化工系统模拟与优化

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。
感谢您的观看
THANKS
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。

机之间的关系。
定量模型是应用最广泛的一类模型 ，定量模型通过构建
（） Ｔ ７ 在 Ｎ系 统 中 ， Ｅ或 Ｐ Ｎ 线 应 与 防雷 装 置 连 接 ， 入 波形 、 大 放 电 电流 、 Ｐ Ｅ 引 最 标称 放 电电 流 、 压 、 定 电压 、 大持 续 残 额 最
各楼层的 Ｐ Ｅ线应采用局 部等 电位连接方式重复接地 。
化工过程系统模拟与仿真概述
口 王树 峰 … 宋 建本 ｎ 夏树 海 乜
山东 ・ 淄博 ２ ５０ ； ５４０ （ １山 东化 工 职 业 学 院 【】
［】 海炼 化 惠 州 炼 油分 公 司 广 东 ・惠 州 ５６ ８ ） ２中 １０ ６
摘
要 ：介 绍化工仿真 的相关知识与应用 ， 介绍相关概念 与建模常识， 并对其发展趋 势做 了简要叙述 模型 过程系统 文献标识码 ：Ａ ． 文章编号 ：１０—９ ３ ２ １ ） ｌ ９ ．２ ０ ７３７ （ ０ ０ Ｏ 卜０２０
必 设 定。 且通 信线缆 的布放应尽量集 中在建筑物 的中部， 通讯缆线 了更 高要 求 ， 须 从 设 计 依 据 、 计 内容 和 设 计 深度 多方 面 把
槽布放应 尽量避免紧靠建筑物立柱或横梁 ， 设计时， 应尽可能 握 ， 障 防雷 工程 质 量 。 保 位于建筑物立柱或横梁较远 的位 置。 在综合布线时 ， 不仅要 以 合适的路径敷设线缆 ， 对弱 电系统的电缆宜采用屏蔽 电缆或穿 参考 文献 ： １ 雷电学原理【 ． Ｍ】 北京 ： 气象 出版社 ，０ ３ ２０． 金属管线敷设 （ 不宜穿 Ｐ ＶＣ管） 屏蔽层和金属管应有 良好接 【】陈谓民． ， ２ ５ ０７ ４ ２ ０ 建筑物防雷设计规 范［】 ９ ４ Ｓ． ９ ． １ 地 ， 将 对 线 路起 到 很好 的屏 蔽 效 果 ， 减 小 雷 电流通 过 对 电 【】ＧＢ ０ ５ － ９ （０ ０版 ） 这 可

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。
3
.
“三传”为动量传递（流体输送、过滤、沉降、固体流态化 等，遵循流体动力学基本规律）、热量传递（加热、冷却、 蒸发、冷凝等，遵循热量传递基本规律）和质量传递（蒸馏、 吸收、萃取、干燥等，遵循质量传递基本规律），“一反” 为化学反应过程。
1.4.2 旧装置改造
12
.
1.4.3 新工艺.
1.4.5 科学研究 1.4.6 工业生产的科学管理 1.4.7 动态模拟、实时优化的基础
14
.
1.5 化工过程稳态模拟系统的构成 1.5.1 模拟系统的主要组成部分
➢ 模拟系统的分类： • 专用型：早期模拟软件，仅适用于某一确定的化工流程。 • 通用型：通用化工模拟系统指的是该模拟软件适用于任何 工艺流程。
国际单位制三种单位）
（2）组分数据：库组分，石油馏分，用户定义的组分。 （3）热力学方法：对准确性起决定性作用。 （4）物流数据：物流的温度、压力、流量和组成 （5）单元过程数据：各个单元过程的工艺条件及可能有
的约束条件。
18
.
1.6 课程内容及要求
1.6.1 课程内容
第2章 化工过程模拟及相关高新技术 第3章 石油馏分 第4章 热力学方法 第5章 化工单元过程计算 第6章 蒸馏过程计算
15
图1-1 稳态模拟系统的结构
流程图
数据文件
流程图拓扑分析及数据检查
调度系统
.
物 热 库化 功 收 经 系输
性 力 工 能 敛 济 统出
数 学单 模 方评 文
据 方元 块 法价 件
库 法过 库 库库 生
库程
成
16

