化工过程分析与合成
化工系统工程课件-化工过程分析与合成
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。
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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。
化工过程分析与合成-3
化工过程分析与合成-31. 引言化工过程分析与合成是化学工程领域的重要分支，涉及到化学反应、原料处理、能量转换等方面的内容。
本文将介绍化工过程分析与合成的基本概念，以及常见的分析方法和合成技术。
2. 化工过程分析2.1 分析方法化工过程分析旨在确定化工过程中物质的组成、浓度、质量流动、能量转化等参数。
常用的分析方法包括：•质谱法：通过物质的质谱图谱扫描，确定物质的组成和相对分子质量。
•红外光谱法：通过物质对红外辐射的吸收特性，确定物质的官能团和化学键。
•核磁共振法：通过物质在磁场中的特殊核磁共振现象，确定物质的结构和组成。
•气相色谱法：通过物质在气相色谱柱中的分离和检测，确定物质的组分和浓度。
•液相色谱法：通过物质在液相色谱柱中的分离和检测，确定物质的组分和浓度。
2.2 过程分析的重要性化工过程分析是化工工艺改进和优化的基础，通过对化工过程的分析，可以确定问题所在，找到改进和优化的方向。
同时，过程分析还可以帮助实现化工过程的控制和监测，确保产品的质量和安全。
3. 化工合成技术化工合成技术是化学工程的核心内容之一，涉及到化学反应、反应器设计、反应条件控制等方面的内容。
常见的化工合成技术包括：3.1 催化剂催化剂在化工合成过程中起到重要的作用，可以加快反应速率、提高产率和选择性。
常见的催化剂有金属催化剂、酶催化剂和固体催化剂等。
3.2 反应器设计反应器是化工合成过程中的关键设备，其设计要考虑反应物料的性质、反应条件和反应速率等因素。
常见的反应器设计包括批量反应器、连续流式反应器和固定床反应器等。
3.3 反应条件控制反应条件控制是化工合成过程中的关键环节，可以通过控制温度、压力、反应物料配比等参数，实现反应的高效进行和产物的优化。
4. 实例分析4.1 乙烯制备过程分析乙烯是化工工业中重要的原料之一，其制备过程复杂，涉及到多个反应和分离步骤。
通过化工过程分析，可以确定乙烯制备过程中的关键问题，找到优化的方向，提高乙烯的产率和质量。
化工过程分析与合成
化工过程分析与合成介绍化工过程分析与合成是化学工程的重要领域之一，它涉及到化学反应的过程分析以及合成过程的设计和优化。
在化工过程分析与合成中，我们需要通过对化学反应的分析，研究反应机理，并运用化学工程原理进行合成过程的设计和优化，以实现高产率、高选择性和低能耗的化学反应过程。
化工过程分析化工过程分析是指通过对化学反应过程的分析，研究和理解反应过程中的物质转化、反应速率以及反应动力学等基本性质。
化工过程分析的目的是为了深入了解反应的机理，通过对反应物质的性质和反应条件的调控，实现反应过程的控制和优化。
在化工过程分析中，我们需要运用物质平衡、能量平衡和动量平衡等基本的化工原理和方程式，来推导化学反应过程的数学描述，从而得到各种物理和化学参数的计算方法，以判断反应过程的可行性和稳定性。
化工过程分析通常包括以下几个方面的内容：1.反应机理的研究：通过实验和理论模型的建立，研究化学反应过程中的反应物质转化、活化能以及反应速率等基本性质，为后续的反应条件优化提供理论依据。
2.反应条件的优化：根据反应物质的性质和反应机理的研究结果，通过调整反应条件（例如温度、压力、物质浓度等），来实现反应过程的最优化，以提高产率和选择性，并减少能源消耗。
3.反应过程的控制：通过对反应过程中的物料流动、传热、传质等工艺操作进行优化，实现对反应过程的精确控制，以提高产品质量和稳定性。
化工合成化工合成是指通过化学反应将原料物质转化为目标产品的过程。
在化工合成中，我们需要根据反应物质的性质和反应机理，设计合成过程的反应条件和操作流程，以实现预期的化学反应和产品转化。
化工合成的目标是在保证产品质量和反应过程安全的前提下，实现高产率、高选择性和低能耗。
化工合成通常包括以下几个步骤：1.原料物质的选择和准备：在化工合成过程中，我们需要选择合适的原料物质，并对其进行准备，以满足反应条件和要求。
2.反应条件的设计：根据反应物质的性质和反应机理，设计合适的反应条件，包括温度、压力、催化剂等，以控制反应过程的速率和转化率。
化工过程分析与合成
化工过程分析与合成集散系统吸取了分散系统和集中系统两者的优点，集是集中管理，操作、控制这三方面的集中，散是指功能的分散，负荷分散和危险分散这就是克服了分散系统难于实现全局系统控制的缺点也克服了集中系统的危险集中。
