产量要求达到能耗指标

〈１〉过程系统合成：

所需系统结构

定义：按照规定的系统特性子系统性能按规定的目标最优组合，寻求理想过程系统。

具有最优的系统结构

〈２〉理想的过程系统具有最合适的子系统

寻求1.3.2化工过程系统的合成混合混合反应分离分离分离Ａ+Ｂ+ＣＰB+C+A+PＣBＢA+CAC例：某化工过程系统由Ｂ+Ｃ为原料生产Ａ，且副产Ｐ，其可能的过程流程一：树结构流程系统结构的概念例：某化工过程系统由Ｂ+Ｃ为原料生产Ａ，且副产Ｐ，其可能的过程流程二：再循环结构流程

混反B+C+A+P分离ＣＢＰＡＣＡ+Ｂ+ＣＡ+ＣＢ分离分离由前例可知，过程系统的流程结构可有几种选择方案（备选方案）。树结构流程再循环流股结构

子系统的特性更有几种方案可供选择。如：想得到合格Ａ

分离子系统精馏萃取板式填料间歇连续

这种在多种备选方案中进行选择及排除，以构造最理想系统的过程为系统的综合过程。

〈３〉过程系统合成的方法

过去：全部凭借工程师的经验。

现在：借助对各种子系统的分析与模拟，预测系统特性，达到综合目的。

因此：过程系统分析是过程系统综合的基础。化工过程系统合成包括有：反应路径合成换热网络合成分离序列合成过程控制系统合成特别是要解决由各个单元过程合成总体过程系统的任务。〈４〉过程系统合成的研究内容①

反应路径的综合：对给定原料规定产品的问题称为反应路径的综合。

例：由糠醛糠醇

可以有气相加氢法高压，但反应迅速，副产物少。

也有液相加氢法低压，反应慢，副产物多。

寻求反应路径②

换热网络综合：对于大型化工企业，多装置，多物流。一些装置需要热物流作为加热介质，另一些装置则需冷却介质提供冷量。因而，从全局的角度，合理配置冷热物流的走向，以达到冷热配置平衡，以最低的消耗达到最优的换热配置。这就要求：通过物流间的合理分配，使热量（冷量）利用最合理。③

分离序列综合：以５组元、均相混合液的分离为例找出最优的分离序列设计者需解决的问题对最优分离序列中的单个分离器找出最优设计参数

不同的两种分离序列方案：哪个好，需找出判别方法。ＡＢＣＤＥＡＢＣＤＥＡＢＣＤＥＢＣＡＢＣＤＥＡＢＣＤＥＡＢＣＤＥＥＤ④

反应器网络的综合：对于需多级多次反应才可得到的反应产物需建立反应器网络（或称反应器系统）。如何使系统最优。⑤全流程的综合：由原料

目的产物寻找最优的流程，包括：反应、分离、换热等等，全流程实现最优。⑥公用工程系统综合：公用工程系统的核心部分是蒸汽动力系统。蒸汽动力系统最优综合的目的就是要降低整个系统的能耗。1.4化工过程模拟系统

20世纪初期，对于化工过程的开发、设计，只是采用由实验室到中间厂逐级放大的经验方法。30年代出现了相似论为基础得出准数方程的办法。同时出现了建立数学模型的模拟放大法。50年代后期，应用计算机及数值计算，采用数学模拟的方法解决了大部分单元过程的开发放大问题。即根据最基本的单元过程实验数据，利用数学模型在计算机上解决开发放大问题。例如：丙烯二聚反应由实验室数据放大到工业反应器设计，放大倍数达1700倍。甲苯歧化反应过程的放大倍数为6000倍。这种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。应用化工流程模拟系统进行化工过程工艺开发设计的技术，称作计算机辅助过程设计CAPD(ComputerAidedProcessDesign)。按待模拟的系统特性：

