《化工过程优化与集成》课程教学大纲
一、课程性质
《化工过程优化与集成》是化学工程与工艺专业的核心专业基础课程之一，它是应用化工过程优化和系统集成的理论和方法来研究化工过程系统的开发、设计、最优操作一门课程。本门课程的任务是使学生能运用优化和系统集成的观点和方法分析化工过程，使化工过程系统在开发、设计、操作、管理等各个层面上达到最优化，使整体能耗最小，费用最小，环境污染最少。
二、教学目的
培养高年级学生综合运用学过的《化工原理》、《化工热力学》、《化学反应工程》等课程，以及技术经济、环境保护方面的基础知识，并结合本课程的优化和系统集成的观点和方法，加强学生处理化学工业实际问题的能力，培养学生抽象思维和演绎分析的能力及优化和集成观念。
三、教材教参
（二）主要参考书
1. 杨友麟编，《实用化工系统工程》，化学工业出版社，1989
2. 邓亚龙编，《化工中的优化方法》，化学工业出版社，1992
3. 马国喻编，《化工最优化基础》，化学工业出版社，1982
四、教学方式
本课程将以启发互动式教学为主要方式，板书与多媒体结合，配以CAI课件。
五、教学内容及时数
1 绪论（2学时）
1.1 过程系统工程
1.2 过程系统工程研究的基本问题
1.3 过程系统工程的研究方法
1.4 学习过程系统工程课程的方法建议
第一篇过程系统模拟
2 过程系统稳态模拟（3学时）
2.1 过程系统稳态模拟的基本概念
2.2 过程系统模拟的序贯模块法
2.3 过程系统模拟的联立方程法
2.4 过程系统模拟的联立模块法
2.5 过程模拟的应用
2.6 过程稳态模拟发展趋势
3 过程系统动态模拟（3学时）
3.1 过程系统动态模拟基础
3.2 过程系统动态模拟方法
3.3 精馏过程动态模拟
3.4 过程系统动态模拟实例
3.5 过程仿真培训系统
3.6 过程系统动态模拟发展趋势
第二篇过程系统优化
4 过程系统优化的基本概念及基础最优化方法（3学时）4.1 最优化问题的提出及其模型化
4.2 过程系统最优化问题数学模型的一般型式
4.3 最优化数学方法分类
4.4 无约束最优化方法
4.5 有约束多变量函数的最优化方法
5 线性规划（3学时）
5.1 线性规划问题的数学模型
5.2 线性规划问题基本理论
5.3 线性规划问题求解——单纯形法
5.4 纯性规划求解的其他方法
6 非线性规划（5学时）
6.1 非线性规划基础
6.2 变量变换法
6.3 罚函数法
6.4 可行方向法
6.5 逐次线性规划法
6.6 逐次二次规划法
6.7 广义简约梯度法
6.8 非线性规划方法的简单比较
6.9 非线性规划软件简介
7 混合整数规划（3学时）
7.1 引言
7.2 化工过程优化MIP问题的提出
7.3 求解MIP问题的分支定界法
7.4 求解MINLP问题的外部近似原理和方法
8 多目标优化（3学时）
8.1 多目标优化的基本概念
8.2 多目标优化的基本方法
9 间歇过程系统的优化（2学时）
第三篇过程系统综合与集成（5学时）
10 换热器网络综合
11 蒸馏分离序列的综合
12 反应器网络综合
13 过程系统集成
六、考核方式
平时考核20%；期末考试80%。
简述几种化工流程模拟软件的功能特点及优缺点 化学工艺09级1班 摘要：化工过程模拟是计算机化工应用中最为基础、发展最为成熟的技术。本 文综合介绍了几种主要的化工流程模拟软件的功能及特点，并对其进行了简单的比较。 关键词：化工流程模拟，模拟软件，Aspen Plus, Pro/Ⅱ,HYSYS, ChemCAD l 化工过程概述 化工流程模拟(亦称过程模拟)技术是以工艺过程的机理模型为基础，采用数学方法来描述化工过程，通过应用计算机辅助计算手段，进行过程物料衡算、热量衡算、设备尺寸估算和能量分析，作出环境和经济评价。它是化学工程、化工热力学、系统工程、计算方法以及计算机应用技术的结合产物，是近几十年发展起来的一门新技术[1]。现在化工过程模拟软件应用范围更为广泛，应用于化工过程的设计、测试、优化和过程的整合[2]。 化工过程模拟技术是计算机化工应用中最基础、发展最为成熟的技术之一，化工过程模拟与实验研究的结合是当前最有效和最廉价的化工过程研究方法，它可以大大节约实验成本，加快新产品和新工艺的开发过程。化工过程模拟可以用于完成化工过程及设备的计算、设计、经济评价、操作模拟、寻优分析和故障诊断等多种任务。[3]当前人们对化工流程模拟技术的进展、应用和发展趋势的关注与日俱增。 商品化的化工流程模拟系统出现于上世纪70年代。目前，广泛应用的化工流程模拟系统主要有ASPEN PLUS、Pro/Ⅱ、HYSYS和ChemCAD。 2 Aspen Plus 2.1 Aspen Plus简述 “如果你不能对你的工艺进行建模，你就不能了解它。如果你不了解它，你就不能改进它。而且，如果你不能改进它，你在21世纪就不会具有竞争 力。”----Aspen World 1997 Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为“过