化工过程分析主要分析过程系统的运行机、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。
化工过程系统合成包括有：反应路径合、换热网络合成、分离序列合成、过程控制系统合成特别是主要解决由各个单元过程合成总体过程的系统任务。
稳态模拟的特点是，描述过程对象的模型中不包括时间参数，即是把过程中的各种因素都看成是不随时间而变化的。
过程系统模拟的三类问题1、过程系统模拟分析2、过程系统设计3、过程系统参数优化过程系统模拟的基本方法可归纳为三类：序贯模块法、面向方程法、联立模块法。
序贯模块法的基础是单元模块（子程序）序贯模块法的基本思想是：从系统入口物料开始，经过接受该物流变量的单元模块的计算得到输出物流变量，这个输出物流变量就是下一个相邻单元的输入物流变量。
依此逐个计算过程系统的各个单元，最终计算出系统物流。
最佳断裂准则1、断裂的物流数最少2、断裂物流变量数最少3、断裂物流权重因子之和最少4、断裂回路总次数最少简单回路：那种包含两个以上的流股，且其中的任何单元只被通过一次，称作简单回路一个不可分割的子系统可以包括若干个简单回路。
能够把全部简单回路至少断裂一次的断裂流股组称为有效断裂组。
方程的稀疏性可以用稀疏比来衡量：输出变量指定方法的步骤是，选事件矩阵中元素最少的行和元素最少的列的交点处元素对应的变量，作为优先指定的输出变量，然后从事件矩阵中删去该输出变量对应的行和列重复上述过程直至矩阵中所有的行和列都被删除。
第三章模型化是现代化学工程方法论的重要组成部分，尤其是过程动态学的核心根据对过程系统中状态变量分布特征的不同描述方法，一般可以把数学模型分为集中参数模型、分布参数模型、和多级集中参数模型。
名词解释—化工过程分析与合成
名词解释夹点的意义1.T min ），系统用能瓶颈位置。
夹点处热流量为（夹点处，系统的传热温差最小（等于Δ 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）；）2、夹点技术夹点技术是以热力学为基础，从宏观角度分析过程系统中能量流沿温度的分布，从中发现系统用能的“瓶颈”所在，并给与解瓶颈的方法。
夹点设计法三条原则：（1）应该避免有热流量穿过夹点（2）夹点上方应该尽量避免引入公用工程冷却物流（3）夹点下方应该尽量避免引入公用工程加热物流夹点匹配的可行性规则及经验规则3、过程系统能量集成过程系统综合是以合理利用能量为目标的全系统能量综合问题，它从总体上考虑过程中能量的供求关系以及系统结构，操作参数的调优处理，已达到全过程系统能量的优化综合。
（以用能最小化为目标的考虑整个工艺背景的过程能量综合）设备在系统中的合理放置：（1）分离器与过程系统热集成时，分离器穿越夹点是无效的热集成；（2）分离器完全在夹点上方或完全在夹点下方均是有效的热集成。
（3）热机不穿越夹点的设置，是有效的热集成。
（4）热泵穿越夹点的设置是有效热集成。
4、过程用能一致性原则利用热力学原理，把反应、分离、换热、热机、热泵等过程的用能特性从用能本质的角度统一起来，把全过程系统能量综合问题转化为有约束的化热网络综合问题。
5、利用夹点分析进行过程系统能量集成，调优策略的原则：设法增大夹点上方总的热流股的热负荷，减少总的冷流股的热负荷；设法减少夹点下方总的热流股的热负荷，增大总的冷流股的热负荷。
即所谓的“加减原理”。
6、化工过程系统模拟采用一反映研究对象本质和内在联系，与原型具有客观一致性，可再现原型发生的本质过程和特性的模型，来进行设计和研究原型过程的方法。
（对于化工过程，在计算机上通过数学模型反映物理原型的规律）三种基本方法：序贯模块法、联立方程法、联立模块法7、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）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。
化工过程分析与合成
化工过程分析与合成第一章绪论（2学时）●化工过程●系统工程→化工过程系统工程●化工过程的分析与合成●化工过程系统模拟（稳态模拟、动态模拟）●过程系统模拟的三种基本方法（序贯模块法、面向方程法、联立模块法）第一节化工过程化工过程是以天然物料为原料，经过物理或化学加工制成产品的过程。
其往往由多种多样的单元过程组成，如最重要也是最多用的单元过程是：化学反应过程、换热过程和分离过程。
第二节系统工程系统工程是20世纪50年代形成的新兴学科，目前正处于兴旺的发展时期。
1984年郑春瑞在《系统工程学概论》中，对系统工程做出下列综合性的阐述：系统工程是以系统（尤以大系统）为研究对象的一门跨学科的边缘学科。
