三元非均相共沸物系分离过程的合成

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1、天津大学硕士学位论文第一章文献综述1．1过程系统工程的概述第一章文献综述在能源紧张、原材料短缺和竞争日益激烈的情况下，以优化操作单元为基础的传统化学工程思想已不能适应时代的要求。二十世纪60年代初，人们开始认识到操作单元优化后的简单组合并不等于过程系统的优化，系统愈大，整体优化的效果愈好。在解决操作单元的模拟、优化、放大的方法问题之后，开始着眼于对整体工艺系统的模拟、优化、设计、控制，实现整个装置的最优设计、最优控制和最优管理。在这种背景下，过程系统工程便应运而生。过程系统工程(ProcessSystemsEngineering，PSE)是将系统工程学的理论

2、和方法应用于化工过程，这是一门涉及化学工程、系统工程、应用数学、过程控制理论等学科的交叉学科【l】。1998年美国权威专家编写的“化学工程发展前沿”将之定义为：“过程系统工程是研究如何选择优化了的单元设备及其之间连接关系来组成一个化工过程系统，以便从给定的原料，以最小的总费用和最小的环境污染来安全地生产出一定要求的产品，并在操作运行中采取和保持最优的操作条件。”过程系统工程的内容主要包括：过程模拟、过程综合、过程参数的设定与控制以及过程优化。过程系统工程不仅在化工、石油、石油化工、核工业和能源工业中获得广泛应用，而且向冶金、轻工、食品等连续加工过程的部门推广

3、，有力地促进了这些部门生产技术的飞速发展。随着计算机技术的进步和应用数学理论的发展，过程系统工程学科在理论、方法和内容方面也在不断发展和完善。1．2过程综合的研究过程综合是过程系统工程的核心内容，也是系统设计的关键。它是指在给定系统输入和输出的前提下，选择流程系统的组成单元及组合方式，以建立一个能够满足产品设计要求的过程网络。过程综合是一个复杂的多目标最优组合问题，天津大学硕士学位论文第一章文献综述以往的设计中主要依靠设计师的经验来进行[21。直至i⋯-x-十年代后期，Ruddl31才提出了过程综合的具体概念，试图将这个领域由经验转化为科学，他提出：过程综合

4、指在一定的进出料条件以及相关工艺条件下，设计一个在一定意义上为最优的过程系统。过程综合的任务是设计一个最优过程系统，过程系统可细分为若干类子系统，相应形成过程综合的若干个研究方向f41。1)反应器网络综合2)反应路径综合3)换热器网络综合4)分离过程综合5)公用工程系统综合6)全流程系统综合1．2．1过程综合的应用和过程优化的必要性在化学、化工以及相关的行业中过程综合的网状结构到处可见，过程综合不仅涉及众多物质和操作单元，而且操作单元的组合具有一定的选择性。操作单元以不同的方式组合会产生大量不同的流程结构，进而导致不同的生产效益。过程综合的目的就是通过操作单

5、元的有效组合，找到一个既能满足各种约束要求，又能得到最终产品的一个最优的网状结构。在生产过程的设计中，过程综合是非常重要的一个步骤。在过程系统工程领域中，过程综合(ProcessSynthesis，PS)是其核心内容，也是过程优化设计中最具创新性的阶段。过程综合主要关心的是在给定的物料及过程要求的前提下，确定优化的系统结构和过程参数，以最具经济效益的方式生产出产品。随着科技的进步和系统工程的发展，现代过程工业逐步实现综合生产，生产装置日趋大型化。二十世纪60年代初，人们开始认识到优化后的操作单元的简单组合并不等于过程系统的优化，系统越大，整体优化的效果越好。

6、在解决过程单元的模拟、优化、放大的方法问题之后，开始着眼于整体工艺系统的模拟、优化、设计、控制，对过程整体的优化提出了更高的要求。天津大学硕士学位论文第一章文献综述1．2．2过程综合的进展1968年，美国威斯康星大学Ruddt5】教授首先提出了系统综合的理论和方法，过程综合的研究进入了一个新的阶段，1971年，Rudd等研制成功了AIDES过程综合程序。随后，过程综合一直受到众多学者的关注，相关的过程综合方法的文章被陆续发表，目前己取得了不少的进展。早期的过程综合研究分为两类【61：一，针对已存在的流程，进行改进和优化；二，对于不存在的流程，合成出一个性能较

7、好的流程。后来，两类的研究逐步趋向一致，即在原料和产品都已明确的情况下，怎样确定最优的生产流程。科研人员们经过多年实验与研究，先后提出了一些过程综合的方法，如直观推测法、分支界限法、分解方法、调优法以及超结构法，这些方法针对特定的化工过程都取得了满意的结果，却难以普遍应用到其它过程综合中。下面针对过程综合的几个研究方向分别进行讨论。1．2．2．1换热器网络综合换热器网络综合，即根据热负荷要求确定出具有最小的设备(换热器、加热器和冷却器)投资和操作费用的换热器网络。在化工生产过程中，一些物流需要加热，而另一些物流则需要冷却，人们希望合理地把这些物流匹配在一起，

8、充分利用热物流去加热冷物流，提高系统的热回收，以便尽