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1、过程系统工程原理绪 论15 四月 2023Process System Engineering Principle215 四月 2023Process System Engineering Principle3 教学内容过程系统基本概念过程系统基本概念课程研究内容及方法课程研究内容及方法课程教学内容及要求课程教学内容及要求15 四月 2023Process System Engineering Principle4 1 1、过程：、过程：过程一词的哲学意义：过程一词的哲学意义：客观事物从一种状态到另一种状态的转移。客观事物从一种状态到另一种状态的转移。过过程程单单元元间间是是通通过过物物料料流
2、流和和能能量量流流相相互互联联结结的的。物物料料流流借借助助于于管管线线、输送带传送；能量流包括热流和功流。输送带传送；能量流包括热流和功流。过程系统过程系统 2 2、过程系统：、过程系统：过过程程单单元元依依据据确确定定的的方方式式相相互互联联结结在在一一起起形形成成的的网网络络称称作作过过程程系系统统。例例如如化化工工过过程程系系统统、石石油油加加工工过过程程系系统统、医医药药生生产产过过程程系系统统、冶冶金金过过程程系统等等。系统等等。过过程程一一词词的的工工业业意意义义：对对原原料料进进行行物物理理的的或或化化学学的的加加工工处处理理称称作作过过程程。特特定定的的过过程程称称作作过过程
3、程单单元元，例例如如，分分别别过过程程单单元元、反反应应过过程程单单元元、换热过程单元等。换热过程单元等。过程系统概念15 四月 2023Process System Engineering Principle5 过程系统概念过程系统过程系统图图0-1 0-1 过程系统过程系统 由图由图0-10-1可知：过程系统又可定义为：可知：过程系统又可定义为：过程系统过程系统 过程单元过程单元 十十 单元间联结关系单元间联结关系 因因此此，在在过过程程单单元元间间之之间间进进行行计计算算，主主要要进进行行的的是是物物料料衡衡算算和和能能量量衡算，衡算，从而确定系统的物料消耗和能量消耗。从而确定系统的物料
4、消耗和能量消耗。15 四月 2023Process System Engineering Principle6 过程系统概念化工生产过程化工生产过程 化化工工生生产产过过程程是是以以自自然然物物料料为为原原料料，经经过过物物理理或或化化学学加加工工制制成成产产品品的过程。通常包括三个部分：原料制备、化学反应、产品分别。的过程。通常包括三个部分：原料制备、化学反应、产品分别。例如：乙炔法制取聚氯乙烯塑料的生产过程如图例如：乙炔法制取聚氯乙烯塑料的生产过程如图0-20-2所示。所示。图图0-2 0-2 化工生产过程的简要示意化工生产过程的简要示意 明明显显，化化工工生生产产过过程程的的核核心心是是
5、化化学学反反应应过过程程及及其其设设备备反反应应器器。其次是原料和产品的前处理、后处理过程（一般是物理过程）。其次是原料和产品的前处理、后处理过程（一般是物理过程）。15 四月 2023Process System Engineering Principle7 过程系统概念工业生产过程的要求工业生产过程的要求 工业生产过程的基本要求：工业生产过程的基本要求：（1 1）平安生产。）平安生产。（2 2）单位产品的原材料和能源消耗尽量少。）单位产品的原材料和能源消耗尽量少。（3 3）副产品，特殊是废物最好不要产生，防止对环境的污染。）副产品，特殊是废物最好不要产生，防止对环境的污染。（4 4）生产设