它是根据总体协调的需要，把自然科学和社会科学中的某些思想、理论、方法、策略和手段等从横的方面有效地组织起来应用于人类实践中，是应用现代数学和电子计算机等工具对系统的构成要素、组织结构、信息交换和自动控制等功能进行分析研究，从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目标，是为更加合理地研制和运用系统而采取的各种组织管理技术的总称，归根结底是一种工程学的方法论。
20世纪30年代美国雷德无线电公司在对电视广播系统的电波覆盖问题进行研究时，首先提出“系统”和“系统模拟研究”的思想。
40年代，美国贝尔电话公司在研究微波通讯网络的覆盖传输效率时，提出了“系统工程”的概念。
50年代各工业国对系统工程尤为重视，如1954年美国MIT首先在大学讲授系统工程课程。
1957年美国正式出版了第一本专著《系统工程》。
60年代起系统工程逐步推广应用于工业、宇航、交通、经济规划等部门。
如60年代初，在系统工程、运筹学、化学工程、过程控制及计算机技术等学科的基础上，产生和发展起来一门新兴的技术学科——化工过程系统工程（简称化工系统工程）。
70年代是化工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。
化工过程分析与合成(1-8h)
主要研究对象： 生产过程中的原料特点、生产原理、工艺流程、最适宜生
产条件、产品质量以及所用的设备类型及其结构材料等内容的 课程。
Liaoning Shihua University
化工过程分析与合成
化学工程
主要研究化学工业和其他过程工业生产中所进行的化学 过程和物理过程的共同规律，它的一个重要任务是研究有关 工程因素对过程和装置的效应，特别是放大中的效应。
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化工过程分析与合成
1.2 基本概念
（1）过程系统 (Process system) 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着一定的方式相互联结而组成，它 的功能在于实现工业生产中的物质和能量的转换。
“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—供应链的优化（Supply chain optimization)。
的输出又是另一节点的输入边。 Ⅲ.列的元素之和为零。
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化工过程分析与合成
2.2 过程系统模拟基本方法
序贯模块法、联立方程法和联立模块法
2.2.1 序贯模块法
逐个单元模块依次序贯计算求解系统模型的一种方法。 回路（环路）—输入流股与后续的单元设备输出有关。
（2）系统工程学 以系统（特别是大系统）为对象的一门跨学科的边缘科
学。是更为合理研制和运用系统而采取的各种组织、管理技 术的总称，是工程的方法论。
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化工过程分析与合成
理论：社会与自然科学某些理论、方法、策略和手段。 对象：系统—由一信息联系的一个整体。 手段：现代数学和计算工具——计算机等。 内容：对系统的构成要素、组织结构、信息交换和自动控制
化工过程分析与合成作业
化工过程分析与合成作业
一、催化工艺过程分析：
1、催化反应机理：C-H键相互作用，使芳基空位的活性提升，运氧
修饰后芳基空位可被电子稀释，从而形成反应底物活性中心，当反应受体
进入反应中心，共振调和后释放出能量，完成催化反应；
2、催化反应用催化剂：一般用金属酸盐类催化剂，如钯，铂，铑，
钌等，中间体配体可以促进反应剂与金属配体之间发生配位反应，从而形
成最终产物。
3、催化反应反应条件：一般选择常温，温度可以调节，以便促进反
应进行，可使用催化剂的浓度调节，保持反应反应水平，采用气体环境可
以促进催化反应，保持良好环境，防止反应的干扰，并可以运用多重反应
来改善产物结构。
二、合成反应过程：
1、将原料2-氧代均三甲基氯化铵钠和钯催化剂放入反应釜，加入足
量的乙酸乙酯，加热至100摄氏度；
2、待温度升至100摄氏度后，快速加入一定量的N,N-二甲基甲酰胺，振荡搅拌；
3、勤搅拌，直至钯催化剂完全溶解；
4、再将振荡液搅拌至反应液的温度升至110摄氏度，转移至液相色
谱分析，将反应液加入色谱柱中，检测反应物；
5、分析结果显示，98%以上的原料均被催化反应转化。
化工过程分析与合成
化工过程分析与合成一，化工系统的定常态模拟与分析（一）模拟是对过程系统模型的求解1. 过程系统的模拟分析：对某个给定的过程系统模型进行模拟求解，可得出该系统的全部状态变量，从而可以对该过程系统进行工况分析2，过程系统设计：当对某个或某些系统变量提出设计规定要求时，通过调整某些决策变量使模拟结果满足设计规定要求3，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1. -序贯模块法：基本部分是单元模块（子程序），用以描述物性、单元操作以及系统其它功能。
