趙風(fēng)清電話：1331597336681668388(辦公室，319室)

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化工系統(tǒng)工程（過程系統(tǒng)工程）

PSE(ProcessSystemEngineering)主要參考書1.過程系統(tǒng)工程概論（科大翻印）2.都健.化工過程分析與綜合.大連理工大學(xué)出版社，2009

3.楊友麒等.化工過程模擬與優(yōu)化.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20064.RuddDF,ProcessSynthesis,19735.LinnhoffB,UserGuideonProcessIntegrationFortheEfficientUseofEnergy,1982,1994從《過程系統(tǒng)工程》中能學(xué)到什么?學(xué)習(xí)(或?qū)W完)一門新課時，思考一些問題我能學(xué)到什么?(開始)我有什么收獲?(學(xué)習(xí)后)引言序之序(三個問題)課程名稱（英文）：ProcessSystemEngineering(PSE)ChemicalSystemEngineering

一、化學(xué)工程與化工系統(tǒng)工程化學(xué)&化工？化學(xué)工程&化學(xué)工藝？化學(xué)與化工N2+3H2

—→2NH3化學(xué)工程與化學(xué)工藝？1.化學(xué)工程的發(fā)展沿革

★20世紀(jì)初----20年代，化學(xué)工程學(xué)科的誕生

里程碑－MIT《化工原理》的問世★20世紀(jì)30年代－60年代，化學(xué)工程學(xué)科快速發(fā)展

里程碑－7個二級學(xué)科的誕生（反應(yīng)工程、分離工程、傳遞過程、化工熱力學(xué)、化工單元操作、化工系統(tǒng)工程）學(xué)科傳統(tǒng)精髓：“三傳一反”(?)★20世紀(jì)70年代－90年代，化學(xué)工程學(xué)科大大拓展

里程碑－生物化工、材料化工、環(huán)境化工、微電子化工等交叉領(lǐng)域的延伸.

新發(fā)展：三傳一反+X

★21世紀(jì)初，化學(xué)工程學(xué)科的深化（X)

里程碑－時空多尺度化學(xué)工程的探索(分子尺度、微觀納米尺度、介觀毫米尺度、宏觀厘米尺度、設(shè)備米尺度、裝置十米尺度)；節(jié)能減排、降耗；綠色化、集約化；大師語錄郭慕孫(1920-2012)，男，廣東省潮州市人，中國科學(xué)院院士，化工冶金研究所原所長,化學(xué)工程專業(yè).沿革--------觀念、站位、角度

化學(xué)工程經(jīng)過歸納、綜合和與其它知識的交叉，形成了以傳遞和反應(yīng)為主且還在不斷發(fā)展的三傳一反+X的學(xué)識基礎(chǔ).這一學(xué)識基礎(chǔ)的應(yīng)用對象已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了化工起家時的化學(xué)產(chǎn)品，覆蓋了所有物質(zhì)的物理和化學(xué)加工的工藝，將化學(xué)工程提升至過程工程。-----郭慕孫引言2.PSE在化學(xué)工程與工藝專業(yè)課程體系中的地位

化學(xué)工程與工藝(專業(yè)課)反應(yīng)工程分離工程化工熱力學(xué)化工系統(tǒng)工程化工工藝學(xué)reactorprocessseparationenergySimulationDesignOptimizationProcessSynthesis

服務(wù)產(chǎn)品原料化工原理3

transferOverallPrinciplesofChemicalEngineering

Tobediscussedindetail…….引言二、課程特點與面臨的困難

1、課程特點：全局的觀點（與單元操作不同）定性與定量相結(jié)合學(xué)科交叉（技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會，數(shù)學(xué)、計算機(jī)等）；