化工仿真模拟软件使用换热器：ＨＴＲＩ和ＨＴＦＳ都是国际著名的换热器工艺计算软件，你需要了解其意思方可用于实际1. ASPEN2. PROII3. CHEMCAD4. HYSYS5. ECSS所列软件中，1,2,4是工程公司常用软件，3,5一般在国内高校用用，不适合工程设计，至于1,2,4哪个更好，其实还要看具体的工艺过程，比如HYSYS，在油气工程领域就有着极高的精度和准确性，HYSYS仅仅是石化中使用较多，HYSYS买给Honeywell已经改名叫UniSim了ASPEN是设计院使用更为合适一些，但价格昂贵，不过可以计算固体、燃烧等模块是HYSYS，PRO/II不能比拟的，比较全面，但界面比较凌乱。

你要模拟个氮肥装置，恐怕还是aspen 的好，单体设备的校核型核算，PRO2又是个最简单最合适的选择，PR方程精度较高（其实也就是HYSYS主推的），PRO/II价格便宜,简单多了.搞天然气开采的可能只能选HYSYS，但ASPEN并不是不好啊.至于CHEMCAD、和青岛ECSS等软件，实际工程中均使用不大，ASPEN把HYSYS的公司也收购了。

实际上最终就是ASPEN和PRO/II谁能当老大。

难受的是，这些均为国外软件，青岛ECSS软件是中国国产的唯一一套，使用起来又无法同国外相比。

惨！常用的工艺计算软件化工工艺设计涉及大量的计算，主要的有工艺流程的模拟，管道水力学计算，公用工程管网计算，换热器设计计算，容器尺寸计算，转动设备的计算和选型，安全阀泄放量和所需口径的计算，**泄放系统，控制阀Cv计算和选型，等等。

这些计算过程通常都有专用的商业软件或者是工程公司自行开发的软件或者计算表格。

大的设计公司通常也会指定公司用于以上设计过程的软件或经过确认的表格。

下面就我的经验来看看常用的一些软件。

1. 工艺流程模拟：ASPEN Plus∙Pro II∙HYSYS∙ 2. 管道水力学计算：通常是工程公司自备的EXCEL表格，没必要使用专用软件。

对优化效果进行定性和定量的评估和分析。
详细描述
经过优化，该化工厂的工艺流程取得了显著的效果。生 产效率得到了提高，能源消耗和生产成本大幅降低，产 品质量得到了显著改善。同时，优化后的工艺流程具有 更高的可靠性和稳定性，减少了环境污染和资源浪费。 这些成果不仅提高了企业的经济效益和市场竞争力，也 为化工行业的可持续发展做出了贡献。
总结词
介绍案例的背景信息、问题产生的具体原因 和影响。
详细描述
某化工厂在生产过程中遇到了工艺流程效率 低下、能耗高、产品质量不稳定等问题。这 些问题导致了生产成本增加、环境污染和资 源浪费，严重影响了企业的经济效益和市场
竞争力。
工艺流程优化的方法与步骤
总结词
阐述所采用的方法和具体实施步骤。
详细描述
动态规划与遗传算法
总结词
原理与应用
详细描述
动态规划是一种将复杂问题分解为若干个相互联系的子问题的优化方法，通过求解子问 题的最优解，逐步推导出原问题的最优解。遗传算法则是一种基于生物进化原理的优化 算法，通过模拟基因突变和自然选择的过程来寻找最优解，适用于处理大规模、多变量
和非线性优化问题。
05
化工系统工程中的安全与可靠 性分析
Chapter
安全与可靠性的概念
安全
在化工生产过程中，安全是指消除或控 制危害和风险，避免事故发生，保障员 工和设备安全，以及保护环境。
VS
可靠性
在化工生产过程中，可靠性是指设备或系 统在规定条件下和规定时间内完成规定功 能的能力。
安全分析的方法与步骤
方法
危险与可操作性分析（HAZOP）、故障树 分析（FTA）、事件树分析（ETA）等。
针对上述问题，该化工厂采用了化工系统工程的方法 进行工艺流程优化。具体步骤包括：分析现有工艺流 程，识别瓶颈环节和问题点；进行流程模拟和优化设 计，改进工艺参数和设备配置；实施技术改造和设备 更新，提高工艺流程的自动化和智能化水平；对优化 后的工艺流程进行验证和性能评估。