单元模块具有单向性特点。
(1) 断裂：通过迭代把高维方程组降阶为低维方程组的办法。
它适用于不可分割子系统；-不可分割子系统：过程系统中，若含有再循环物流，则构成不可分割子系统。
-实施序贯模块法进行过程系统模拟计算中必须要解决的问题——如何选择断裂物流、如何确定迭代序列。
-判断最佳断裂的准则：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。
i=1，…，m ，代表回路；j =1，…，n,代表物流(2) 回路矩阵简单回路: 一个不可分割子系统包含若干个再循环回路。
包含两个以上再循环物流，且其中的任何单元只被通过一次，称作简单回路。
。
回路矩阵：过程系统中的简单回路可以用回路矩阵表示。
矩阵：行→回路；列→物流。
若某回路I 中包括有物流j 则相应的矩阵元素aji=1，否则为空白或零。
Upadyhe －Grens 断裂法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。
有效断裂组：能够把全部简单回路至少断裂一次的断裂流股组。
① 多余断裂组：如果从一个有效断裂组中至少可以除去一个流股，而得到的断裂组仍⎩⎨⎧=⎩⎨⎧=ij i j a j j x ij j 属于回路流股不属于回路流股被断裂流股未断裂流股,1,0,1,为有效断裂组，则原有效断裂组为多余断裂组。
(完整word版)化工过程分析与合成
名词解释1. 夹点的意义（夹点处，系统的传热温差最小（等于ΔT min ），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）；）2. 过程系统能量集成（以用能最小化为目标的考虑整个工艺背景的过程能量综合）3. 过程系统的结构优化和参数优化（改变过程系统中的设备类型或相互间的联结关系，以优化过程系统；参数优化指在确定的系统结构中，改变操作参数，是过程某些指标达到优化。
）4、化工过程系统模拟（对于化工过程，在计算机上通过数学模型反映物理原型的规律）5、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）6、过程系统合成（化工过程系统合成包括：反应路径合成；换热网络合成；分离序列合成；过程控制系统合成；特别是要解决由各个单元过程合成总体过程系统的任务）7、过程系统自由度（过程系统有m个独立方程数，其中含有n 个变量，则过程系统的自由度为：d=n-m ，通过自由度分析正确地确定系统应给定的独立变量数。
）填空题1. 稳态模拟的特点是，描述过程对象的模型中（不含）时间参数2. （集中参数模型）认为状态变量在系统中呈空间均匀分布，如强烈搅拌的反应罐就可以用这一类模型来描述.3. （统计模型）又称为经验模型，纯粹由统计、关联输入输出数据而得。
（确定性模型）又称为机理模型4. （结构）优化和（参数）优化是过程系统的两大类优化问题，它们贯穿于化工过程设计和化工过程操作。
5. 换热网络的消耗代价来自三个方面：（换热单元（设备）数）（传热面积）（公用工程消耗）6. 过程系统模拟方法有、和。
7. 试判断图a 中换热匹配可行性1 , 2 ,3 ,4 。
8. 在夹点分析中，为保证过程系统具有最大热回收，应遵循三条基本原则：避免夹点之上 热物流与夹点之下冷物流间的匹配；夹点之上禁用冷却器；夹点之下禁用加热器。
(完整版)化工过程分析与合成
名词解释1.夹点的意义（夹点处，系统的传热温差最小（等于ΔT min ），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）；）2.过程系统能量集成（以用能最小化为目标的考虑整个工艺背景的过程能量综合）3.过程系统的结构优化和参数优化（改变过程系统中的设备类型或相互间的联结关系，以优化过程系统；参数优化指在确定的系统结构中，改变操作参数，是过程某些指标达到优化。
）4、化工过程系统模拟（对于化工过程，在计算机上通过数学模型反映物理原型的规律）5、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）6、过程系统合成（化工过程系统合成包括：反应路径合成；换热网络合成；分离序列合成；过程控制系统合成；特别是要解决由各个单元过程合成总体过程系统的任务）7、过程系统自由度（过程系统有m个独立方程数，其中含有n个变量，则过程系统的自由度为： d=n-m，通过自由度分析正确地确定系统应给定的独立变量数。
）填空题1.稳态模拟的特点是，描述过程对象的模型中( 不含 )时间参数2.( 集中参数模型)认为状态变量在系统中呈空间均匀分布，如强烈搅拌的反应罐就可以用这一类模型来描述.3. ( 统计模型 )又称为经验模型，纯粹由统计、关联输入输出数据而得。
