青科大化工系統(tǒng)工程

2013年5月青島化工系統(tǒng)工程項曙光青島科技大學(xué)煉油化工高新技術(shù)研究所Tel:項曙光

第2頁

主要內(nèi)容第一章緒論－化工系統(tǒng)工程2第二章過程系統(tǒng)模擬10第三章過程系統(tǒng)動態(tài)模擬6第四章?lián)Q熱網(wǎng)絡(luò)綜合4第五章精餾分離序列綜合3第六章反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)綜合3第七章過程系統(tǒng)集成4項曙光

第3頁過程綜合

已知輸入、輸出參數(shù)（包括物流、能流、信息流），確定過程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)特性。

項曙光

第4頁第七章過程系統(tǒng)集成

7.1過程系統(tǒng)的能量集成2.07.1.1過程系統(tǒng)能量集成的方法

7.1.2過程系統(tǒng)能量集成的策略

7.1.3工業(yè)應(yīng)用實例

7.2過程系統(tǒng)質(zhì)量集成2.07.2.1質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)綜合

7.2.2質(zhì)量集成

7.2.3水分配網(wǎng)絡(luò)綜合

7.2.4質(zhì)量集成技術(shù)在清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用

項曙光

第5頁參考書

第13章項曙光

第6頁

過程系統(tǒng)集成概念的形成始于上世紀(jì)70年代末、80年代初的換熱網(wǎng)絡(luò)能量回收研究。因此，過程系統(tǒng)集成的概念最初被理解為熱回收的同義詞。此后，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，過程系統(tǒng)集成的內(nèi)涵和外延在不斷發(fā)展和深化。在上世紀(jì)90年代，過程系統(tǒng)集成仍被看成是一種能量優(yōu)化的方法，但這時已經(jīng)開始考慮環(huán)境影響。1993年，國際能源機構(gòu)（TheInternationalEnergyAgency）定義過程系統(tǒng)集成為：用來設(shè)計集成過程的系統(tǒng)化的一般方法，該方法強調(diào)能量利用效率和降低環(huán)境影響。而現(xiàn)代的過程系統(tǒng)集成則被認(rèn)為是一種針對過程設(shè)計、改造和操作的系統(tǒng)化方法，該方法強調(diào)過程的整體性，是一種系統(tǒng)化工業(yè)過程設(shè)計方法論的應(yīng)用。它側(cè)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(yīng)設(shè)備優(yōu)化選擇及流程結(jié)構(gòu)之間的權(quán)衡，并考慮系統(tǒng)的柔性、可控性、安全性和環(huán)境目標(biāo)等[1]。過程集成的研究應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴大，已由最初的應(yīng)用于換熱網(wǎng)絡(luò)，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(xué)技術(shù)的進步，也在發(fā)生著變化。傳統(tǒng)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(biāo)函數(shù)的要求，是基于單元操作的過程集成。經(jīng)過20年來的發(fā)展，過程集成已經(jīng)可以在更加基礎(chǔ)的層次上構(gòu)建需要的過程，把過程看成是建立在“三傳一反”基礎(chǔ)上的集成。這種集成思想的應(yīng)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(huán)境污染下安全生產(chǎn)的新流程，而且可以創(chuàng)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(jīng)從較為成熟企業(yè)內(nèi)部的過程集成向生態(tài)工業(yè)過程集成發(fā)展，企業(yè)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(tǒng)能量集成（EnergyIntegration）和質(zhì)量集成（MassIntegration）。項曙光

第7頁7.1過程系統(tǒng)的能量集成過程系統(tǒng)能量集成是以合理利用能量為目標(biāo)的全過程系統(tǒng)綜合問題，它從總體上考慮過程中能量的供求關(guān)系以及過程結(jié)構(gòu)、操作參數(shù)的調(diào)優(yōu)處理，達到全過程系統(tǒng)能量的優(yōu)化綜合。典型的化工過程系統(tǒng)通常包括反應(yīng)器、分離過程、換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程系統(tǒng)等，傳統(tǒng)的工程設(shè)計方法是將問題分解，先從反應(yīng)器開始設(shè)計，反應(yīng)器的設(shè)計提出了分離問題，再進行分離系統(tǒng)的設(shè)計。在反應(yīng)器設(shè)計和分離系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定了過程的加熱和冷卻負(fù)荷的條件下，再進行熱回收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，最后再根據(jù)對公用工程的需求，選擇和設(shè)計公用工程系統(tǒng)。這種分層次的設(shè)計方法的特點先確定內(nèi)層子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案、設(shè)計參數(shù)及流股參數(shù)，再設(shè)計下一層次的子系統(tǒng)，因而不能很好地考慮各子系統(tǒng)之間的相互影響。隨著全球性能源危機的加深，在各子系統(tǒng)綜合優(yōu)化研究已取得很大進展的基礎(chǔ)上，以整體系統(tǒng)的經(jīng)濟性和能量優(yōu)化為目標(biāo)，進行各子系統(tǒng)之間的能量集成和協(xié)調(diào)優(yōu)化越來越受到人們的重視。國外在該領(lǐng)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(wǎng)絡(luò)優(yōu)化綜合的基礎(chǔ)上，提出了用于包括工藝過程和公用工程系統(tǒng)在內(nèi)的整個過程系統(tǒng)達到能量綜合優(yōu)化的方法。Grossmann等將數(shù)學(xué)規(guī)劃法應(yīng)用于過程綜合優(yōu)化，提出公用工程、換熱網(wǎng)絡(luò)和化工過程全流程的綜合方法，利用的模型是代數(shù)形式的混合整數(shù)線性規(guī)劃（MILP）模型，此后，這種過程綜合的模型擴展為混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型。國內(nèi)針對該領(lǐng)域的研究，華賁等人提出了基于有效能分析的三環(huán)節(jié)能量結(jié)構(gòu)模型及過程系統(tǒng)分析與能量集成的綜合方法。范衛(wèi)東、俞紅梅等提出了過程用能一致性原則進行過程系統(tǒng)能量集成的方法，這些方法在過程系統(tǒng)能量集成和優(yōu)化中發(fā)揮了重要作用。過程系統(tǒng)的能量集成是節(jié)能的有效方法,但其在生產(chǎn)裝置中的應(yīng)用，增加了系統(tǒng)中各單元設(shè)備間的耦合關(guān)系，某些參數(shù)的擾動會在系統(tǒng)內(nèi)部擴散、放大，給操作控制帶來困難，所以要求系統(tǒng)具有一定的柔性以適應(yīng)操作工況的變化，對過程系統(tǒng)進