过程系统工程-复习课
过程系统工程PPT课件
根据控制方案，选择合适的 传感器、控制器、执行器和 人机界面等硬件设备，并进 行合理配置。
系统软件设计
设计系统的软件部分，包括 数据采集、数据处理、控制 算法实现和人机界面开发等。
过程控制系统优化
控制系统性能评估
对现有控制系统的性能进行评估，包括 稳定性、精度、响应速度和安全性等方
面。
控制系统优化实施
经济性原则
确保系统的稳定性和安全性，降低故障和 事故发生的概率。
在满足功能和性能要求的前提下，尽可能 降低系统的成本。
过程系统设计的实例
石油化工过程系统设计
涉及多个单元操作和化学反应，需要综合考虑物料平衡、能量平 衡和工艺流程等因素。
生物反应过程系统设计
针对生物反应的特点，需要合理选择反应器类型、控制策略和操作 条件等。
智能制造
智能制造是数字化转型的核心。通过智能制造技术，企业可以实现生产过程的自动化和智 能化，提高生产线的柔性化和个性化生产能力。
工业互联网
工业互联网是实现数字化转型和智能制造的重要平台。通过工业互联网，企业可以实现设 备连接、数据采集、远程控制等功能，提高生产过程的协同性和效率。
THANKS
感谢观看
综合考虑多种因素，如能耗、环境影响、经 济性等，进行多目标优化。
03
过程系统建模与仿真
过程系统建模的方法
01
数学模型法
通过建立数学方程描述系统的动 态行为，如传递函数、状态方程 等。
物理模型法
02
03
黑箱模型法
根据系统物理性质建立物理模型， 通过实验研究系统的动态特性。
通过输入输出数据建立模型，适 用于对系统内部结构不清楚的情 况。
资源高效利用
系统工程期末复习资料(全)
系统：由两个及以上有机联系、相互作用的要素组成，具有特定结构、功能和环境的整体。
系统边界：从空间结构上看，把系统和环境分开的所有点的集合；从逻辑上看，边界是系统构成关系从起作用到不起作用的边界，系统质从存在到消失的边界。
系统的属性：整体性{是系统最核心的特性，是系统性最集中的体现}关联性（由多个有机联系、相互作用的要素组成，具备独立要素所不具备的功能）环境适应性（环境输入系统，系统输出环境，系统要生存，一定要适应环境）层次性（作为总体来看，系统可以分解一系列子系统，并有一定的层次结构）目的性（有一定目的，为达到既定目的而具备一定的功能）集合性（把具备某种属性的一些对象看成一个整体，从而形成一个集合）系统的类型：人造系统和自然系统实体系统和概念系统、动态系统和静态系统、封闭系统和开发系统系统工程的概念：是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验、使用的科学方法，是一种对所有系统具有普遍意义的科学方法。
系统工程方法论：是研究、探索系统问题的一般规律和途径重要思想：最优思想、总体思想、组合思想、分解和协调思想、反馈思想霍尔三维结构：知识维、时间维、逻辑维时间维（6个阶段）：规划阶段、方案阶段、研制阶段、生产阶段、运行阶段、更新阶段逻辑维（7个步骤）：明确问题、选择目标、系统综合、系统分析、方案优化、做出决策、付诸实施特点：强调目标明确，核心是最优化，认为一切现实问题都可以规划为工程系统问题，运用定量分析法，做最优解答。
该方法论在研究方法上有整体性，在技术应用上有综合性，在组织管理上有科学性，在系统工程上有问题导向性。
切克兰德方法论：主要内容：问题、根底定义、建立概念模型、比较与探索、选择、设计与实施、评估与反馈主要步骤（略）比较：同：同为系统工程方法论，均以问题为起点，具备相应的逻辑结构异：前者主要研究工程系统问题，后者更适用于“软”系统问题的研究前者以优化分析为核心，后者以比较学习为核心前者使用定量分析方法，后者使用定性、定量与定性相结合的方法前者研究对象为良结构，后者则为不良结构系统分析：运用建模及预测、优化、仿真、评价等技术，对系统的各方面进行定性与定量相结合的分析，为选择最优或满意的方案提供决策依据的分析研究过程。
系统工程复习资料
