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关键词： 同频共振   化工学院   青岛科技大学   颁奖台   现实应用   过程优化   过程强化   化工系统工程  

摘要： 志不求易者成,事不避难者进。十余年孜孜以求,为了让实验中的一个个数字折射为更蓝的天空、更清的河湖、更强的绿色发展动力,青岛科技大学化工学院教授崔培哲长期从事化工系统工程、清洁化工过程及特殊精馏过程强化等方面研究,目前已在模型预测、分子模拟、过程优化及工业实践方面有了一定的研究基础,取得了一系列创新成果。而作为新时代背景下的新一代科技“接力者”,崔培哲却将谦逊贯穿始终,“无论取得多少成果,都是我所在团队集体智慧的结晶”。从踏入化工领域的第一天起,他就深谙“化工的赛场是现实应用而非颁奖台”的道理,也由此才能发出“激昂的青春只有与时代同频共振,才能绽放光彩”的疾呼。

关键词： 化工系统工程   教学内容   教学改革  

摘要： 针对化工系统工程的复杂性特点,将课程的主要教学内容梳理为三个主线:“三传一反”(质量、动量、能量的传递和化学反应);“三流一态”(质量流、能量流、信息流和最优态);“三化一效”(数字化、信息化、智能化和高效)。在教学实践中,从分子、设备和流程层次重点讲授这三条主线的物理意义及其相互关系,取得了良好的教学效果。

关键词： 化工系统工程   氢网络集成   压缩机类型   多级压缩   混合整数非线性规划模型  

摘要： 随着原油劣质化趋势加重,炼厂的氢气(H_(2))需求日益增加,通过氢网络集成提高氢气的利用效率变得至关重要。压缩机费用是炼厂氢网络中除新氢外的第二大费用,往复式压缩机和离心式压缩机被广泛用于氢气输送网络。该文提出了一种考虑多级离心式压缩机和多级往复式压缩机选型的超结构,约束条件包括压缩机的流量和出口压力;基于此超结构建立了一个混合整数非线性规划模型,以最小总年化成本为目标函数,其中综合考虑了新氢的成本、压缩机的投资费用和操作费用;并通过案例分析证明了模型的实用性。

关键词： 思想政治理论课教学   最优化问题   化工系统工程   可行域   变量取值范围   临界值   决策值   阈值  

摘要： “阈”是指门槛、国门,引申为界限或范围。“阈值”又叫临界值,是指事物发生质变的点。在化工系统工程中用阈值来计算最优化问题。人为主观地制定一个决策往往是不合理的,随意确定一个决策值亦往往不能求得最优值。因此在计算时要对独立变量取值范围赋予一定的数学限制,所有满足这些限制(阈值)的点构成最优化问题的可行域[1]。

关键词： 化工系统工程   工况迁移   动态优化   反馈控制   复频域模型  

摘要： 化工过程系统一般由多个操作单元组合而成,包括流动过程、传热过程和传质过程等。因此,化工系统大都是具有大时滞、热惯性等非线性特征的复杂过程。近年来,随着生产规模的大型化与综合化以及生产方式的高度自动化与连续化,化工工业对过程系统的优化及控制提出了更高的要求。尤其是对于工况大范围变化的迁移过程,由于化工系统的机理流程复杂,常规的过程控制策略很难实现工况的平稳迁移。因此,有必要研究相应的应对方法,也就是过程迁移策略。本文从迁移策略的连续性、动态特性以及与控制系统的协调应用三个方面开展了系统地分析和讨论。(1)针对现有迁移问题求解方法的不足,即基于时间离散化以及数值逼近的动态优化法所得到的迁移策略不具备物理意义上的连续性,本文提出了一种新颖的基于复频域的解析法。该方法有别于传统时域求解思路,其基本原理是将时域迁移问题等价转换为复频域迁移问题,而后利用复频域模型求解微分代数方程的简便性,实现了对复杂迁移问题的解析求解,从而得到连续迁移策略。此外,所提方法在传递函数的辨识过程中满足了迁移过程所要求的端点约束,这避免了在后续计算中添加约束条件,降低了运算复杂性。(2)尽管基于复频域的解析法可以解决迁移策略的连续性问题,但其在运算过程中牺牲了一些动态特性。而工况迁移是对系统动态过程的研究,因此准确的动态特性至关重要。对此,本文在复频域分析思路的基础上,进一步提出了基于复频域的两步优化法。该方法集成了解析法和优化法各自的优势。首先,利用解析法获取具有物理意义的连续迁移策略。随后在此基础上,通过参数优化修正连续迁移函数中的所有参数,进而得到同时具有连续性和差异动态等复合特征的工况迁移策略。当工况发生迁移时,所获得的具有复合特征的工况迁移策略作用于迁移过程引起的波动较小,迁移效果有所改善。此外,基于复频域的两步优化法还可通过修正参数快速用于求解同一对象的不同迁移问题。(3)单纯的迁移策略实际上得到的是操作变量的最优迁移轨迹,也就是操作变量的参考轨迹,并且没有反馈这一功能,因此无法校正干扰引起的偏差。所以需要将工况迁移策略与过程控制系统相协调,而后通过闭环控制结构实现工况迁移。针对现有常规反馈协调方案抗干扰能力较差的问题,本文提出了一种引入操作变量参考轨迹的前馈-反馈协调方案。该方案通过添加操作变量参考轨迹的方式缓解了反馈控制系统的压力,将工况迁移与消除扰动两种需求分开实现。操作变量参考轨迹主要用于实现工况的大范围迁移,而其余扰动则通过反馈控制予以消除。因此,所提协调方案能够快速响应并补偿不同作用带来的不利影响,抗干扰能力更强,应用范围也更广。另外,还针对所提协调方案开发了相应的解析解法。该方法充分利用了已知条件,根据上文获取的操作变量参考轨迹来推导计算得到相应的前馈控制律及反馈控制器设定值。求解过程简单方便,避免了常规优化解法运算复杂等缺点。最后,通过对进料波动乙烯精馏塔的仿真研究,上述工况迁移策略及协调方案的可行性及优越性得到了有效验证。