(确定性模型 )又称为机理模型4.( 结构 )优化和( 参数 )优化是过程系统的两大类优化问题，它们贯穿于化工过程设计和化工过程操作。
5.换热网络的消耗代价来自三个方面： (换热单元（设备）数) ( 传热面积) (公用工程消耗)6.过程系统模拟方法有、和。
7.试判断图a中换热匹配可行性 1 , 2 ,3 ,4 。
8.在夹点分析中，为保证过程系统具有最大热回收，应遵循三条基本原则：避免夹点之上热物流与夹点之下冷物流间的匹配；夹点之上禁用冷却器；夹点之下禁用加热器。
名词解释—化工过程分析与合成
名词解释1.夹点的意义（夹点处，系统的传热温差最小（等于ΔT min ），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）；）2、夹点技术夹点技术是以热力学为基础，从宏观角度分析过程系统中能量流沿温度的分布，从中发现系统用能的“瓶颈”所在，并给与解瓶颈的方法。
夹点设计法三条原则：（1）应该避免有热流量穿过夹点（2）夹点上方应该尽量避免引入公用工程冷却物流（3）夹点下方应该尽量避免引入公用工程加热物流夹点匹配的可行性规则及经验规则3、过程系统能量集成过程系统综合是以合理利用能量为目标的全系统能量综合问题，它从总体上考虑过程中能量的供求关系以及系统结构，操作参数的调优处理，已达到全过程系统能量的优化综合。
（以用能最小化为目标的考虑整个工艺背景的过程能量综合）设备在系统中的合理放置：（1）分离器与过程系统热集成时，分离器穿越夹点是无效的热集成；（2）分离器完全在夹点上方或完全在夹点下方均是有效的热集成。
（3）热机不穿越夹点的设置，是有效的热集成。
（4）热泵穿越夹点的设置是有效热集成。
4、过程用能一致性原则利用热力学原理，把反应、分离、换热、热机、热泵等过程的用能特性从用能本质的角度统一起来，把全过程系统能量综合问题转化为有约束的化热网络综合问题。
5、利用夹点分析进行过程系统能量集成，调优策略的原则：设法增大夹点上方总的热流股的热负荷，减少总的冷流股的热负荷；设法减少夹点下方总的热流股的热负荷，增大总的冷流股的热负荷。
即所谓的“加减原理”。
6、化工过程系统模拟采用一反映研究对象本质和内在联系，与原型具有客观一致性，可再现原型发生的本质过程和特性的模型，来进行设计和研究原型过程的方法。
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。
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，由巳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，就可求得各单元设备的输出流股变量。
化工过程分析与合成
化工过程分析与合成绪论：1：化工过程的定义：原料经过物理或化学加工制成产品的过程。
2：实现方法：通过反应、分离、混合、加热、冷却、压力改变和颗粒尺寸的变化等一系列步骤实现的。
3：工艺流程：独立转化的单元过程由被处理的物料流连接起来，成化工过程生产工艺流程。
4：最重要的也是最常用的单元过程：1：化学反应过程2：分离过程3：换热过程4：流体输送过程5：设计的目标：高效益、易控制、环境友好和安全的过程。
6：两类优化流程结构的方法：探试法、算法方法7：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。
8：自由度（设计变量）的选择原则：1：所选择的自由度必须真正独立2：自由度的选择应使问题求解尽量方便9：模拟型问题：理论级数、进料位置、塔顶（或塔底馏出量)、回流比→→塔顶、塔底的产品组成10：设计型问题：轻关键组分的塔顶回收率、重关键组分的塔底回收率、进料位置判据、回流比→→理论级数、进料位置、塔顶和塔底馏出量第二章：1：非理想体系——采用状态方程与活度系数相结合的模型；2：汽相状态方程模型：非理想气体模型：Benedict-Webb-Rubin-Lee-Starling（BWRS）；Hayden-O’Connell（用于Hexamerization的氢-氟化物状态方程）理想气体模型：Lee-Kesler（LK）；Lee-Kesler-Plocker；Peng-Robinson（PR）；采用Wong-Sandler混合规则的SRK或PR；采用修正的Huron-Vidal-2混合规则的SRK或PR；用于聚合物的Sanchez-Lacombe模型。
3：液体活度系数模型：Eletrolyte NRTL；Flory-Huggins；NRTL；Scatchard-Hilde-Brand；UNIQUAC；UNIFAC；van Laar；WILSON。
(完整版)化工过程分析与合成考点(精华)
化工过程分析与合成考点1、什么叫过程：（1）客观事物从一个状态到另一个状态的转移。