系统工程复习资料第1章系统理论概述1..0管理系统工程是以企业管理系统为研究对象的一门组织管理技术，也是一门以系统科学、运筹学、计算机应用技术为主体的综合交叉性课程。
（其基本思想是坚持整体观念、统筹兼顾，运用有关优化分析方法，实现管理系统整体功能的提高。
）2.0系统工程顾名思义就是研究系统的工程技术，它是在系统和系统理论逐渐发展的基础上所形成的系统方法论。
2.01系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分(要素)结合而成的、具有特定功能的有机整体。
4.0系统思想在辩证唯物主义那里获得了哲学的表达形式，在运筹学和其他学科中获得了定量的表达方式，并在系统工程应用中不断充实自己实践的内容，系统思想方法从一种哲学思维逐步形成为专门的科学——系统科学。
4.01系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分(要素)结合而成的、具有特定功能的有机整体。
4.02系统的特征：1）整体性2）相关性3）目的性4）环境适应性4.03“黑箱理论”是在系统外部描述的基础上发展起来的一种考察系统的方法。
4.04控制理论的具体内容：1）最优控制理论2）自适应、自学习和自组织系统理论3）模糊理论4）大系统理论4.05控制论的四大分支：工程控制论、生物控制论、社会控制论(包括管理控制论、经济控制论)、智能控制论5.0系统思想的代表性的理论包括：一般系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同学理论、突变理论等6.0.0耗散结构：一个远离平衡态的开放系统，在外界条件变化达到某一特定阈值时，量变可能引起质变，系统通过不断地与外界交换能量与物质，就可能从原来的无序状态转变为一种时间、空间或功能的有序状态，这种远离平衡态的、稳定的、有序的结构称为耗散结构”7.0耗散结构理论的几个观点（比利时*普利高津）1）开放系统是形成耗散结构的基础，使企业存在和发展的关键2）非平衡态是有序之源，是企业持续竞争优势之源3）涨落导致有序，导致企业继续发展8.0硬系统方法论（1969年美国学者霍尔提出的三维结构体系，又称为硬系统方法论）“三维结构体系”1）时间维2)逻辑维3)知识维9.0软系统方法论不是最优化，而是进行比较，强调找出可行、满意的结果。
系统工程复习资料2
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电，力根通保据过护生管高产线中工敷资艺设料高技试中术卷资，配料不置试仅技卷可术要以是求解指，决机对吊组电顶在气层进设配行备置继进不电行规保空范护载高与中带资负料荷试下卷高问总中题体资，配料而置试且时卷可，调保需控障要试各在验类最；管大对路限设习度备题内进到来行位确调。保整在机使管组其路高在敷中正设资常过料工程试况中卷下，安与要全过加，度强并工看且作护尽下关可都于能可管地以路缩正高小常中故工资障作料高；试中对卷资于连料继接试电管卷保口破护处坏进理范行高围整中，核资或对料者定试对值卷某，弯些审扁异核度常与固高校定中对盒资图位料纸置试，.卷保编工护写况层复进防杂行腐设自跨备动接与处地装理线置，弯高尤曲中其半资要径料避标试免高卷错等调误，试高要方中求案资技，料术编试交写5、卷底重电保。要气护管设设装线备备置敷4高、调动设中电试作技资气高，术料课中并3中试、件资且包卷管中料拒含试路调试绝线验敷试卷动槽方设技作、案技术，管以术来架及避等系免多统不项启必方动要式方高，案中为；资解对料决整试高套卷中启突语动然文过停电程机气中。课高因件中此中资，管料电壁试力薄卷高、电中接气资口设料不备试严进卷等行保问调护题试装，工置合作调理并试利且技用进术管行，线过要敷关求设运电技行力术高保。中护线资装缆料置敷试做设卷到原技准则术确：指灵在导活分。。线对对盒于于处调差，试动当过保不程护同中装电高置压中高回资中路料资交试料叉卷试时技卷，术调应问试采题技用，术金作是属为指隔调发板试电进人机行员一隔，变开需压处要器理在组；事在同前发一掌生线握内槽图部内 纸故，资障强料时电、，回设需路备要须制进同造行时厂外切家部断出电习具源题高高电中中源资资，料料线试试缆卷卷敷试切设验除完报从毕告而，与采要相用进关高行技中检术资查资料和料试检，卷测并主处且要理了保。解护现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
