化工过程分析与合成

绪论1化工过程：原料经过物理或化学加工制成产品的过程。

2化工过程分析：化工过程系统的分析主要是分析过程系统的运行机制、影响因素、过程模型的数学描述、目标函数的建立、优惠工况下的最佳操作参数；目标是使决择方案，技术上先进、可行，经济上优越、合理，对于操作工况的分析也就是通常说的生产操作调优。

的线性关系，然后将各单元简化模型与系统的机构模型联立求解。以低阶的线性方程组的解逼近原非线性方程组的解。

3序贯模块法的基本思想： 从流程的第一个单元设备开始计算，即调用与该单元所对应的单元模块，由已知的输入与参数求输出流股变量，而该输出变量即为下一个单元的输入，再依次调用各单元模块，直至流程的最后一个单元模块，就可优化1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）可用于管理、过程设计和装置规范、车间操作。

2结构优化：改变过程系统中的设备类型或相互间的联接，以优化过程系统。 3参数优化：对于一确定的过程系统，对其中的操作参数进行优选，以使某些指标达到最优。（最终目的是以最小的投入获得最大的收益） 它的三个核心部分是确定最优目标、调优因素的分析、统计模型的建立。

换热网络 1换热网络的作用：换热是化工过程不可或缺的单元操作过程，换热器与换热物流构成了换热网络。为了使温度满足工艺要求，为了回收过程余热，减少公用工程消耗（换热单元数、换热面积、公用工程消耗）意义：确定换热物流的合理匹配方式、从而以最小的消耗代价，获得最大的能量利用3化工过程系统的合成包括：反应路径合成、换热网络合成、分离序列合成和过程控制系统合成；这类优化问题常是具有非线性、奇异、有约束、多极值等现象。模拟退火法和进化算法。 4稳态模拟:描述过程对象的模型中不包括时间参数。动态模拟一般有：开车、停车、事故处理。

稳态模拟分析 1化工过程系统的稳态模拟与分析，就是对化工工艺流程系统进行稳态模拟与分析。模拟是对过程系统模型的求解，可以解决3类问题：过程系统的模拟分析、过程系统设计和过程系统参数优化。 2过程系统的三种基本方法 序贯模块法：通过对单元模块的依次计算来求解系统模型的方法 特点：（1）针对树形结构的过程系统（2）以单元模块为基础，定向性很强（3）模拟计算的顺序由流程结构决定（4）对于含不可分隔子系统（再循环回路）的过程系统，必须通过断裂和收敛技术处理，才能用序贯模块法进行计算 (5)序贯模块法求解含有多个不可分隔子系统的过程系统时，各个回路分别单独收敛 联立方程法：将描述一化工流程的所有方程汇总在一起，然后联立求解 特点：模拟时不受实际物流和流程结构影响，可灵活地确定输入坏人输出变量

联立模块法：采用两种设备单元模型（严格模型和简化模型）交替进行模拟计算的方法 特点：利用单元模块的严格模型获取简化模型的系数，建立模块输入与输出

求得各单元设备的输出流股变量。

4判断最佳断裂的准则分为四类： ①断裂的物流数最少②断裂物流的变量数最少③断裂物流的权重因子之和最少④断裂回路的总次数最少。

5简述化工流程模拟系统的单元模块及特点：根据单元设备的教学模型连同他的解算方法所编成的一段子程序。特点：单向性特点。即给定其输入物流变量及参数可计算出相应的输入物流变量，但不能由输出变量计算输入变量，也不能由输入、输出变量计算模块参数。 动态模拟分析1 a正问题—模型方程组的求解，是指所有的参数都已给定，要求用模型来预测系统的状态分布及其变化情况。b反问题—模型参数的估计，是指已知状态在时间邻域的运动情况，去估计模型参数。c过程系统的定性分析。

2数学模型分为：集中参数模型（搅拌罐）、分布参数模型（管式反应器）、多级集中参数模型（板式塔）。根据建立模型的不同方法可分为：统计模型、确定性模型和介于两者之间的半经验模型。统计模型又称作经验模型，纯粹由统计、关联输入数据而获得。确定性模型又称机理模型。

4最优化问题的4个基本要素:目标函数、优化变量、约束条件和可行域。最优化模型有3类：机理、黑箱、混合模型。

5化工过程系统最优化方法的分类：1）无约束与有约束最优化2）线性规划与非线性规划3）单维最优化和多维最优化4）解析法与数值法5）可行路径法和不可行路径法

6求解超大型稀疏非线性方程组的分法：降维求解法、联立拟线性方程组求解法 7求解非线性有约束条件常用的最优化问题方法：拉格朗日乘子法、罚函数法，共同点在于将有约束变为无约束。多变量非线性问题求解归纳为：搜索方向和搜索步长。

调优1化工生产过程操作工况的调优的作用及手段：过程系统参数调优（机理模型法、统计模型法、智能模型法），是指应用各种调优方法及最优化化技术等数学工具，寻求实际过程系统操作条件的改进方案，即最佳操作方案，以获得显著经济效应的系统工程方法。过程系统参数调优操作的目的是解决设计环境和操作环境差异引起的系统性能下降的问题。2.调优的基本思想：综合考虑系统能力和经营决策，在经营目标下充分发挥系统潜力，提高应变能力获得全局经济效益。

3机理模型法依据过程的物理、化学性质和机理。统计模型法：对于机理复杂的过程，采用试验的方法来改变操作条件，以达到优化目标。

效益。

2换热网络综合设计中为保证能量最优，即热回收量最大，公用工程消耗量最小，而要遵循的三条原则是：（1）避免夹点之上热物流与夹点之下冷物流间的匹配（2）夹点之上禁用冷却器（3）夹点之下禁用加热器。 3夹点的意义（夹点处，系统的传热温差最小（等于ΔTmin），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）

4夹点的特性：能量最优的换热网络存在一个热力学限制点，即夹点。1）夹点的能量特性，夹点限制了能量的进一步回收，表明系统的公用工程用量已达到最小状态2）位置特性，夹点把整个问题分解成夹点上热端与下冷端俩个独立的子系统3）传热特性，夹点是整个网络中传热推动力最小的点，夹点向两段的?T是增加的。 5?Tmin的选择，先假设一个?Tmin，计算最小公用工程消耗量和计算换热面积，进而算出总换热面积，将其与最小传热单元数加权，就可以得到系统的设备投资费用与最小公用工程消耗综合得到总费用，多尝试几次，得到最佳的?Tmin近似值。

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