6、备的利用率要高。）生产设备的利用率要高。如何做到这一点？如何做到这一点？工程上是通过工业过程限制系统来操作和限制实际的工业生产过程。工程上是通过工业过程限制系统来操作和限制实际的工业生产过程。15 四月 2023Process System Engineering Principle8 过程系统概念工业生产过程的要求工业生产过程的要求 工业生产过程限制的任务：工业生产过程限制的任务：返返回回 依依据据不不同同的的工工业业生生产产过过程程和和特特点点，接接受受测测量量仪仪表表和和计计算算机机等等自自动动化化工工具具，应应用用限限制制理理论论，设设计计工工业业生生产产过过程程限限制制系系统统，实实
7、现现工工业业生生产产过过程程自动化。自动化。图图0-3 0-3 工业生产过程控制工业生产过程控制 与其它学科的关系与其它学科的关系 由由于于工工业业生生产产过过程程多多种种多多样样而而且且特特别别困困难难，因因此此，在在设设计计工工业业生生产产过过程程限限制制系系统统时时，必必需需花花大大量量的的时时间间和和精精力力了了解解该该工工业业生生产产过过程程的的基基本本原原理理、操操作作过过程程和和过过程程特特性性，这这是是设设计计和和实实现现一一个个工工业业生生产产过过程程限制系统的首要条件。限制系统的首要条件。15 四月 2023Process System Engineering Princi
8、ple9单元操作单元操作 在在各各过过程程系系统统中中，原原料料和和产产品品的的前前处处理理、后后处处理理过过程程可可归归纳纳为为一一系系列的单元操作。列的单元操作。表表0 01 1 常常用用的的单单元元操操作作 课程探讨内容及方法15 四月 2023Process System Engineering Principle10 课程探讨内容及方法探讨内容探讨内容 1 1、动量传递过程（单相或多相流淌）、动量传递过程（单相或多相流淌）-动量传递理论（速度）动量传递理论（速度）2 2、热量传递过程、热量传递过程 -热量传递理论（温度）热量传递理论（温度）3 3、物质传递过程、物质传递过程 -质量传
9、递理论（浓度）质量传递理论（浓度）基础理论：基础理论：1 1、动量传递过程：流体输送、沉降、过滤、搅拌等；、动量传递过程：流体输送、沉降、过滤、搅拌等；2 2、热量传递过程：加热、冷却、冷凝和蒸发等；、热量传递过程：加热、冷却、冷凝和蒸发等；3 3、物质传递过程：吸取、精馏、萃取、吸附、膜分别等。、物质传递过程：吸取、精馏、萃取、吸附、膜分别等。单元操作：单元操作：4 4、热、物同时传递过程：增湿与减湿、结晶、干燥等。、热、物同时传递过程：增湿与减湿、结晶、干燥等。15 四月 2023Process System Engineering Principle11 课程探讨内容及方法探讨方法探讨方
10、法 试试验验探探讨讨法法（阅阅历历方方法法）：用用量量纲纲分分析析和和相相像像理理论论为为指指导导，依依靠靠试试验验来来确确定定过过程程变变量量之之间间的的关关系系，通通常常用用无无量量纲纲数数群群（或或称称准准数数）构构成的关系来表达。成的关系来表达。数数学学模模型型法法（半半理理论论半半阅阅历历方方法法）：对对实实际际过过程程进进行行深深化化的的机机理理分分析析，抓抓住住过过程程本本质质，进进行行合合理理假假设设（简简化化），建建立立物物理理模模型型，进进行行数学描述，得出数学模型。通过试验确定模型参数。数学描述，得出数学模型。通过试验确定模型参数。15 四月 2023Process Sy
11、stem Engineering Principle 课程探讨内容及方法结结 论论 过程系统工程原理课程培育目标：过程系统工程原理课程培育目标：单单元元操操作作和和设设备备选选择择实实力力。依依据据工工艺艺生生产产要要求求和和物物系系特特征征，合合理选择单元操作和设备，从而经济而有效地满足工艺要求。理选择单元操作和设备，从而经济而有效地满足工艺要求。工工程程设设计计实实力力。学学习习进进行行过过程程的的计计算算和和设设备备的的设设计计。在在缺缺乏乏数数据的状况下，如何组织试验以取得必要的设计数据。据的状况下，如何组织试验以取得必要的设计数据。操操作作和和调调整整生生产产过过程程的的实实力力。学
