系统工程第2讲过程系统工程

《系统工程第2讲过程系统工程》由会员分享，可在线阅读，更多相关《系统工程第2讲过程系统工程（31页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、Review of last lecture 系 统 : 系 统 工 程（ 观 点 、 方 法 、 角 度 SAEOC) 过 程 系 统 工 程 : （ 内 容 、 作 用 及 沿 革 ） 过 程 系 统 工 程 的 有 关 基 本 术 语 系 统 /环 境 /决 策 变 量 /状 态 变 量 /过 程 模 拟 /过 程 模 拟 系 统 过 程 系 统 工 程 基 本 任 务 与 内 容 基 本 任 务 :化 工 生 产 各 环 节 (规 划 设 计 、 操 作 运 行 、 控 制 管 理 、 采 购 与 销 售 )的 优 化 （ 解 决 技 术 经 济 决 策 问 题 ） ; 内 容 : A

2、SO 系 统 分 析 过 程 系 统 工 程 ： 把 系 统 工 程 的 一 套研 究 方 法 、 观 点 、 思 路 应 用 到 过 程系 统 的 模 拟 、 评 价 、 优 化 、 合 成 等问 题 上 ， 形 成 了 过 程 系 统 工 程 学 。是 将 化 学 工 程 、 应 用 数 学 、 将 计 算机 软 件 、 过 程 控 制 的 理 论 与 技 术 集成 的 学 科 。 系 统 综 合 （ 系 统 合 成 ） 是 在 给 定 系 统 的 任 务 或 目 标 亦 即 确 定 了 系 统 功能 的 条 件 下 ， 寻 求 或 选 择 各 子 系 统 的 功 能 特 性 及 其 组

3、合 方 式 以 实 现 预 定 的系 统 功 能 和 目 标 （ 合 成 氨 ） 。 系 统 最 优 化 （ 也 称 做 运 筹 学 方 法 ） 是 近 几 十 年 形 成 的 ， 它 主 要 运 用 数学 方 法 研 究 各 种 系 统 的 优 化 途 径 及 方 案 ， 为 决 策 者 提 供 科 学 决 策 的 依 据 。最 优 化 方 法 的 主 要 研 究 对 象 :各 种 有 组 织 系 统 的 管 理 问 题 及 其 生 产 经 营 活 动 。最 优 化 方 法 的 目 的 :对 所 研 究 的 系 统 ， 求 得 一 个 合 理 设 计 工 艺 参 数 或 运 用 人力 、 物

4、 力 和 财 力 的 最 佳 方 案 ， 发 挥 和 提 高 系 统 的 效 能 及 效 益 ， 最 终 达 到 系统 的 最 优 目 标 。 过 程 系 统 工 程 要 解 决 的 基 本 问 题 ： 操 作 问 题 、 设 计 型 问 题 、 操 作 优 化和 过 程 合 成 （ SDOS） -简 称 四 个 基 本 问 题 。 合 成 氨 工 艺 流 程 1.5 化工系统工程解决的基本问题（案例1）-1.5.1 精 馏 单 元 （ 系 统 ) 1.5.1.1 过 程 单 元 模 拟 分 析 与 设 计 定 义 ： 在 确 定 过 程 系 统 的结 构 及 其 子 系 统 的 前 提 下

5、，通 过 数 学 模 拟 的 方 法 ， 推 测特 定 系 统 的 特 性 ， 确 定 各 部位 的 信 息 和 /或 总 体 技 术 经济 指 标 的 方 法 为 过 程 系 统 模拟 分 析 。 设 计 型 ？ R， Ntt，D or W 1.5.1.2 过 程 单 元 优 化 与 综 合 1.4.4 过 程 系 统 的 优 化 与 合 成 一 类 是 对 确 定 过 程 系 统 的 优 化 ， 通常 是 求 取 能 使 过 程 系 统 的 目 标 函 数 极小 （ 或 极 大 ） 最 佳 决 策 变 量 的 值 ， 通常 称 为 过 程 系 统 的 优 化 ；J（ 总 费 用 ） =操

6、作 费 用 +折 旧 （ 设 备 ？ ）（ 一 般 ， 简 化 的 决 策 变 量 为 R， P）综 合 ? 1.5.2 化工系统工程研究的基本问题（案例2）-乙 烯 氧 化 制 环 氧 乙 烷 反 应 -吸 收 系 统 1.5.2.1 乙 烯 氧 化 法 制 环 氧 乙 烷 工 艺 流 程 混 合 器 反 应 器 分 离 器 分 割 器X1X0 X2 X3 X5 X6X4 uSPSP-设 计 规 定 u-分 割 比 1.5.2.2 模 拟 问 题 获 取 系 统 的 应 答 特 性 （ 系 统 分 析 ） 混 合 器 反 应 器 分 离 器 分 割 器X1X0 X2 X3 X5 X6X4 u

