2013年5月青島化工系統工程項曙光青島科技大學煉油化工高新技術研究所Tel:項曙光

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主要內容第一章緒論－化工系統工程2第二章過程系統模擬10第三章過程系統動態模擬6第四章換熱網絡綜合4第五章精餾分離序列綜合3第六章反應器網絡綜合3第七章過程系統集成4項曙光

第3頁過程綜合

已知輸入、輸出參數（包括物流、能流、信息流），確定過程系統結構及系統特性。

項曙光

第4頁第七章過程系統集成

7.1過程系統的能量集成2.07.1.1過程系統能量集成的方法

7.1.2過程系統能量集成的策略

7.1.3工業應用實例

7.2過程系統質量集成2.07.2.1質量交換網絡綜合

7.2.2質量集成

7.2.3水分配網絡綜合

7.2.4質量集成技術在清潔生產中的應用

項曙光

第5頁參考書

第13章項曙光

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過程系統集成概念的形成始于上世紀70年代末、80年代初的換熱網絡能量回收研究。因此，過程系統集成的概念最初被理解為熱回收的同義詞。此后，隨著科學技術的發展，過程系統集成的內涵和外延在不斷發展和深化。在上世紀90年代，過程系統集成仍被看成是一種能量優化的方法，但這時已經開始考慮環境影響。1993年，國際能源機構（TheInternationalEnergyAgency）定義過程系統集成為：用來設計集成過程的系統化的一般方法，該方法強調能量利用效率和降低環境影響。而現代的過程系統集成則被認為是一種針對過程設計、改造和操作的系統化方法，該方法強調過程的整體性，是一種系統化工業過程設計方法論的應用。它側重于在一定的物料流程方案的前提下能量的綜合利用與相應設備優化選擇及流程結構之間的權衡，并考慮系統的柔性、可控性、安全性和環境目標等[1]。過程集成的研究應用領域也在不斷擴大，已由最初的應用于換熱網絡，提高能量利用效率擴展到減少排放和廢物最小化[2-4]、改善自然資源的有效利用[5]以及改善過程操作等方面。與此同時，過程集成的研究深度隨著科學技術的進步，也在發生著變化。傳統的過程集成是將已成熟的單元操作過程集成起來，組成一個最好的流程以滿足目標函數的要求，是基于單元操作的過程集成。經過20年來的發展，過程集成已經可以在更加基礎的層次上構建需要的過程，把過程看成是建立在“三傳一反”基礎上的集成。這種集成思想的應用，不僅可以使我們合成出最少投資、最低操作費用和最小環境污染下安全生產的新流程，而且可以創造出新的效率更高的單元操作[6]。目前，過程集成的研究，已經從較為成熟企業內部的過程集成向生態工業過程集成發展，企業間的過程集成是這一方向的研究重點。本章主要介紹基于單元操作的過程系統能量集成（EnergyIntegration）和質量集成（MassIntegration）。項曙光

第7頁7.1過程系統的能量集成過程系統能量集成是以合理利用能量為目標的全過程系統綜合問題，它從總體上考慮過程中能量的供求關系以及過程結構、操作參數的調優處理，達到全過程系統能量的優化綜合。典型的化工過程系統通常包括反應器、分離過程、換熱網絡和公用工程系統等，傳統的工程設計方法是將問題分解，先從反應器開始設計，反應器的設計提出了分離問題，再進行分離系統的設計。在反應器設計和分離系統設計規定了過程的加熱和冷卻負荷的條件下，再進行熱回收網絡的設計，最后再根據對公用工程的需求，選擇和設計公用工程系統。這種分層次的設計方法的特點先確定內層子系統的結構方案、設計參數及流股參數，再設計下一層次的子系統，因而不能很好地考慮各子系統之間的相互影響。隨著全球性能源危機的加深，在各子系統綜合優化研究已取得很大進展的基礎上，以整體系統的經濟性和能量優化為目標，進行各子系統之間的能量集成和協調優化越來越受到人們的重視。國外在該領域的研究中最引人注意的是Linnhoff的夾點分析，它是在研究換熱網絡優化綜合的基礎上，提出了用于包括工藝過程和公用工程系統在內的整個過程系統達到能量綜合優化的方法。Grossmann等將數學規劃法應用于過程綜合優化，提出公用工程、換熱網絡和化工過程全流程的綜合方法，利用的模型是代數形式的混合整數線性規劃（MILP）模型，此后，這種過程綜合的模型擴展為混合整數非線性規劃(MINLP)模型。國內針對該領域的研究，華賁等人提出了基于有效能分析的三環節能量結構模型及過程系統分析與能量集成的綜合方法。范衛東、俞紅梅等提出了過程用能一致性原則進行過程系統能量集成的方法，這些方法在過程系統能量集成和優化中發揮了重要作用。過程系統的能量集成是節能的有效方法,但其在生產裝置中的應用，增加了系統中各單元設備間的耦合關系，某些參數的擾動會在系統內部擴散、放大，給操作控制帶來困難，所以要求系統具有一定的柔性以適應操作工況的變化，對過程系統進