时间及空间尺度发展课件

化工过程设计概论化工设计化工设计第一章第一章化工过程设计化工过程设计王静康王静康 教授教授化工设计王静康化工设计王静康教授教授化工过程设计概论第一节第一节.现代过程工程现代过程工程/国际化学工业发展趋势国际化学工业发展趋势第二节第二节.绿色化学科学与工程准则绿色化学科学与工程准则第三节第三节.化工过程设计的基本内容化工过程设计的基本内容第第四四节节.计算机辅助化工设计的发展计算机辅助化工设计的发展第五节第五节.工程伦理学与责任关怀准则工程伦理学与责任关怀准则第一章第一章 化工过程设计化工过程设计 本本“化工设计化工设计”教材教材(496496页页)：是高等教育：是高等教育十五十五、十二十二.五五国家级规划教材国家级规划教材,希望同学希望同学课下参考教材课下参考教材学习学习。第一节第一节.现代过程工程现代过程工程/国际化学工业发展趋势第一章国际化学工业发展趋势第一章化工过程化工过程化工过程设计概论第第四四节节.计算机辅助化工设计的发展计算机辅助化工设计的发展 4.1.计算机硬件发展计算机硬件发展4.2.化工过程系统工程化工过程系统工程计算机辅计算机辅助设计软件的进展助设计软件的进展 4.3.4.3.案例案例第四节第四节.计算机辅助化工设计的发展计算机辅助化工设计的发展化工过程设计概论计算机辅助化工过程设计4.1.计算机硬件发展计算机硬件发展计算机硬件发展计算机硬件发展：从从1946-511946-51年年EckertEckert和和MauohlyMauohly研制成功第一台电子计算机研制成功第一台电子计算机（ENIACENIAC）和第一台商用计）和第一台商用计算机系统算机系统(VNIVAC-1)(VNIVAC-1)以来，以来，数字机的发展数字机的发展共经历了四共经历了四代。代。新一代计算机新一代计算机，它有，它有平行处理平行处理的结构，计算速度达的结构，计算速度达到到1000010000亿次亿次/秒秒以上，以上，且装入具有且装入具有IFIFTHENTHEN知识基底知识基底的人工智能系统或专家系统，的人工智能系统或专家系统，从而可从而可具有机器图象，具有机器图象，机器说话，机器理解语言等更有效的交互作用功能，机器说话，机器理解语言等更有效的交互作用功能，为计算机辅助化工过程设计为计算机辅助化工过程设计提供服务。提供服务。计算机辅助化工过程设计计算机辅助化工过程设计4.1.计算机硬件发展计算机硬件发展计算计算化工过程设计概论表表1.1适用于工程和科学的适用于工程和科学的2020世纪世纪9090年代年代前四代计算机的演变前四代计算机的演变型号IBM代时间时间电路类型主贮存容量WordsCPU循环时间,微秒相对功能相对运算费用特点70111953电子管电子管40961211批处理，比UNIVAC快70411955电子管3276812FORTRAN编辑，自动处理子程序709021960晶体管327682.2200.13生产者的操作系统，维修大大减少360-7531960混合集成电路2621440.081080.04大大增加内存，分时操作既可用于商业又可用于科学计算370-16841973整体集成电路20971520.0544050.02CACHE高速贮存，多环节错误检查和校正3033U41978大规模集成电路62914560.0578380.008双处理器，入诊断系统3031K41981大规模大规模集成电路集成电路83886080.02616980.0076四四处处理理器器，可可靠靠性性大大大大增增加加，虚拟贮存虚拟贮存表表1.1适用于工程和科学的适用于工程和科学的20世纪世纪90年代年代前四代计算机前四代计算机化工过程设计概论微型计算机微型计算机的出现的出现对对CAD-CAD-化工过程设计化工过程设计产生巨大影响产生巨大影响目前，科学界与工程界目前，科学界与工程界主要在主要在三种计算机系统三种计算机系统中完中完成他们的计算，既成他们的计算，既高功能大型计算机高功能大型计算机，计算机工作站计算机工作站及及个人计算机系统。个人计算机系统。