过程装备与控制专业概论-1

1、 过程装备与控制工程 专业概论 专业培养目标 v 流程工业是一个非常巨大的产业，日益成为国民经流程工业是一个非常巨大的产业，日益成为国民经 济发展的支柱产业，据统计，我国各种流程工业的总产济发展的支柱产业，据统计，我国各种流程工业的总产 值占值占GDPGDP的的60%60%以上。因此，过程工业的发展水平体现了以上。因此，过程工业的发展水平体现了 国家的综合国力，在某种程度上是国家工业发展水平的国家的综合国力，在某种程度上是国家工业发展水平的 标志。标志。 v 流程工业是指以处理连续物料流、能量流为主的石流程工业是指以处理连续物料流、能量流为主的石 化、炼油、化工、冶金、制药、建材、轻工、造纸、

2、采化、炼油、化工、冶金、制药、建材、轻工、造纸、采 选矿、环保、电力等工业行业，其特点是产品多以大批选矿、环保、电力等工业行业，其特点是产品多以大批 量连续流动的形式生产。流程工业的生产和加工方法主量连续流动的形式生产。流程工业的生产和加工方法主 要有化学反应、物理分离和混合、形态更新等等。要有化学反应、物理分离和混合、形态更新等等。 产业发展背景1 一、硕士点申报的依据与理由一、硕士点申报的依据与理由 v 流程型工业特征：流程型工业特征： 生产流程化、装备成套化、过程自动化。生产流程化、装备成套化、过程自动化。 v 随着流程型工业特征的日益显现，支撑流程型工业的随着流程型工业特征的日益显现，

3、支撑流程型工业的 技术发展技术发展趋势从：趋势从： 产业发展背景2 一、硕士点申报的依据与理由一、硕士点申报的依据与理由 工艺型工艺型工程型工程型 流程型流程型工业装备发展工业装备发展趋势以：趋势以： 工艺流程特点工艺流程特点成套装备成套装备过装控一体过装控一体 典型是中国科学院化工冶金研究所，改为过程工程研究所。典型是中国科学院化工冶金研究所，改为过程工程研究所。 v 随着产业格局的重新划分，教育体系和内涵也在变随着产业格局的重新划分，教育体系和内涵也在变 化。以典型的流程型工业化。以典型的流程型工业- -化工过程的教育体系为依托，化工过程的教育体系为依托， 开始了内涵拓展。开始了内涵拓展。

4、 本科教育专业目录和内涵变化：本科教育专业目录和内涵变化： 产业发展背景3 一、硕士点申报的依据与理由一、硕士点申报的依据与理由 化工设备与机械过程装备与控制 过程装备控制机械 1985年 矿加专业现身过控矿加专业现身过控 教育整体发展 v 化工方面比较强的高校，如浙江大学、四化工方面比较强的高校，如浙江大学、四 川大学、华东理工大学、天津大学、西安交通川大学、华东理工大学、天津大学、西安交通 大学等大学等7575所高校，设有所高校，设有“过程装备与控制过程装备与控制”本本 科专业。科专业。 v 有有3434所大学，如西安交通大学、华中科技所大学，如西安交通大学、华中科技 大学、清华大学、四川

5、大学、浙江大学、天津大学、清华大学、四川大学、浙江大学、天津 大学、华东理工大学、大学、华东理工大学、中国矿业大学中国矿业大学等，设有等，设有 “化工过程机械化工过程机械”硕士点。硕士点。 一、硕士点申报的依据与理由一、硕士点申报的依据与理由 有化工过程机械硕士点的大学有化工过程机械硕士点的大学 北京化工大学北京化工大学大连理工大学大连理工大学大庆石油学院大庆石油学院东北大学东北大学 东南大学东南大学福州大学福州大学抚顺石油学院抚顺石油学院甘肃工业大学甘肃工业大学 广西大学广西大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学河北工业大学河北工业大学华东理工大学华东理工大学 华南理工大学华南理工大学华中科技大学

6、华中科技大学南昌大学南昌大学南京工业大学南京工业大学 青岛科技大学青岛科技大学清华大学清华大学山东大学山东大学上海交通大学上海交通大学 沈阳化工学院沈阳化工学院上海理工大学上海理工大学石油大学石油大学四川大学四川大学 天津大学天津大学天津轻工业学院天津轻工业学院武汉化工学院武汉化工学院西安交通大学西安交通大学 西北轻工业学院西北轻工业学院湘潭大学湘潭大学浙江大学浙江大学浙江工业大学浙江工业大学 郑州大学郑州大学 中国矿业大学中国矿业大学 我校的发展 本科本科20022002年招生年招生 过程装备与控制过程装备与控制 20052005年评为年评为A+A+专业专业 教育教学需要教育教学需要 我校化