【过程】（2）在工艺生产上，对物料流进行物理或化学的加工工艺称作过程工艺。
【过程工艺】（3）以天然物料为原料经过物理或化学的加工制成产品的过程。
化工过程包括：原料制备、化学反应、产品分离（4）由被处理的物料流联接起来，构成化工过程生产工艺流程。
（5）【最重要的单元过程】化学反应过程、换热过程、分离过程、输送过程、催化反应过程（6）【化学反应过程举例】热裂解反应过程、电解质溶液离子反应过程生化反应过程、分散控制（7）【过程控制技术发展历程】计算机集中控制、集散控制（我国多）、现场总线控制第二章、化工过程系统稳态模拟与分析【模块】模型和算法，一是要建模，二是这个模型的算法，两者组一起才能算作模块。
【单元模型类型】理论模型、经验模型、半经验模型。
【什么叫稳态（化工过程稳态模拟）】各个工艺参数状态量不随时间而发生变化的叫做稳态。
【么叫模拟】对过程系统模型进行求解就叫模拟。
【过程系统模拟可以解决哪些问题（会画图）】（1）过程系统模拟分析问题；（2）过程系统设计问题；（3）过程系统参数优化问题。
过程系统模拟分析问题：已知决策变量输入，已知过程参数，求输出，是一个正向求解问题，最简单的模型。
2）过程系统设计问题：已知输出设计结果，已知过程参数，求决策变量输入；看起来是已知输出求输入，实际上是假设输入猜值去计算输出与已知输出进行比较再调整猜值进行计算。
只能单项求解，从左到右3)过程系统参数优化问题：过程系统模型与最优化模型联立求解，得到一组使工况目标函数最佳的决策变量，从而实施最佳工况。
【过程系统模拟三种基本方法，及其优缺点】（1）序贯模块法（不适于解算设计、优化问题，只适于模拟问题（2）面向方程法（3）联立模块法（同时有（1）、（2）的优点）【单元模块】是依据相应过程单元的数学模型和求解算法编制而成的子程序。
具有单向性特点【断裂】通过迭代把高维方程组降阶为低维方程组的办法。
化工过程分析与合成
再循环流股结构
子系统的特性更有几种方案可供选择。 如：想得到合格Ａ
分离子系统
精馏
萃取
板式 填料
间歇 连续
这种在多种备选方案中进行选择及排除，以 构造最理想系统的过程为系统的综合过程。
〈３〉过程系统合成的方法 过去：全部凭借工程师的经验。 现在：借助对各种子系统的分析与模拟，
化工生产过程操作工况调优 间歇化工过程 换热网络合成 分离塔序列综合
绪论
化工过程分析与合成 过程：客观事物从一个状态到另一个状态的转移。 过程工艺：对物料流进行物理或化学的加工工艺。 化工（炼油，化肥）、轻工、冶金过程、医药生 产过程等。 制造工艺：以工件为对象的加工工艺。像电视机、 汽车、机械零件加工等的生产，都是制造工艺
缺点：一旦发生计算机故障则将出现全控制 系统瘫痪的危险。由于这种缺陷的困扰，曾 使计算机控制技术一度陷于难于发展的困境。
世纪年代中期集散系统的出现，使计算机控 制技术出现了灿烂的应用前景。
化工过程分析与合成
化工过程分析与合成又称为化工过程系统工 程，
化工过程系统工程是在系统工程、化学工程、 过程控制、计算数学、信息技术等学科的边 缘上产生的一门综合性学科，
化工系统工程学的综合性 从化工系统工程学的形成过程可知，这是
一门综合性学科，涉及： 化学工程学 系统工程学 运筹学 计算技术 过程控制理论
三、化工系统工程学的基本内容
任务：在“一定的输入输出条件下，寻求 一个整体最优的过程系统”。
对一个待求的未知系统应指出：该系 统应如何规划、设计、操作、控制。
数学模型：建立数学表达式，在建立过程 中运用逻辑关系、规则、概念。
模拟计算：首先要寻求有效的数学模型求 解的方法，并将模型的求解过程转变为计 算程序，然后计算得出直观形式的输出结 果.
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一、单项选择题。
本大题共14个小题，每小题5.0 分，共70.0分。
在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。
重质油催化剂裂化制轻质油的反应过程是（B）。
脱氢过程裂化反应热裂解反应过程催化过程数值稳定性好，通常，迭代收敛过程有（C）。
很缓慢很快四种可能情况收敛解氨合成过程的物料必须进行循环，主要集中在（D）。
制气工段压缩工段脱硫工段氨合成工段蒸馏的原理是（A）。
物质的沸点不同物质分子量大小物料的浓度进料快慢过程系统结构的优化属于过程系统的（B）。
过程系统的问题合成问题过程系统的分析优化问题氨厂包括的工序有（A）。
原料气制备原料气脱硫氨的分离空气净化天然气中的主要成分是（B）。
氩甲烷（CH4）氢气氮气实验数据归纳的模型被称为（A）。
经验模型半经验模型特定模型多级参数模型工业上已得到广泛应用的低能耗分离技术是（D）。
吸附分离技术非定态技术变压吸附乙苯脱氢制苯乙烯的反应过程是（A）。