随着随着超小型机的产生超小型机的产生以及以及小型机微型化小型机微型化工作站工作站的的增多，促进了增多，促进了将它们将它们联系成区域网络联系成区域网络的发展的发展，计算机计算机联网已经实现，联网已经实现，它的显著效果是它的显著效果是不但可提高计算速度，不但可提高计算速度，而且可以实现内部通讯而且可以实现内部通讯，共享不同计算软件模块库的，共享不同计算软件模块库的资源，资源，显著地提高显著地提高处理能力与资源处理能力与资源。微型计算机的出现对微型计算机的出现对CAD-化工过程设计化工过程设计产生巨大影响产生巨大影响化工过程设计概论 微型机被用作大型机的终端微型机被用作大型机的终端，可将数据和程序传，可将数据和程序传送到大型机中，送到大型机中，还提供了分布数据处理的环境还提供了分布数据处理的环境。微型机对计算机辅助过程设计的影响有好、坏两微型机对计算机辅助过程设计的影响有好、坏两个方面。个方面。好的影响好的影响:是具有图象和扩展式微型机是具有图象和扩展式微型机的大量涌现的大量涌现，使化学工程师思考问题的方式发生了使化学工程师思考问题的方式发生了改变改变，使许多设计者更多地熟悉计算机的功能，且，使许多设计者更多地熟悉计算机的功能，且能对计算机系统的开发者提出更多的要求，随着这能对计算机系统的开发者提出更多的要求，随着这种要求的实现，种要求的实现，设计工程师将更进一步认识到计算设计工程师将更进一步认识到计算机辅助化工过程的潜力，机辅助化工过程的潜力，可以说可以说微型计算机起着计微型计算机起着计算机科学与工程设计之间的催化剂作用。算机科学与工程设计之间的催化剂作用。微型计算机的出现对计算机辅助化工过程设计产生巨大的影响。微型计算机的出现对计算机辅助化工过程设计产生巨大的影响。微型机被用作大型机的终端，可将数据和程序传送到大型机中，微型机被用作大型机的终端，可将数据和程序传送到大型机中，化工过程设计概论坏的影响坏的影响是：是：1 1）年青的工程师过多地相信计算结果年青的工程师过多地相信计算结果，使对使对设计改进的预计可能会高于实际得到的效果设计改进的预计可能会高于实际得到的效果；2 2）如果所使用的模型及计算方法过于简化如果所使用的模型及计算方法过于简化，会，会使所得的使所得的计算结果不是最佳条件，计算结果不是最佳条件，而与专家经验的判断有出入。而与专家经验的判断有出入。但但8080年代中期以来，计算机硬件与软件快速发展年代中期以来，计算机硬件与软件快速发展，这些缺，这些缺陷正在逐步被消除。陷正在逐步被消除。图图1.1 化学工程计算系统应用的分布趋势化学工程计算系统应用的分布趋势坏的影响是：坏的影响是：1）年青的工程师过多地相信计算结果，使对设计改进）年青的工程师过多地相信计算结果，使对设计改进化工过程设计概论我国我国天河一号千万亿次超级计算机天河一号千万亿次超级计算机系统研制成功系统研制成功 天河一号千万亿次超级计算机天河一号千万亿次超级计算机系统研制成系统研制成功，峰值性能达每秒功，峰值性能达每秒12061206万亿次双精度浮万亿次双精度浮点运算点运算，国际，国际TOP 500TOP 500组织发布，它为世界组织发布，它为世界超级计算机排名第五，超级计算机排名第五，亜洲第一亜洲第一。为我国解决经济、科技等领域系到重大挑为我国解决经济、科技等领域系到重大挑战性问题提供了重要手段。战性问题提供了重要手段。我国天河一号千万亿次超级计算机我国天河一号千万亿次超级计算机系统研制成功系统研制成功天河一号千万亿天河一号千万亿化工过程设计概论过程系统工程又称为化工系统工程过程系统工程又称为化工系统工程它它是是系统工程与化学工程系统工程与化学工程结合的产物结合的产物，它是工程它是工程技术与管理技术的结合，它以处理物料流技术与管理技术的结合，它以处理物料流能能量流量流信息流的过程系统为对象，信息流的过程系统为对象，核心功能是核心功能是过程系统的设计、控制和组织、计划和管理，目过程系统的设计、控制和组织、计划和管理，目的是达到技术和经济上的最优化，并符合社会可的是达到技术和经济上的最优化，并符合社会可持续发展的要求持续发展的要求。过程系统工程的过程系统工程的基本方法基本方法是过程模拟，是过程模拟，即过程的即过程的模型化与求解模型化与求解。经过几十年的努力，经过几十年的努力，在过程模拟在过程模拟上已从中观系统向微观上已从中观系统向微观和和宏观系统两头扩展宏观系统两头扩展并取并取得较大进展得较大进展。