系统工程期末复习课件
③ 整体性：系统是由相互联系的各个部分组成的有机整体。
④ 相关性：（1）各个组成部分是相互联系和制约的，这是系统内部的相关性
（2）要素间的协同作用:系统中某一要素变化，其他要素也要作相应的调整和改变 (3)系统与环境之间也具有相关性
⑤层次性：系统具有层次结构。
即系统由若干个子系统构成，而系统与其它系统可构成更大的系统。
偏 重 社 会 、 较难用数学模型描述，因 用“软方法”求出
机 理 尚 不 清 其加入了人的直觉和判断，可行的满意解，常
楚 的 生 物 型 往往只能用半定量、半定 用德尔菲法、情景
的软S
性或者只能用定性的方法 分析法、切克兰德
来处理问题。
的“调查学习” 法
等。
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15
切克兰德的“调查学习”软方法的核心不是寻求“最优化”，而是“
（3）评价考核的综合性。
一般工程学着眼于技术性能、结构、效率等的合理和优化。而系统工程则是
从总体的最优出发，考虑系统的功能、组织协调、结构、效果等问题。
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第二章 系统工程方法论
1.霍尔“三维结构”（重点掌握）
2.切克兰德“学习调查法”（重点掌握） 3.以上两者之间的联系与区别 4.并行工程的主要思想（展开说哦~~） 5.WSR系统方法论的主要工作步骤 6.钱学森的综合集成工程——模型图——“其实质是….”
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1.霍尔“三维结构”（重点掌握）
➢ 七个阶段和七个步骤 ➢ 三维结构由时间维、逻辑维、知识维组成，如图示：
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10
（1）时间维 系统工程工作从规划到更新的整个过程或寿命周 期，按时间顺序排列，用以表示系统工程的工作阶段和进程。
化工系统工程复习课1-3章
f1 f2 f3 f4 f5 f6
x1 1 0 1 0 1 1 4
x2 1 0 0 1 0 0 2
x3 x4 x5 x6 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 2 1 3 3
3
对本例得到的各方程的输出变量为: f1 ----→ x1 f2 ----→ x3 f3 ----→ x5 f4 ----→ x2 f5 ----→ x4 f6 ----→ x6
• 4 什么是化工过程的系统模拟？能解决哪些问题？如 何建立一个模拟系统？
• 过程系统数学模拟：是指建立过程系统的数学模型或描述模 型并在计算机上加以体现和试验。 – 稳态模型：过程对象主要研究的参数不随时间的变化而变 化，如物料及能量平衡模型，涉及代数方程组，应用广泛。 • 解决的问题：物料衡算；热量衡算；设备尺寸和费用计算； 技术经济评价。 – 动态模型：考虑过程对象主要研究的参数随时间的变化而 变化，反映过程在外部干扰作用下，引起的不稳定过程或 者开、停车过程；或某些间歇操作过程，时间是一个主要 自变量，数学上是常微分方程组问题。
• 1 化工过程系统工程的基本任务和内容是什么？
