淺析近年來化工系統工程的發展與應用

郭江申 張嘉欣

摘 ? 要：隨著當前社會經濟的飛速發展，化工行業取得了舉世矚目的成就。在我國科技不斷進步的過程中，化工生產變得越加復雜，其規模不斷擴大，逐步實現了代替人工的自動化生產。化工系統工程作為一門應用極其廣泛的學科，受到了社會的廣泛關注，正在不斷蓬勃發展。簡要介紹了化工系統工程，并探討化工系統工程在化工生產中的發展及實際應用。

關鍵詞：化工系統工程;化工生產;發展;實際應用

20世紀50年代初，化學反應工程學科和計算機技術的興起和快速發展，使數學模型法得到了極大的發展并廣泛應用于各個行業。之后，人們開始開發化學過程系統，希望在合理的技術和經濟條件下完成最佳過程系統的設計和運行控制[1]。在20世紀60年代，過程系統工程學由過程控制理論、數值計算方法、運籌學、系統工程和化學工程等學科交叉逐漸形成、發展起來。

化工系統工程是使用系統工程方法解決化工系統中的問題，從而優化規劃、設計和運行，即在已知系統結構和單元裝置的情況下，通過分析系統并合成要設計的系統來優化處理系統的操作。

1 ? ?化工系統工程的性質、內容和作用

化學系統工程，也稱為過程控制系統，是化學工程和技術的必修課程。該課程的主要內容包括3個部分，即過程系統仿真、優化和綜合。系統仿真部分與工程背景緊密結合，重點研究網絡拓撲的分解方法、順序模塊法、聯立方程法和聯立模塊法[2]。優化部分介紹了如何將實際的化學問題轉化為數學優化問題。該優化方法、結構參數和運行參數的優化從應用的角度介紹了該算法，省去了繁瑣的數學推導證明，注重解決工程問題的邏輯[2]。合成部分是通過分離順序，進行換熱網絡的合成和系統的熱集成。這些示例介紹了過程系統綜合的基本概念、方法以及實用性。本課程將繼續擴大本專業專業課程的整合，鞏固和加深所學知識，提高提出和解決問題的能力，并培養學生成為有新的工程精神的高級應用型人才。

化學系統工程研究的對象是化學生產過程中的系統。該系統的目標是系統的整體優化，即確定和控制系統每個組件的輸入和輸出狀態，從而實現反映系統收益的某個定量功能[3]。如確定最大值或最小值，反映系統總體目標的功能稱為目標功能。例如，在設計最佳化工廠時，通常將投資成本和運營成本作為目標函數，以找到總成本最低的設計。化學系統工程是一門發展中的學科[4]。到目前為止，人們對該學科的理解和定義并不完全相同。

2 ? ?化工系統工程近年來的發展情況

化學系統工程學是在幾門學科的邊緣發展起來的。來自不同學科的學者具有不同的學術背景。由于不同國家都有自己的學術傳統，因此，該技術領域不僅在不同國家的名稱不同，突出顯示的內容也不同。總的來說，它可以分為兩個不同的研究領域：一是將系統工程與化學工程相結合，側重于解決化學設計問題;另一種是將系統工程與過程控制相結合，重點是系統控制問題[5]。因此，有許多發展方向。近年來，化學系統工程的發展與中國石化產業的發展密切相關。

根據我國化學系統工程的發展現狀和未來趨勢的要求，我國系統工程研究還存在許多不足的地方，這阻礙了我國系統工程的整體發展[6]。因此，我國的相關產業需要立足實際，設定項目發展目標。首先，必須加強系統工程標準體系的研究力度，從而盡快建立我國的系統工程標準體系。其次，通過多方合作的方式完成系統工程標準規范的建設，提供系統工程各項內容的實施數據[7]。再次，開展創新研究對系統工程理論的建立是十分有必要的。具體內容可以表現為：對系統設計進行綜合且有針對性的研究，總結在中國系統工程開發過程中的經驗，并依據當前研究現狀學習國際系統工程技術，從而為中國系統工程的發展創造良好的條件[7]。另外，需要建立和完善有效的系統工程培訓機制，保證我國系統工程技術的長期可持續發展。

3 ? ?化工系統工程的應用

3.1 ?化工系統工程在石油化工領域的應用

中國石化將進一步調整產品結構，優化資源配置，大力發展烯烴、芳烴和三大合成材料等石化產品主營業務，進一步優化產業結構，整合化工產品資源，充分發揮綜合優勢，努力發展中國石化產業。