《化工过程模拟与优化》综合报告设计题目轻苯馏分体系精馏塔设计学生姓名吴凡平班级09化工（2）班学号********指导教师姓名张明珏完成时间2012年12月13日综合报告成绩:指导教师签字:目录第一章综述 (1)1.1 设计题目 (1)1.2 题目概述 (1)1.3 公用工程条件与注意事项 (1)1.4 设计任务 (1)1.5 确定设计方案原则 (2)1.6 Aspen Plus软件简介 (3)第二章工艺计算过程 (4)2.1 绘制工艺流程草图 (4)2.2 C4精馏塔的简捷计算 (4)2.3 C4精馏塔的严格计算 (9)2.4 精馏塔灵敏度分析 (14)2.5 C5 和C6 精馏塔的简捷计算 (22)2.6 C5 和C6 精馏塔的严格计算 (25)2.7 物流表 (32)第三章设备计算 (33)3.1 塔设备计算 (33)3.1.1 C4 塔设备计算 (33)3.1.2 C5 塔设备计算 (37)3.1.3 C6 塔设备计算 (40)3.2 冷凝器设备计算与设计规定的应用 (44)3.2.1 C4 精馏塔冷凝器 (44)3.2.2 C5 精馏塔冷凝器 (56)3.2.3 C6 精馏塔冷凝器 (56)3.3再沸器设备计算 (57)3.3.1 C4 精馏塔再沸器 (57)3.3.2 C5 精馏塔再沸器 (68)3.3.3 C6 精馏塔再沸器 (68)第四章参考文献 (69)第五章设计心得 (70)第一章综述1.1 设计题目轻苯馏分体系精馏塔设计1.2 题目概述有一股轻苯馏分，流率为960kg/h，温度80℃，压力600kPa，经过反应器后将其中环戊二烯经热二聚反应生成双环戊二烯后，温度变为103℃,组成和基本物性见表1-1。

物性：SRK方程要求将热二聚反应产物分离成为4个馏分，即C4馏分(主要成分1-丁烯)、C5(主要成分环戊烯)、C6(主要成分苯)、C10(主要成分双环戊二烯)。

每个馏分中主要成分的质量分数不低于0.95，收率不低于0.96。

优点：
与实际过程的直观联系强 模拟系统软件的建立、维 护和扩充都很方便，易于 通用化 计算出错时易于诊断出错 位置
缺点：
计算效率较低，尤其是解 决设计和优化问题时计算 效率更低
计
化 规 程 单 程 元 定 计 计
计
计
算 算 算 算
优
设
流
过
物性 计算
图2-4 序贯模块法的迭代循环圈
过程系统模拟的面向方程法
可见，收敛单元实质上就是一个数值迭代求解非线性方 程组的子程序。求解非线性方程组的数值计算方法很多， 适合于收敛单元的数值计算方法一般应尽可能满足下列要 求： 1. 对初值的要求不高。 1).初值易得，不易引起迭代计算的发散； 2)初值的组数少。
参 数 决策变量 状态变量
参 数 设计结果 满足设计规定否？
过程系统模型
初值
调 整
图2-2 过程系统设计
过程系统参数优化
过程系统模型与最优化模型联解得到一组使工况目标函数最佳的 决策变量（优化变量）。从而实施最佳工况
参
数 决策变量 过程系统模型 初值
参
数
状态变量 目标函数模型 特性指标 最优否？ 优化结果
•
•
化
计
物性计算 单元计算 流程计算 设计计算 优 1 算
2
过程系统模拟的联立模块法
联立模块法又称双层法，将过程系统的近似模型 方程与单元模块交替求解 联立模块法兼有序贯模块法和面向方程法的优点。 既能使用序贯模块法积累的大量模块，又能 将最费计算时间的流程收敛和设计约束收敛 等迭代循环合并处理，通过联立求解达到同 时收敛
（4）Upadyhe－Grens断裂法
美国加州大学的Upadhye等提出的，一种类似动态规划法的 寻求最佳断裂物流的算法。 为了对该不可分隔子系统的高维求解进行降维运算，须将 该子系统中的某些回路进行断裂。达到断裂的方案并不是 唯一的。 需要解决的两个问题： 一是要有一种能把所有的有效断裂 物流组都能搜索出来的办法；二是要能把最优断裂组从中 选择出来。

