化工过程系统工程专论-2010

有关操作摸拟培训系统能帮助工人掌握操 作知识，训练操作技能，培训事故诊断的决策 能力，这种培训可提高培训质量和学习效率， 降低培训成本，缩短培训时间，可反复练习实 际生产上难得的遇到的过程，如开、停车、事 故排除等既有真实感又有安全可靠，尤其是对 新工艺作预先培训。
4、间歇过程的设计与操作优化：
80年代天津大学开始开发单产品间歇过程最优设计 和多产品间歇操作的时间表进行了研究，提出数学模型 和计算方法，用于结晶操作过程。
◆ （3）分离序列的综合：给定一进料流股，已知它的状 态，系统化的设计出能从进料中分离出所要求产品的过程， 并使总费用最小。 所需求解问题是：一是要找出最优的分离序列和每一分离 器性能；二是对每一分离器找出其最优的设计变量值。 ◆ （4）反应器网络的综合：为了制造所要求的产品，对 于给定的化学反应路径以及主副反应速率数据进行分析， 确定一个反应器最优结构和操作条件，以使在给定产率下 总生产成本为最小。
化工原理(传递过程与单元操 ) 作 化学工程学化 化学 工反 热应 力工 学程
化工分离工程 化工过程系统工程
▲系统工程的理论基础：是运筹学、系统理论及现 代控制论； 技术手段：是计算机和现代数学； 当把系统工程方法应用于各种不同科学领域，就逐 步形成具有各种不同特点的系统工程学，如化工系 统工程、环境系统工程等。
二、化工过程系统工程的任务及其主要内容：
1、化工过程系统的特点：
归纳起来就是单元过程的特点与系统结构上的特 点这两部分。
a)单元过程的特点:如在设备中发生的过程无外乎是 化学反应、质量传递、热量传递和动量传递—— “三传一反”；这样的单元过程可分为：反应过程、 传质过程、传热过程和输送过程，其相应的特点是： 反应过程是以原子为处理对象；传质过程以是分子 为处理对象；传热过程和输送过程是以热流和物流 为处理对象。明确这些特点然后建立这些单元过程 的数学模型。

说明：两独立流股混合过程的自由度为两个独立流股自由度之和 。 如果混合器有S个输入流股，则自由度为 S(C+2)。
例：苯－甲苯混合器
S1 S2 Mixer S3
F1, xB1( xT1), h1, P 1
F2 , xB 2 ( xT 2 ), h2 , P2
F3 , xB3 ( xT 3 ), h3 , P 3
2 过程系统稳态模拟
2.1 基本概念
目的：研究化工系统整体稳态特性。
模拟(Simulation)：用一能反映研究对象本质和内在联系，与 原型具有客观的一致性，且可再现原型发生的本质过程和特性 的模型，来研究和设计原型过程的方法。
A 复杂
B简单
预测A
（以B的行为模拟A的行为，从简单的预测复杂的。） 实验模拟：采用实验模型装置进行研究。
P min(P , P2 ) 3 1
F1 F2 F3 x j1F1 x j 2 F2 x j 3 F3
j 1,2,....,(C 1)
F H1 F2 H 2 F3 H3 1
混合器的独立方程数 ： 混合器的自由度：
mC2
d n m 3(C 2) (C 2) 2(C 2)
设计变量：预先赋值的变量（ND个） 状态变量：除设计变量外的变量(NEquations个)
状态方程： NEquations个方程
实例: ① 混合器 F1,P1,T1,x11,x21, …,xc-1，1 C+2 F2,P2,T2,x12,x22, …,xc-1，2 独立方程包括 压力平衡方程: 物料衡算方程: 热量衡算方程: F3,P3,T3,x13,x23, …,xc-1，3
数学模拟：采用数学模型进行研究。

注册化工工程师考试专业案例上午真题2010年(总分：50.00，做题时间：180分钟)一、案例分析（每题2分）(总题数：25，分数：50.00)1.某炼油厂利用冷的富吸收油将200L/h，180℃的贫吸收油冷到80℃,已知冷富吸收油的流量为308t/h,40℃,换热器的热损失为传热量的5%,则经过换热器后,富吸收油的油升(℃)为下列哪? 已知贫吸收油平均比热为2.4kJ/(kg.℃),富吸收油平均比热为2.0 kJ/(kg.℃)（分数：2.00）A.114 √B.75C.120D.108解析：200*（180-80）*2.4*（1-0.05）/(308*2.0)+40=1142.板框过滤机滤框长、宽、厚为250×250×30，框数为8，用此过滤机过滤某悬浮液。

已知恒压过滤常数k=5×10-5 m2/s，qe=0.0125m3/m2，滤饼与滤液体积比v=0.075，过滤至滤框充满滤饼所需时间（min）为哪项？（分数：2.00）A.10B.12C.15 √D.18解析：A=0.25×0.25×2×8=1(㎡) V饼=0.25×0.25×0.03×8=0.015(m3) v=V饼/V V=0.015/0.075=0.2(m3) Ve=Aqe=1×0.0125=0.0125 V2+2VVe=KA2θθ=(0.2×0.2+2×0.2×0.0125)/(1×1×5×10-5)=900(s)=15(min)3.用纯水吸收丙酮混合气中的丙酮加以回收，如果吸收塔混合气进料为200kg/h（其中丙酮质量占20%），纯水进料为1000 kg/h，吸收丙酮后得到丙酮水溶液。

吸收过程中，丙酮的回收率为90%。

已知丙酮分子量为58，设其余气体不溶解于水，且纯水不蒸发，问吸收液出口浓度[NC3H3O/NH2O，kmol/kmol]为下列？（分数：2.00）A.0.009B.0.011 √C.0.019D.0.021解析：设惰性气体为空气，空气分子量是29。

流程模拟与优化
利用流程模拟软件对化工过程 进行模拟，通过优化算法对过 程进行优化。
效果评估
对改进措施的实施效果进行评 估，总结经验教训。
02
化工过程建模与仿真
化工过程建模
总结词
化工过程建模是化工系统工程的基础，它通过建立数学模型来描述化工过程的 动态行为和性能。
详细描述
化工过程建模的主要目的是将实际的化工过程转化为数学模型，以便进行仿真、 优化和控制。建模过程中需要考虑各种因素，如化学反应动力学、热力学、流 体动力学等，以及各种设备的特性。
生物化工过程分析与合成应用案例
以某生物化工厂为例，通过对其生产过程中的多个单元操 作进行优化，实现了降低能耗、提高产品质量和减少环境 污染的目标。同时，该案例还展示了化工系统工程在解决 实际问题中的重要性和优势。
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案例一：石油化工过程分析与合成
石油化工过程分析与合成概述
石油化工是以石油为原料，通过化学反应和分离过程将石油转化为各种化学品、燃料和材 料的过程。在化工过程中，分析和合成是关键环节，对于提高产品质量、降低能耗和减少 环境污染具有重要意义。
石油化工过程分析与合成技术
石油化工过程涉及多种化学反应和分离技术，如蒸馏、萃取、吸附、结晶等。通过对这些 技术的分析和优化，可以确能耗和物耗。
化工系统工程课件-化工过程 分析与合成
目录
• 化工过程分析与合成概述 • 化工过程建模与仿真 • 化工过程操作与控制 • 化工系统工程应用案例
01
化工过程分析与合成概述
定义与目标
定义
化工过程分析与合成是一门研究化工 生产过程中物质和能量转换、传递和 平衡的学科。它通过对化工过程的系 统分析，实现过程优化、节能减排和 提高经济效益的目标。