过程工程

（英語：）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（modeling），（simulation）和优化（optimization），基于的系统方法应用称为“系统工程”（process systems engineering）。

简介

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，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（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。

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

过程系统工程包含的重要技术领域：[1]

  • 过程设计：能量回收网的综合、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（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

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年在亨尼克召开的Foundations of Computer-Aided Process Design (FOCAPD) conference是该领域第一个定期会议。

参见

参考文献
  1. Research Challenges in Process Systems Engineering （页面存档备份，存于） by Ignacio E. Grossmann and Arthur W. Westerberg, Department of Chemical Engineering at Carnegie Mellon University in Pittsburgh, PA

外部链接


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