1稳态过程系统模拟：

2动态过程系统模拟：

1.4.1化工流程稳态模拟系统一般的化工流程模拟系统是稳态模拟系统。特性：（1）系统参数不随时间变化，建模容易。（2）系统没有或不考虑大的干扰造成波动的影响。在大规模连续化的工艺流程中，物料是以连续流动的状态在系统中被加工的，过程中的各种参数总是随时间不断变化的，因而稳态是不存在的。稳态模拟只不过是对动态过程到达平稳状态的一种简化处理，事实上这种处理是很必要的。20世纪60年代以来，化工流程稳态模拟系统的发展经历了三个时代。第一代：20世纪50年代末至60年代。如美国Kellogg公司开发的FLEXIBLEFLOWSHEET、美国Houston大学开发的CHESS(ChemicalEngineeringSimulationSystem)第二代：20世纪70年代。比第一代在功能、规模方面都有很大进步。代表性的系统有：美国公司开发的FLOWTRAN、美国Braun公司开发的PFl0(ProcessFlow)、日本干代田工程公司开发的CAPES(ComputerAidedProcessEngineeringSystem)等。第三代：美国麻省理工学院主持开发的ASPEN(AdvancedSystemofProcessEngineering)。ASPEN的开发是针对以煤为原料解决能源工艺为背景的。而第二代模拟系统以处理气—液系统为其特长，不具备处理固体物料的功能。ASPEN的开发工作从1976年起，组织了杜邦、埃克森、孟山都、飞马石油等50家公司投入力量，历时5年耗资600万美元，于1981年完成交付使用。ASPEN具有更大更强的功能。国内在20世纪70年代开始进行化工流程模拟系统的开发工作。一些设计院所、研究院所、高校等单位开发的模拟系统，可以对石油气分离、基本有机合成、合成氨等工艺系统进行工况模拟、操作、开发设计等等。国内向市场推出的商品软件ECSS(EngineeringChemicalSimulationSystem)是青岛化工学院开发的化工流程模拟系统。目前国内使用模拟系统多数是引进的。最早引进的模拟软件是1978年由丹麦引进的Gips，这是个合成氨工艺专用的流程模拟系统。20世纪80年代又引进了ASPENTech公司的ASPENPLUS，先后约有30套左右；美国SimulationScience公司的约26套；Hydrotech公司的HYSlM30套左右等。模拟是对过程系统模型的求解过程系统的模拟分析对某个给定的过程系统模型进行模拟求解，可得出该系统的全部状态变量，从而可以对该过程系统进行工况分析过程系统设计

当对某个或某些系统变量提出设计规定要求时，通过调整某些决策变量使模拟结果满足设计规定要求过程系统参数优化

过程系统模型与最优化模型联解得到一组使工况目标函数最佳的决策变量（优化变量）。从而实施最佳工况2.1过程系统模拟的三种基本方法序贯模块法（SequentialModularMethod）面向方程法（EquationOrientedMethod）联立模块法（SimultaneouslyModularMethod）过程系统模拟的序贯模块法SMM的基本部分是模块（子程序），用以描述物性、单元操作以及系统其它功能。SMM对过程系统的模拟以单元模块的模拟计算为基础。SMM按照由各种单元模块组成的过程系统的结构，序贯的对各单元模块进行计算，从而完成该过程系统模拟计算。

