化工过程模拟与分析(第一章绪论).ppt
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1、化工过程模拟与分析化工学院 陶少辉第一章 绪论1.1 化学工程学科发展的三次飞跃第一次飞跃:“单元操作”概念的提出;第二次飞跃:“传递过程”概念的提出,Bird 传递现象出版,“三传一反”特征确立;第三次飞跃?过程系统工程、产品工程、多尺度。过程系统工程(Process system engineering,PSE)一门正在成长的较新的边缘学科,它以处理物料-能量-信息流的过程系统为研究对象,研究其设计、控制、运行和组织管理,目的是在总体上达到最优化。过程(Process)对原料进行某些物理或化学变换,使其性能发生预期的变化,从而增加了附加的价值,这种操作或处理称为“过程”。系统(System
2、)为了某种目标,由共同的物质流股或信息流联系在一起的单元组合而成的整体称为系统。PSE发展简史20世纪30年代 美国雷德无线电公司“系统”&“系统规模”20世纪40年代 美国Bell 电话公司“系统工程”二战期间 盟军 研究和应用系统工程方法(运筹学)20世纪50年代 经济发展使得系统工程方法受到重视系统工程(System engineering):方法论对于复杂系统应用的研究PSE:系统工程的方法、观点和思路应用于过程系统。PSE发展三个时期1968年1979年 初创时期 标志 1968年Rudd 和Watson出版“Strategy of process engineering”,1969
3、 年矢木荣和西村肇出版“过程工程学”,明确了学科范畴为:过程系统分析、过程综合和过程控制;1979年-2000年 成长时期 70年代石油危机影响,计算机技术长足发展,1982年 日本京都 Takamatsu 教授主持第一届国际过程系统工程会议 PSE82,PSE 由理论走向应用;http:/2000年 扩展时期 范围:颗粒、薄膜、气泡到车间、工厂,向两级扩大,微观方面向分子模拟、产品设计扩充(nm 级),宏观方面向整个公司、整个供应链、一个工业园区乃至全球气候变化扩充;研究内容:从物理-化学制造过程扩大到管理业务过程(Business Process);最优化成了多目标优化 化学产品工程(Ch
4、emical product engineering)化学产品分类示意图导向:产品中心研究内容:结构和性质的关系关键问题:设计和制造细化分类的各种新产品,快速、高效地生产满足客户需要产品研究领域:分子产品工程、配方产品工程、间歇生产和柔性制造技术 前沿方向:分子或微观水平上的基础科学发现和工业制造及生产规划的策略相结合 多目标非线性系统规划和优化 多产品集成间歇生产过程排序优化产品开发与过程技术集成 多尺度法(Multi-scale method)工艺设备放大困难原因:基于单一尺度的平均方法无法反映过程内在机理,必须引进诸多可调经验参数,预测性很差。多尺度法的尺度/过程结构多尺度法基本思路(1
5、)分尺度简化 复杂系统分解为不同尺度的相对简单结构;(2)子过程分析 复杂过程分解为伴随各尺度和尺度间耦联的子过程;(3)多尺度综合 进一步分析不同尺度下各种子过程的相互量化关系,并于已知条件关联,构成描述复杂系统的综合模型。多尺度法基本思路示意图1.2 PSE基本术语过程系统(Process system)使原料进行物理的乃至化学的变化,从而由低价值的原料变成高价值的产品的系统。状态变量(State variables)描述系统所处状态(温度、压力、浓度)的变量,其值往往不能自由设定。决策变量(Decision variables)数值可以由设计者给定的变量。模拟(Simulation)用一
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- 化工 过程 模拟 分析 第一章 绪论
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