7、 已 知 系 统 的 输 入 X0、 过 程 参 数 u、 4个 单 元 特 性 及 系 统 的 拓 扑 结构 ， 求 系 统 的 输 出 状 态 以 及 系 统 中 其 他 所 有 流 股 的 信 息 。 1.5.2.3 设 计 型 问 题 混 合 器 反 应 器 分 离 器 分 割 器X1X0 X2 X3 X5 X6X4 uSP 已 知 系 统 的 输 入 X0、 4个 单 元 特 性 及 系 统 的 拓 扑 结 构 ， 求 满 足 某 个设 计 规 定 (SP=4%)的 条 件 下 ， 系 统 的 输 出 、 系 统 中 其 他 所 有 流 股 的 信 息以 及 设 计 规 定 相 对

8、应 的 过 程 参 数 u。 1.5.2.4 优 化 问 题 混 合 器 反 应 器T 分 离 器 分 割 器X1X0 X2 X3 X5 X6X4 u 已 知 系 统 的 输 入 、 系 统 特 性 、 系 统 结 构 ， 求 优 化 目 标 函 数 极 值 （比 如 优 化 的 目 标 为 目 的 产 物 的 利 润 最 大 ） 以 及 此 时 的 决 策 变 量 （ 如 反应 器 的 温 度 和 分 割 比 ） 的 数 值 。 1.5.3 合 成 问 题 （ 系 统 综 合 ） 已 知 输 入 （ 用 什 么 原 料 ） 、 输 出 （ 制 什 么 产 品 ） ， 求 为 达 到 生产 目

9、 的 在 某 个 目 标 函 数 下 的 最 佳 工 艺 流 程 。 可 以 用 下 图 描 述 过 程 合成 系 统 。 原 料 产 品?原 料 ？?？ 产 品?Aspen-plus ,Process（ Pro-II), Micro-chess, ECSS 过 程 合 成 的 提 出 ： 1968， Rudd（ 美 ） 在 给 定 系 统 的 任 务 或 目 标 亦即 确 定 了 系 统 功 能 的 条 件 下 ，寻 求 或 选 择 各 子 系 统 的 功 能特 性 及 其 组 合 方 式 以 实 现 预定 的 系 统 功 能 和 目 标 。 过程系统工程的技术手段和工具是？ 1.6 化工系

10、统工程的主要技术手段与工具 主 要 内 容 :系 统 分 析 的 任 务 在 于 描 述 或 预 测 系 统 的 特 性 ;系 统 综 合 是 指 确 定 化工 系 统 结 构 的 过 程 ;而 系 统 优 化 是 为 了 以 最 佳 的 方 式 实 现 系 统 的 目 标 或 功 能 ，是 全 部 工 作 的 最 终 目 的 。 （ 化 工 系 统 工 程 的 核 心 是 最 优 化 ） 如 何 实 现 ?(手 工 计 算 ?计 算 尺 ?计 算 器 ? Or.)1.6.1化 工 流 程 模 拟 系 统 （ 或 流 程 模 拟 系 统 ） -软 件 化 工 过 程 模 拟 程 序 系 统 常

11、 简 称 为 流 程 模 拟 软 件 (chemical engineering simulation system )， 它 是 一 种 综 合 性 计 算 机 程 序 系 统 ， 用 于 单 元 过 程 以 及由 这 些 单 元 过 程 所 组 成 的 整 个 化 工 过 程 系 统 的 模 拟 计 算 。 合 成 流 程 工 艺 参 数 优 化 脱 除 瓶 颈 研 究 某 些 设 计 问 题 或 操 作 模 拟 分 析 进 行 参 数 灵 敏 度 分 析 PSE的 主 要 任 务 ？ 1.6.2 历 史 沿 革 、 现 状 与 前 景 1958年 ,Flexible Flowsheeti

12、ng（ Kellogg,合 成 氨 ， 第 一 个 化 工 模 拟 程 序 ） 60年 代 ， 化 工 过 程 模 拟 的 初 始 发 展 期 。 PACER（ Purdue university) CHESS Micro-CHESS (Houstn university)待 （ 第 一 代 ） 70年 代 ， 化 工 过 程 模 拟 的 成 长 壮 大 期 。 模 拟 软 件 的 开 发 ， 研 制 走 向 专 业 化 ， 商 业化 。 从 过 去 的 分 散 在 大 学 和 各 个 炼 油 、 石 化 公 向 转 向 由 专 门 的 化 工 软 件 公 司 进 行 。 模拟 计 算 的 准