脱氢反应制苯乙烯裂解反应过程催化过程对均一系物料的气相分离，可采用（A）。
吸附吸收汽提蒸发萃取变压吸附是在工业上已经得到广泛应用的（D）。
气体分离技术非定态技术节能分离技术吸附分离技术化工过程系统合成是（C）。
产品生产合成设备合成换热网络合成反应物料合成泡点温度是指气液平衡时与液相组成相对应的（C）。
液相起泡时温度沸腾温度平衡温度气相温度二、多项选择题。
本大题共6个小题，每小题5.0 分，共30.0分。
在每小题给出的选项中，有一项或多项是符合题目要求的。
用人工智能技术模拟人脑的思维过程，两种不同的成功途径是（DE）。
离散模拟模糊模拟非数值模拟客观模拟微观模拟单元操作模拟中每个模块中包含有（AB）。
单元操作相关方程相关的物性计算程序物流焓值进口物料组成出口组成对化工过程进行描述的数学模型有（CD）。
机理模型经验模型集中参数模型分布参数模型人工智能模型在典型的工厂中优化可能涉及（BC）。
一个车间过程设计和装置规范车间操作某个过程某个装置物性模型包括的重要两项是（AB）。
状态方程平衡常数k组分特性气液平衡体系的焓、熵模拟模块中包含有（DE）。
物流焓值程进口物料组成出口组成相关的物性计算程序单元操作相关方第一次作业一、单项选择题。
本大题共20个小题，每小题5.0 分，共100.0分。
在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。
化工过程的核心是（C）。
催化剂分离过程化学反应加热和冷却现代化工过程生产操作控制最先进的是（D）。
物料参数控制集散系统控制连锁控制DCS的先进控制化工过程系统合成有（B）。
反应物料合成换热网络合成设备合成产品生产合成化工过程中最简单、最常见的单元操作之一是（B）。
化学反应蒸发浮选筛分过程系统模拟的三类问题之一是（A）。
过程系统设计确定过程参数物流流向过程单元数氨合成工艺流程主要包括工艺之一是（B）。
空气净化原料气制备原料气脱硫氨的分离氨合成循环气中的惰性气体是（B）。
氩甲烷（CH4）氢气氮气过程系统稳态模拟软件是（C）。
ChemCADPDMSAspen plusCAD统计模型又常被称为（A）。
经验模型半经验模型特定模型多级参数模型变压吸附是工业上已得到广泛应用的（B）。
气体分离技术吸附分离技术非定态技术节能分离技术最优化就是在特定条件下获得（C）。
最大产量节能效果最好的结果最纯产品用机理模型进行优化的特点是（C）。
对机理较了解认识了化学本质结果比较精确比较简化化工过程合成是指（A）。
系统结构优化参数优化系统管理优化操作优化泡点温度就是气液平衡时与液相组成相对应的（A）。
平衡温度液相起泡时温度沸腾温度气相温度高技术密集和知识密集的新型产业有（B）。
电子技术生物化工环保化工高新农业化工过程中的混合过程是（C）。
搅拌过程充分搅拌过程间歇过程单元操作换热是化工生产不可缺少的（A）。
单元操作过程热交换过程简单操作节能过程冷、热物料进行换热时，期间热流量为零的点被称为（A）。
夹点无热量交换点温度相等点温度平衡点夹点的能量特性是（D）。
能量平衡了能量不再交换了限制了能量回收能量不可回收了化工过程中的热量都是（C）。
可用能能量低级能可散失能1、化工过程的核心是（C）。
A.催化剂B.分离过程C.化学反应D.加热和冷却2、现代化工过程生产操作控制最先进的是（D）。
A.物料参数控制B.集散系统控制C.连锁控制D.DCS 的先进控制3、化工过程系统合成有（B）。
A.反应物料合成B.换热网络合成C.设备合成D.产品生产合成4、化工过程中最简单、最常见的单元操作之一是（B）。
A.化学反应B.蒸发C.浮选D.筛分5、过程系统模拟的三类问题之一是（A）。
A.过程系统设计B.确定过程参数C.物流流向D.过程单元数6、氨合成工艺流程主要包括工艺之一是（B）。
A.空气净化B.原料气制备C.原料气脱硫D.氨的分离7、氨合成循环气中的惰性气体是（B）。
A.氩B.甲烷（CH4）C.氢气D.氮气8、过程系统稳态模拟软件是（C）。
A.ChemCAD B.PDMS C.Aspen plus D.CAD9、统计模型又常被称为（A）。
A.经验模型B.半经验模型C.特定模型D.多级参数模型10、变压吸附是工业上已得到广泛应用的（B）。
A.气体分离技术B.吸附分离技术C.非定态技术D.节能分离技术二、多项选择题：（每小题2 分，5 题共10 分）（题后给出的5 个选项中只有两项是正确的，选定后填于题后括弧中，选对一项得一分。
多选、不选或错选均不得分。
）11、用人工智能技术模拟人脑的思维过程，两种不同的成功途径是（DE）。
A.离散模拟B.模糊模拟C.非数值模拟 D.客观模拟E.微观模拟12、单元操作模拟中每个模块中包含有（AB）。
A.单元操作相关方程B.相关的物性计算程序C.物流焓值D.进口物料组成E.出口组成- 2 –13、对化工过程进行描述的数学模型有（CD）。
