过程工程

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过程工程是化学、物理、生物过程的设计、运行、控制、优化与强化。涉及大量的工业领域,如化学、石化、农业、冶金、先进材料、食品、制药、软件开发、生物技术工业等。通过建模,仿真和优化,基于计算机的系统方法应用称为“过程系统工程”(process systems engineering)。

简介[编辑]

过程工程把客户的需求转化为生产设施处理原材料,产生增值的成份;这些成分运送到供应链的下一阶段。

过程工程在设计时,使用塊圖表示原材料与期望的变换(单元处理),然后使用过程流程图(PFD)表示物料流程英语material flow路径、存储设备(如罐、箱、料仓等),变换(如蒸餾塔、进料罐、出料罐、混合、分离、泵等)、过程测量英语Flow measurement,以及所有的管线、传送、内容物、材料属性如密度黏度粒度分布、流速、压力、温度、管线材质、单元操作等。

根据过程流程图,设计出管线与仪表图英语piping and instrumentation diagram(P&ID),包括管线、传送器的尺寸信息以满足期望的流速、过程工作(如罐体液位指示、物料流仪表、称重设备、引擎速度控制、温度压力指示/控制等)。P&ID是“系统操作指南”与功能说明书英语Functional specification

根据P&ID,可以制出过程的建议布局(总体安排)。其他工程领域如土木工程的场地平整、基础设计、混凝土结构设计、钢结构设计、项目成本估算、工程进度安排、采购、制造、安装、试车、启动、投产。

重要技能[编辑]

过程系统工程包含的重要技术领域:[1]

  • 过程设计能量回收英语energy recovery网的综合、蒸馏系统(共沸)综合、反应器网络综合、层次分解流程图、上层结构优化、 optimization, 多产品批产厂设计。
  • 过程控制: 预测模型控制、可控制性测量、鲁棒控制、非线性控制、统计过程控制、过程监控、基于热力学控制
  • 单元过程: 调度过程网络(scheduling process networks)、 多阶段规划与优化(multiperiod planning and optimization)、数据协调(data reconciliation)、实时优化、灵活措施(flexibility measures)、故障诊断
  • 支持工具: 序贯模块仿真(sequential modular simulation)、基于方程的过程模拟英语process simulation(equation-based process simulation)、 人工智能/专家系统、大规模非线性规划(NLP)、代数微分方程优化 (DAEs)、混合整数非线性规划(MINLP)、全局优化

过程系统工程历史[编辑]

过程系统工程(PSE)是化学工程中一个年轻领域。1961年美國化學工程學會会刊出的一卷特刊,首次使用了这个术语。1982年在日本京都召开了首次过程系统工程国际学术会议,PSE才开始被广泛使用。

该领域第一本教科书是Strategy of Process Engineering,作者Dale F. Rudd英语Dale F. Rudd与Charles C. Watson(Wiley, 1968)。美國化學工程學會第10领域,于1977年组建了Computing and Systems Technology (CAST) Division,包含四个子领域:

  • Process Design
  • Process Control
  • Process Operations
  • Applied Mathematics

该领域第一本专业期刊是Computers and Chemical Engineering,1977年创刊。

1980年在亨尼克英语Henniker, New Hampshire召开的Foundations of Computer-Aided Process Design (FOCAPD) conference是该领域第一个定期会议。

参见[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ Research Challenges in Process Systems Engineering by Ignacio E. Grossmann and Arthur W. Westerberg, Department of Chemical Engineering at Carnegie Mellon University in Pittsburgh, PA

外部链接[编辑]