2、教材：“理論與實踐”，深度、幾屆學(xué)生的反應(yīng)及其他

3、課時：較少，與其內(nèi)容與重要性不匹配三、對策建議

1、課堂學(xué)習(xí)---注重方法、了解思想、記好筆記（現(xiàn)有課本、課件為主）

2、課下復(fù)習(xí)---因人而異、適當(dāng)篩選(參考書：3+2本）

3、突出重點、效率優(yōu)先、學(xué)以致用

4、關(guān)于考試（歷屆情況、本屆的方法:閉卷考試，兼顧平時）

（如何使用教材？）第1章緒論

★系統(tǒng)★系統(tǒng)工程★過程系統(tǒng)工程★過程系統(tǒng)工程的有關(guān)基本術(shù)語★過程系統(tǒng)工程主要研究內(nèi)容★過程系統(tǒng)工程研究的四個基本問題（具體化）★化工系統(tǒng)工程的主要技術(shù)手段與工具★過程系統(tǒng)工程的應(yīng)用★過程系統(tǒng)工程的發(fā)展前景什么是系統(tǒng)?1.1系統(tǒng)

涵義：一定條件下完成一定功能或?qū)崿F(xiàn)一定目的，由若干互相聯(lián)系、互相影響的部分要素組成的整體。如灌溉系統(tǒng)（水泵、管路、噴嘴）、精餾系統(tǒng)、計算機(jī)系統(tǒng)、國家、家庭……。系統(tǒng)（考察對象）大小的相對性：小系統(tǒng)、大系統(tǒng)。哲學(xué)觀點：所謂系統(tǒng)就是由相互作用的要素組成的具有特定結(jié)構(gòu)、功能的有機(jī)整體。系統(tǒng)＝f(組成要素，結(jié)構(gòu)，功能）系統(tǒng)之特點，就是系統(tǒng)在整體上具有其組成部分所沒有的性質(zhì)，這就是系統(tǒng)的整體性。

什么是系統(tǒng)工程?1.2系統(tǒng)工程從小時候就學(xué)習(xí)系統(tǒng)工程了！系統(tǒng)工程定義：從全局的觀點出發(fā)，用定量和定性相結(jié)合的方法，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會的角度，對一個系統(tǒng)作全面的模擬、分析、評價、優(yōu)化和控制（常見）。研究內(nèi)容：研究解決系統(tǒng)問題的方法，而不是討論構(gòu)成系統(tǒng)的基本單元的基本原理、規(guī)律和特性。系統(tǒng)工程與錢學(xué)森二戰(zhàn)時的運籌學(xué)，1950年代MIT開設(shè)《系統(tǒng)工程》課程1978年9月27日錢學(xué)森等在《文匯報》發(fā)表了《組織管理的技術(shù)——系統(tǒng)工程》“兩彈一星”錢老關(guān)于“綜合集成”的思想、方法的提出，要比國外領(lǐng)先10年左右。綜合集成技術(shù)MetasyntheticEngineering是從整體上考慮并解決問題的方法。

胡錦濤：“您這個理論強(qiáng)調(diào)，在處理復(fù)雜問題時一定要注意從整體上加以把握，統(tǒng)籌考慮各方面因素，這很有創(chuàng)見。現(xiàn)在我們強(qiáng)調(diào)科學(xué)發(fā)展，就是注重統(tǒng)籌兼顧，注重全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展?！笔裁词沁^程系統(tǒng)工程?1.3過程系統(tǒng)工程