优点：与实际过程的直观联系强模拟系统软件的建立、维护和扩充都很方便，易于通用化计算出错时易于诊断出错位置

缺点：计算效率较低，尤其是解决设计和优化问题时计算效率更低过程系统模拟的面向方程法EOM又称联立方程法，将描述整个过程系统的数学方程式联立求解，从而得出模拟计算结果，面向方程法可以根据问题的要求灵活地确定输入、输出变量，而不受实际物流和流程结构的影响EOM解算过程系统模型快速有效，对设计、优化问题灵活方便。效率较高EOM的形成通用软件比较困难；不能利用现有大量丰富的单元模块；缺乏实际流程的直观联系；计算失败之后难于诊断错误所在；对初值的要求比较苛刻；计算技术难度较大过程系统模拟的联立模块法联立模块法又称双层法，将过程系统的近似模型方程与单元模块交替求解联立模块法兼有序贯模块法和面向方程法的优点。既能使用序贯模块法积累的大量模块，又能将最费计算时间的流程收敛和设计约束收敛等迭代循环合并处理，通过联立求解达到同时收敛过程系统稳态模拟三种方法的比较1.4.2动态模拟系统在化工过程工艺生产中存在着相当多的动态过程，它们是不允许简化处理为稳态过程的。如精细化学品、染料中间体、农药生产中的间歇反应釜操作过程，正常生产操作周期中，总是包括着装料、开车、反应、停车、卸料，这些过程的工艺参数都是时间的函数。即便是连续生产过程，也有开车、停车、事故出现等动态过程。对于这些过程的分析都要进行动态模拟。1.4.2动态模拟系统

动态过程模拟系统主要应用于：（1）了解装置经受动态负荷变化的能力和可操作性。（2）分析非正常操作条件下的动态性能。（3）通过模拟仿真，寻找最优的参数及控制。（4）以模拟型代替实际装置培训即将上岗人员。

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别让输液成为一个经济问题有数据显示，是世界最大的“注射大国”。2009年我国平均每人输液8瓶，远远高于国际上人均2.5—3.3瓶的平均水平。我国抗生素人均消费量是全球平均量的10倍。因此我国被称为：

“输液大国、抗生素大国和药品滥用大国”。2016年国家十五部委重拳出击

遏制细菌耐药《阻断院感注射传播，让注射更安全（2016-2018年）》专项工作指导方案量化指标医疗卫生机构安全注射环境、设施条件、器具配置等合格率100%医务人员安全注射培训覆盖率100%规范使用一次性无菌注射器实施注射100%（硬膜外麻醉、腰麻除外）医疗卫生机构对注射后医疗废物正确处理率100%医疗卫生机构内部安全注射质控覆盖率100%医务人员安全注射知识知晓率≧95%医务人员安全注射操作依从性≧90%医务人员注射相关锐器伤发生率较基线下降≧20%相关内容基本概念安全注射现况不安全注射的危害如何实现安全注射意外针刺伤的处理

基本概念

注射

注射是指采用注射器、钢针、留置针、导管等医疗器械将液体或气体注入体内，达到诊断、治疗等目的的过程和方法。包括肌内注射、皮内注射、皮下注射、静脉输液或注射、牙科注射及使用以上医疗器械实施的采血和各类穿刺性操作。

基本概念

符合三个方面的要求：对接受注射者无危害；对实施者无危害；注射后的废弃物不对环境和他人造成危害。不安全注射发生率东欧：15%中东：15%亚州：50%印度：50%中国：50%对我国某地3066个免疫接种点的调查表明:一人一针一管的接种点为33.5％一人一针的接种点为62.1％一人一针也做不到的接种点......

目前情况

不安全注射

没有遵循上述要求的注射常见不安全注射-对接受注射者不必要的注射注射器具重复使用注射器或针头污染或重复使用手卫生欠佳注射药品污染不当的注射技术或注射部位医用纱布或其他物品中潜藏的锐器常见不安全注射-对接受注射者减少不必要的注射是防止注射相关感染的最好方法据调查，从医疗的角度来说，有些国家高达70％的注射不是必须的应优先考虑那些同样能达到有效治疗的其他方法口服纳肛不安全注射-对实施注射者采血技术欠佳双手转移血液不安全的血液运输手卫生欠佳废弃锐器未分类放置不必要的注射双手针头复帽重复使用锐器锐器盒不能伸手可及患者体位不当不安全注射-对他人不必要的注射带来过多医疗废物医疗废物处置不当废弃锐器置于锐器盒外与医用纱布混放放在不安全的处置地点—如走廊中容易拌倒废物处理者未着防护用品（靴子，手套等）重复使用注射器或针头最佳注射操作注射器材和药物注射器材药物注射准备注射管理锐器伤的预防废物管理常规安全操作手卫生手套其他一次性个人防护装备备皮和消毒清理手术器械医疗废物二次分拣2023/7/6Dr.HUBijie1352023/7/611/05/09135锐器盒摆放位置不合适，放在地上或治疗车下层头皮针入锐器盒时极易散落在盒外，医废收集人员或护士在整理过程中容易发生损伤不正确使用利器盒绝大部分医务人员对安全注射的概念的理解普遍仅局限于“三查七对”，因此安全注射的依从率也非常低。安全注射现况滥用注射导致感染在口服给药有效的情况下而注射给药临床表现、诊断不支持而使用注射治疗