7、工学院的化工学科群，具有典型的流程型工业 的背景。从工艺过程研究和创新，形成工艺和过程装备创 新，以及过程的模拟优化到过程控制。 走过的研究之路，自然形成了过-装-控的研究成果和 研究格局，从走过的研究之路，体会到创新的装备、控制 来源于浓厚的工艺创新背景。也迫切的感觉到目前的研究 格局，需要有过-装-控一体的过程工程学科平台的支撑。 过程工业是以流程 性物料为主要处理对象， 具有连续性生产过程特点 的各种工业之总称。 过程工业过程工业 最传统、典型的过程工业： 化肥、石油化工、生物化工、 制药、农药、染料、食品、炼 油、轻工、热电、核工业、公 用工程、矿物加工等都属于过 程工业。 现代化企业

8、的雄姿 现代化企业的雄姿 现代化企业的雄姿 古古古古古古 交交交交交交 屯屯屯屯屯屯 兰兰兰兰兰兰 选选选选选选 煤煤煤煤煤煤 厂厂厂厂厂厂 选煤厂 选煤厂 选煤厂 典型选煤厂 典型的选煤流程图 过程工业介绍煤化工 n煤 直接生产化工产品 n重点抓好现有煤制油、煤制烯烃、煤制甲醇、 二甲醚和醋酸、煤制甲烷气、煤制乙二醇等五 类示范工程，探索煤炭高效清洁转化和石化原 料多元化发展的新途径。 n煤 间接生产化工产品 焦化化工 n焦炉 n焦炉气的净化回收 n焦化煤气制焦油、苯、萘、氨 n焦化化工过程的控制 过程工业介绍化肥 （图纸甲醇合成） 过程工业介绍石油化工 n石油化工的年产30万t乙烯工厂的各

9、种生产 装置和主要机器、设备是压缩机、泵、换热器、 反应设备、塔设备、储罐等。它以流程性物料 石油及其某些产品为原料，经过各种化学、物 理变化，生产出状态、结构、性质完全不同的 聚乙烯、聚丙烯、乙二醇等产品，它是一种过 程工业。 n n 炼油厂将流程性物料原油经分馏等处理过 程，生产出工业和日常生活所需要的汽油、煤 油、柴油及其他各种油品，其结构、性质发生 了变化，生产过程中所用到主要的机器、设备 还是各种泵、压缩机、换热器、塔设备、储罐 和各种自动检测、控制装置。所以，炼油也是 一种过程工业。 流程型工业的组成 n看图片看出了什么？ n过程工程有什么特点？ n过程工程有什么成分组成？ n需要

10、学习哪些知识？ 过程工业设备的特点 化工过程装备化工过程装备 单元过程设备单元过程设备 单元过程机器单元过程机器 塔、罐、换热器、塔、罐、换热器、 反应器反应器 泵、压缩机、分离机泵、压缩机、分离机 设备特点塔、罐压、力容器 系统特点连续生产线 过程工业介绍 n具备流程工业的特点： 连续生产线工艺确定 设备、装备成套装备特点 自动化程度高控制特点 大宗产品现代化生产组织和管理 n （30万吨乙烯/年、3000万吨煤炭/年） 设备与过程的关系 n为生产某种特定的产品，需要用到多种机器、设 备。 n但只有机器和设备还不能完成工业生产的任务， 需要用由各种组成件构成的管道将它们联系起来， 形成一个连

11、续、完整的系统，即将所需的机器、 设备按工艺流程要求组装成一套完整的装置，并 配以必要的控制手段才能达到预期的目的。 过程装备成套技术 n完成所有这些工作所涉及的各项技术就构成完成所有这些工作所涉及的各项技术就构成 了了 “过程装备成套技术过程装备成套技术”。 n 它通常是由一系列的过程机器和过程设备，它通常是由一系列的过程机器和过程设备， 按一定的流程方式连接成一个独立的密闭连续按一定的流程方式连接成一个独立的密闭连续 系统，在各种仪表和设备的控制下，把以系统，在各种仪表和设备的控制下，把以流动流动 体体为主的各种流程性物质，在其装置内部经历为主的各种流程性物质，在其装置内部经历 物理化学过