名词解释 1.夹点的意义 （夹点处，系统的传热温差最小（等于ΔT min ），系统用能瓶颈位置。夹点处热流量为 0 ，夹点将系统分为热端和冷端两个子系统，热端在夹点温度以上，只需要公用工程加热（热阱），冷端在夹点温度以下，只需要公用工程冷却（热源）；） 2.过程系统能量集成 （以用能最小化为目标的考虑整个工艺背景的过程能量综合） 3.过程系统的结构优化和参数优化 （改变过程系统中的设备类型或相互间的联结关系，以优化过程系统；参数优化指在确定的系统结构中，改变操作参数，是过程某些指标达到优化。） 4、化工过程系统模拟 （对于化工过程，在计算机上通过数学模型反映物理原型的规律） 5、过程系统优化 （实现过程系统最优运行，包括结构优化和参数优化） 6、过程系统合成 （化工过程系统合成包括：反应路径合成；换热网络合成；分离序列合成；过程控制系统合成；特别是要解决由各个单元过程合成总体过程系统的任务） 7、过程系统自由度 （过程系统有m个独立方程数，其中含有n个变量，则过程系统的自由度为： d=n-m，通过自由度分析正确地确定系统应给定的独立变量数。） 填空题 1.稳态模拟的特点是，描述过程对象的模型中( 不含 )时间参数 2.( 集中参数模型)认为状态变量在系统中呈空间均匀分布，如强烈搅拌的反应罐就可以用这一类模型来描述. 3. ( 统计模型 )又称为经验模型，纯粹由统计、关联输入输出数据而得。 (确定性模型 )又称为机理模型 4.( 结构 )优化和( 参数 )优化是过程系统的两大类优化问题，它们贯穿于化工过程设计和化工过程操作。 5.换热网络的消耗代价来自三个方面： (换热单元（设备）数) ( 传热面积) (公用工程消耗) 6.过程系统模拟方法有、和。 7.试判断图a中换热匹配可行性 1 , 2 , 3 , 4 。
简述几种化工流程模拟软件的功能特点及优缺点摘要：化工过程模拟是计算机化工应用中最为基础、发展最为成熟的技术。本文综合介绍了几种主要的化工流程模拟软件的功能及特点，并对其进行了简单的比较。 关键词：化工流程模拟，模拟软件，Aspen Plus, Pro/Ⅱ,HYSYS, ChemCAD l 化工过程概述 化工流程模拟(亦称过程模拟)技术是以工艺过程的机理模型为基础，采用数学方法来描述化工过程，通过应用计算机辅助计算手段，进行过程物料衡算、热量衡算、设备尺寸估算和能量分析，作出环境和经济评价。它是化学工程、化工热力学、系统工程、计算方法以及计算机应用技术的结合产物，是近几十年发展起来的一门新技术[1]。现在化工过程模拟软件应用范围更为广泛，应用于化工过程的设计、测试、优化和过程的整合[2]。 化工过程模拟技术是计算机化工应用中最基础、发展最为成熟的技术之一，化工过程模拟与实验研究的结合是当前最有效和最廉价的化工过程研究方法，它可以大大节约实验成本，加快新产品和新工艺的开发过程。化工过程模拟可以用于完成化工过程及设备的计算、设计、经济评价、操作模拟、寻优分析和故障诊断等多种任务。[3]当前人们对化工流程模拟技术的进展、应用和发展趋势的关注与日俱增。 商品化的化工流程模拟系统出现于上世纪70年代。目前，广泛应用的化工流程模拟系统主要有ASPEN PLUS、Pro/Ⅱ、HYSYS和ChemCAD。 2 Aspen Plus Aspen Plus简述
“如果你不能对你的工艺进行建模，你就不能了解它。如果你不了解它，你就不能改进它。而且，如果你不能改进它，你在21世纪就不会具有竞争力。”----Aspen World 1997 Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型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。全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及着名的工程公司都是Aspen Plus的用户。 Aspen Plus特点 （1）产品具有完备的物性数据库物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。人们普遍认为Aspen Plus 具有最适用于工业、且最完备的物性系统。许多公司为了使其物性计算方法标准化而采用Aspen Plus 的物性系统，并与其自身的工程计算软件相结合。Aspen Plus 数据库包括将近6000种纯组分的物性数据：①纯组分数据库，包括将近6000 种化合物的参数。 ②电解质水溶液数据库，包括约900种离子和分子溶质估算电解质物性所需的参数。③固体数据库，包括约3314种固体的固体模型参数。④ Henry 常数库，包括水溶液中61种化合物的Henry 常数参数。⑤二元交互作用参数库，包括Ridlich－Kwong Soave、Peng Robinson、Lee Kesler Plocker、BWR Lee Starling，以及Hayden O’Connell状态方程的二元交互作用参数
《化工过程优化与集成》课程教学大纲 一、课程性质 《化工过程优化与集成》是化学工程与工艺专业的核心专业基础课程之一，它是应用化工过程优化和系统集成的理论和方法来研究化工过程系统的开发、设计、最优操作一门课程。本门课程的任务是使学生能运用优化和系统集成的观点和方法分析化工过程，使化工过程系统在开发、设计、操作、管理等各个层面上达到最优化，使整体能耗最小，费用最小，环境污染最少。 二、教学目的 培养高年级学生综合运用学过的《化工原理》、《化工热力学》、《化学反应工程》等课程，以及技术经济、环境保护方面的基础知识，并结合本课程的优化和系统集成的观点和方法，加强学生处理化学工业实际问题的能力，培养学生抽象思维和演绎分析的能力及优化和集成观念。 三、教材教参 （二）主要参考书 1. 杨友麟编，《实用化工系统工程》，化学工业出版社，1989 2. 邓亚龙编，《化工中的优化方法》，化学工业出版社，1992 3. 马国喻编，《化工最优化基础》，化学工业出版社，1982 四、教学方式 本课程将以启发互动式教学为主要方式，板书与多媒体结合，配以CAI课件。 五、教学内容及时数 1 绪论（2学时） 1.1 过程系统工程 1.2 过程系统工程研究的基本问题 1.3 过程系统工程的研究方法 1.4 学习过程系统工程课程的方法建议 第一篇过程系统模拟 2 过程系统稳态模拟（3学时） 2.1 过程系统稳态模拟的基本概念 2.2 过程系统模拟的序贯模块法 2.3 过程系统模拟的联立方程法 2.4 过程系统模拟的联立模块法 2.5 过程模拟的应用 2.6 过程稳态模拟发展趋势 3 过程系统动态模拟（3学时） 3.1 过程系统动态模拟基础 3.2 过程系统动态模拟方法 3.3 精馏过程动态模拟 3.4 过程系统动态模拟实例
