过程系统工程-华南理工大学

Chemical Sciences in the 21th Century, NRC Report, 2001. • Grossmann and Westerberg, Research Challenges in PSE. AIChE J., 2000. • Edgar & Reklaitis, Vision 2020, Computational need of the CPI, 4 NRC Report, 1999.
2006年全国过程系统工程年会 钱 宇,华南理工大学: 产品设计和开发为导向的化工过程系统集成
2006.11.天津
简历： 早年毕业于清华大学，获学士、硕士、博士学位。 曾任清华大学讲师、挪威工业大学博士后研究员、 加拿大不列颠哥伦比亚大学副研究员、美国俄亥俄州立大学客座教授。 现任华南理工大学化工学院教授，珠江学者特聘教授。 国家杰出青年基金获得者。
过程动态仿真 实际生产系统 17
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Vacuum pump
0
distillation
pipeline
Signal wire
Computer control & data interface feedstock & dosing heating & cooling reactors & crystalization heat exchangers centrifuge
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Mini-Plant的组成
1、系列反应器 支持不同类型化学反应合成的研究开发； 2、系列分离设备 支持高纯精细分离、浓缩、干燥、造粒、涂 覆、 包裹等新分离技术； 3、传感器数据采集和控制系统系列 支持间歇反应和分离的动态优化控制的研究。
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Mini-Plant
partial & total condensors
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Kilo-Plant: 化学产品研究开发的公斤级工厂装置
自行设计、国际招标、德国制造；2005 年投入运行。
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Kilo-Plant的物理结构
通过计算机系统、网络和数据库，收集、分析、共享过程信息。通过与预 测模型的比较，分析运行效果, 优化产品设计和过程开发。
video camera
52’ plasma display panel
化学供应链
分子设计
产品合成 流程设计 设备设计 控制方案 生产运行 流通消费
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产品设计和过程开发的若干个阶段， 周期较长：
产品性能分析； 产品结构和组成的设计； 实验室小剂量试验； 中试生产； 批量生产； 商业化生产。
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Kilo-Lab 和 Mini-Plant
精细化学品和专用化学品产量不大，但附加值高， 产量有些以公斤为数量级，而所涉及的生产流程较 为复杂。 公斤级实验室(Kilo-lab)的概念由此提出。由一系 列各具功能的单元装置组成，既可以研究过程放大 问题，又可以小批量生产。又被称为Mini-plant。
实际 过程系统
系统模拟
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CIPOS系统集成实验平台结构框架
G2 Aspen plus GAMS Matlab
过程运行系统集成
局域网
横河 CS1000组态软件
工程师站
横河 CS1000 现场控制单元
集散控制单元DCS
Visual Basic + Simulink Aspen Dynamic
数据采集卡
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2006年全国过程系统工程年会
2006.11.天津
产品设计和开发为导向的 化工过程系统集成
钱 宇 华南理工大学
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过程系统工程面临的挑战
过程系统工程在大规模连续过程系统的模型、设计和优化方 面，已基本成熟。在当今竞争激烈的市场环境中，尤其对具有高附 加值的精细化学品和专用化学品，从产品创新、过程研发、到商业 性生产，需要快速响应市场需求。 • 从连续变量优化发展为方案规划和决策 (NLP －> MINLP)； • 产品生命周期短，细化设计分类产品； • 产品价格不仅取决于产品纯度，也取决于客户需求的产品性能； • 精细化学品规模不大，往往是间歇生产，根据产品配方对设备进 行重组和排产；柔性/敏捷生产。
Switch
光纤通讯 校园网络
Switch
Server
workstation Control PC Database Server
公斤工厂装置
系统集成中心
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过程运行集成系统平台
故障诊断 故障诊断 G2 G2 过程模拟和优化 过程模拟和优化 Aspen Aspen plus，Pro/II plus，Pro/II
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Case experiment：NExOCTANE Dimerization
芬兰Fortum油气公司专利技术：异丁烯二聚反应生产异辛烷
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• Equipments in the mini plant
– Reactors – Separation unites – Recycles – Pumps – Piping – Automation
…
生产调度和规划 生产调度和规划 GAMS GAMS
高端分析应用： 故障诊断、排产 调度、在线优化 、稳态模拟等
Fra Baidu bibliotek
数据校正 数据校正 DataCON DataCON
数据采集与校正
数据采集、过程监控 数据采集、过程监控
过程监控
集散控制系统 集散控制系统（ （DCS DCS） ）
实验室 化工过程装置
过程系统仿真器 过程系统仿真器 Aspen Aspen Dynamic Dynamic
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过程系统工程研究的发展趋向
将分子或微观水平上的基础科学发现和工业制造及生
产规划的策略相结合。 研究在多种目标制约下的化学产品的发现、设计、制 造、以及配送。 研究改进化学供应链的产生和操作的决策过程。
• Grossmann, Process System Engineering: Challenges for the
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我们建设 Kilo-Plant 的思路：
支持精细化学品和专用化学品的设计、流程合成、 装备集成、操作方案设计、装备运行、测量传感、实时 数据采集、安全监控，产品质量控制的产品工程综合试 验平台。 可根据产品对象灵活地组成不同的、独立完整的小 型装置，研究同一原料系列通过不同的工艺操作产生不 同的产品系列的产品制导技术。迅速发现和解决产品开 发和制造过程中的技术问题，缩短研发周期。