由于滥用注射，导致感染的发生几率明显增加。安全注射现况注射风险外部输入风险：注射器具、药品、材料等产品质量；非正确使用信息，非正规或正规培训传递错误信息，非合理用药及操作习惯等。内部衍生风险：注射的“过度”与“滥用”、非正确的注射、未达标的消毒灭菌、被相对忽略的职业暴露、不被关注的医疗废物管理。

安全注射现况

当前院感注射途径传播的高风险因素使用同一溶媒注射器的重复使用操作台面杂乱，注射器易污染注射后医疗废物管理欠规范---注射器手工分离与二次分捡

对患者的危害-------传播感染

是传播血源性感染的主要途径之一，也是不安全注射的最主要危害。注射是医院感染传播的主要途径之一！不安全注射的危害导致多种细菌感染，如脓肿、败血症、心内膜炎及破伤风等。败血症破伤风心内膜炎脓肿不安全注射

不安全注射的危害

对医务人员的影响

针刺伤：每年临床约有80.6%-88.9%的医务人员受到不同频率的针刺伤！原因：防护意识薄弱、经验不足、操作不规范、防护知识缺乏。

不安全注射的危害

对社会的危害

拿捡来的注射器当“玩具”

不安全注射的危害

如何实现安全注射三防：人防、技防、器防四减少：减少非必须的注射操作减少非规范的注射操作减少注射操作中的职业暴露减少注射相关医疗废物

如何实现安全注射

重视环境的准备警惕锐器伤正确物品管理严格无菌操作熟悉操作规程执行手卫生安全注射

如何实现安全注射

进行注射操作前半小时应停止清扫地面等工作。避免不必要的人员活动。严禁在非清洁区域进行注射准备等工作。应在指定的不会被血液和体液污染的干净区域里，进行注射准备。当进行注射准备时，必须遵循以下三步骤：1.保持注射准备区整洁、不杂乱，这样可以很容易清洁所有表面2.开始注射前，无论准备区表面是否有血液或体液污染，都应清洁消毒。3.准备好注射所需的所有器材：-无菌一次性使用的针头和注射器-无菌水或特定稀释液等配制药液-酒精棉签或药棉-锐器盒重视环境的准备手卫生之前先做脑卫生！观念的改变非常重要！安全注射，“手”当其冲！认真执行手卫生工作人员注射前必须洗手、戴口罩，保持衣帽整洁；注射后应洗手。操作前的准备注射前需确保注射器和药物处于有效期内且外包装完整。操作前的准备给药操作指导单剂量药瓶——只要有可能，对每位患者都使用单剂量药瓶，以减少患者间的交叉污染多剂量小瓶——如果别无选择，才使用多剂量药瓶-在对每个患者护理时，每次只打开一个药瓶-如果可能，一个患者一个多剂量药瓶，并在药瓶上写上患者姓名，分开存储在治疗室或药房中-不要将多剂量药瓶放在开放病房中，在那里药品可能被不经意的喷雾或飞溅物污染药物准备给药操作指导丢弃多剂量药瓶：-如果已失去无菌状态-如果已超过有效日期或时间（即使药瓶含有抗菌防腐剂）-如果打开后没有适当保存-如果不含防腐剂，打开超过24小时，或制造商建议的使用时间后-如果发现未注明有效日期、储存不当，或药品在不经意间被污染或已知道被污染（无论是否过期）药物准备给药操作指导具有跳起打开装置的安瓿瓶——只要有可能，就使用具有跳起打开装置的安瓿瓶，而不是需要金属锉刀才能打开的安瓿瓶如果是需要金属锉