12、学习习如如何何操操作作和和调调整整生生产产过过程程。在操作发生故障时如何找寻故障的缘由，了解优化生产过程的途径。在操作发生故障时如何找寻故障的缘由，了解优化生产过程的途径。装装置置开开发发或或科科学学探探讨讨的的实实力力。学学习习如如何何依依据据物物理理或或物物理理化化学学原原理理而而开开发发单单元元操操作作，进进而而组组织织一一个个生生产产工工艺艺过过程程。将将可可能能变变为为现现实实实实现现工程目的。工程目的。12返返回回15 四月 2023Process System Engineering Principle13 课程教学内容及要求教学内容教学内容 第一章第一章 流体流淌流体流淌 其次
13、章其次章 流体输送设备流体输送设备 第三章第三章 传传 热热 第五章第五章 吸吸 收收 第六章第六章 蒸蒸 馏馏 第七章第七章 气液传质设备气液传质设备 第八章第八章 其它传递过程其它传递过程 第四章第四章 传热设备传热设备 15 四月 2023Process System Engineering Principle14 课程教学内容及要求教学内容教学内容 贯穿整个教学过程的两个重要内容：贯穿整个教学过程的两个重要内容：1 1、单位制和单位换算、单位制和单位换算 单单位位换换算算：是是指指同同一一性性质质的的不不同同单单位位之之间间的的数数值值换换算算。常常用用的的单单位位换换算算有有长长度度
14、单单位位换换算算、重重量量单单位位换换算算、压压力力单单位位换换算算、面面积积单单位位换换算算、电容单位换算等。电容单位换算等。在国际单位制中，将单位分成两类：基本单位、导出单位。在国际单位制中，将单位分成两类：基本单位、导出单位。单单位位换换算算的的缘缘由由：由由于于历历史史、地地区区及及各各个个学学科科的的不不同同要要求求，对对基基本本量及其单位的选择有所不同，因而产生了多种不同的单位制度。量及其单位的选择有所不同，因而产生了多种不同的单位制度。目目前前，国国际际上上接接受受统统一一的的国国际际单单位位（SISI），我我国国接接受受中中华华人人民民共共和和国法定计量单位。（各种单位制度及换
15、算方法参见各种手册）国法定计量单位。（各种单位制度及换算方法参见各种手册）15 四月 2023Process System Engineering Principle15 课程教学内容及要求教学内容教学内容 各各种种物物理理量量通通过过描描述述自自然然规规律律的的方方程程及及其其定定义义而而彼彼此此相相互互联联系系。为为了了便便利利，选选取取一一组组相相互互独独立立的的物物理理量量，作作为为基基本本量量，其其他他量量则则依依据据基基本本量和有关方程来表示，称为导出量。量和有关方程来表示，称为导出量。基基本本单单位位是是：长长度度（米米）、质质量量（千千克克）、时时间间（秒秒）、电电流流（安安培
16、培）、热热力力学学温温度度（开开尔尔文文）、物物质质的的量量（摩摩尔尔）和和发发光光强强度度（坎坎德德拉拉）。基本单位在量纲上彼此独立。基本单位在量纲上彼此独立。单位换算举例：温度。单位换算举例：温度。15 四月 2023Process System Engineering Principle16 课程教学内容及要求教学内容教学内容 过程系统的计算可分为过程系统的计算可分为设计型计算设计型计算和和操作型计算操作型计算。2 2、物料衡算和能量衡算、物料衡算和能量衡算 计算的基础是：质量守恒、能量守恒、平衡关系和速率关系。计算的基础是：质量守恒、能量守恒、平衡关系和速率关系。（1 1）物料衡算）物