13、 确 性 、 可 靠 性 大 大 加 强 ， 应 用 范 围 不 断 拓 宽 ， 功 能 愈 益 丰 富 ， 使 用 越 来 越方 便 ， 并 且 涌 现 了 一 批 著 名 的 、 影 响 广 泛 的 商 业 化 软 件 。 如 ： Monsanto的 Flowtran（ 第 二 代 ） 80年 代 开 始 ， 化 工 模 拟 的 深 入 发 展 期 。 是 化 工 模 拟 的 深 入 发 展 期 ； 最 主 要 的 特 点是 从 “ 离 线 ” 走 向 “ 在 线 ” ， 从 稳 态 模 拟 发 展 到 动 态 模 拟 和 实 时 优 化 ， 从 单 纯 的 稳 态 计 算 发 展 到 和

14、 工 业 装 置 紧 密 相 连 。 国 外 不 少 公 司 已 将 著 名 的 软 件 等 定 为 企 业 标 淮 。 如美 国 的 Aspen PLUS, 加 拿 大 HYSIM,PROCESS PRO （ 第 三 代 ） 80年 代 末 ， AspenTech公 司 率 先 推 出 了 动 态 模 拟 软 件 Speed Up。 垄 断 局 面 正 在 形 成1990年 以 来 ， 以 Aspen Tech公 司 为 代 表 ， 形 成 了 以 Aspen Technology Inc., Simulation Science Inc., Hyprotech Inc.（ 新 近 被 As

15、pen收 购 ） , Honeywell Inc.等 几 大 公 司 控 制 全 球 化 工 过 程 模 拟 软 件 市 场 的 局 面 。 产 品 系 列 化 和 系 统 集 成 技 术 迅 速 发 展产 品 系 列 化 。 以 Aspen Tech公 司 为 例 ， 该 公 司 共 有 43项 产 品 ， 其 中 用 于 设 计 的17项 ， 用 于 操 作 的 16项 ， 用 于 管 理 的 有 19项 (有 重 叠 )。 通 用 性 和 专 门 化 的 流 程 模 拟 、 先 进 控 制 和 过 程 优 化 软 件 1.6.3 流 程 模 拟 软 件 的 分 类 操 作 状 态 ： 稳

16、 态 模 拟 系 统 动 态 模 拟 系 统 适 应 性 ： 通 用 模 拟 系 统 ： 模 拟 不 同 类 型 的 工 厂 和 过 程 专 用 模 拟 系 统 ： 专 门 的 过 程 系 统 程 序 结 构 ： 固 定 结 构 ： “ 千 篇 一 律 ” ， 用 户 提 供 基 础 数 据 ， 给 定 计 算 次 序 灵 活 结 构 ： 根 据 需 要 载 入 实 际 需 要 的 模 块 ， 或 自 动 生 成其 他 分 类 方 法 ： 见 教 材 p6-7 1.6.4 流 程 模 拟 软 件 的 组 成 输 入 输 出 模 块 单 元 模 块 物 性 数 据 库 算 法 子 程 序 块 单

17、 元 设 备 估 算 模 块 成 本 估 算 经 济 评 价 模 块 主 控 模 块 其 他 （ 用 户 自 编 ） 过 程 系 统 模 拟 的 基 本 结 构管 理 系 统主 控 模 块单 元 过 程 模 块 物 性 数 据 库热 力 学 数 据 库 输 入 模 块 输 出 模 块 优 化 方 法 库经 济 分 析 模 块 计 算 方 法 库 1.6.6 几 种 主 要 商 业 化 流 程 模 拟 软 件 Aspen Plus， Hysys： 美 国 AspenTech公 司 PRO/II： 美 国 SimSci-Esscor公 司 gPROMS： 英 国 PSE公 司 ChemCAD： 美

18、 国 Chemstations公 司 ECSS： 青 岛 科 技 大 学 （ 国 内 ） Aspen Plus 大 型 通 用 流 程 模 拟 系 统 : MIT,第 三 代 流 程 模 拟 软 件 。 该 项 目 称 为“ 过 程 工 程 的 先 进 系 统 ” （ Advanced System for Process Engineering， 简 称 ASPEN） ， 并 于 1981年 底 完 成 。 1982年 为 了 将其 商 品 化 ， 成 立 了 AspenTech公 司 ， 并 称 之 为 Aspen Plus。 该 软 件经 过 20多 年 来 不 断 地 改 进 、 扩