基本内容：从化工系统的整体目标出发，根据系统内部 各个组成部分的特性及其相互关系，确定化工系统在 规划、设计、控制和管理等方面的最优策略。 • 把系统工程的思想、方法用于解决化工过程系统的设 计、开发、操作、控制等问题。在一定的限制条件下， 根据输入及输出要求，寻求整体性能最优的过程系统。
[3] L2,5,6,7,6-----L1,5,(6,7) L3
顺 1
序
所代表的节点 8
2 3 4
同时求解1,2,3,4 5 同时求解6,7
系统工程导论复习ppt课件
–
说明。 弄清与改善现状有关的各种因素及其相互关系。 用结构模型或语言模型来描述系统的现状。 随着分析的加深，进一步用更合适的模型或方法改 进上述概念模型。 通过比较，找出符合决策者意图的而且可行的改革 途径或方案。 实施提出的改革方案。
处理复杂行为系统的定量方法
1986年1月开始，以钱学森为首的一批系统工程学者在 北京组织了“系统学讨论班” 1989年提出开放复杂巨系统概念以及科学方法论一从 定性到定量综合集成方法(Metasynthesis） 其实质是：专家体系、统计数据和信息资料、计算 机技术三者有机结合，构成一个以人为主的高度智能 化的人机结合系统，通过人机结合方式和人机优势互 补实现综合集成各种知识，从定性到定量的功能。 1992年钱学森提出了从定性到定量综合集成研讨厅体 系(Hall for workshop of Metasynthetic Engineering）
过程系统工程-复习课
切断后不可再分块内的排序
切断的目的是避免联立解整个不可再分块，切断后的迭代解所涉及的变量数仅限
于被切断流股的变量数之和，一次迭代的单元计算次序则取决于切断点的位置。 单元计算的排序方法遵循以下原则：被切断流股视为已知；如果某个单
元的所有输入流股均已知则该单元可以首先计算，并且该单元的所
有输出也被视为已知；然后使用上述原则继续寻找下一个可计算单 元，如此重复直到回到原切断位置。
化工系统工程复习课
名词解释
是非判断
填空题 大 题 六 十 分 夹点描述
系统分解
问题表格
1
基本概念
第一章
过程系统分析、过程系统综合、过程系统优化
第二章
数学模型
过程流程模拟基本任务 信息流图，流股，节点 邻接矩阵 过程系统模拟的基本方法
基本概念
第三章
自由度分析
SN6
对子网络进行热衡算：
Ok=I k-D k
D k=（∑CPC- ∑CPH ）(T k-T k+1)
k=1，（温度间隔为 150～145 ℃)
D 1=（0－2) ×(150－145) = -10
（负赤字表示有剩余热量10kW） I 1 = 0 （无外界输入热量） O1= I 1 － D 1= 0 －(-10) = 10 O1为正值，说明子网络 1(SN1) 有剩余热量供给子网络2(SN2)
拟节点中又识别出一个环路
节点D,E,C,D构成一环路。该拟节点包含4个环路: (B,C,D,B)、（C,E,C)、(C,A,B,C)及（D,E,C,D)。
(
( [A, B,C],D)
( E )
) (
E
( A, B,C,D)
第2讲 过程系统工程
●老厂改造：操作寻优、提高效益
●管理决策：更加科学、全面（优化排产） ●培训与教学：（"在线”的生产培训、事故处理、开停车等不宜在实际 装置上进行的培训工作；计算机辅助过程系统教育软件CAI可用于学校教 学的辅助工具。）
（谁来完成？）
1.8 系统优化的灵敏度分析
●灵敏度：响应的变化除以对应的激励变化称为灵敏度 ●灵敏度分析的必要性
Review of last lecture … …
●系统: 过程系统工程：把系统工程的一套 研究方法、观点、思路应用到过程 （观点、方法、角度……SAEOC) 系统的模拟、评价、优化、合成等 问题上，形成了过程系统工程学。 过程系统工程: 是将化学工程、应用数学、将计算 （内容、作用及沿革） 机软件、过程控制的理论与技术集 ●过程系统工程的有关基本术语 成的学科。 系统/环境/决策变量/状态变量/过程模拟/过程模拟系统……
PRO/II
大型通用流程模拟系统:前身PROCESS (SIMSCI) 。适用于油气加
