过程系统控制绪论.pptx

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1、30三月20231第1页/共19页30三月20232 教学内容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第2页/共19页30三月20233 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 2 2、过程系统：、过程系统：过过程程单单元元按按照照一一

2、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程单单元元，例例如如，分分离离过过程程单单元元、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。过程系统概念过程系统概念第3页/共19页30三月20234 过程系统概念过程系统概念过程系统图图0-1 0-1

3、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消耗和能量消耗。第4页/共19页30三月20235 过程系统概念过程系统概念化工生产过程 化化工工生生产产过过程程是是以以天天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、产品分离。的

4、过程。通常包括三个部分：原料制备、化学反应、产品分离。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0-2 化工生产过程的简要示意 显显然然，化化工工生生产产过过程程的的核核心心是是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）。第5页/共19页30三月20236 过程系统概念过程系统概念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）安全生产。）安全生产。（2 2）单位产品的原材料和

5、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，特别是废物最好不要产生，防止对环境的污染。）副产品，特别是废物最好不要产生，防止对环境的污染。（4 4）生产设备的利用率要高。）生产设备的利用率要高。如何做到这一点？如何做到这一点？工程上是通过工程上是通过工业过程控制系统工业过程控制系统来操作和控制实际的工业生产过程。来操作和控制实际的工业生产过程。第6页/共19页30三月20237 过程系统概念过程系统概念工业生产过程的要求 工业生产过程控制的任务：工业生产过程控制的任务：返回 根根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，采采用用测测量量仪仪表表和和计计算算

6、机机等等自自动动化化工工具具，应应用用控控制制理理论论，设设计计工工业业生生产产过过程程控控制制系系统统，实实现现工工业业生生产产过过程程自动化。自动化。图0-3 工业生产过程控制 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非非常常复复杂杂，因因此此，在在设设计计工工业业生生产产过过程程控控制制系系统统时时，必必须须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控制系统的首要条件。控制系统的首要条件。第7页/共19页3

7、0三月20238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 课程研究内容及方法课程研究内容及方法第8页/共19页30三月20239 课程研究内容及方法课程研究内容及方法研究内容 1 1、动量传递过程（单相或多相流动）、动量传递过程（单相或多相流动）-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 -质量传递理论（浓度）质量传递理论（浓度）

8、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：吸收、精馏、萃取、吸附、膜分离等。、物质传递过程：吸收、精馏、萃取、吸附、膜分离等。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。第9页/共19页30三月202310 课程研究内容及方法课程研究内容及方法研究方法 实实验验研研究究法法（经经验验方方法法）：用用量量纲纲分分析析和和相相似似理理论

9、论为为指指导导，依依靠靠实实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（半半理理论论半半经经验验方方法法）：对对实实际际过过程程进进行行深深入入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。通过实验确定模型参数。数学描述，得出数学模型。通过实验确定模型参数。第10页/共19页30三月2023 课程研究内容及方法课程研究内容及方法结 论 过程系统工程原理过程系统工程原理课程培养目标

10、：课程培养目标：单单元元操操作作和和设设备备选选择择能能力力。根根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。工工程程设设计计能能力力。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情况下，如何组织实验以取得必要的设计数据。据的情况下，如何组织实验以取得必要的设计数据。操操作作和和调调节节生生产产过过程程的的能能力力。学学习习如如何何操操作作和和调调节节生生产产过过程程。在操作发生故障时如何寻找故障的缘由，了解优化生产过程的途径。在操作发生故障时

11、如何寻找故障的缘由，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研研究究的的能能力力。学学习习如如何何根根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。11返回第11页/共19页30三月202312 课程教学内容及要求课程教学内容及要求教学内容 第一章 流体流动 第二章 流体输送设备 第三章 传 热 第五章 吸 收 第六章 蒸 馏 第七章 气液传质设备 第八章 其它传递过程 第四章 传热设备 第12页/共19页30三月202313 课程教学内容及要求课程教学

12、内容及要求教学内容 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原原因因：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

13、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，国国际际上上采采用用统统一一的的国国际际单单位位（SISI），我我国国采采用用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）第13页/共19页30三月202314 课程教学内容及要求课程教学内容及要求教学内容 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。为为了了方方便便，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

14、作为为基基本本量量，其其他他量量则则根根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。第14页/共19页30三月202315 课程教学内容及要求课程教学内容及要求教学内容 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

15、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。第15页/共19页30三月202316 课程教学内容及要求课程教学内容及要求教学内容 （2

16、2）能量衡算）能量衡算 目的：为了搞清生产过程中能源的使用与损耗关系。目的：为了搞清生产过程中能源的使用与损耗关系。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：Q Qi i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；Q Qo o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；Q QL L向系统周围散失的热量，向系统周围散失的热量，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。

17、以相互转换。第16页/共19页30三月202317 课程教学内容及要求课程教学内容及要求教学要求 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知知识识，不不如如传传授授给给人人学学习习知知识识的的方方法法。道道理理其其实实很很简简单单，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，却却不不能能解解长长久久之之饥饥，如如果果想想永永远远有有鱼鱼吃吃，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

18、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知识不会应用的人。不会自学和学了知识不会应用的人。方法为主，知识为辅。方法为主，知识为辅。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。”教教育育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。第17页/共19页30三月202318 课程教学内容及要求课程教学内容及要求教学要求返回 2 2、教学考核、教学考核 平时成绩：包括出勤

19、（平时成绩：包括出勤（70%70%）+作业（作业（30%30%）实验成绩：包括实验出勤（实验成绩：包括实验出勤（30%30%）+实验报告（实验报告（70%70%）。）。总成绩总成绩 =平时成绩（平时成绩（20%20%）+实验成绩（实验成绩（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）简单计算题：简单计算题：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单的计算。对工程问题能进行简单的计算。第18页/共19页30 三月 2023感谢您的观看！第19页/共19页