过程系统工程又称为化工系统工程它是系统工程与化学工程结合的产过程系统工程又称为化工系统工程它是系统工程与化学工程结合的产化工过程设计概论4.2.化工过程系统工程化工过程系统工程计算机辅助设计算机辅助设计软件的进展计软件的进展过程系统工程的过程系统工程的基本方法是基本方法是过程模拟，过程模拟，即过程的模型化与求解即过程的模型化与求解。在过程系统的模拟方面在过程系统的模拟方面，自在，自在1958年年M.W.Kellogg开发出了第一个过程模拟软件，开发出了第一个过程模拟软件，现在现在已是第三代流程模拟系统，如已是第三代流程模拟系统，如Process-II、AspenPlus、CIMS等，等，目前已在中国各大化目前已在中国各大化工设计院广泛应用。工设计院广泛应用。4.2.化工过程系统工程化工过程系统工程计算机辅助设计软件的进展过程系统计算机辅助设计软件的进展过程系统化工过程设计概论化工过程系统工程化工过程系统工程计算机辅助设计计算机辅助设计软件的研发进展软件的研发进展由于化工过程所包括由于化工过程所包括单元操作的多样性与传单元操作的多样性与传热、传质的复杂性热、传质的复杂性，应指出至今尚没有全部清晰应指出至今尚没有全部清晰的物理模型，即使是灰箱模型也存在很多偏微分方的物理模型，即使是灰箱模型也存在很多偏微分方程与非线性关系，找不到分析解，程与非线性关系，找不到分析解，这些特点皆赋与这些特点皆赋与化工应用软件独有的复杂性，化工应用软件独有的复杂性，只能在一定简化条件只能在一定简化条件下求取近似解下求取近似解。所以计算机辅助化工过程设计所以计算机辅助化工过程设计的另的另一个发一个发展动向展动向是人工智能是人工智能和和专家系统的优化应用软专家系统的优化应用软件进一步开发。件进一步开发。化工过程系统工程化工过程系统工程计算机辅助设计计算机辅助设计软件的研发进展由于化工过软件的研发进展由于化工过化工过程设计概论 在过程单元模拟方面，对那些只处理流体的过程单元如吸收、简单精馏、液液萃取等模拟技术已基本成熟，早在20世纪50年代完成了闪蒸和精馏的计算机辅助计算，随后又应用FORTRAN语言进行不同单元操作的计算。目前除了传统的平衡级的模型外，已出现了直接利用速率方程及传递物性的非平衡模型，如Aspen Tech 1990推出的RATEFRAC软件等。此外，由于计算流体力学的进展，许多过去要用冷模研究解决的问题，现在应用计算机模拟技术即可解决，如在反应单元，基于反应动力学的均相与非均相反应器的模拟也趋向成熟，例如乙烯工业裂解炉（KTI公司的SPYRO软件）和炼油工业的催化裂化和加氢反应器等。90 90年代在复杂的聚合反应器模拟上也取得了较好的进展，年代在复杂的聚合反应器模拟上也取得了较好的进展，如如Aspen TechAspen Tech的的POLYMER PLUSPOLYMER PLUS在过程单元模拟方面，对那些只处理流体的过程单元如吸收、简在过程单元模拟方面，对那些只处理流体的过程单元如吸收、简化工过程设计概论 表表1.21.2给出了近年来化工单元操作模块与物性数据模块给出了近年来化工单元操作模块与物性数据模块进展情况。对于那些处理固体或固体进展情况。对于那些处理固体或固体-流体的单元，由于多流体的单元，由于多相传质传热复杂性较高，尚有许多问题有待解决相传质传热复杂性较高，尚有许多问题有待解决，例如晶例如晶体粒子集合体的表征，固液或固液汽体系的流变性能、相体粒子集合体的表征，固液或固液汽体系的流变性能、相平衡和反应平衡等。至于生物化工过程单元的模型化与模平衡和反应平衡等。至于生物化工过程单元的模型化与模拟技术还很不成熟，拟技术还很不成熟，它将成为今后研究开发的重点之一。它将成为今后研究开发的重点之一。在过程系统的模拟方面，使用序贯模块法的模拟系统已在过程系统的模拟方面，使用序贯模块法的模拟系统已经历了三代发展。经历了三代发展。1958 1958年年M.W.KelloggM.W.Kellogg开发出了第一个过程模拟软件，开发出了第一个过程模拟软件，即即Flexible Flow SheetFlexible Flow Sheet，同时期一些大公司如，同时期一些大公司如Union Union Carbide Co.Carbide Co.