工、炼油、化工、化学、工程和建筑、聚合物、精细化工、制药等 行业，主要用来模拟设计新工艺、评估改变的装置配置、改进现有
装置、依据环境规则进行评估和证明、消除装置工艺瓶颈、优化和
改进装置产量和效益等。
ECSS
ECSS化工之星。青岛科技大学，国家科技进步二等奖。属信息技术
因模型本身的误差和操作条件波动的原因，“最优”目标会发生变化
“最优” 不优 “设计裕量” （依据？）
●案例： 操作弹性问题、边界利润、载重问题
●化工过程系统灵敏度分析（目标函数O，影响因素Ei，i=1….n）
灵敏度系数:Si=∂O/ ∂Ei ●结论：
灵敏度分析可以确定模型的可靠性、可操作性、安全系数；
《系统工程》课本复习题答案加题库-30页精选文档
《系统工程》复习题答案第一章一、1.系统：系统是由两个以上有机联系、相互作用的要素所构成，具有特定功能、结构和环境的整体。
2.系统工程：用定量与定性相结合的系统思想和方法处理大型复杂系统的问题，无论是系统的设计或组织的建立，还是系统的经营管理，都可以统一的看成是一类工程实践，统称为系统工程。
3.自然系统：自然系统主要指由自然物（动物、植物、矿物、水资源等）所自然形成的系统，像海洋系统、矿藏系统等。
4.人造系统：人造系统是根据特定的目标，通过人的主观努力所建成的系统，如生产系统、管理系统等。
5.实体系统：凡是以矿物、生物、机械和人群等实体为基本要素所组成的系统称之为实体系统。
6.概念系统：凡是由概念、原理、原则、方法、制度、程序等概念性的非物质要素所构成的系统称为概念系统。
二、1.管理系统是一种组织化的复杂系统。
( T )2.大型工程系统和管理系统是两类完全不同的大规模复杂系统。
( F )3.系统的结构主要是按照其功能要求所确定的。
( F )4.层次结构和输入输出结构或两者的结合是描述系统结构的常用方式。
( T)三、简答1.为什么说系统工程时一门新兴的交叉学科？答：系统工程是以研究大规模复杂系统为对象的一门交叉学科。
它是把自然科学和社会科学的某些思想、理论、方法、策略和手段等根据总体协调的需要，有机地联系起来，把人们的生产、科研或经济活动有效地组织起来，应用定量分析和定性分析相结合的方法和电子计算机等技术工具，对系统的构成要素、组织结构、信息交换和反馈控制等功能进行分析、设计、制造和服务，从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目的，以便最充分填发挥人力、物力的潜力，通过各种组织管理技术，使局部和整体之间的关系协调配合，以实现系统的综合最优化。
系统工程在自然科学与社会科学之间架设了一座沟通的桥梁。
现代数学方法和计算机技术，通过系统工程，为社会科学研究增加了极为有用的定量方法、模型方法、模拟实验方法和优化方法。
过程控制工程复习公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件
第14页
安全操作线：工程上，为了安全，将极限线右旋一角度，得安全线，作 为压缩机允许工作界线。
安全操作线表示式 ⒈经验公式
3.0
可用一抛物线方程近似：
P 2
K
Q2 1
P
T
1
1
喘振区
P1
正作用取“－”号；
反作用取“＋”号。
f2
r1 + -
u1 Gc1(S) +
-
Gc2(S) y2
u2 Gv(S) Gm2(S) +
y1 Gm1(S) +
先决定副控制器，后决定主控制器。
f1 Gp2(S)+ c2 Gp1(S)+ c1
Gv为“＋”，Gc2为“＋”，反作用
Gv为“－”，Gc2为“－”，
正作用
第3页
2.1 串级控制系统
2.1.1 基本原理和结构 1、什么是串级控制系统 加热炉温度控制
分析
受控变量: 物料出口温度 To 操纵变量：燃料气流量 Gc
可设计TO与GC单回路PID控制
对象特性： 加热炉内管有数百米长，热容很 大，是典型一阶加纯滞后过程。
当输入改变时，输出要延迟一段时间，且改 变缓慢