過程系統(tǒng)：為達(dá)到某種物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)換目的，而由過程單元按一定結(jié)構(gòu)關(guān)系構(gòu)成的統(tǒng)一體稱為過程系統(tǒng)。是以物流為加工對象的、區(qū)別于機(jī)械加工生產(chǎn)“元件”的系統(tǒng)。（化工、冶金、水泥、合成氨、煉油、材料等）過程系統(tǒng)工程：是系統(tǒng)工程的一個分支，其研究歷史晚于系統(tǒng)工程，把系統(tǒng)工程的一套研究方法、觀點、思路應(yīng)用到過程系統(tǒng)的模擬、評價、優(yōu)化、合成等問題上，形成了過程系統(tǒng)工程學(xué)。是將化學(xué)工程、應(yīng)用數(shù)學(xué)、將計算機(jī)軟件、過程控制的理論與技術(shù)集成的學(xué)科。（較教材p1上更準(zhǔn)確）過程系統(tǒng)不僅僅指傳統(tǒng)的化工過程系統(tǒng)，它涵蓋了整個這一類型的過程網(wǎng)絡(luò)，如化工、冶金、材料、生化、醫(yī)藥的生產(chǎn)過程。(拓展:經(jīng)營/管理和決策)過程系統(tǒng)工程與其它學(xué)科的關(guān)系化工原理、化工熱力學(xué)物理化學(xué)、傳遞過程分離工程、反應(yīng)工程運籌學(xué)數(shù)值計算與應(yīng)用數(shù)學(xué)計算機(jī)科學(xué)過程控制技術(shù)基本數(shù)學(xué)模型模型求解手段系統(tǒng)優(yōu)化工具軟硬件支持在線優(yōu)化保證化工系統(tǒng)工程過程系統(tǒng)工程的核心思想過程系統(tǒng)工程的核心思想全局優(yōu)化過程系統(tǒng)創(chuàng)新！關(guān)鍵：如何通過優(yōu)化的單元構(gòu)筑優(yōu)化的系統(tǒng)？過程系統(tǒng)工程的產(chǎn)生與發(fā)展沿革●

20世紀(jì)初，過程系統(tǒng)開發(fā)一般采用逐步放大法。從小實驗開始，經(jīng)過許多的中間試驗才形成工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn),費時、費力、費財?！?0年代：“相似”原理。借助一系列“準(zhǔn)數(shù)”用相似模擬的方法實現(xiàn)過程單元的放大問題．半經(jīng)驗方法-數(shù)學(xué)模擬放大的方法（建立在對機(jī)理了解基礎(chǔ)上進(jìn)行合理簡化)而得到的數(shù)學(xué)模型，但未能達(dá)到真正實用的階段（計算手段限制）。

●1946年，隨著世界上第一臺電子計算機(jī)的發(fā)明以及應(yīng)用數(shù)學(xué)理論、方法的發(fā)展，為數(shù)學(xué)模擬提供了良好的工具?！?0年代起，非線性方程組的求解及最優(yōu)化已不再成為障礙。而化學(xué)工程本身的深入發(fā)展，“三傳一反”的歸納，使化學(xué)工程學(xué)的理論研究達(dá)到了空前的水平，利用數(shù)學(xué)模型實現(xiàn)高倍數(shù)放大成為現(xiàn)實?！?0-80年代,電子計算機(jī)技術(shù)進(jìn)步,過程系統(tǒng)工程應(yīng)運而生：著眼于對整體工藝系統(tǒng)的模擬、優(yōu)化、設(shè)汁、控制，產(chǎn)生了綜合運用多學(xué)科研究成果的過程系統(tǒng)工程學(xué):涉及化學(xué)工程、系統(tǒng)工程、應(yīng)用數(shù)學(xué)、過程控制論等學(xué)科的邊緣科學(xué)。同時,形成了一大批化工過程模擬軟件。(范例：80年代臺北的黃華南：乙烯裂解、石油煉制等幾十套工藝優(yōu)化，p6丙烯二聚法生產(chǎn)異戊二烯，直接放大17000倍)●

國內(nèi)知名專家：成思危（原副委員長）、陳丙珍院士、揚友麒、韓方煜教授等1.4過程系統(tǒng)工程的部分常用術(shù)語（p5）（1）系統(tǒng)（system)

：一定條件下完成一定功能或?qū)崿F(xiàn)一定目的，由若干互相聯(lián)系、互相影響的部分要素組成的整體（前已述及）。（2）子系統(tǒng)(subsystem)