和和Stamdard Oil Co.Stamdard Oil Co.也推出了序贯连续法的过程也推出了序贯连续法的过程模拟程序。模拟程序。6060年代中叶开始出现了软件公司，专门从事软件年代中叶开始出现了软件公司，专门从事软件开发，如开发，如Simulation Sciences and Chem ShareSimulation Sciences and Chem Share等。等。6060年代年代末期，在一些大型企业中试厂将控制计算机用于石油化工、末期，在一些大型企业中试厂将控制计算机用于石油化工、炼钢等方面；相应也产生了一些过程控制软件。炼钢等方面；相应也产生了一些过程控制软件。表表1.2给出了近年来化工单元操作模块与物性数据模块进展给出了近年来化工单元操作模块与物性数据模块进展化工过程设计概论 7070年代后期以及八十年代，计算机辅助化工设计年代后期以及八十年代，计算机辅助化工设计应用软件的开发和应用发展极为迅速，新的软件应用软件的开发和应用发展极为迅速，新的软件公司不断涌现，并产生了大量的新模拟系统公司不断涌现，并产生了大量的新模拟系统:例如美国例如美国ChemshareChemshare公司的公司的DESIGN/2000DESIGN/2000，美国美国MITMIT（麻省理工学院）开发的（麻省理工学院）开发的ASPEN PlusASPEN Plus，模拟科，模拟科学公司的学公司的PROCESSPROCESS，ProfimaticsProfimatics公司的用于热交公司的用于热交换及其网络设计的换及其网络设计的HEXNET/HEXTOPHEXNET/HEXTOP，传热研究公司，传热研究公司的的HTRIHTRI，CincinnatiCincinnati大学的大学的UCAN-UCAN-，英国帝国化，英国帝国化学公司（学公司（ICIICI）的）的ELOWPARCK-ELOWPARCK-，牛津大学，牛津大学CADCAD研研究中心的究中心的CONCEPTCONCEPT，帝国大学的，帝国大学的SPEEDUPSPEEDUP，匈牙利匈牙利科学院的科学院的SIMULSIMUL等，至今已日趋成熟。等，至今已日趋成熟。70年代后期以及八十年代，计算机辅助化工设计应用软件的开发年代后期以及八十年代，计算机辅助化工设计应用软件的开发化工过程设计概论表表1.31.3列出了化工模拟软件发展的三代流程模拟系统的特列出了化工模拟软件发展的三代流程模拟系统的特征。征。计算机辅助化工设计软件主要包括物性数据库，稳态过计算机辅助化工设计软件主要包括物性数据库，稳态过程模拟软件，动态过程模拟软件，经济分析与评价软件，程模拟软件，动态过程模拟软件，经济分析与评价软件，绘图（绘图（各种工程图，如流程、设备、施工管道图等）各种工程图，如流程、设备、施工管道图等）软件软件等等。但随着过程的系统的增大、循环回路的增多以及非线但随着过程的系统的增大、循环回路的增多以及非线性化特征的增强，采用联立方程法的过程模拟系统发展迅性化特征的增强，采用联立方程法的过程模拟系统发展迅速，速，例如动态模拟软件例如动态模拟软件ASCANDASCAND（美国大学）、（美国大学）、SPEEDUP SPEEDUP（英国理工学院和（英国理工学院和ICIICI公司，后为公司，后为Aspen-TechAspen-Tech收购改为收购改为 Customer ModelerCustomer Modeler）和）和Star Star 公司的公司的 HYSYS HYSYS 等已被工业界等已被工业界应用。应用。九十年代以来，已出现将稳态模拟与动态模拟结合的趋势九十年代以来，已出现将稳态模拟与动态模拟结合的趋势。如如HyprotechHyprotech公司开发的公司开发的HYSYS HYSYS 软件已被工业界应用于在软件已被工业界应用于在线优化操作。线优化操作。、表表1.3列出了化工模拟软件发展的三代流程模拟系统的特征。列出了化工模拟软件发展的三代流程模拟系统的特征。化工过程设计概论近年来，化工过程系统工程发展较快，为化工过程设计的近年来，化工过程系统工程发展较快，为化工过程设计的集成与优化提供了新的思路与应用软件集成与优化提供了新的思路与应用软件。