关键词： 教学探索   学生中心  

摘要： 基于工程教育专业认证的核心思想——以学生为中心,化工系统工程课程进行了相应的教学探索,通过丰富课堂教学元素、调整教学内容、改善教学方法和优化考核方式实现以学生为中心的课程教学,目的在于激发学生的学习兴趣,进而培养学生综合运用基本理论知识处理实际工程问题的能力。

关键词： 化工系统工程   教学   改革  

摘要： 过程系统工程的理论和技术已经广泛应用于石油化工等过程工业的节能减排增效工作中,对过程工业的可持续发展起到了重要作用。结合“化工系统工程”教学工作的经验,同行专家和学生反馈意见,笔者提出了精选核心教学内容,采用理论教学与案例分析相结合的教学方法,实行分组学习和研讨的教学模式,改革传统的考核方式这四个方面的措施,取得了很好的教学改革效果。

关键词： 化工系统工程   化工生产   发展   实际应用  

摘要： 随着当前社会经济的飞速发展,化工行业取得了举世瞩目的成就。在我国科技不断进步的过程中,化工生产变得越加复杂,其规模不断扩大,逐步实现了代替人工的自动化生产。化工系统工程作为一门应用极其广泛的学科,受到了社会的广泛关注,正在不断蓬勃发展。简要介绍了化工系统工程,并探讨化工系统工程在化工生产中的发展及实际应用。

关键词： 能源化工   化工系统工程   三塔式循环流化床   碳循环   自热再生   工艺优化  

摘要： 我国煤炭资源相对丰富,其中低阶煤的储量巨大,但因其含水量高、热值低,传统直接利用的方式不仅效率低,还浪费了大量的有机质资源。此外,煤炭利用过程伴随产生的污染物不断损害着人类赖以生存的自然环境,其中仅燃煤产生的CO2对地球温升的贡献率就达50-60%。煤炭分级分质转化及多联产技术作为一种能够合理利用低阶煤资源的方法受到众多研究者的关注,通过分级分质转化不仅可以实现对低阶煤资源的高效清洁利用,并且易于煤中污染物的定向转移和富集控制。本文围绕自热循环理念,利用资源/能源结构自洽耦合的三塔式循环流化床技术,以高附加值产品为导向,设计开发了一种基于碳循环的低阶煤清洁转化多联产系统集成新工艺,将热解产生的煤气回用作为下行床中煤的热解载气,不仅避免了 N2作为载气导致煤气热效率降低的问题,还能够增加热解焦油的产率;此外,将燃烧产生的CO2用作动力循环单元燃气透平的发电工质,可以避免(发电工质N2)高温形成的氮氧化物对设备的损伤,燃气轮机工作后气相为高浓度CO2,可降低碳捕集能耗;在化工和动力单元集成过程中,打破传统分产系统片面追求产率或循环效率的思路,合成气在化工合成单元采取一步通过、适量循环的方式形成化学品,未转化的合成气以及不适合化工合成的组分作为燃料气送往燃气轮机。借助流程模拟工具Aspen Plus对工艺过程建模,分析了过程的质量、能量平衡,对比分析了发电工质转变后系统的能量利用效率。本文所设计的碳循环多联产系统从全局出发,探究多工艺链间多反应过程的相互作用,优势在于能够及时依据国家政策和市场需求,动态调整产品产量,保证产品价格和销量,避免产能过剩。通过低阶煤资源的高价值转化,旨在寻求能源、化工、环境三方面的协调与统一,为以煤基多联产为代表的洁净煤转化技术的发展提供一种新的思路。其次,本文应用三塔式循环流化床配套的系统内能量利用优化——自热再生理论,对以化学吸收为基础的碳捕集单元进行节能优化。通过过程设计,优化后的碳捕集工艺实现了对吸收反应热和解吸塔塔顶混合气潜热的回收,完成了系统内机械过程与热过程、化学过程与热过程之间能量的匹配,同时,合理利用了换热后的贫液能量,降低了系统对额外热源的需求。通过Aspen Plus对工艺过程建模,并综合投资成本和运行费用对工艺完成了经济性评价,发展拓宽了自热再生理论在CO2捕集方面的应用。