化工过程分析与合成课件.doc

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1、第1章绪论1系统的定义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能的有机整体。这个系统可以由许多小的子系统组成，而它本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。2系统工程学系统工程学是以系统（特别是大系统）为对象的一门跨学科的边缘科学，它是根据总体协调的需要，把自然科学和社会科学中的某些思想、理论、策略和手段等从横的方面有效地组织起来应用于人类实践中，是应用现代数学和电子计算机等工具对系统的构成要素、组织结构、信息交换和自动控制等功能进行分析研究，而达到最优设计、最优控制和最优管理的目标，是为更加合理地研制和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

2、展40年代以后，运筹学进入管理领域，50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，为系统分析提供了方法，从而产生了“系统工程”的概念。1957年H.Goode和R.E.Machol出版了第一本以“系统工程”命名的书，但当时由于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1960年左右开始形成了体系，也可以说它是20世纪后半叶产生的新学科。2.2基本内容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。3化学工程学以化学、物理和数学原理为基础，研究物料在工业规模条件下，所发生物理或化学状态变化的工业过程及这类过程所

3、用装置的设计和操作的一门技术科学。4化工过程系统工程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。4.1化工过程系统工程的产生和发展20世纪20~30年代：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

4、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。4.2化工过程系统工程的基本内容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、控制和管理等方面的最优策略。4.3任务把系统工程的思想、方法用于解决化工过程系统的设计、开发、操作、控制等问题。在一定的限制条件下，根据输入及输出要求，寻求整体性能最优的过程系统。一个简单的化工系统---常减压流程一个带控制点的工艺流程图5.化工过程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。包括：原料制备、化学

5、反应、产品分离等过程。5.1化学反应过程5.1.1催化反应过程5.1.2热裂解反应过程5.1.3电解质溶液离子反应过程5.1.4生物化学反应过程5.2换热过程5.3分离过程6化工过程生产操作控制化工过程生产操作工况的调节：对物料流温度、压力、流量、液位、组成等操作参数的调节。6.1分散控制简单回路控制：基地式仪表，单输入、单输出，控制目标是保持生产工况平稳。单元组合式控制仪表：串级、前馈补偿控制系统分散控制的特点：各个控制回路都是相互独立的优点：系统可靠缺点：硬件设计较多；难于实现总体优化控制方案。6.2集中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

6、实现。优点：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。6.3集散系统(DCS)分布式控制系统(DistributedControlSystem)：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。集：管理、操作、控制(CRT)的集中散：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；开放化和标准化；现场在线技术方向发展。先进的控制规律：自适应控制、预估值控制、模糊控制、智能控制。7化工过程的分析与合成7.1什么是过程系统分析对于系统结构及其中子系统均已给

7、定的现有系统进行分析，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。主要是分析过程系统的运行机制、影响因素、过程模型的数学描述、目标函数的建立、优惠工况下的最佳操作参数。分析的目的：使所选方案在技术上先进、可行，在经济上优越、合理。7.3过程系统综合研究的主要课题(1)反应路径的综合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