在过程合成领域。在过程合成领域中，中，目前已有能量网络集成（如夹点技术等），质量交换目前已有能量网络集成（如夹点技术等），质量交换网络集成（如节水减排网络，氢夹点技术等）在国外过程网络集成（如节水减排网络，氢夹点技术等）在国外过程设计中广泛应用设计中广泛应用，已取得较大幅度节能降耗的效果。，已取得较大幅度节能降耗的效果。值得注意的是值得注意的是2020世纪末期发展起来的大系统计算机集成制世纪末期发展起来的大系统计算机集成制造系统造系统CIMSCIMS，能形成一个过程控制与管理一体化的高柔性能形成一个过程控制与管理一体化的高柔性的智能系统，它由三大模块组成：过程控制，管理信息系的智能系统，它由三大模块组成：过程控制，管理信息系统统MISMIS及决策支持系统及决策支持系统DSSDSS，和介于两者之间的计算机辅助和介于两者之间的计算机辅助工厂运行系统工厂运行系统CAPOCAPO。在在2121世纪国际制造业中应用效果证明：它的合理应用可以世纪国际制造业中应用效果证明：它的合理应用可以在不同程度上达到提高产品质、增进企业对市场变化响应在不同程度上达到提高产品质、增进企业对市场变化响应灵敏度、降低成本、提高生产安全性以及市场竞争力的目灵敏度、降低成本、提高生产安全性以及市场竞争力的目的。的。近年来，化工过程系统工程发展较快，为化工过程设计的集成与优化近年来，化工过程系统工程发展较快，为化工过程设计的集成与优化化工过程设计概论 在化工过程系统工程在化工过程系统工程用于用于过程设计方面过程设计方面，应继，应继续进一步开发与提高的软件内容是：续进一步开发与提高的软件内容是：高精确度的高精确度的全流程大系统集成与整体模拟的方法；全流程大系统集成与整体模拟的方法；热物理性热物理性质模型；质模型；包括大系统过程控制与管理在内的过程包括大系统过程控制与管理在内的过程合成；合成；过程设计中的可操作性与安全性分析；过程设计中的可操作性与安全性分析；绿绿色过程集成分析评价方法；专家系统与大系统的色过程集成分析评价方法；专家系统与大系统的优化等等。优化等等。因为因为2121世纪化学工程已进入了世纪化学工程已进入了过程工程与产品过程工程与产品工程并重的阶段，工程并重的阶段，批处理过程将持续与连续过程批处理过程将持续与连续过程同时发展，同时发展，所以还应特别重视过程工程与产品工所以还应特别重视过程工程与产品工程结合的模拟、分析与评估程结合的模拟、分析与评估；多产品、多目的批多产品、多目的批处理工厂的设计优化策略等问题。处理工厂的设计优化策略等问题。在化工过程系统工程用于过程设计方面，应继续进一步开发与在化工过程系统工程用于过程设计方面，应继续进一步开发与化工过程设计概论由于化工过程所包括单元操作的多样性与由于化工过程所包括单元操作的多样性与传热、传质的复杂性。应指出至今尚没有传热、传质的复杂性。应指出至今尚没有全部清晰的物理模型，即使是灰箱模型也全部清晰的物理模型，即使是灰箱模型也存在很多偏微分方程与非线性关系，找不存在很多偏微分方程与非线性关系，找不到分析解，到分析解，这些特点皆赋予化工应用软件这些特点皆赋予化工应用软件独有的复杂性，只能在一定简化条件下求独有的复杂性，只能在一定简化条件下求取近似解。取近似解。所以计算机辅助化工过程设计的所以计算机辅助化工过程设计的另一个发另一个发展动向是人工智能和专家系统的优化应用展动向是人工智能和专家系统的优化应用软件进一步开发。软件进一步开发。由于化工过程所包括单元操作的多样性与传热、传质的复杂性。应指由于化工过程所包括单元操作的多样性与传热、传质的复杂性。应指化工过程设计概论在过程设计中，常常不能从有效的方法中选择最好的数值在过程设计中，常常不能从有效的方法中选择最好的数值方法及模型，方法及模型，而专家系统能很好地完成这个任务。一种新而专家系统能很好地完成这个任务。一种新的程序化技术，它可将人类的经验变成有效的机器码，起的程序化技术，它可将人类的经验变成有效的机器码，起着专家咨询的作用，这种码或程序称为专家系统着专家咨询的作用，这种码或程序称为专家系统。最早的专家系统曾被用作棋类比赛最早的专家系统曾被用作棋类比赛，后来在医药和化学中后来在医药和化学中得到应用。