机械制造工艺学课程设计任务书 设计题目:拨叉(二)(CA6140) 机械加工工艺规程编制及工装设计(年产量:4,000件) 设计内容: 1、编制机械加工工艺规程,填写工艺文献1套,绘制零件毛坯图1张 2、设计夹具1套,绘制夹具装配图与主要结构零 件 图各1张 3、撰写课程设计说明书1份 设计时间: 前言
机械制造工艺学课程设计就是在我们完成了大学的全部基础课程、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。通过机床加工工艺及夹具设计,汇总所学专业知识如一体(如《机械零件设计》、《金属切削机熟悉与理解,并为以后的实际工作奠定坚实的基础！床》、《机械制造工艺》等)。让我们对所学的专业课得以巩固、复习及实用,在理论与实践上有机结合;使我们对各科的作用更加深刻的 设计目的: 机械制造工艺学课程设计,就是在学完机械制造工艺学及夹具设计原理课程,经过生产实习取得感性知识后进行的一项教学环节;在老师的指导下,要求在设计中能初步学会综合运用以前所学过的全部课程,并且独立完成的一项工程基本训练。同时,也为以后搞好毕业设计打下良好基础。通过课程设计达到以下目的: 1、能熟练的运用机械制造工艺学的基本理论与夹具设计原理的知识,正确地解决一个零件在加工中的定位,夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法,培养学生分析问题与解决问题的能力。 2、通过对零件某道工序的夹具设计,学会工艺装备设计的一般方法。通过学生亲手设计夹具的训练,提高结构设计的能力。 3、课程设计过程也就是理论联系实际的过程,并学会使用手册、查询相关资料等,增强学生解决工程实际问题的独立工作能力。 一.零件的分析
(一)、零件的作用: 题目给定的拨叉(CA6140)位于车床变速机构中,主要起换挡使主轴回转运动按照工作者的要求进行工作。工作过程:拨叉零件就是在传动系统中拨动滑移齿轮,以实现系统调速。转向。其花键孔?25与轴的配合来传递凸轮曲线槽传来的运动。零件的2个交叉头补位与滑移齿轮相配合。 (二)、零件的工艺分析 CA6140车床拨叉(二)共有两个加工表面,它们之间有一定的位置要求。 1、一花键孔的中心线为基准的加工面 这一组面包括?25H7的六齿方花键孔、?22H2的花键低空及两
石油化工流程模拟、先进控制与过程优化技术的现状与展望 摘要：流程模拟、先进控制和过程优化技术的研究与应用是石油化工过程的一个重要方面。本文论述了该技术的发展现状和趋势，分析了我国在该研究中存在的主要问题、面临的机遇与挑战，指出了关键的技术问题。此外，对流程模拟、先进控制和过程优化技术的经济效益与应用前景也做了分析。最后，对于如何在我国开展石油化工流程模拟、先进控制与过程优化技术的研究与应用提出了几点建议和对策。 关键词：石油化工，流程模拟，先进过程控制，优化技术，过程建模Abstract: The development and applications of flow simulations, advanced process control, and process optimization technology are very important for petrochemical industry. In this paper, the status quo and prospects for flow simulations, advanced process control, and process optimization technology are discussed. The main problems existing in our research, the opportunities, and challenges are detailedly analyzed. At the same time, the key technical problems are also pointed out. In addition, the economy benefits and application prospects on flow simulations, advanced process control, and process optimization technology are investigated. Finally, some suggestions and countermeasures on how to work on the development and applications of flow simulations, advanced process control, and process optimization technology in our country are brought forward. Keywords:Petrochemical Industry, Flow Simulations, Advanced Process Control, Optimization Technology, Process Modeling 引言 石油化工是我国国民经济的支柱产业之一，其所实现的利润约占全国国有及国有控股企业总利润的1/4左右。但是，面临国际市场激烈的竞争和国内需求的不稳定，我国各石油化工企业均面临严重的挑战，与国际上发达国家的石化企业相比，我国的石化企业在质量、成本、规模、效益等方面尚存在较大的差距。以中国石化集团公司为例，综合商品率1996年为91.4%，1997年为91.12，1998年为91.67％，而同期美国为93.0%，英国为92.3%，法国为92.5%，国外平均水平大于92%。