1、流量特性（抱负流量特性） 指流过阀流量Q与阀杆行程L之关系
Q f (L)
无因次化后
q f (l)
全开流量
q Q Qmax
l L Lmax
全开流量
第2页
2．分类 线性型 对数型（等百分比型） 快开型 抛物线型 控制器参数整定办法 1、经验法 2、临界百分比度法(Ziegler-Nichols法) 3、衰减振荡法 4、响应曲线法
系统工程复习重点全部
20XX年《系统工程》复习要点1系统概念与系统思想（1）系统基本概念，要素、联系·系统----由两个以上相互联系、相互作用的要素所组成的具有特定结构、功能和环境的整体。
·系统包含：系统要素、系统环境、系统边界、系统输出、系统输入、联系(输入---系统---输出：功能) ( 要素+联系：结构)·要素：系统内部具有一定独立性的“零件”。
最小的基本单元----从研究系统的目的来看不需要再加以分解和追究其内部构造的基本成分。
·联系：是指要素之间的关联。
（2）功能（输入、输出）、结构、环境·系统功能：系统在与外部环境的相互联系、相互作用中表现出来的功效和能力。
系统的功能是系统的各个要素所不具备的。
一个系统的功能就是从外界对系统输入到系统向外界输出的变换。
系统在不同状态有不同功能。
系统与外部环境之间相互联系和作用过程的秩序和能力称为系统的功能。
系统的功能体现了一个系统与外部环境之间的物质、能量和信息的输入与输出的变换关系。
系统功能是系统内部固有能力的外部体现。
·系统结构：系统内各个要素之间的相对稳定的组织和秩序。
系统的结构就是系统保持整体效应及具有一定功能的内在联系，即系统内部各组成要素之间在空间和时间方面的相互联系与相互作用的方式或顺序。
·系统环境：存在于系统周围并与系统有关（有联系）的各种因素的集合。
系统与环境存在互动。
（3）系统的6特点·集合性、相关性、目的性、层次性、整体性、开放性2．系统工程基本概念·系统工程是用来开发、运行、革新一个大规模复杂系统所需思想、程序、方法的总和（或总称）。
在运筹学、系统理论、管理科学等学科基础上形成的一门交叉学科。
（1）系统工程的研究对象大规模复杂系统特点：规模庞大、结构复杂、构成（要素不同质（经常为人-机系统）联系所组成；的结构复杂、动态）、多重目标（追求多目标的优化、各目标间可能存在冲突）、经济性突出（2）系统的思想特点系统理论揭示系统的结构、功能、环境之间的关系问题，系统工程利用系统思想为人类的生存和发展服务。
过程系统工程-1绪论
将系统工程的思想和方法应用于化工过程， 将系统工程的思想和方法应用于化工过程，即 称为化工过程系统工程 称为化工过程系统工程。 化工过程系统工程。
化工过程系统模拟与分析是化工过程系统工程 化工过程系统模拟与分析是化工过程系统工程 的重要组成部分，是其研究的基础与主要内容。 的重要组成部分， 是其研究的基础与主要内容。
系统工程与其它工程学不同，不限于某个领域， 系统工程与其它工程学不同，不限于某个领域，不限 于物质系统，被认为是一种“软科学” 于物质系统，被认为是一种“软科学”。 系统工程作为一门工程技术， 系统工程作为一门工程技术，是在运筹学、控制论、计算
机技术、工程设计、管理科学等学科的基础上发展起来
的。 系统工程对系统整体的协调与优化过程可用图 表示。 系统工程对系统整体的协调与优化过程可用图1.1表示。
首先，新产品、 首先，新产品、新过程的开发加快与工业放大技术落后之 间的矛盾尖锐化，要求将过去的相似模拟（如实验室的试验） 间的矛盾尖锐化，要求将过去的相似模拟（如实验室的试验）、 逐级放大的方法改为通过数学模拟来指导放大与设计， 逐级放大的方法改为通过数学模拟来指导放大与设计，以加快 放大与设计的整个过程，缩短开发周期； 放大与设计的整个过程，缩短开发周期； 现代工业的综合化发展，使流程结构日益复杂， 现代工业的综合化发展，使流程结构日益复杂，在这种综 合企业的合理设计时， 不能把单个装置孤立起来 起来， 合企业的合理设计时，就不能把单个装置孤立起来，而必须要 整个地作为一个系统来进行研究 分析其整体特性； 整个地作为一个系统来进行研究，分析其整体特性；装置规模 作为一个系统来进行研究， 的日益大型化对设计提出了更高的要求， 的日益大型化对设计提出了更高的要求，即要求做到大型系统 的整体最优化设计，这样可大幅度节省投资费用和操作费用。 的整体最优化设计，这样可大幅度节省投资费用和操作费用。
