化工工程论文：化工过程中系统工程学研究

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1、化工工程论文：化工过程中系统工程学研究[摘要]化工系统是由相互联系、相互作用的若干组成部分结合成的具有特定功能的总机体。化工系统是化工生产过程的各个部分是相互影响密切联系在一起的。按一定目的组织起来的化工单元过程所构成的化工生产过程整体就称为化工过程系统。化工过程系统工程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。将系统工程学的理论和方法应用于化工过程领域的一门新兴的边缘学科，是化学工程学的一个分支。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。[关键词]化工；优化；系统工程1化工过程系统工程的产生和发展20世纪20-30年

2、代：建立在单元操作的概念基础上，研究的是化工参数间简单的定量关系。50年代，单元操作的理论有了发展，用可靠的数学形式加以表达。60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，在系统分析方面的工作还是十分有限的产生和发展的理论准备时期。70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，走上实用的时期，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。80年代普及推广。90年代完善、提高。2化工过程系统工程学最优化问题化工过程系统工程是将系统工程学的理论和方法应用于化工过程领域的一门新兴的边缘学科，是化学工程学的一个分支。该学科

3、是从化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，确定化工系统在规划、设计、控制和管理方面的最优策略。在工程设计、生产技术、科学实验和计划管理等许多方面，人们总想采用种种措施以获得最好的结果，这一类问题，长期以来经过数学归纳与提炼，就是范围很广的最优化问题。50年代以前，解决最优化问题的数学方法仅限于古典的微分法等方法，近年来，由于计算机的应用，促进了最优化理论和方法的发展。对于化工过程系统而言，通常最优化是以降低生产成本或增加利润为主要目标。最优化方法分为无约束最优化（对所要求的优化的变量没有附加限制）和有约束最优化（对于所要求优化的变量存在某种限制）。若目标函数和约

4、束条件的函数形势均为线性的，则称为线性规划问题，目标函数或约束条件的函数中至少有一个非线性的，则称为非线性规划问题。解决最优化问题的关键是确定合理的目标函数，确定的约束条件，以及选择适宜的优化方法来计算。3化工过程系统背景化工设备在设计中，涉及许多优化计算。如塔设备设计过程中，物料的进料量、进料温度、出料量、出料温度等不同参数的确定，直接决定了该塔设备的设计总高度，塔板数、进料口高度、出料口高度等。在设备设计完成后，设备的制造过程也涉及许多优化计算。通常情况下，化工设备外形主要是柱体或锥体，直径较大（一般情况下大于1000MM），高度较高（一般情况下大于5000MM，有时甚至高达几十米），设

5、备材料一般为钢板。4研究过程中问题的提出化工设备制造企业在完成设备的计算与设计后，在实际工作中时常面临这样一些问题：1）如何根据设计选择合适尺寸的材料，使得材料既能保证生产的材料余量，又最大程度的降低材料的浪费。化工设备，如石油化工中的反应塔、反应釜等，外形一般为圆柱体或上下径不一致的锥体。材料通常是金属材料，金属材料价格较高，为降低生产成本，在使用的过程中要尽量节省材料的用量。设备上每一带材料均用长方形材料板闸卷，再将材料两端焊接而成。待选的可用材料长度大于设备中一带材料的下料长度时，需要将待选材料切割成两部分，一部分作为一带材料使用，另一部分作为剩余材料，剩余材料长度如果大于一带材料的下

6、料长度时继续将剩余材料切割成两部分，一部分作为一带材料，另一部分继续作为剩余材料。当剩余材料的长度小于一带材料的下料长度时，如果符合生产成本，该剩余材料与其他待选材料拼接成一带下料材料，供其它某一带筒节下料使用。当剩余材料的长度其他材料做拼接处理时，由于材料长度太短，材料拼接不符合生产成本，该材料作为料头不在本设备生产中使用。2）对已经选择好的材料在纵向上的位置搭配。化工反应设备一般由钢板拼接而成，同一筒节的不同带材料及不同筒节之间必然有环缝。根据设计，在该柱体或锥体上可能有各种各样不同的规格与用途的管嘴。管嘴如果开在拼接材料处，则可能达不到容器的设计要求。因此，设备生产上尽量避免管嘴开在拼

7、接材料处，如果无法避免，应设法使材料拼接处的管嘴数量最少。而管嘴标高在设计时是确定的，为解决这一问题，只有将不同宽度的许多带材料在纵向上排放在不同的位置。另外根据设计工艺的要求，某些设备在某一特定的高度范围内（设备的某一起始高度至设备的某一终止高度范围内）不允许有拼接焊缝。确定不同宽度的许多带材料的在设备垂直方向上的不同位置时就必须考虑这一因素。因此，在化工设备生产中要根据计算确定不同宽度的材料在纵向上的搭配