浅析近年来化工系统工程的发展与应用

郭江申 张嘉欣

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：化工系统工程;化工生产;发展;实际应用

20世纪50年代初，化学反应工程学科和计算机技术的兴起和快速发展，使数学模型法得到了极大的发展并广泛应用于各个行业。之后，人们开始开发化學过程系统，希望在合理的技术和经济条件下完成最佳过程系统的设计和运行控制[1]。在20世纪60年代，过程系统工程学由过程控制理论、数值计算方法、运筹学、系统工程和化学工程等学科交叉逐渐形成、发展起来。

化工系统工程是使用系统工程方法解决化工系统中的问题，从而优化规划、设计和运行，即在已知系统结构和单元装置的情况下，通过分析系统并合成要设计的系统来优化处理系统的操作。

1    化工系统工程的性质、内容和作用

化学系统工程，也称为过程控制系统，是化学工程和技术的必修课程。该课程的主要内容包括3个部分，即过程系统仿真、优化和综合。系统仿真部分与工程背景紧密结合，重点研究网络拓扑的分解方法、顺序模块法、联立方程法和联立模块法[2]。优化部分介绍了如何将实际的化学问题转化为数学优化问题。该优化方法、结构参数和运行参数的优化从应用的角度介绍了该算法，省去了繁琐的数学推导证明，注重解决工程问题的逻辑[2]。合成部分是通过分离顺序，进行换热网络的合成和系统的热集成。这些示例介绍了过程系统综合的基本概念、方法以及实用性。本课程将继续扩大本专业专业课程的整合，巩固和加深所学知识，提高提出和解决问题的能力，并培养学生成为有新的工程精神的高级应用型人才。

化学系统工程研究的对象是化学生产过程中的系统。该系统的目标是系统的整体优化，即确定和控制系统每个组件的输入和输出状态，从而实现反映系统收益的某个定量功能[3]。如确定最大值或最小值，反映系统总体目标的功能称为目标功能。例如，在设计最佳化工厂时，通常将投资成本和运营成本作为目标函数，以找到总成本最低的设计。化学系统工程是一门发展中的学科[4]。到目前为止，人们对该学科的理解和定义并不完全相同。

2    化工系统工程近年来的发展情况

化学系统工程学是在几门学科的边缘发展起来的。来自不同学科的学者具有不同的学术背景。由于不同国家都有自己的学术传统，因此，该技术领域不仅在不同国家的名称不同，突出显示的内容也不同。总的来说，它可以分为两个不同的研究领域：一是将系统工程与化学工程相结合，侧重于解决化学设计问题;另一种是将系统工程与过程控制相结合，重点是系统控制问题[5]。因此，有许多发展方向。近年来，化学系统工程的发展与中国石化产业的发展密切相关。

根据我国化学系统工程的发展现状和未来趋势的要求，我国系统工程研究还存在许多不足的地方，这阻碍了我国系统工程的整体发展[6]。因此，我国的相关产业需要立足实际，设定项目发展目标。首先，必须加强系统工程标准体系的研究力度，从而尽快建立我国的系统工程标准体系。其次，通过多方合作的方式完成系统工程标准规范的建设，提供系统工程各项内容的实施数据[7]。再次，开展创新研究对系统工程理论的建立是十分有必要的。具体内容可以表现为：对系统设计进行综合且有针对性的研究，总结在中国系统工程开发过程中的经验，并依据当前研究现状学习国际系统工程技术，从而为中国系统工程的发展创造良好的条件[7]。另外，需要建立和完善有效的系统工程培训机制，保证我国系统工程技术的长期可持续发展。

3    化工系统工程的应用

3.1  化工系统工程在石油化工领域的应用

中国石化将进一步调整产品结构，优化资源配置，大力发展烯烃、芳烃和三大合成材料等石化产品主营业务，进一步优化产业结构，整合化工产品资源，充分发挥综合优势，努力发展中国石化产业。

随着人民生活水平不断提高和相关行业不断发展，对合成材料的质量和性能的要求越来越高，中国石化将积极开发三大高性能合成材料技术，以提高石化技术含量。专注于开发乙烯和芳烃等有机原料的大规模生产技术;以产品为龙头，根据市场需求开发合成树脂、合成橡胶、合成纤维新产品，提高产品附加值，逐步形成具有中国石化特色的系列产品[8]。

3.2  化工系统工程在清洁生产领域的应用

在环保生产技术方面，中国石化将更加注重污染防治的全过程，不断减少污染排放总量，完善安全、环境和健康管理体系。最大限度地减少“三废”排放，全面促进清洁生产，不断提供节约资源的新产品和新技术，提高资源利用效率[9]。

中石化将发展和整合先进的节能、节油、节水和环境保护技术，努力节约能源并减少二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳的排放[10]。优先发展清洁生产工艺和资源循环利用技术，控制和减少源头污染物的产生和排放，实现从原料供应、生产、加工到终端消费的清洁[10]。全面污染物控制技术的实施将有效控制“三废”排放。发展先进的环境保护技术，加强废物回收利用和副产品回收利用，实现废物处理的减少、无害化和绿色化。

3.3  化工系统工程在炼油领域的应用

中国石化将进一步调整和改善炼油厂布局和设备结构，提升大型集约化设备规模，逐步形成世界一流的炼油化工企业集团，实现炼油化工一体化优化和区域资本优化，降低能耗，提高资源利用率，增强国际竞争力，使炼油技术整体达到国际水平[11-12]。

为了确保国民经济的可持续发展，满足对清洁能源的需求，中国石化将继续积极研究和开发清洁燃料生产技术，重点发展清洁汽油和柴油生产技术，精炼和化学集成技术，发展重油深加工、劣质原油和非常规原油加工技术，以合理有效地利用石油资源[13]。

4    结语

由系统科学的观点和方法可知，化学系统工程不断地将现代的先进技术融入实际应用中，以丰富系统工程的整体功能。系统的集成度越来越高，能够满足更多用户的需求。随着我国经济的快速发展，系统工程技术的应用将越来越广泛，并将逐步渗透到新的领域，为我国经济建设提供更强的动力，全面促进我国经济的发展。因此，现阶段我国主要希望研究系统工程在化工生产中的最佳应用，不断应用新技术，推动我国系统工程技术的发展。

[参考文献]

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[4]孟凡超.过程系统工程技术在中国石油化工与应用研究[J].化工设计通讯，2016，42（6）：54.

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[8]何  潇.过程系统工程技术在中国石油化工的研究与应用研究[J].山东工业技术，2014（21）：37，45.

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[11]张继峰.过程气体分析成套系统在石油化工行业的典型应用[D].重庆：重庆理工大学，2015.

[12]方利国.化工系统工程教学改革及探索[J].化工高等教育，1995（2）：56-58.

[13]楊友麒.化工系统工程发展前沿[J].系统工程理论与实践，1987（3）：43-51.