中石化的平均加工损失率1996年为1.29%，而1994~1995年美国、英国和法国分别为0.2%，0.3%和1.04%，世界平均水平为1%。中石化轻油收率1996年为65.11%，1997年为67.14%，1998年为67.95%，世界平均水平>70%[1]。每加工1吨原油的燃料动力费用中石化总公司1996年为63元，亚太地区平均水平为47元。 随着国内外市场竞争日趋激烈，要求石油化工企业对市场和生产环境的变化做出快速而有效的响应，以获得最大的经济效益。随着我国加入WTO的日益临近，深化改革企业的运行机制和管理体制，运用信息技术改造和提升传统产业，使其保持可持续发展，对于增强企业在国内、外市场的竞争能力具有十分重要的意义。世界各国的经验表明，流程模拟、先进控制与过程优化技术是提高企业的经济效益、降低生产成本、提高其在国际市场中的创新力、应变力、适应力和综
例1：试提出小批生产下图所示零件的机械加工工艺过程（从工序到工步）。[解答]：齿轮加工内容有两端面、内孔、四个小孔、键槽、齿等。为保证A、B 面的平行度还需磨削，齿部还需高频淬火。 加工工艺过程 注意点：毛坯为型材，需要钻孔；调头车B面，不能保证B∥A，因此需要磨端面B； 如上例齿轮，若毛坯为模锻件，试提出小批、成批和大批大量生产其机械加工工艺过程(工序到工步)。 齿轮加工工序安排
若批量生产时毛坯为锻件，工序1变为两个工序。即，如果在加工端面A 和外圆后，就将该工件卸下，换上另一工件，加工其端面A和外圆，一直到一批零件加工完，再调头加工端面B及另一部分外圆，这中间就有了间断，因此就是两个工序。对于大批大量生产，采用拉刀拉孔、多刀车床车外圆（复合工步）等先进工艺，可提高生产率。因此齿轮大量生产和小量生产其工艺有很大差别。 例2：试提出如右图所示小轴的小批、成批和大批大量生产的机械加工工艺规程，并分析每种方案的工艺过程组成。 表1 阶梯轴加工工艺过程（小批生产）
表2 阶梯轴加工工艺过程（成批生产） 表3 阶梯轴加工工艺过程（大批大量生产） 例3：如右图盘状零件，其机械加工工艺过程有如下两种方案，试分析每种方案工艺过程的组成。 1）在车床上粗车及精车端面C，粗镗及精镗 φ60H9mm孔，内孔倒角，粗车及半精车φ 200mm外圆。调头，粗、精车端面A，车φ96mm 外圆及端面B，内孔倒角。划线，在插床上按
划线插键槽18D10。在钻床上按划线钻6-φ20mm的孔。钳工去毛刺。 2）在车床上粗、精车一批零件的端面C，并粗、精镗φ60H9mm孔，内孔倒角。然后在同一台车床上将工件安装在可涨心轴上，粗车、半精车这批工件的φ200mm外圆，并车φ96mm外圆及端面B，粗、精车端面A，内孔倒角。在拉床上拉键槽。在钻床上用钻模钻出6-φ20mm的孔。钳工去毛刺。 注意：φ20mm的孔无公差要求 盘状零件加工工艺过程 单件小批生产成批生产 例4试提出成批生产如图1-5所示零件的机械加工工艺 过程（从工序到工步），并指出各工序的定位基准。注 意：φ10mm的孔有精度要求，因此钻-扩-铰 [答案]：工艺过程安排如下表： 工序号工步定位基准（面）1车端面，钻、扩、铰Φ20孔（安装1）外圆 2车另一端面及外圆Φ75（安装1）端面及内孔 3拉键槽内孔及端面 4钻、扩、铰Φ10H7孔（安装1）内孔及端面
宁夏大学硕士生（博士生）考试考查卷面纸2011～～ 2012 学年度第二学期 姓名学号 院（所、部）化学化工学院年级 11 级专业化学工程研究方向 课程化工分析过程与模拟考试方式论文主考教师评语成绩 主考教师签名： 200 年月日
浅谈化工过程模拟及相关高新技术 摘要：化工过程模拟在化工界已经成为家喻户晓的先进工具，广泛应用于工业装置的研究、设计、改造等领域，并带来明显的经济效益。化工过程模拟与实验研究的结合是最有效和最廉价的化工过程研究方法。可以大大节约实验成本，加快新产品和新工艺的开发过程稳态模拟软件的应用也已成为一股不可抗拒的浪潮，席卷全球。 关键词：化工模拟稳态装置 化学工业正不断满足化学和相关的过程工业的需要，如石油化工、制药、食品、环境、冶金、材料、电子等[1]。工业的不断需求要求对现存的技术或设备进行不断地修改和改进，不断开发新技术方法。一个最有效和最廉价的方法是采用实验研究和计算机辅助模拟设计（化工模拟）相结合[2]。 国外化工模拟软件起步很早[3]，上个世纪50年代中、后期，美国M.W.Kellogg 公司就开发了第一个化工模拟程序—Flexible Flowsheeting。到80年代，化工过程模拟软件的研发已经走向专业化、商品化。模拟计算的准确性、可靠性也大大增强.应用范围不断拓展。这一时期，美国ASPEN Tech公司的ASPEN PLUS，Simulation Sciences。公司的PRO/II，，加拿大Hypro Tech公司的HYSIM等商业化软件正式走向市场。90年代后，化工模拟软件开始由德态过程向动态过程模拟和适时优化的方向发展，如Hysys，Aspen Plus等软件。国内化工过程模拟研究约起始于上世纪60年代末。70年代末化工部第五设计院在国内率先推出了大型烃类分离模拟系统，80年代由青岛化工学院韩方煌、丁惠华教授等人开发的ECSS模拟系统软件—ECSS化工之星研究成功，并走向商业化[4]。下面就具体化工过程稳态模拟进行简单介绍。 1、化工过程稳态模拟 稳态模拟又称静态模拟或离线模拟[5]。流程模拟就是将一个由许多个单元过程组成的化工流程用数字模型进行描述，并且在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果，如操作条件等。通常所说的化工过程模拟或流程模拟多指稳态模拟。它是根据化工过程的稳态数据，诸如物料的压力、温度、流量、组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及一定的设备参数，如蒸馏塔的板数、进料位置等，采用适当的模拟软件，用计算机模拟实际的稳态生产过程，得出详细的物料平衡和热量平衡。其中包括人们最为关心的原材料消耗、公用工程消耗和产品、副产品的产量和质量等重要数据。简言之，化工过程模拟就是在计算机上“再现”实际的生产过程。由于这一“再现”过程并不涉及到实际装置的任何管线、设备以及能源的变动，因而给了化工模拟人员最大的自由度。可以在计算机上“为所欲为”地进行不同方案和工艺条件的探讨、分析。并且化工过程模拟所需的成本以及完成一定研究任务所需的时间也是任何实验研究所无法比拟的，因而化工过程稳态模拟已成为研究、开发、设计、挖潜改造、节能增效、生产指导以至于企业管理等工作必不可少的工具，并且在科研和实际生产中发挥着愈来愈大的作用[6]。