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最大回收热负荷？
化工系统工程复习课
名词解释
是非判断
填空题 大 题 六 十 分 夹点描述
系统分解
问题表格
1
基本概念
第一章
过程系统分析、过程系统综合、过程系统优化
第二章
数学模型
过程流程模拟基本任务 信息流图，流股，节点 邻接矩阵 过程系统模拟的基本方法
基本概念
第三章
自由度分析
物流标号 H1 H2 C1 C2
热容流率CP / ( kW/℃ ) 2.0 8.0 2.5 3.0
初始温度Ts /℃ 150 90 20 25
终了温度Tt /℃ 60 60 125 100
热负荷Q / kW 180.0 240.0 262.5 225.0
子网络的分割，问题表格(1)：
做法：
表 5-3 子网络序号 k SN1 SN2 SN3 SN4 SN5 问题表格(1) 冷物流及其温度 C1 C2 /℃ 125 100 70 40 25 20 H1 150 145 120 90 60 △Tmin = 20 ℃ 热物流及其温度 H2 /℃
A,（B,C,D）
A,(B,C,D)
B,C,D,E为拟节点，该节点包含两个环路:(B,C,D,B)及(C,E,C)
( E )
（3）C开始
合并A,B,C,D,E
A,(B,C,D),A E
节点C,A,B,C构成一环路,合并A,B,C,D,E为拟节点,该节点 包含3个环路:(B,C,D,B)、（C,E,C)及(C,A,B,C)。 （4）D开始 ( [A,B,C],D),E,C,D
SN6
对子网络进行热衡算：
Ok=I k-D k
D k=（∑CPC- ∑CPH ）(T k-T k+1)
k=1，（温度间隔为 150～145 ℃)
D 1=（0－2) ×(150－145) = -10
（负赤字表示有剩余热量10kW） I 1 = 0 （无外界输入热量） O1= I 1 － D 1= 0 －(-10) = 10 O1为正值，说明子网络 1(SN1) 有剩余热量供给子网络2(SN2)
过程系统自由度、独立流股自由度
化工过程系统分解
系统的分隔 系统的断裂 独立子系统、断裂族、最大循环网、有效断裂组、步长
基本概念
第五章
在T-H图上描述夹点
问题表格法
夹点的意义
总组合曲线的定义 多夹点问题，夹点区间特点 门槛问题
单元串搜索法
3.3.3 对不相关子系统的分隔
计算顺序： H，(A,B,C,D,E)，(F,G)，I
无多余切断 计算排序
无多余切断
用于切断计算的扩展环路矩阵
S13 S12 S23 S82 S39 S98
1
S81
2 8
3
S9,10
9
S10,9
10
不可再分块 P1
r——相应流股在环路中出现的频率（次数） q ——流股状态的标记， q=1，-1，0分别表示该流股己被 切断、该流股处于初始状态、该流股与己切断流股处于同 一环路。
剩余热量（即需要子网络3向子网络2供给热量，但这是不可能的）。
k=6，（温度间隔为25～20 ℃)
D 6= 2.5 ×( 25－20) = 12.5
（正号表示有热量赤字12.5kW）
I 6 = O5 = －55
子网络5 (SN5)无剩余热量供给了子网络6 (SN6) 。 O6 = I 6 － D6 =－55 － 12.5 = －67.5 O6为负值，说明子网络6(SN6) 热量不够，无法达到规定的 传热要求。
S13 S34
1
S81
S12
2 8
S23 S82 S39 S98
3
S9,10
S39, S10,9 10
S10,9
9