：也是系統(tǒng)，相對于原系統(tǒng)而言是子系統(tǒng)。（3）環(huán)境(environment)：研究某種問題時所考慮的系統(tǒng)以外的部分即視作環(huán)境。（4）過程、化工過程(process)：使物料發(fā)生物理的、化學(xué)的變化的一系列操作或處理步驟，或物料被加工的一段經(jīng)歷稱為過程。（5）過程系統(tǒng)(processsystem)

以物流為加工對象的、區(qū)別于機(jī)械加工生產(chǎn)“元件”的系統(tǒng)。例如化工、石油化工、冶金、造紙、水泥等等制造系統(tǒng)。過程系統(tǒng)的原料變化通常不僅僅是外形尺寸的變化。（6）狀態(tài)、系統(tǒng)狀態(tài)(state)

對過程系統(tǒng)而言，其狀態(tài)通常指溫度、壓力（壓強(qiáng)）、流量、液位（界面高度）、組成、相態(tài)等宏觀指標(biāo)。（7）決策變量、設(shè)計變量、狀態(tài)變量系統(tǒng)的決策變量及設(shè)計變量（decisionvariable）是指可人為選擇或控制，用以改變系統(tǒng)狀態(tài)的變量。決策變量的個數(shù)稱為自由度其選擇往往受到一定約束條件(熱力學(xué)，動力學(xué)或過程、設(shè)備條件)的限制。狀態(tài)變量（

statevariable）是當(dāng)決策變量或設(shè)計變量給定后，由于過程本身的物理規(guī)律所限而被確定、無法人為改變的量。（8）系統(tǒng)的輸入量（input）與輸出量（output）系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型中涉及許多描述系統(tǒng)特性的變量。變量中有些是已知的或選定的、有些是未知的或待定的。數(shù)學(xué)模擬的過程就是利用模型由選定的量計算出待定的量，或說由模型的輸入量計算出模型的輸出量。通常模型的輸入量也對應(yīng)著決策變量或設(shè)計變量，輸出量也對應(yīng)著狀態(tài)量。（9）過程模擬(processsimulation)

用表示系統(tǒng)內(nèi)各裝置特性的數(shù)學(xué)模型(物料平衡、熱量平衡、熱力學(xué)平衡和設(shè)備設(shè)計方程等)以及表示各裝置間結(jié)合關(guān)系的數(shù)學(xué)式，表示過程系統(tǒng)的特性，然后求解。（10）過程模擬系統(tǒng)（ProcessSimulationSystem）又稱工藝流程模擬系統(tǒng)，指的是一種計算機(jī)輔助工藝設(shè)計軟件，這種軟件接受有關(guān)化工流程的輸入信息，進(jìn)行對過程開發(fā)、設(shè)計或操作有用的系統(tǒng)分析計算。1.5過程系統(tǒng)工程基本任務(wù)與內(nèi)容

任務(wù)：充分利用化工生產(chǎn)涉及的基本規(guī)律改進(jìn)實際生產(chǎn)過程，以達(dá)到在化工生產(chǎn)的規(guī)劃設(shè)計、操作運行、控制管理、采購與銷售的各個環(huán)節(jié)合理化、最優(yōu)化的目的，提高化工裝置的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。內(nèi)容：主要包括系統(tǒng)分析、系統(tǒng)綜合和系統(tǒng)優(yōu)化三部分,簡稱ASO。

系統(tǒng)分析是對指定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與參數(shù)，描述或確定系統(tǒng)的狀態(tài)與功能。通常是給定系統(tǒng)特性和系統(tǒng)輸入，預(yù)測系統(tǒng)的狀態(tài)和系統(tǒng)輸出。系統(tǒng)分析一般又含下述三方面內(nèi)容：（1）系統(tǒng)分解：將復(fù)雜大系統(tǒng)分解為若干較簡單的子系統(tǒng)。（2）建立模型：建立描述各子系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系的模型，一般為數(shù)學(xué)表達(dá)式。模型