过程模拟在食品加工中的应用.doc

过程系统模拟及其在食品加工中的应用摘要：过程系统的计算机模拟分析在处理现代工业中工艺优化、风险评估与预测、非线性模式等问题所具有的优势，而被广泛应用于生产过程控制等领域。食品加工过程的特殊性，以及近年来过程系统模拟在食品加工过程控制等方面的应用情况。介绍几种商业化通用流程模拟软件。关键词：过程系统模拟；仿真系统；食品加工；品质控制；建模 Abstract: System Dynamic Analysis and Simulation in Food Processing. Its application in recent years，focused onmodeling simulation and optimization，quality control of food materials，the prospects of its application was further discussedFood Processing Operations Modeling focuses on novel food processing technologies of interest relevant to food safety and quality . Addressing some commercial dynamics software to model complex food processing systems. Key words：food processing；system dynamic analysis； modeling；simulation；safety and quality control前言20世纪50年代中期开始流程模拟软件的研制和开发。经过几十年的发展，在80年代，化工过程模拟进入成熟期，模拟软件的开发、研制走向了专业化、商业化。到了21世纪初，流程模拟商业化软件更是到达了一个比较成熟的阶段，涌现出了大批的模拟软件。过程模拟技术被化工行业广泛采用，特别是在模拟工业流程、全面分析及新工艺、新系统的效率和成本效益优化方面。“十一五”食品工业发展规划提出了发展食品加工工艺过程控制技术，健全和完善产品质量标准化管理和检测体系，构建食品加工共性技术平台等目标。这为过程系统模拟技术在食品工业的应用提供了政策引导。一 过程模拟技术的优势过程模拟技术优势在于可以大大减少试验工作量，优化设计，缩短开发周期，降低开发成本。1、用于工艺条件的设计和优化。流程模拟系统可以帮助工程师进行工艺过程的能量和质量平衡计算，用于装置标定；预测物流的流率、组成和性质；预测操作条件、设备尺寸；设计一个新的工艺过程、查找的故障或者优化操作等关键问题。2、仿真技术应用于工人技术培训。仿真培训软件由复杂的动态数学模型和实时操作界面组成。用于工人技能训练。能自动评价学员的水平、大大缩短培训时间、节省培训费用、提高培训效果。此外还可用于开车方案论证、事故预案及生产调优。仿真实习具有安全、节能、环保等优点，被誉为“绿色实习”。仿真技术在我国将成为计算机辅助教学、设计、研究与生产过程优化控制的关键技术。二 食品加工过程的特殊性目前，过程系统模拟技术在我国的食品业应用并不十分广泛。原因有多方面：一是食品材料的复杂性。二是食品对营养和安全要求的特殊性。三是食品加工工艺的的特殊性。食品开发由于研究对象物性的复杂性、工艺构建适用性、产品营养和安全指标多样性等使得从其理论过程模拟的一般方法研究到应用开发研究一直都面临着约束条件众多、品质控制精确以及迫切需要提高其附加值等重大问题。三 目前过程模拟在食品加工中的应用人工神经网络在食品加工过程模拟控制方面的进展很快。人工神经网络是一门集优化、控制、预测、反馈于一体的应用技术科学，在近二、三十年随着电子计算机的普遍应用而发展起来的，其特点之一是为最优化的宗旨提供最优的路径和目标，这就决定了它应用的广泛性，而优化问题的解决就意味着相同条件下将获得最优的方案，得到最高的经济效益。计算流体力学(CFD)在食品传热传质及流体流动相关领域内广泛应用,并取得了很好的效果。计算流体力学被食品行业广泛采用，特别是在模拟工业流程、全面分析及新工艺、新系统的效率和成本效益优化方面。利用计算机网格，计算流体力学计算出控制方程，对液体流经的每个网格进行描述，以预计流速、温度、压力及其它各项参数。计算流体力学提高了对热量、质量、动量传递和工业流程优化设计的评估能力。目前投入到食品加工领域的计算流体力学应用包括：干燥、杀菌、冷藏和混料。四 流程模拟类软件简介商业化通用流程模拟软件中，在世界范围内最著名的、使用范围最广的、基本处于垄断地位的软件主要有PRO/II、ASPEN PLUS和HYSYS。Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，美国AspenTech公司的产品。在实际应用中，AspenPlus 可以帮助工程师进行工艺过程的能量和质量平衡计算，用于装置标定；预测物流的流率、组成和性质；预测操作条件、设备尺寸；设计一个新的工艺过程、查找的故障或者优化操作等关键问题。HYSYS是AspenTech公司旗下的产品。可以利用HYSYS对工业装置进行安全分析和预测；进行操作规律和控制方案的研究及连锁控制调试；分析装置操作、生产过程中的瓶颈问题；确定安全的开工方案；计算间歇生产过程的安全问题；计算特殊的非稳态过程；安全生产指导和调优；在线优化及先进控制；生产培训等。PRO/II现属INVERSYS公司所有。PRO/II可以用于流程的稳态模拟、物性计算、 设备设计、费用估算经济评价、环保评测以及其它计算。现已可以模拟整个生产厂，从包括管道、阀门到复杂的反应与分离过程在内的几乎所有装置和流程，并在油气加工、炼油、化学、化工、聚合物、精细化工和制药等行业得到了广泛应用。结论模拟并不能够代替试验，但它相比试验有更大优势。不需要设置任何不安全的试验环境，通过模拟就可以进行安全性研究或故障分析。可以利用具体参数分析优化设备性能。随着计算机技术和计算能力继续以惊人的速度发展，过程模拟技术将更多参与到设备设计、加工模型及创新方案的测试中，并最终为食品工业带来彻底的技术革新。参考文献1. Soojin Jun, Joseph M. Irudayaraj, Food Processing Operations Modeling: Design and Analysis 2. 赵思明，食品科学与工程中的计算机应用，化学工业出版社，20053. 贾连兴，计算机仿真技术及其应用，国防工业出版社，20064. 吴重光 .Personal Simulator of Chemical Process, System Modeling and Simulation, 1(1),P23-28,2002.65. 吴重光 . 面向对象的图形化仿真工具平台, 电气自动化, 2000.16. 吴重光 .人工神经元网络在汽液物性参数拟合中的应用, 锅炉技术, 32(4),P1-5, 2001.47. 李冰,郭祀远,李琳,吴建文;人工神经网络在食品工业中的应用J;食品科学;2003年06期8. 李杰, 谢晶, 陆方娟, 食品冻结过程温度场及冻结时间的