8 10
1
2 S10,9
3
S39
9
不可再分块 P1
不可再分块P1的计算次序
夹点在T-H图上的描述
夹点在T-H图上的描述
冷端
夹点
两曲线的垂直距离＝ΔTmin
热端
最小允许传热温差ΔTmin
F,G,F构成一环路，合并成另一节点。 （6）G开始 (A,B,C,D,E),(F,G),I 单元I只有系统输出流股，没有输出到系统内其他单元的流 股，由A开始的搜索结束。 （7）H（没有从系统中返回的输入流股）开始 H搜索到B，B的流股已经搜索过。没有从系统中返回的输入流 股，H不在任何环路中，可 最先计算。
T1 O1 Tk T k+1 Ok I1 D1
Ikቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
I k+1
Dk D k+1
Ok+1
IK
DK Ok
例 5-2 一过程系统含有的工艺物流为2个热物流及2个冷物流，给
定的数据列于表 5-2 中，并选热、冷物流间最小允许传热 温差△Tmin = 20 ℃ , 试确定该过程系统的夹点位置。 表5-2 例5-2的物流数据
凡是等于P点温度的热流体部位和等于Q点温度的冷流体部位都是夹
点。热流体的夹点温度与冷流体的夹点温度相差ΔTmin。
夹点描述所得信息： （1）过程系统的最小传热温差，夹点部位的传热温差最小； （2）最小的公用工程加热负荷QH ,min ； （3）最小的公用工程冷却负荷QC, min ； （4）系统最大的热回收量QR,max ； （5）夹点将系统分为热端和冷端，热端在夹点温度以上，只需 要公用工程加热（热阱）; （6）冷端在夹点温度以下，只需要冷公用工程冷却(热源)。 夹点温度差的影响： ΔT min大，QH, min、QC ,min 增大，QR,max减小
在不相关子系统中识别出不可再分隔的子系统，即循环回路及 最大循环网，并用拟节点表示，然后按信息流方向排出有利的 计算顺序。 A C B E B D A C D F E
1. Sargent 和 Westerberg 的单元串搜索法
（1）A(有系统输入)开始 合并B,C,D A,B,C,D,B B,C,D为一拟节点。 （2）C开始 A,(B,C,D),E,C 合并B,C,D,E
不同温差的影响
问题表格法
5.1.4 用问题表格法确定夹点
热级联： 每个单元都是相似的传热过程组成的 串级结构。每一级相当于一个子网络 热级联－ 虚拟的结构，同一温位的物流 集中于同一级。 第 k 级的热平衡 (k =1、2、3、4、…..K) 输出 = 输入- 赤字 Ok=I k-D k D k=（∑CPC- ∑CPH ）(T k-T k+1)
切断后不可再分块内的排序
切断的目的是避免联立解整个不可再分块，切断后的迭代解所涉及的变量数仅限
于被切断流股的变量数之和，一次迭代的单元计算次序则取决于切断点的位置。 单元计算的排序方法遵循以下原则：被切断流股视为已知；如果某个单
元的所有输入流股均已知则该单元可以首先计算，并且该单元的所
有输出也被视为已知；然后使用上述原则继续寻找下一个可计算单 元，如此重复直到回到原切断位置。
k =2，（温度间隔为 145～120 ℃)
D 2=（2.5－2) ×(145－120) = 12.5
（正号表示有热量赤字12.5kW）
I 2 = O1 = 10
子网络1 (SN1)的剩余热量供给了子网络2 (SN2) 。
O2 = I 2 － D 2= 10 － 12.5 = －2.5
O2为负值，说明子网络 2(SN2) 只能向子网络3(SN3)提供负的
拟节点中又识别出一个环路
节点D,E,C,D构成一环路。该拟节点包含4个环路: (B,C,D,B)、（C,E,C)、(C,A,B,C)及（D,E,C,D)。
(
( [A, B,C],D)
( E )
) (
E
( A, B,C,D)
(
E
)
)
（5）E开始 （A,B,C,D,E),F,G,F
合并F,G
(A,B,C,D,E),(F,G)