化工仿真实训报告目录一、内容简述 (2)1.1 实训目的与意义 (3)1.2 实训内容与要求 (4)1.3 报告结构与安排 (4)二、化工仿真平台介绍 (5)2.1 平台概述 (6)2.2 主要功能模块 (7)2.3 系统架构与操作界面 (8)三、实训准备 (9)3.1 软件安装与配置 (10)3.2 环境设置与调试 (12)3.3 常用工具与设备 (13)四、基础操作训练 (15)4.1 设备操作与调控 (16)4.2 物料平衡与计量 (17)4.3 生产流程模拟 (18)五、单元操作实训 (20)5.1 前处理单元 (21)5.2 主体生产单元 (22)5.3 后处理单元 (24)六、复杂过程模拟 (25)6.1 复杂反应器操作 (26)6.2 精细化工生产过程 (28)6.3 生物化工工艺仿真 (29)七、实训项目实践 (30)7.1 项目选题与设计 (31)7.2 模拟操作与优化 (33)7.3 项目成果展示与分析 (33)八、问题与挑战 (35)8.1 实训过程中遇到的问题 (36)8.2 解决方案与经验分享 (37)8.3 对仿真平台的改进建议 (39)九、总结与展望 (40)9.1 实训收获与体会 (40)9.2 对未来化工仿真实训的展望 (42)一、内容简述本次化工仿真实训旨在为学员提供一个安全、真实的模拟环境，系统地学习化工安全操作规程、应急处置知识和危险品运输安全知识。

模拟情境涵盖了常见的化工生产作业、危险化学品泄露、火灾、爆炸等突发事件，并通过理论讲解、实操演练和案例分析相结合的方式，提升学员的风险识别、应急处理、应急救援能力，增强其在化工作业过程中的安全意识和自救互救能力。

此次训练的主要任务包括：讲解化工安全生产相关法律法规和规章制度，以及常见危险化学品性质和安全操作措施。

模拟化工事故发生情景，演练各种安全处置方案，如人员疏散、泄漏控制、火灾扑灭等。

熟悉并演练安全应急设备的使用，包括灭火器、泄漏吸收剂、安全帽等。

某化工系统流程的Aspen Plus软件模拟分析孙立娟;王佳;齐鹏【摘要】利用Aspen Plus软件对某化工系统流程模拟,并查看各物流结果.应用实例表明,在化工生产中应用Aspen Plus软件可以优化生产,对设备和整套生产装置的操作参数进行模拟,从而实现装置设计优化.【期刊名称】《安徽化工》【年(卷),期】2015(041)002【总页数】4页(P48-50,52)【关键词】Aspen Plus软件;化工系统流程模拟;设计优化【作者】孙立娟;王佳;齐鹏【作者单位】中国海洋大学化学化工学院,山东青岛266100;中国科学院海洋研究所,山东青岛266071;中国海洋大学化学化工学院,山东青岛266100;山东能源临沂矿业集团有限责任公司,山东临沂276017【正文语种】中文【中图分类】TP319Aspen Plus化工模拟系统是美国麻省理工学院于二十世纪70年代后期研制开发的大型化工模拟软件。

化工系统工程主要包括模拟、优化、灵敏度分析和系统综合等，其中模拟是基础，也是最重要的环节。

Aspen Plus因为具有工业上最适用且完备的物性系统，作为计算机辅助性软件能精确模拟出实际化工过程而得到广泛应用。

它用严格和最新的计算方法进行单元和全过程的计算，为企业提供准确的单元操作模型，还可以评价已有装置的优化操作或新建、改建装置的优化设计，此外，用户还能够在工艺计算的同时估算基建费用和操作费用，进行过程的技术经济评价。