A.机理模型B.经验模型C.集中参数模型D.分布参数模型E.人工智能模型14、在典型的工厂中优化可能涉及（BC）。
A.一个车间B.过程设计和装置规范C.车间操作D.某个过程E.某个装置15、物性模型包括的重要两项是（AB）。
A.状态方程B.平衡常数k C.组分特性D.气液平衡E.体系的焓、熵三、专业名词理解题（每题 6 分、共5 题，共30 分）16、BP 神经网络算法（6 分）。
答：和统计回归一样，利用BP 算法求解时，先必须为模型采集一套x，y 的样本数据。
只不过BP 算法采用是数值解法。
17、主要的化学反应过程（6 分）。
答：有催化反应过程，热裂解反应过程，电解质溶液离子反应过程，生物化学反应过程。
18、过程系统模拟的三类问题（6 分）。
答：是过程系统的模拟分析，过程系统设计，过程系统参数优化。
19、确定性动态模型的数学处理（6 分）。
答：首先是正问题——模型方程组的求解，逆问题——模型参数的估计，过程系统的定性分析。
20、非线性系统特有的一系列复杂性质（6 分）。
答：主要是指定态多重性，稳定性，参数敏感性，自激振荡，象混沌现象这一类的复杂。
四、回答问题题（每小题10 分，2 题共20 分）21、化工系统过程优化的目标函数应要求达到些什么（10 分）？、答：其目标函数应达到：系统的产量最大；系统的经济收益最大；系统的能量消耗最小；系统的原料利用率最高；系统的操作成本最低；系统的投资成本最低；系统稳定操作周期最长等。
五、应用题（每小题15 分，共2 题，共30 分）22、确定一个产品的年生产天数为D 时应选择哪一台设备进行优化，一般的选择原则是什么（15 分）？答：（1）选择所有产品都要使用的设备；（2）尽可能选择最昂贵的设备以保证投资的有效利用；（3）选择处理量不允许有较大变化的设备，如蒸馏塔；（4）若存在着对操作时间起限制作用的设备，一般应选用这一设备；（5）若不存在上述设备，则可选择最重要的设备。
23、在热网络合成分析中，所谓夹点具有哪些特点（15 分）答：应从以下几方面来理解夹点的特点： A.夹点的能量特性：夹点限制了能量的进一步回收，它表明换热网络消耗的公用工程用量已达到了最小状态。
B.夹点具有位置特性，夹点把整个问题分解成了夹点上热端与夹点下冷端两个独立的子系统。
在夹点之上，换热网络仅需要热公用工程，因而是一个热阱。
在夹点之下，换热网络只需要冷公用工程，因而是一个冷源。
C.夹点表明了热网络的传热特性。
一、单项选择题：（每小题2 分，共10 题20 分）（每题后列出 4 个选项，只有一个是正确的，请将正确选项填于题后括弧中，选错或多选不得分）1、重质油催化剂裂化制轻质油的反应过程是（B）。
A.脱氢过程B.裂化反应C.热裂解反应过程D.催化过程2、数值稳定性好，通常，迭代收敛过程有（C）。
A.很缓慢B.很快C.四种可能情况D.收敛解3、氨合成过程的物料必须进行循环，主要集中在（D）。
A.制气工段B.压缩工段C.脱硫工段D.氨合成工段4、蒸馏的原理是（A）。
A.物质的沸点不同B.物质分子量大小C.物料的浓度D.进料快慢5、过程系统结构的优化属于过程系统的（B）。
A.过程系统的问题B.合成问题C.过程系统的分析D.优化问题6、最优化就是在特定条件下获得（C）。
A.最大产量B.节能效果C.最好的结果D.最纯产品7、用机理模型进行优化的特点是（C）。
A.对机理较了解B.认识了化学本质C.结果比较精确D.比较简化8、化工过程合成是指（A）。
A.系统结构优化B.参数优化C.系统管理优化D.操作优化9、泡点温度就是气液平衡时与液相组成相对应的（A）。
A.平衡温度B.液相起泡时温度C.沸腾温度D.气相温度10、高技术密集和知识密集的新型产业有（B）。
A.电子技术B.生物化工C.环保化工D.高新农业二、多项选择题：（每小题3 分，5 题共15 分）（题后给出的5 个选项中只有两项是正确的，选定后填于题后括弧中，选对一项得1.5 分。
多选、不选或错选均不得分。
）11、人工智能技术模拟的两种不同的成功途径是（DE）。
A.离散模拟B.模糊模拟C.非数值模拟D.客观模拟E.微观模拟12、模拟模块中包含有（AB）。
A.单元操作相关方程B.相关的物性计算程序C.物流焓值D.进口物料组成E.出口组成- 2 –13、描述对化工过程的数学模型有（CD）。
A.机理模型B.经验模型C.集中参数模型D.分布参数模型E.人工智能模型14、工厂中优化问题可能涉及（BC）。
A.一个车间B.过程设计和装置规范C.车间操作D.某个过程E.某个装置15、物性计算模型包括的重要两项是（AB）。
A.状态方程B.平衡常数k C.组分特性D.气液平衡E.体系的焓、熵三、专业名词理解题（每题 6 分、共5 题，共30 分）16、化工过程优化（6 分）。
答：化工过程优化就是在找到使过程达到最佳性能的变量值。