17、料衡算 目的：为了搞清生产过程中原料、产品及损失之间的数量关系。目的：为了搞清生产过程中原料、产品及损失之间的数量关系。物料衡算是质量守恒定律的一种表现形式，即：物料衡算是质量守恒定律的一种表现形式，即：式中：式中：G Gi i输入物料的总和；输入物料的总和；G Go o输出物料的总和；输出物料的总和；G GA A累计的物料量。累计的物料量。15 四月 2023Process System Engineering Principle17 课程教学内容及要求教学内容教学内容 （2 2）能量衡算）能量衡算 目的：为了搞清生产过程中能源的运用与损耗关系。目的：为了搞清生产过程中能源的运用与损耗关系。
18、能量衡算的依据是能量守恒定律。例如，对热量衡算可以写成：能量衡算的依据是能量守恒定律。例如，对热量衡算可以写成：式中：式中：QiQi随物料进入系统的总热量，随物料进入系统的总热量，kJkJ或或kWkW；Qo Qo随物料离开系统的总热量，随物料离开系统的总热量，kJkJ或或kWkW；QL QL向系统四周散失的热量，向系统四周散失的热量，kJkJ或或kWkW。机机械械能能、热热量量、电电能能、化化学学能能、原原子子能能等等统统称称能能量量。各各种种能能量量间间可可以相互转换。以相互转换。15 四月 2023Process System Engineering Principle18 课程教学内容及
19、要求教学要求教学要求 1 1、教学观点与重心：、教学观点与重心：古古人人云云：“授授人人以以鱼鱼，不不如如授授人人以以渔渔”，说说的的是是传传授授给给人人既既有有的的学学问问，不不如如传传授授给给人人学学习习学学问问的的方方法法。道道理理其其实实很很简简洁洁，鱼鱼是是目目的的，钓钓鱼鱼是是手手段段，一一条条鱼鱼能能解解一一时时之之饥饥，却却不不能能解解许许久久之之饥饥，假假如如想想恒恒久久有有鱼鱼吃吃，那就要学会钓鱼的方法。那就要学会钓鱼的方法。联联合合国国教教科科文文组组织织曾曾谈谈到到：今今后后的的文文盲盲将将不不再再是是不不识识字字的的人人，而而是是不会自学和学了学问不会应用的人。不会自
20、学和学了学问不会应用的人。方法为主，学问为辅。方法为主，学问为辅。进进一一步步说说明明，“授授人人以以鱼鱼，不不如如授授人人以以渔渔；授授人人以以渔渔，不不如如授授人人以以欲欲。”教教化化的的最最高高的的境境界界应应当当是是超超越越方方法法论论，应应当当是是授授人人以以欲欲。激激发发学学生上进的欲望，让学生通过学习树立起自己的人生目标。生上进的欲望，让学生通过学习树立起自己的人生目标。15 四月 2023Process System Engineering Principle19 课程教学内容及要求教学要求教学要求返返回回 2 2、教学考核、教学考核 平常成果：包括出勤（平常成果：包括出勤（7
21、0%70%）+作业（作业（30%30%）试验成果：包括试验出勤（试验成果：包括试验出勤（30%30%）+试验报告（试验报告（70%70%）。）。总成果总成果=平常成果（平常成果（20%20%）+试验成果（试验成果（10%10%）+期末考试（期末考试（70%70%）期末考试：笔试（闭卷）期末考试：笔试（闭卷）100%100%。笔试题目题型：（笔试题目题型：（1 1）简答题：）简答题：1010题，每题题，每题5 5分，共分，共5050分。分。（2 2）简洁计算题：）简洁计算题：5 5题，每题题，每题6 6分，共分，共3030分。分。（3 3）综合计算题：）综合计算题：2 2题，每题题，每题1010分，共分，共2020分。分。笔试考试目标：（笔试考试目标：（1 1）对所学课程基本概念的理解和运用；）对所学课程基本概念的理解和运用；（2 2）对工程问题能进行简洁的计算。）对工程问题能进行简洁的计算。