得到应用。现有的专家系统大致可分成两类：现有的专家系统大致可分成两类：1 1）分析系统分析系统，它以仪表所接受的数据作为输入，并产生，它以仪表所接受的数据作为输入，并产生一个解释，再以对此数据的诊断结果作为输出；一个解释，再以对此数据的诊断结果作为输出；2 2）合成系统，合成系统，它为满足某一目标而创造一个计划和设计，它为满足某一目标而创造一个计划和设计，它比前一类系统的开发又要难一些。它比前一类系统的开发又要难一些。在过程设计中，常常不能从有效的方法中选择最好的数值方法及模型在过程设计中，常常不能从有效的方法中选择最好的数值方法及模型化工过程设计概论表表1.2 1.2 三代流程模拟系统三代流程模拟系统第一代第二代第三代年代19581965196619751976至今开发成本，美元20万100万600万规模(条FORTRAN语句)152060120处理最大流股数数千（15）万20万最多模块数50100依机器容量而定最多组分数2050依机器容量而定物性数据2030依机器容量而定流股类型无数据库180500种化合物物性700种化合物物性典型代表气、液气、液气、液、固及电解质GIFSFLOWTRANASPENPACERCONCEPTDESIGN/2000SP-05PROCESSPROCESS（新版）表表1.2三代流程模拟系统三代流程模拟系统第一代第二代第三代年代第一代第二代第三代年代195化工过程设计概论开发程序开发程序一一是否达应用水平是否达应用水平单元操作模块单元操作模块1包括反应的多相平衡包括反应的多相平衡是2精馏精馏理想理想是三相三相是反应反应是带反应的三相带反应的三相否多塔多塔是非均相共沸非均相共沸否间歇间歇是反应速度反应速度否3含固定操作是4电解系统是5聚合系统是6生化系统否7设备尺寸集成及速率否8反应模型库是物理性质模块1状态方程是2高极性系统状态方程否3严密的电解热力学是4模型床否5特殊性质模型库否6物理性质集成模块是表表1.2 1.2 近年来近年来化工工程化工工程软件软件模块进展模块进展开发程序一是否达应用水平单元操作模块开发程序一是否达应用水平单元操作模块1包括反应的多相平衡包括反应的多相平衡化工过程设计概论曙光曙光5000服务结点4个（2路4核的AMDOpteron238016G内存）GPU计算节点28台两路四核IntelCPU5520、12G内存56块ATIRadeonHD5870GPU通用计算节点20台四路四核的AMDOpteron8380处理器、32G内存高速互连Infiniband20GB高速网络网络千兆网交换机二套操作系统CentOS5.4存储空间全光纤存储5TB计算能力曙光曙光4000A服务结点4个二路单核服务节点（AMD248CPU，4GBMEM）计算结点29个四路单核节点（AMD848，8GB内存）3个四路双核节点（AMD875双核CPU，8GB内存）高速互连Myrinet2000网络1000Mbps+100Mbps操作系统CentOS4.3编程语言C/C+、Fortran、Java并行环境MPI、PVM、HPF、OpenMP 存储空间3.6TB分布局域硬盘、3TBSCSI盘阵DELLPowerEdge服务结点二路四核服务节点（AMDOpteron2350，8GBMEM）计算结点4台四路4核节点（AMDOpteron8350，32GB内存）网络四个1000Mbps操作系统CentOS5.3编程语言C/C+、Fortran、Java并行环境序号序号软件名称软件名称描述描述1SimSciPRO/II化工流程模拟软件化工流程模拟软件2AspenPlus化工流程模拟软件化工流程模拟软件3UniSim化工流程模拟仿真化工流程模拟仿真4gPROMS化工过程建模系统化工过程建模系统5ANSYSCFX流体力学计算软件流体力学计算软件6ANSYSFluent流体力学计算软件流体力学计算软件7ANSYSPolyFlow粘弹性流体力学计算软粘弹性流体力学计算软件件8AutoDeskMoldflow模塑仿真分析软件模塑仿真分析软件9Gaussian09计算化学软件计算化学软件10MaterialStudio材料科学模拟计算软件材料科学模拟计算软件11DiscoveryStudio生物医药分子模拟软件生物医药分子模拟软件12VASP从头计算量子化学计算从头计算量子化学计算软件软件13Matlab计算数学软件计算数学软件14ComsolMultiphysics多物理场耦合模拟软件多物理场耦合模拟软件15ADF密度泛函计算化学软件密度泛函计算化学软件己应用于化工系统工程己应用于化工系统工程设计软件设计软件如下：如下：曙光曙光5000服务结点服务结点4个（个（2路路4核的核的AMDOpteron化工过程设计概论序号序号 