目前这套系统已广泛应用于化工、炼油、石油化工、煤炭、冶金、环保、动力、节能、医药、食品等许多工业领域[1，2]。

在煤化工中的应用：徐越等[3]基于Aspen Plus平台，提出了加压气流床气化炉的性能模拟方法。

张斌等[4]利用Aspen建立了喷流床煤气化炉模型，并建立了自定义汽化炉模型，预测和模拟喷流床气化炉的性能。

孙志翱等[5]利用大型化工流程软件Aspen Plus对火电厂烟气湿法脱硫工艺进行了模拟，建立的模型对优化设计具有一定的指导意义。

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。

包括: 过程系统模拟与分析、过程系统综合、过程系统控制与操作、 过程系统的设计与优化和人工智能技术在化工过程中的应用等。
化工过程系统工程的产生和发展
廿世纪60年代是化工过程系统工程产生和发展的理论准备时期，代表性的研 究者有美国的Rudd和Watson（1968），Himmelblau和Bischoff（1968），日 本的矢木荣和西村肇（1969），苏联的Кафаров（1971）等，他们的论著阐 述了化工过程系统工程的研究方法和内容。 廿世纪70年代是化工过程系统工程走上实用的时期。随着计算机应用的普及， 采用化工过程系统工程方法，陆续研制出有效的工业用化工流程通用模拟系 统，并对过程生产实现计算机控制，取得显著经济效益。 廿世纪80年代是化工过程系统工程普及推广的时代，不仅在化工、石油、石 油化工、核工业和能源工业中获得广泛应用，而且向冶金、轻工、食品等连 续加工过程工业部门推广，有力地促进了这些部门生产技术的飞速发展，相 应地，化工过程系统工程学科在理论、方法和内容方面也在不断完善和发展， 自1982年起每隔三年一届的国际化工过程系统工程会议就是这一进步的标志 之一。 我国从廿世纪70年代开始介绍这门新学科。廿世纪80年代开始这一学科发展 很快。
国内模拟软件：青岛化工学院的ECSS（重点是分离过程）；兰州石化研究院、大连理 工大学、华东理工大学联合研制的合成氨流程专用模拟系统：Micro SAPROSS
（2）动态过程系统模拟
比稳态过程系统模拟晚10年左右。
① 了解装置经受动态负荷变化的能力及可操作性； ② 分析开、停车及外部干扰作用下的动态性能，为装置及其控制系统的
设计提供依据； ③ 通过仿真计算，在多种控制方案中进行优选； ④ 用动态模型代替实际装置对操作作出动态响应，开发达到训练目的的

3D化工实训虚拟仿真心得体会铁矿石3D化工实训虚拟仿真心得体会铁矿石 1半个学期的校内化工模拟仿真实验结束了，这段时间的实验心情是复杂的。

从这里可以看出，这个实验让我学到了很多，获得了很多以前单纯从课堂上无法获得的知识、经验。

对于半个学期来的实验，在这里我以一种总结和自省的心态来完成这份报告。

也以此纪念我在校内的实验生活。

仿真是以模拟器为工具，用实时动态数学模型代替真实工厂进行教学实践的新技术。

仿真器是一种基于电子计算机、网络或多媒体组件，人工搭建的模拟工厂操作和控制或工业过程的设备，也是动态数学模型实时运行的环境。

模拟为学生提供了充分的实践机会。

他们可以在模拟器上反复进行驾驶和停车的训练，在这里学生成为学习的主体。

学生可以根据自己的具体情况有选择地学习。

比如设计和测试不同的开停车方案，测试复杂的控制方案，优化运行方案等。

可以设定各种事故和极端工况，提高学生在复杂情况下的分析能力和决策能力。

工厂绝不会允许这样。

高质量的模拟器具有较强的交互性能，使学生在模拟实验过程中发挥学习主动性，实验效果突出。

主要包括化工单元操作和典型工业生产设备的选择，如离心泵、换热器、压缩、吸收、精馏、间歇反应、连续反应、加热炉、石油化工中的催化裂化装置、常减压蒸馏装置、合成氨中的转化装置等。

计算机用于模拟操作。

在实验的过程中，使学生对装置的工艺流程，正常工况的工艺参数范围，控制系统的原理，阀门及操作点的作用以及开车规程等更加详细的了解，并掌握典型化工生产过程的开车、停车、运行和排除事故的能力。

在这里我举一些具体的实验例子来说明我们学习的内容:“精馏”、“吸收”是化学工业中进行混合物分离的两种单元操作，在化学工业中占有重要的地位。

这两部分理论较抽象，只在课堂上向学生传授相应的理论知识，学生觉得难以理解;由于没有实物参照，教师在教授这部分内容时也感到有些被动。

因此学生在学习这两部分内容的同时，进行相应的实践课就显得尤为必要。

5
0000100
6
0000010
7
0001001
8
0000100
L1 4 5 6 7 8 L1 1 1 0 0 0 0 4 0 01000 5 0 00100 6 0 00010 7 0 01001 8 0 00100
18
2345678
L1 4 5 6 7 8 L1 1 1 0 0 0 0 4 0 01000 5 0 00100 6 0 00010 7 0 01001 8 0 00100
2345678
2 0100000 3 1010000 4 0001000 5 0000100 6 0000010 7 0001001 8 0000100
17
2）对精简的邻接矩阵逐行搜索，发现回路后，将回路 包含单元合并为一虚拟单元。
Байду номын сангаас
2345678
2345678
2
0100000
3
1010000
4
0001000
20
作业 3 分别利用单元串搜索法和回路搜索法分隔下图 所述系统，列出中间过渡信息流图和矩阵即可。并思考： 1）在通用模拟软件中，如何确定各单元次序？ 2）单元串搜索法如何在软件中实现？
21
3.4 不可再分块的切断
切断目的 研究切断方法的最优化，使得迭代收敛速度 最快，计算时间最省。
切断最优判据 1. 流股断裂总数最少 2. 断裂流股包含的变量数最少 3. 加权评价 4. 使直接迭代法具有最好的收敛性
14
1
L3
剔除L3
9，L2，4，L3
1
剔除单元1
9，L2，4，L3，1 单元计算次序：[1]，L3， [4]， L2， [9] 单元串搜索法效率过低