12、程，制造出人们需要的新的流程性物理化学过程，制造出人们需要的新的流程性 物质产品。物质产品。 4.1.3 典型成套装备 n成套装备是为生产某些产品或完成一定任务所必 需的整套设备，过程工业成套装备是过程工业生产 用的主要机器、设备和各种辅助设备由管道连接起 来组成的一个能完成特定工艺过程的一整套设备。 n在化工、化肥、石油化工、制药、染料、农药、轻 工、生物工程、环保等各种过程工业中都有广泛的 应用。 n只要仔细分析一下，就不难发现各种生产装置的基 本组成并没有根本的不同。 设备与装备的灵魂 n可以看出： n流程型工业过程离不开设备，生产线由一台台设备组 成， n每台设备必须在流程中执行特定任

13、务，按工业要求组 成成套装备 n灵魂在工艺过程 n创新是需求的产物 n流机、旋流器、检测监控、离心机、软件系统 专业特色之争 n机、控哪个为主 n专业方向可以偏机或偏控 n知识结构以过程为灵魂 n排课的情况开阔眼界，不能目光短浅 知识体系 关于基础课的作用 n思维方式、知识结构、能力训练 n再学习的基础。 n个人的体会： n书到用时方恨少。 n例如：跳汰过程的模拟 实验工作量 n64组+30组探索实验 n10组+18组高速动态摄像分析 n拍摄和分析图片16,160+ 幅 n分析点数193,900 + 点 n得到数据1,163,520组，曲线400余条。 目的是得到代表性强的规律、建立量 化的运

14、动方程和专家知识。 分层曲线分层曲线1 分层曲线分层曲线2 分层曲线分层曲线3 水流运动方程水流运动方程 强迫振动微分方程形式： m ) t (P x dt dx h2 dt xd 2 2 2 g l m d m c h l g T2 2, 2 , 2 P(t)=P0sin(t-) 根据本论文实验及分析确定的参数： 水流运动方程水流运动方程 微分方程的解为水流位移方程： )sin( )/(2)/(1 1 )( 2 2 2 0 0 t h K P tx 代入操作参数后，位移方程为： ) 2 sin( )2(2 )( 2 22 2 2 0 0 t T m Td l gT m TP tx 水流运动速

15、度等 n水流运动速度 n水流运动加速度 n受力方程 ) 2 cos( )2( 2 22 2 0 t T m Td l gT m TP dt dx ) 2 sin( )2( 2 2 22 2 0 2 2 2 t T m Td l gT m P dt xd ) 2 sin( )2( 2 2 22 2 0 2 2 2 t T m Td l gT P dt xd m 颗粒颗粒运动方程运动方程 1 强迫振动微分方程形式： m )t(P x dt dx h2 dt xd 2 2 2 根据本论文实验及分析确定的参数： ) 2 cos( ) 2 cos( )2( 0 2 22 2 0 t T F t T m

16、Td l gT m TPd vcP 颗粒受到的强迫力是水的推动力，其大小与水受到的阻 力相等、方向相反 颗粒的运动方程颗粒的运动方程3 实验建立的颗粒（床层）运动方程实验建立的颗粒（床层）运动方程 ， 21 21 2 2 22 2 0 1 1 22 22 2 0 1 )x(T ) 2 cos( 22 ,0) 2 cos( 22 )( Tt TtTt T m Td T l g m TF x Ttt T T T l g m TF x tx d d d 颗粒的速度方程颗粒的速度方程 2 21 2 2 22 0 1 22 22 0 0 ) 2 sin( 2 ,0) 2 sin( 2 Tt TtTt T m Td T l g m TF Ttt T T T l g m TF dt dx d d d 颗粒的受力方程 2 21 2 2 22 2 2 1 2 2 22 1 2 2 2 0 ) 2 cos( 2 2 ,0) 2 cos( 2 2 Tt TtTt T m Td T l g F Ttt T m T T l g F dt xd m d d d n还有很多问题没 能解决。 n例如：煤炭产品 结构的优化问题 什么是工程素质 美国工程与技术认证委员会（ABET）对21世纪新的工 程人才提出的11条评估标准： （1）有应用数学、科学与工程等知识的能力； （2）有进行设计、实验分析与数据处理的