隨著人民生活水平不斷提高和相關行業不斷發展，對合成材料的質量和性能的要求越來越高，中國石化將積極開發三大高性能合成材料技術，以提高石化技術含量。專注于開發乙烯和芳烴等有機原料的大規模生產技術;以產品為龍頭，根據市場需求開發合成樹脂、合成橡膠、合成纖維新產品，提高產品附加值，逐步形成具有中國石化特色的系列產品[8]。

3.2 ?化工系統工程在清潔生產領域的應用

在環保生產技術方面，中國石化將更加注重污染防治的全過程，不斷減少污染排放總量，完善安全、環境和健康管理體系。最大限度地減少“三廢”排放，全面促進清潔生產，不斷提供節約資源的新產品和新技術，提高資源利用效率[9]。

中石化將發展和整合先進的節能、節油、節水和環境保護技術，努力節約能源并減少二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳的排放[10]。優先發展清潔生產工藝和資源循環利用技術，控制和減少源頭污染物的產生和排放，實現從原料供應、生產、加工到終端消費的清潔[10]。全面污染物控制技術的實施將有效控制“三廢”排放。發展先進的環境保護技術，加強廢物回收利用和副產品回收利用，實現廢物處理的減少、無害化和綠色化。

3.3 ?化工系統工程在煉油領域的應用

中國石化將進一步調整和改善煉油廠布局和設備結構，提升大型集約化設備規模，逐步形成世界一流的煉油化工企業集團，實現煉油化工一體化優化和區域資本優化，降低能耗，提高資源利用率，增強國際競爭力，使煉油技術整體達到國際水平[11-12]。

為了確保國民經濟的可持續發展，滿足對清潔能源的需求，中國石化將繼續積極研究和開發清潔燃料生產技術，重點發展清潔汽油和柴油生產技術，精煉和化學集成技術，發展重油深加工、劣質原油和非常規原油加工技術，以合理有效地利用石油資源[13]。

4 ? ?結語

由系統科學的觀點和方法可知，化學系統工程不斷地將現代的先進技術融入實際應用中，以豐富系統工程的整體功能。系統的集成度越來越高，能夠滿足更多用戶的需求。隨著我國經濟的快速發展，系統工程技術的應用將越來越廣泛，并將逐步滲透到新的領域，為我國經濟建設提供更強的動力，全面促進我國經濟的發展。因此，現階段我國主要希望研究系統工程在化工生產中的最佳應用，不斷應用新技術，推動我國系統工程技術的發展。

[參考文獻]

[1]王健紅，馮樹波，杜增智.化工系統工程理論與實踐[M].北京：化學工業出版社，2009.

[2]佘啟明.“化工系統工程”數字化教學改革與實踐[J].江蘇師范大學學報：教育科學版，2013，4（2）：65-67.

[3]楊友麒.化學工業的轉型升級和過程系統工程（PSE）[J].化工進展，2018，37（3）：803-814.

[4]孟凡超.過程系統工程技術在中國石油化工與應用研究[J].化工設計通訊，2016，42（6）：54.

[5]曾維平.中國石油化工過程系統工程質量控制技術的應用分析[J].中國石油和化工標準與質量，2016，36（11）：16-17.

[6]曾維平.化工生產中系統工程的發展及應用研究[J].當代化工研究，2016（4）：15-16.

[7]宏曉晶，劉雪鵬，吳盛文，等.過程系統工程方法在煤化工節水優化中的應用[J].工業水處理，2015，35（8）：107-109.

[8]何 ?瀟.過程系統工程技術在中國石油化工的研究與應用研究[J].山東工業技術，2014（21）：37，45.

[9]王基銘.過程系統工程技術在中國石油化工的研究與應用[J].天津大學學報，2007（3）：329-334.

[10]李有潤.化工系統工程方法的應用[J].化工進展，1983（5）：14-18.

[11]張繼峰.過程氣體分析成套系統在石油化工行業的典型應用[D].重慶：重慶理工大學，2015.

[12]方利國.化工系統工程教學改革及探索[J].化工高等教育，1995（2）：56-58.

[13]楊友麒.化工系統工程發展前沿[J].系統工程理論與實踐，1987（3）：43-51.