软件名称软件名称描述描述16ZENCRACK高级三维裂纹扩展行为分析软件17ABINIT 电子结构密度泛函程序18NWChem大规模计算化学程序19SIESTA 线性标度密度泛函计算程序20CPMD平面波电子结构软件21Quantum-ESPRESSO基于密度泛函的分子动力学软件22LmtART 完全势LMTO法计算程序23NAMD分子动力学计算软件24GROMACS分子动力学计算软件25LAMMPS分子动力学计算软件26EGO非平衡态分子动力学模拟软件27TheRate 化学反应理论计算程序28DOCK高通量药物筛选软件29BLAST基因序列比对程序30SciLab科学计算软件包31OpenFOAM开源流体动力学模拟软件包己己应用于化工用于化工设计软件如下：件如下：序号序号 软件名称软件名称描述描述化工过程设计概论计算机辅助设计软件计算机辅助设计软件化工过程系统工程进一步研发目标：化工过程系统工程进一步研发目标：在化工过程系统工程在化工过程系统工程用于过程设计用于过程设计方面，方面，应继续应继续进一步进一步开发与提高开发与提高的软件的软件内容是内容是：1.高精确度的全高精确度的全流程大系统集成与整体模拟的流程大系统集成与整体模拟的方法；方法；热物理性质模型热物理性质模型；包括大系统过程控制与管理在内的；包括大系统过程控制与管理在内的过程合成过程合成；2.过程设计中的过程设计中的可操作性与安全性分析可操作性与安全性分析；3.过程集成分析评价过程集成分析评价方法方法以及多产品、以及多产品、多目的多目的批批处理工厂的处理工厂的设计优化策略等问题设计优化策略等问题。因为因为化工过程设计的主要目标化工过程设计的主要目标之一之一：是维护是维护生产生产过程安全性过程安全性，及实现及实现环境保护环境保护的责任的责任 。计算机辅助设计软件计算机辅助设计软件化工过程系统工程进一步研发目标：化工过程系统工程进一步研发目标：化工过程设计概论为了加速实现绿色化学与化工研发目标为了加速实现绿色化学与化工研发目标,必必须须向多尺度集成研究向多尺度集成研究(时间及空间尺度时间及空间尺度)发展发展With CFD tool(saving process development time)Without CFD toolImproved cash flowCash flowTimeShorter pay back timeReduced time to marketReduced process development timeq缩短开发周期q减少投资q环境友好q改善产品质量q迅速抢占市场为了加速实现绿色化学与化工研发目标为了加速实现绿色化学与化工研发目标,必须向多尺度集成研究必须向多尺度集成研究(时时化工过程设计概论生态工业园区生态工业园区是是绿色过程系统工程的绿色过程系统工程的研究范畴研究范畴绿色过程系统工程绿色过程系统工程的的研究对象是和过程系统工程是相同的。它区别的的研究对象是和过程系统工程是相同的。它区别于工业生态学在于于工业生态学在于它将过程系统本身为主要研究对象，研究它对生态它将过程系统本身为主要研究对象，研究它对生态系统的影响，目的是发展过程系统时，使它与环境相容。系统的影响，目的是发展过程系统时，使它与环境相容。特别着重研特别着重研究这些究这些人为系统人为系统与与自然系统自然系统的的交互作用与协调发展交互作用与协调发展的规律的规律。研究方法是建立系统模型，进行模拟与分析。研究方法是建立系统模型，进行模拟与分析。在时空的层面上，大致在时空的层面上，大致分为三个层次的摸拟、分析与优化：分为三个层次的摸拟、分析与优化：1.1.微观层次系统微观层次系统：如分子：如分子-纳米层次，产品分子设计等。