预测和优化
通过大数据分析实现对化工过程 的预测和优化，提高生产效率和 产品质量，降低能耗和排放。
决策支持
利用大数据技术对化工过程数据 进行挖掘和分析，为决策者提供 优化建议和方案，提高决策效率 和准确性。
优化工具
用户界面
Aspen Plus还提供了多种优化工具，可以 帮助用户找到最优的工艺参数和操作条件 。
Aspen Plus的用户界面友好，易于学习和 使用，支持多种数据输入和输出格式。
Simulink
动态系统模拟
Simulink是MATLAB的一个附 加组件，主要用于动态系统的
模拟和仿真。
图形化建模
化工过程系统建模的基本步骤
收集数据和信息
收集相关工艺参数、设备参数 、物料性质等数据。
模型验证与优化
通过实验数据验证模型的准确 性和可靠性，并进行必要的调 整和优化。
确定研究目标和问题
明确建模的目的和需要解决的 问题。
建立模型方程
根据化工原理和数学方法，建 立描述化工过程的数学方程。
模型应用
将建立到水处理、大气治理、固体废弃物处理等多个领域，对环境保护和治理具有重要意义。 通过建立环境工程过程系统模型，可以对环境工程进行模拟和优化，提高治理效果、降低治理成本和 减少环境污染。
05 化工过程系统建模的未来发展
人工智能在化工过程系统建模中的应用
人工智能技术
优化决策支持
利用机器学习、深度学习等人工智能 技术，对化工过程数据进行处理和分 析，提高建模精度和预测能力。
制等领域。
B
C
D
可视化界面设计
LabVIEW还提供了丰富的可视化界面设计 工具，支持多种控件和布局方式，方便用 户进行人机交互界面设计。

2 优化变量
• 对于过程系统参数优化 过程系统参数优化问题，优化变量向量就 过程系统参数优化 是过程变量向量。过程变量向量包括决策变量 决策变量 和状态变量 状态变量 • 决策变量等于系统的自由度，它们是系统变量 中可以独立变化以改变系统行为的变量； • 状态变量是决策变量的函数，它们是不能独立 变化的变量，服从于描述系统行为的模型方程
过程系统优化问题可表示为
Min
f (w, x, z) = 0
c(w, x, z) = 0
F(w, x)
h(w, x) = 0
g(w, x) ≥ 0
w－决策变量向量（w1，…，wr）; x－状态变量向量（x1，…，xm） z－过程单元内部变量向量（z1，…，zs） F－目标函数 f－m维流程描述方程组（状态方程） c－s维尺寸成本方程组 h－l维等式设计约束方程 g－不等式设计约束方程
4.2.3 化工过程系统最优化方法的分类
• • • • • 无约束最优化与有约束最优化 线性规划与非线性规划 单维最优化和多维最优化 解析法与数值法 可行路径法和不可行路径法
（1） 无约束最优化与有约束最优化
• 在寻求最优决策时，如果对于决策变量及状态变 量无任何附加限制，则称为无约束最优化 无约束最优化 • 问题的最优解就是目标函数的极值。这类问题比 较简单，求解方法是最优化技术的基础 • 在建立最优化模型方程时，若直接或间接的对决 策变量施以某种限制，则称为有约束最优化 有约束最优化。又 有约束最优化 等式约束最优化和 可分为等式约束最优化和不等式约束最优化 等式约束最优化 不等式约束最优化。 • 求解方法是通过把有约束最优化问题转化成无约 束最优化模型进行求解
• 实际生产操作必须根据环境和条件的变化来 调节决策变量（即操作变量），从而使整个 过程系统处于最佳状态，也就是目标函数达 到最优。这就是操作参数优化问题 操作参数优化问题