中国石油大学（北京）远程教育学院 期末考试 《化工系统工程》 学习中心：______姓名：__ ____学号：____ 关于课程考试违规作弊的说明 1、提交文件中涉嫌抄袭内容（包括抄袭网上、书籍、报刊杂志及其他已有论文），带有明显外校标记，不符合学院要求或学生本人情况，或存在查明出处的内容或其他可疑字样者，判为抄袭，成绩为“0”。 2、两人或两人以上答题内容或用语有50%以上相同者判为雷同，成绩为“0”。 3、所提交试卷或材料没有对老师题目进行作答或提交内容与该课程要求完全不相干者，认定为“白卷”或“错卷”，成绩为“0”。 一、填空题（每空2分，共30分） 1.在一个绝热封闭体系中，投入了9种已知质量的化合物，这些物质在其中发生了4个化学反应，产生了3种新化合物。当系统稳定下来后，生成了2个液相层、1个气相，要确定系统的状态需要（2）个变量？ 2.一股已知条件的工艺物流（组分数为20），进入带进料阀和换热盘管的气液分离器进行气液分离，有哪些手段能够影响分离器的操作效果（调节阀开度），（调整换热判盘管温度）。 3.某设计院进行一个常规精馏塔的设计，设计师需要考虑的设计变量有（2）个。 4.过程系统节点相邻矩阵中流股汇集单元的特征是：（列有多个非零元素）。 5.某节点相邻矩阵A经过运算得到A?A、A?A?A两个新的矩阵，将A、A?A、A?A?A三个矩阵布尔相加后得到可及矩阵A*，其中元素值a25=a52=1、a27=a72=1、a57=1、a75=1，则说明：（节点3与5组成一个简单回路、节点3与7组成一个简单回路，且这两个回路构成复合回路）。 6.采用序贯模块模拟法进行流程计算时，最佳断裂流股要保证相关子系统中所有回路（被切断）。 7.由描述过程系统结构的原始索引矩阵I运用乘幂法则通过比较与替代获得了新的矩阵J=I2，其中，出现了4个相同的节点对{3-3}、{5-5}、{8-8}、{9-9}，则说明：（这4个节点构成两个简单回路，但目前的信息还无法判断具体组合信息）。
宁夏大学硕士生（博士生）考试考查卷面纸 2011～～ 2012 学年度第二学期 姓名学号 院（所、部）化学化工学院年级 11 级 专业化学工程研究方向 课程化工分析过程与模拟考试方式论文 浅谈化工过程模拟及相关高新技术 摘要：化工过程模拟在化工界已经成为家喻户晓的先进工具，广泛应用于工业装置的研究、设计、改造等领域，并带来明显的经济效益。化工过程模拟与实验研究的结合是最有效和最廉价的化工过程研究方法。可以大大节约实验成本，加快新产品和新工艺的开发过程稳态模拟软件的应用也已成为一股不可抗拒的浪潮，席卷全球。 关键词：化工模拟稳态装置 化学工业正不断满足化学和相关的过程工业的需要，如石油化工、制药、食品、环境、冶金、材料、电子等[1]。工业的不断需求要求对现存的技术或设备进
行不断地修改和改进，不断开发新技术方法。一个最有效和最廉价的方法是采用实验研究和计算机辅助模拟设计（化工模拟）相结合[2]。 国外化工模拟软件起步很早[3]，上个世纪50年代中、后期，美国Flowsheeting。到80年代，化工过程模拟软件的研发已经走向专业化、商品化。模拟计算的准确性、可靠性也大大增强.应用范围不断拓展。这一时期，美国ASPEN Tech公司的ASPEN PLUS，Simulation Sciences。公司的PRO/II，，加拿大Hypro Tech公司的HYSIM等商业化软件正式走向市场。90年代后，化工模拟软件开始由德态过程向动态过程模拟和适时优化的方向发展，如Hysys，Aspen Plus等软件。国内化工过程模拟研究约起始于上世纪60年代末。70年代末化工部第五设计院在国内率先推出了大型烃类分离模拟系统，80年代由青岛化工学院韩方煌、丁惠华教授等人开发的ECSS模拟系统软件—ECSS化工之星研究成功，并走向商业化[4]。下面就具体化工过程稳态模拟进行简单介绍。 1、化工过程稳态模拟 稳态模拟又称静态模拟或离线模拟[5]。流程模拟就是将一个由许多个单元过程组成的化工流程用数字模型进行描述，并且在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果，如操作条件等。通常所说的化工过程模拟或流程模拟多指稳态模拟。它是根据化工过程的稳态数据，诸如物料的压力、温度、流量、组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及一定的设备参数，如蒸馏塔的板数、进料位置等，采用适当的模拟软件，用计算机模拟实际的稳态生产过程，得出详细的物料平衡和热量平衡。其中包括人们最为关心的原材料消耗、公用工程消耗和产品、副产品的产量和质量等重要数据。简言之，化工过程模拟就是在计算机上“再现”实际的生产过程。由于这一“再现”过程并不涉及到实际装置的任何管线、设备以及能源的变动，因而给了化工模拟人员最大的自由度。可以在计算机上“为所欲为”地进行不同方案和工艺条件的探讨、分析。