刀才能打开的安瓿瓶，在打开安瓿瓶时，需使用干净的保护垫（如一个小纱布垫）保护手指药物准备准备好注射所需的所有器材：-无菌一次性使用的针头和注射器-无菌水或特定稀释液等配制药液-酒精棉签或药棉-锐器盒注射准备对药瓶隔膜的操作步骤在刺入药瓶前用蘸有70%乙醇棉签或棉球擦拭药瓶隔膜（隔层），并在插入器材前使其晾干每次插入多剂量药瓶都要使用一个无菌注射器和针头不要把针头留在多剂量药瓶上注射器和针头一旦从多剂量药瓶中吸出药品并拔出，应尽快进行注射注射准备贴标签多剂量药瓶配制后，应在药瓶上贴上标签：-配制日期和时间药物的种类和剂量-配制浓度-失效日期和时间-配制者签名对于不需要配制的多剂量药品，贴上标签：-开启日期和时间-开启者名字和签名注射准备皮肤消毒剂在有效期内使用。严格落实皮肤消毒的操作流程（以注射点作为中心，自内向外，直径5cm以上）。一人一针一管一用，禁止重复使用。熟悉操作规程，严格无菌操作使用同一溶媒配置不同药液时，必须每次更换使用未启封的一次性使用无菌注射器和针头抽取溶媒。必须多剂量用药时，必须做到一人一针一次使用。熟悉操作规程，严格无菌操作熟悉操作规程，严格无菌操作红圈标注地方绝对不能碰触！××熟悉操作规程，严格无菌操作皮肤消毒后不应再用未消毒的手指触摸穿刺点！皮肤消毒后应完全待干后再进行注射！熟悉操作规程，严格无菌操作现配现用药液抽出的药液、开启的静脉输入用无菌液体须注明开启日期和时间，放置时间超过2小时后不得使用；启封抽吸的各种溶媒超过24小时不得使用。药品保存应遵循厂家的建议，不得保存在与患者密切接触的区域，疑有污染或保存不当时应立即停止使用，并进行妥善处置。

熟悉操作规程，严格无菌操作

2小时内：——输注类药品；

24小时内：

——溶媒启封抽吸后；

——灭菌物品启封后（棉球、纱布等）提倡使用小包装。每周更换2次：

——非一次性使用的碘酒、酒精等，容器应灭菌。

7天内：——启封后一次性小包装的瓶装碘酒、酒精.药品保存：——应遵循厂家的建议（温度、避光）——不得保存在与患者密切接触的区域。——疑有污染禁用。应注明开启时间物品管理

禁止双手回套针帽禁止用手传递利器禁止用手分离注射器针头禁止手持锐器随意走动禁止随意丢弃锐器，随时入锐器盒禁止用手直接抓取医疗废物

操作时保证充足光线、空间宽敞

操作时从容不迫

操作时尽可能采用有安全保护装置的锐器六禁止三操作警惕锐器伤耐用，防穿透，防渗漏。大小合适，锐器可以完整放入。可能产生锐器的地方均配，不需二次分捡。放置的位置醒目且方便使用，治疗车要放在上层的侧面。一次性使用、禁止徒手打开、清空或清洗重复使用。禁止放入其他杂物。到达3/4时及时封闭。在转运过程中确保密闭，避免内容物外漏。

规范使用锐器盒

二、医务人员职业暴露体液血液分泌物排泄物其他04年7月23日，广州某医院在一次急诊抢救意外伤中,9名医务人员均直接接触了出血较多的重伤员。当时病人血肉模糊，鲜血喷到了当班急诊医生的身上、脸上和眼睛里，另一名医生在为病人清创缝合时被扎破手指，麻醉科医生带着受伤的手指为病人进行麻醉。当时参与抢救的多数医务人员的白大衣、口罩都