19、充 和 提 高 ， 已 先 后 推 出 了 十 多 个 版 本 ，成 为 举 世 公 认 的 标 准 大 型 流 程 模 拟 软 件 ， 应 用 案 例 数 以 百 万 计 。 PRO/II 大 型 通 用 流 程 模 拟 系 统 :前 身 PROCESS (SIMSCI) 。 适 用 于 油 气 加工 、 炼 油 、 化 工 、 化 学 、 工 程 和 建 筑 、 聚 合 物 、 精 细 化 工 、 制 药 等行 业 ， 主 要 用 来 模 拟 设 计 新 工 艺 、 评 估 改 变 的 装 置 配 置 、 改 进 现 有装 置 、 依 据 环 境 规 则 进 行 评 估 和 证 明 、 消

20、 除 装 置 工 艺 瓶 颈 、 优 化 和改 进 装 置 产 量 和 效 益 等 。 ECSS ECSS化 工 之 星 。 青 岛 科 技 大 学 ， 国 家 科 技 进 步 二 等 奖 。 属 信 息 技 术在 过 程 工 业 应 用 的 高 新 技 术 成 果 。 可 广 泛 用 于 过 程 研 究 开 发 、 过 程设 计 、 装 置 而 模 拟 与 优 化 、 过 程 去 瓶 颈 分 析 和 装 置 扩 产 节 能 挖 潜 改造 等 ， 是 利 用 信 息 技 术 改 造 传 统 过 程 工 业 的 基 本 工 具 和 手 段 。 该 系统 具 有 强 大 的 过 程 模 拟 、 分

21、 析 、 优 化 、 设 备 设 计 和 环 境 瓶 颈 等 功 能 。 1.7 过 程 系 统 工 程 的 应 用 领 域 过 程 开 发 初 期 ： 可 行 性 研 究 、 概 念 设 计 新 厂 设 计 ： 系 统 模 拟 、 优 化 ， 多 快 好 省 老 厂 改 造 ： 操 作 寻 优 、 提 高 效 益 管 理 决 策 ： 更 加 科 学 、 全 面 （ 优 化 排 产 ） 培 训 与 教 学 ： （ 在 线 ” 的 生 产 培 训 、 事 故 处 理 、 开 停 车 等 不 宜 在 实 际装 置 上 进 行 的 培 训 工 作 ； 计 算 机 辅 助 过 程 系 统 教 育 软

22、件 CAI可 用 于 学 校 教学 的 辅 助 工 具 。 ） （ 谁 来 完 成 ？ ） 1.8 系 统 优 化 的 灵 敏 度 分 析 灵 敏 度 ： 响 应 的 变 化 除 以 对 应 的 激 励 变 化 称 为 灵 敏 度 灵 敏 度 分 析 的 必 要 性 因 模 型 本 身 的 误 差 和 操 作 条 件 波 动 的 原 因 ， “ 最 优 ” 目 标 会 发 生 变 化“ 最 优 ” 不 优 “ 设 计 裕 量 ” （ 依 据 ？ ） 案 例 ： 操 作 弹 性 问 题 、 边 界 利 润 、 载 重 问 题 化 工 过 程 系 统 灵 敏 度 分 析 （ 目 标 函 数 O，

23、影 响 因 素 Ei， i=1.n） 灵 敏 度 系 数 :S i=O/ Ei 结 论 ： 灵 敏 度 分 析 可 以 确 定 模 型 的 可 靠 性 、 可 操 作 性 、 安 全 系 数 ； 其 他 条 件 相 同 的 情 况 下 ， 灵 敏 度 较 低 的 系 统 为 优 选 过程系统工程的发展趋势 过程系统工程的发展趋势化学供应链 生产运行分子设计流程设计设备设计控制方案流通消费产品合成 分 子 模 拟 乙 烯 的 轨 道 图 像 流 程 模 拟 本 章 小 结 系 统 、 系 统 工 程 、 过 程 系 统 工 程 。 （ 内 容 、 作 用 及 沿 革 ） 过 程 系 统 工 程

24、的 有 关 基 本 术 语 过 程 系 统 工 程 研 究 的 内 容 (ASO)和 4个 基 本 问 题 （ SDOS） 过 程 系 统 工 程 研 究 内 容 的 两 个 案 例 （ 单 元 、 系 统 ) 过 程 系 统 工 程 的 主 要 工 具 -过 程 模 拟 系 统 （ 组 成 、 分 类 和 用 途 ） 过 程 系 统 工 程 的 应 用 系 统 优 化 的 灵 敏 度 分 析作 业 ： 1、 过 程 系 统 工 程 的 应 用 及 主 要 工 具 是 什 么 ？ 2、 现 在 的 主 流 化 工 过 程 模 拟 软 件 有 哪 些 ？ 3、 从 网 上 下 载 Aspen plus 软 件 ， 安 装 之 。 结 束 ！