并且化工过程模拟所需的成本以及完成一定研究任务所需的时间也是任何实验研究所无法比拟的，因而化工过程稳态模拟已成为研究、开发、设计、挖潜改造、节能增效、生产指导以至于企业管理等工作必不可少的工具，并且在科研和实际生产中发挥着愈来愈大的作用[6]。 当前化工过程稳态模拟主要应用于炼油，石油化工和化工领域，如常减压、加氢、催化裂化、气体分馏、芳烃分离、乙烯、环氧乙烷、天然气、油田气分离及合成氛等装置。在医药、农药、造纸和环保等行业也有一定应用。随着科学技术的进步，目前对于石油馏分和烃类物质的计算已经相当准确、可靠，达到了无需小试、中试，模拟结果可直接用于工业装置设计的程度。 2、化工稳态模拟系统的构成 稳态模拟系统的构成下图所示。 现代的模拟系统既可以用流程图，也可采用数据文件的方式输入。且这两种方式之间可以相互转换。输人之后便进行流程拓扑分析和数据检查[7]。调度系统相当于指挥中心，程序根据输人信息，进行物流、热力学方法、单元过程及其他过程模块的匹配和调度，动态地组织流程，进行计算，直至收敛。模拟系统的组
浅谈化工流程模拟技术 20420132201107 陈秀萍 前言 化工流程模拟是近几十年发展起来的一门新技术，是化学工程、化工热力学、系统工程、计算方法以及计算机应用技术的结合产物。这一技术对于探索最佳工艺工况条件起着重要作用，已成为化学工程设计、原有工程改造优化的强有力工具，备受关注。 化工流程模拟技术简介 1、化工流程模拟技术的发展 化工流程模拟技术从20世纪50年代开始开发，至今已经经历了四代。1985年美国Kellogg公司推出了世界上第一个化工模拟程序并在当时的化学工程界产生了重大影响。上世纪70年代之后出现了一系列稳态流程模拟软件；80年代中后期，化工流程模拟软件在技术上日益成熟；90年代开始，稳态模拟技术进一步推广，动态模拟技术问世并得到长足发展。 目前化工流程模拟技术的发展趋势呈现出以下特点：在发展和应用通用化工流程模拟系统的基础上，注重开发专用化工流程模拟系统；稳态模拟与动态模拟技术有合并趋势；向计算机集成化过程系统；引入人工智能。 2、化工模拟软件的构成 （1）物性数据库：在模拟计算中，频繁进行各种热力学性质及传递性质计算，物性数据的准确直接影响到模拟结果的可靠性。 （2）单元模块库：依照结构化和面向对象编程思想，将各个过程操作单元编织成可独立运行的子程序或对象模块，存放到单元模块库，通过系统管理程序调用。 （3）输入和输出：必不可少的组成部分。有些模拟软件采用实时信号输出，以利于实现系统实施仿真。 （4）解算和管理系统：根据用户输入定义完成系统的模拟计算、优化计算等功能。 （5）网络通讯 主要的化工模拟软件有：Aspen Plus、H ysys、Pro/II、ChemCAD等。 3、化工流程模拟技术的应用 （1）科研开发：以过程模拟代替中间试验，进而构建工艺过程流程方案，提高工作效率和质量，节省大量资金、时间和人力。 （2）工艺设计：方便的在不同的过程方案中筛选出最优方案。 （3）操作优化：通过流程模拟消除“瓶颈”，为装置的技术改造提供依据，实现传统产业高新化。 （4）优化控制：进行数据拟合分析，送入过程模拟软件中运行，进行工况研究和优化。（5）仿真技术的基础：动态仿真系统用来模拟装置的实际生产，不仅能得到稳态的操作情况，而且能够借助动态仿真技术随意改变某些可调量，系统地考察干扰存在时系统行为的变化。 4、化工流程模拟技术的优点 应用化工流程模拟技术可以节省过去由试验探索最佳工艺工况条件所消耗的大量资金、时间和人力，使我们从整个系统的角度来认识、分析、预测生产中深层次的问题，进行装置
学号：20095053007 《化工系统工程》课程论文 学院化学化工学院 专业化学工程与工艺 年级2009级 姓名 论文题目化工系统过程模拟与优化 指导教师职称讲师 成绩 2012年6月15日
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化工系统过程模拟与优化 摘要：化工系统过程模拟是计算机化工应用中最为基础、发展最为成熟的技术之一。本文从分子模拟、单元过程模拟及流程模拟三个模拟层次综述其发展现状及发展趋势。并对过程的优化和当前流行的国际国内商业化化工过程模拟软件及其主要功能、应用领域作了系统的总结。 关键词：过程优化；分子模拟；过程模拟；流程模拟 Abstract：Chemical process simulation system is the most basic computer chemical application, development of one of the most mature technology. This article from molecular simulation, unit process simulation and process simulation three simulation in its development level situation and the development tendency. And the process optimization and the current popular international and domestic commercial chemical process simulation software and its main function and application field is the summary of the system. Keywords：Process optimization; Molecular simulation; Process simulation; Process simulation 前言 利用计算机高超的能力解算化工过程的数学模型[1]，以模拟化工过程系统的性能，这种技术早在50 年代已开始在化学工业中应用。经过40年的发展，现已成为一种普遍采用的常规手段，广泛应用于化工过程的研究开发、设计、生产操作的控制与优化，操作工的培训和老厂技术改造。而且随着计算机硬件的性能价格比的迅速提高、软件环境的改善与丰富，过程模拟技术发展的势头有增无减。 1 发展迅猛的成因 这种发展的成因可以归结为以下几个方面： 首先，化工行业市场竞争剧烈，要求化工新产品、新工艺开发周期短，用数学模拟可以大大加快筛选进度、减少实验工作、提高工程放大倍数、降低研究开发成本,