纳米层次，产品分子设计等。2.2.介观层次系统：介观层次系统：如基于流程的，基予夹点分析的，基于热力如基于流程的，基予夹点分析的，基于热力学分析的等。学分析的等。3.3.宏观层次系统：宏观层次系统：如生态工业园区如生态工业园区 (Eco-industrial Parks,(Eco-industrial Parks,EIPs)EIPs)等。等。生态工业园区是绿色过程系统工程的研究范畴绿色过程系统工程的的生态工业园区是绿色过程系统工程的研究范畴绿色过程系统工程的的化工过程设计概论 自自19851985年国内第一次化工系统工程学术会议以年国内第一次化工系统工程学术会议以来来。不但在我国不但在我国各大设计院各大设计院“ASPEN”ASPEN”与与“PROCESS”PROCESS”等应用软件亦已应用于计算机辅助化等应用软件亦已应用于计算机辅助化工过程设计。工过程设计。近年来在近年来在大型石化一体化的大型石化一体化的“中石化中石化”产业中产业中，近年来新创制的近年来新创制的计算机集成制造系统计算机集成制造系统CIMS-CIMS-也被广也被广泛应用；泛应用；并已独立开发成功一批并已独立开发成功一批稳态与动态化工稳态与动态化工过程模拟软件以及化工过程与供应链管理软件过程模拟软件以及化工过程与供应链管理软件等，等，并取得了工业有效利用的效果。并取得了工业有效利用的效果。计算机辅助控制计算机辅助控制及及管理系统，管理系统，在国内亦已被企在国内亦已被企业界重视与应用，如中石化及医药产业界等。业界重视与应用，如中石化及医药产业界等。化工过程系统工程化工过程系统工程计算机辅助设计软件计算机辅助设计软件自自1985年国内第一次化工系统工程学术会议以来。不但在年国内第一次化工系统工程学术会议以来。不但在化工过程设计概论“第三次工业革命即将到来”，专家予计专家予计第三次工业革命第三次工业革命，将将以以“制造业数制造业数字化字化”为核心为核心。如果实现了如果实现了通过互联网平台通过互联网平台汇集汇集社会资源、集合社会力量、推动合作创新，形成社会资源、集合社会力量、推动合作创新，形成人机共融的制造模式，人机共融的制造模式，那将使全球技术要素和市那将使全球技术要素和市场要素配置方式发生深刻变化，将给产业形态、场要素配置方式发生深刻变化，将给产业形态、产业结构、产业组织方式带来深刻影响产业结构、产业组织方式带来深刻影响。如3D3D打印技术，已经从研发转向产业化应用打印技术，已经从研发转向产业化应用。可。可以预见，以预见，随着随着3D3D打印技术规模产业化，传统的工打印技术规模产业化，传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合都将面艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合都将面临深度调整临深度调整。将推动将推动计算机辅助化工设计计算机辅助化工设计呈现呈现里程碑式发展，里程碑式发展，走向创新的新历程！走向创新的新历程！“第三次工业革命即将到来第三次工业革命即将到来”，专家予计第三次工业革命，将以，专家予计第三次工业革命，将以化工过程设计概论课下作业课下作业1.化工过程设计的绿色化学科学与工程准则包括化工过程设计的绿色化学科学与工程准则包括那些内容那些内容？2.简述化工过程系统工程模拟软件主要发展趋势简述化工过程系统工程模拟软件主要发展趋势参考文献：参考文献：DavidT.Allen,DavidR.Shonnard,GreenEngineering:EnvironmentallyConsciousDesignofChemicalProcesses,PrenticeHallPTR,Indiana,USA.,20012.EditedBy:DJHCLARK,HandbookofGreenChemistryandTechnology,BlackwellPublishing,Oxford,UK.,2002请同学们请同学们提前提前完成作业，在完成作业，在习题课习题课上进行讨论。上进行讨论。课下作业课下作业1.化工过程设计的绿色化学科学与工程准则包括那些内化工过程设计的绿色化学科学与工程准则包括那些内