机械加工工艺过程例子Newly compiled on November 23, 2020
例1：试提出小批生产下图所示零件的机械加工工艺过程（从工序到工步）。 [解答]：齿轮加工内容有两端面、内孔、四个小孔、键槽、齿等。为保证A、B面的平行度还需磨削，齿部还需高频淬火。 注意点：毛坯为型材，需要钻孔；调头车B面，不能保证B∥A，因此需要磨端面B； 如上例齿轮，若毛坯为模锻件，试提出小批、成批和大批大量生产其机械加工工艺过程(工序到工步)。
若批量生产时毛坯为锻件，工序1变为两个工序。即，如果在加工端面A和外圆后，就将该工件卸下，换上另一工件，加工其端面A和外圆，一直到一批零件加工完，再调头加工端面B及另一部分外圆，这中间就有了间断，因此就是两个工序。对于大批大量生产，采用拉刀拉孔、多刀车床车外圆（复合工步）等先进工艺，可提高生产率。因此齿轮大量生产和小量生产其工艺有很大差别。 例2：试提出如右图所示小轴的小批、成批和大批大量生产的机械加工工艺规程，并分析每种方案的工艺过程组成。 表1 阶梯轴加工工艺过程（小批生产） 表2 阶梯轴加工工艺过程（成批生产） 表3 阶梯轴加工工艺过程（大批大量生产） 例3：如右图盘状零件，其机械加工工艺过程有如下两种方案，试分析每种方案工艺过程的组成。
1）在车床上粗车及精车端面C，粗镗及精镗φ 60H9mm孔，内孔倒角，粗车及半精车φ200mm 外圆。调头，粗、精车端面A，车φ96mm外圆及 端面B，内孔倒角。划线，在插床上按划线插键 槽18D10。在钻床上按划线钻6-φ20mm的孔。钳 工去毛刺。 2）在车床上粗、精车一批零件的端面C，并粗、精镗φ60H9mm孔，内孔倒角。然后在同一台车床上将工件安装在可涨心轴上，粗车、半精车这批工件的φ200mm外圆，并车φ96mm外圆及端面B，粗、精车端面A，内孔倒角。在拉床上拉键槽。在钻床上用钻模钻出6-φ20mm的孔。钳工去毛刺。 注意：φ20mm的孔无公差要求 盘状零件加工工艺过程 单件小批生产成批生产 例4试提出成批生产如图1-5所示零件的机械加工工艺过 程（从工序到工步），并指出各工序的定位基准。注意： φ10mm的孔有精度要求，因此钻-扩-铰 [答案]：工艺过程安排如下表： 工序号工步定位基准（面） 1 车端面，钻、扩、铰Φ20孔（安装1）外圆 2 车另一端面及外圆Φ75（安装1）端面及内孔 3 拉键槽内孔及端面
P RO/II 与石油化工工艺过程模拟计算 P RO/II简介 1.1、概述 PRO/II软件是美国SIMSCI公司推出的微机版本石油化工工艺流程模拟软件，该软件具备有丰富的物性数据库和热力学方程供用户描述不同状态下的流体热力学过程，对 多种炼油、化工工艺过程具有广泛的适应性。该软件不仅可以作为新设计炼油、化工工艺装置的工艺流程模拟软件，同时作为装置标定计算、设备核算的软件。 PRO/II软件在我国的应用十分广泛，其中DOS系统的V3.3、V4.02版本和WINDOWS 操作系统的V4.13 WIT HP ROVISION/2.O以上版本是比较常用的。P RO/II软件是很多炼油、化工等设计院进行工艺设计的首选工艺模拟软件之一，同时也是炼油、化工等生产单位进行装置标定计算、设备核算的首选工艺模拟软件之一。 在实际工作中，有很多时候会遇到解决装置“瓶径”的问题，而塔设备往往是需要进行标定或核算的重要设备之一，这时应用PRO/II软件提供的精馏、吸收、萃取等单 元操作过程的严格计算方法进行单塔模拟计算或全流程模拟计算是非常方便的。 1.2、主要计算模块或计算单元简介
、PRO/II 热力学方法的初步分析 PRO/II 提供多种用于流体的气液平衡常数、液液平衡常数、焓、熵、密度和其他传 递性能参数 等热力学计算方法，由于每种热力学方法有一定的适用范围， 解决具体问题时，选择合适的热力学方法是能否正确模拟工艺过程的关键。 以下分类讨论PRO/II 提供的主要的热力学方法。 2.1、普遍化方法 普遍化方法主要包括用于烃类物系计算的 SRK 方程、PR 方程、BWR 方程、GS 方程、 IGS 方程、BK10方程等，各方程的适用范围如下： 在应用PRO/II
化工过程模拟分析与优化综合作业 一、概念题 （1）过程系统由一些特定功能的过程单元按照一定的方式相互联结而组成，单元间通过、能量流和信息流相连而构成一定的关系。（2）过程系统的含义已不局限于生产工艺过程，而逐步延伸到经营管理业务和决策过程，即。 （3）如下图所示的示意图，为。 （A、过程系统分析；B、过程系统综合；C、过程系统优化） 给定的过程系统待求的输出 指定的 输入 （4）过程系统综合研究的主要课题有：反应路径综合、反应器网络综合、换热器网络综合、、、控制系统综合、全流程系统综合及过程系统能量、质量集成。 （5）过程系统模拟，包括稳态过程系统模拟和。对于化工过程工艺方案设计，常采用。 （6）过程系统优化可分为和结构优化。 （7）过程系统分析与综合课程研究的主要方法和策略是建立过程系统的，描述出系统中每一单元及总体性能，并给以评价。（8）建立单元过程的数学模型，一般选择和“黑箱”实验法。（9）复杂蒸馏塔的数学模型M、E、S、 H方程组是指、 、液相及气相摩尔分数加 和归一方程、能量衡算方程。 （10）如右图所示的混合器，进料组分 数为C，则其自由度d 为。 （11）说出一种常用的化工过程稳态模拟软件。（12）处热、冷物流间传热温差最小，它限制了进一步回收过程系统的能量，构成了系统用能的“瓶颈”；可通过
方法，以“解瓶颈”。 （13）一热回收换热网络，如选用的热、冷物流间匹配换热的最小允许传热温 差min T 增大，则该过程系统所需的最小公用工程加热负荷 min H ,Q ，过程系统所能达到的最大热回收max R,Q 。 （增大、减小、不变、不确定） （14）如下图所示的a 、b 、c 三种不同的热机放置方式， 为有效的放置。 (a) (b) (c) （15）如图，在T-H 图中有三条热流股，试画出其组合曲线。 T O H （16）如图采用中间再沸器与过程系统进行有效能量进行能量集成，图（a ）为流程图，图（b ）为系统总组合曲线（不含中间再沸器）。试在图（b ）中画出中间再沸器示意图，确定其位置在夹点上方还是夹点下方。
浅窥化工过程系统工程 化工过程是指用适当的原料经过一系列物理单元操作和化学反应的单元过程而转化为合乎需要的产品的过程。而过程系统工程是一门综合性的边缘学科，它以处理物料-能量-资金-信息流的过程为研究对象，核心功能是过程系统的组织、计划、协调、控制、设计和管理。过程系统共成广泛地应用于化学、冶金、制药、建材、食品等过程工业之中，目的是在总体上达成技术上和经济上的最优化，以符合可持续发展的要求。 20世纪60年代初，在化学工程、系统工程、运筹学、数值计算方法、过程控制论及计算机技术等学科的基础上，产生和发展起来的一门新兴的技术学科，过程系统工程。 化工过程的基本内容是：从过程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，确定过程系统在规划、设计、控制和管理等方面最优策略。化工过程系统工程的研究主要分为三个部分：一是过程系统模拟，包括稳态过程系统模拟和动态过程系统模拟；二是过程系统综合；三是过程系统的操作和控制，包括数据的筛选和校正、过程操作优化、过程安全监控及事故诊断和操作模拟培训系统；间歇过程的设计与操作优化；人工智能技术的应用等。 过程系统是对原料进行物理的或化学的加工处理的系统，它由一些特定功能的过程单元按照一定的方式相互联结而成，它的功能在于实验工业生产中的物质和能量的转换；过程单元用于进行物质和能量的交换、输送和储存；单元间通过物料流、能量流和信息流。相连而构成的一定的关系。“过程系统”的含义已不局限于生产工艺过程，而逐步延伸到经营管理业务和决策过程，即为供应链的优化过程。 过程系统分析是指对于系统结构及其中各个单元或子系统均已给定的现有过程系统进行分析，即建立个单元或子系统的数学模型，按照给定的系统结构进行整个系统的数学模拟，预测系统在不同条件下的特性和行为，借以发现其薄弱环节并给以改进。过程系统分析的概念是对于一致的过程系统，给定的输入参数，求解其输入参数。具体些说，大致包括过程系统的物料、热量衡算，确定设备负荷、费用，以及对过程系统进行技术、经济和环境影响多目标评价。化工过程模拟系统是过程系统分析的主要工具。 过程系统综合是过程系统工程学的核心内容，是指：按照规定的系统特性，寻求所需的系统结构及其各子系统的性能，并使系统按照规定的目标进行最优组合。过程系统综合即当给定过程系统的输入参数及规定其输出参数后，确定出满足性能的过程系统，包括选择所采用的特定设备及其间的联络关系，并提供某些变量的初值。在设计新建装置时，过程综合用于从众多备选方案中选择最优流程。 过程系统优化或系统优化可以分为参数优化和结构优化。参数优化是指：在一已确定的系统流程中，对其中操作参数进行优选，以使某些指标达到最优； 化学化工学院 王劭鹏 21180331131
《化工过程模拟》课程教学大纲 课程编码： 课程类别：必修 适用专业及层次：化学、应用化学等化工相关专业；本科 学分：3分 总学时数：48学时（其中理论学时24，实验学时24） 先修课程：化工原理，物理化学，一种高级计算机语言 一、课程的性质、目的和任务 《化工过程模拟》是化学工程与工艺专业的一门专业选修课程。其目的是给本专业大三的学生，在完成《化工原理》、《物理化学》等专业基础课程之后，为造就过程工程概念，及早了解并逐步适应当代化学工业的数字化和信息化的趋势，打下初步的基础。学生通过本课程的学习之后，能够掌握化工流程和单元设备模拟与优化的基本原理、方法步骤，掌握用常用计算机软件解决化工过程开发、设备设计和实际工程模拟优化等问题的初步技能。 二、课程教学的基本要求 1、使学生理解并初步掌握化工过程和单元操作的数学建模的基本要领，并对典型过程和典型单元操作的模拟问题做上机练习。 2、掌握化工流程和单元设备模拟与优化的基本原理、方法步骤 3、掌握用常用计算机软件解决化工过程开发、设备设计和实际工程模拟优化等问题的初步技能。
4、在后续的毕业设计过程中，学生可以利用本课程所学到的知识技能，最大限度地利用计算机软件技术进行工艺和设备计算，以及工艺和设备的优化。 三、课程教学内容 第一章绪论 【授课学时】（1学时） 【教学内容】 1.1过程模拟的一般方法：物理模拟与数学模拟的联系与区别；化工系统模拟的层次；数学模型的类型。 1.2数学模拟的用途及限制：化工开发放大试验和数学模拟的关系；化工设计中的数学模拟方法；化工厂生产操作的数学模拟方法；数学模拟方法的限制。 1.3过程模拟与优化：两个不同层次的概念（过程系统结构优化，过程参数优化），过程模拟和优化间关系。 【教学要求】 了解过程模拟的用处以及数学模拟和优化的关系、掌握过程模拟的概念和一般方法，熟练掌握化工过程模拟与优化的基础核心地位。【教学重难点】 1、数学模拟的用途及限制 2、数学模型化的步骤 第二章单元过程的稳态模拟 【授课学时】（5个理论学时+6个实验学时） 【教学内容】 2.1基本概念：流程系统的工况特性；稳态过程和稳态过程模拟；