可持续发展的挑战与过程系统工程的机遇

可持续系统是一种全局性的系统工程,按规模大小可分为4个层次:全球性的系统,地理边界为特征的系统,局部的或分布的业务系统,可持续发展技术。本文从这4个层次上探讨了可持续发展带来的挑战。今后任何工业过程,包括化学工程,不可能再作为一个孤立的对象来对待,必须考虑工业过程、人类社会及生态环境的交互作用。过程系统工程处于独特位置,最适合把各学科的成果汇集到一个系统工程框架中,来应对这种挑战。     

生物炼制的挑战与过程系统工程的机遇

过程系统工程在生物炼制发展的过程中发挥着越来越重要的作用。本文介绍了过程系统工程相关技术在生物炼制工艺开发、企业生产和区域系统设计中的应用情况。针对生物炼制发展过程中的要求,讨论了过程系统工程技术在生物反应过程模拟、企业生产过程优化、生产管理优化等研究方向应用的可能性与必要性。文章认为,过程系统工程应用于生物炼制领域有两个重要的未来发展方向,一是针对包括农林业生产在内的生物炼制产业链的大系统分析,二是加强同经济学、管理学等其它学科领域的交叉融合。     

过程系统工程研究进展

本文讨论了过程系统工程中值得引起注意的两个前沿研究领域的发展动态；计算机集成过程系统（ＣＩＰＳ）及智能过程工程。     

生态工业及生态工业园区的研究与进展

介绍了国外生态工业研究和生态工业园区建设领域的最新进展 ,说明了开展生态工业研究所涉及的若干问题 ,特别从系统工程的角度指出应开展生态工业系统的物质集成和能量集成的研究     

化学工业"两化融合"发展与过程系统工程:挑战和前景(二)——"两化融合"发展对过程系统工程的挑战及前景

论述了化学工业"两化融合"发展,趋向精细化、服务化和可持续化,对过程系统工程(PSE)提出挑战.研究了过程系统工程应从产品工程/纳米过程系统工程、间歇过程系统工程、供应链的优化与协同、多尺度过程集成及绿色过程系统工程5个方面提供技术支撑的前景.     

过程系统工程面临的挑战和发展趋势

分析了21世纪过程工业的发展趋势及面临的挑战;指出了过程系统工程的研究对象正在由传统的中观向微观和宏观两个方向延伸,小到以分子模拟为手段的产品设计,大到供应链管理的优化和生态系统,均已成为研究的热点;提出了绿色过程系统工程、动态过程和批处理过程系统工程必将成为21世纪初的新增长点,系统集成是当前最受到重视的领域之一。     

过程系统工程的发展和面临的挑战

过程系统工程是一门蓬勃发展中的重要学科。对这门学科的发展沿革做了简略回顾,然后对这门学科所做出的贡献和差距、存在的问题进行了探讨,最后指出过程系统工程在21世纪所面临的挑战及发展机遇。     

过程系统工程与集约化经营的发展方向和对策

所谓企业集约化经营就是从系统工程的观点出发,把企业看成是一个由许多具有不同层次结构和功能结构的子系统组成,它们之间由物质流、能量流、信息流等相互联系。按照市场经济需求,对企业的生产经营诸要素进行综合优化配置,以使企业在T为产品进入市场时间(Time to Market), Q为质量(Quality), C为成本(Cost),S为服务(Service),E为环境保护(Environment)诸方面,均能满足市场需求及社会可持续发展的要求。     

绿色过程系统工程

发展从源头消除污染的绿色技术是过程工业可持续发展的必然要求,任何单元技术的突破对过程工程的绿色化都是不可或缺的。然而过程工程是一个系统科学,不仅要考虑单个技术,重点还要考虑从原料替代、介质创新到单元强化及系统集成的整个链条,归根到底是要通过新介质(如催化剂、溶剂等)的原始创新和新工艺集成创新实现过程工业的绿色化。基于系统论的科学思想综合考虑过程工程这一复杂大系统,以离子液体介质创新为核心,综述了在原料替代、新型介质设计、传递规律、系统集成方面的新进展,以期为绿色化工技术的发展提供重要的科学基础。     

过程系统工程技术与中国石化可持续发展

石油化工行业是国民经济的重要基础和支柱产业,中国石化集团公司作为中国最大的油品和石化产品生产商及经销商,已步入世界大型能源化工公司行列。过程系统工程（PSE）技术在中国石化结构调整、技术创新、降本增效、节能降耗、环境保护、安全生产、科学决策等诸多方面都起到了重要的作用,有效促进了中国石化科技进步和生产发展。企业资源计划（ERP）系统成功上线;初步形成供应链体系;全面启动总部生产营运指挥系统建设;电子商务系统长周期在线运行等。中国石化积极推进可持续发展,积极调整结构,强化技术改造,大幅降低能源消耗水平;全面推进清洁生产,从源头减少污染;努力节能降耗,提高资源和能源利用效率;不断完善安全、环境、健康（HSE）管理体系。坚持不懈地开展PSE技术的研究与应用,是中国石化可持续发展的内在要求与必然选择。     

水网络与虚拟水的过程系统工程研究进展

水危机的迫切性已经引起了全世界过程系统工程领域的普遍关注。首先概述了全球和中国水危机的严重情况, 介绍了政府和学术界的对策, 系统地检索了1994年以来对水网络和虚拟水问题发表的文献著作。分3个层次对国内外的研究做了系统综述:①单个企业内水网络系统集成优化, 包括用水网络(WUN)、废水处理网络(WWTN)、总水网络(TWN)和全水网络(CWN)及冷却循环水系统问题、有中水道水网络和间歇水网络问题3个特殊问题;热量和水耗同时最小化的水配置和换热网络问题(WAHEN);多种工艺与能、水网络系统同时集成优化研究;②跨企业多个水网络系统集成优化;③跨地区/国家的虚拟水与产品水足迹研究。这些研究对企业的、跨企业的生态工业园区以及区域产业系统的节水减排和提高水、能的利用效率可以发挥重要作用, 并对解决缺水地区/国家的政策制定提供依据。     

可持续发展时代的过程集成

介绍了可持续性和过程系统工程的发展和定义,讨论了过程集成在可持续发展时代的企业内部和企业间的发展和应用。企业内的过程集成主要介绍了其集成方法以及多方面的应用实例,并提出了深度过程集成的概念;企业间的过程集成目前主要应用在多联产系统和生态工业园区。本文对一些典型的集成方法也简要进行了综述。     

A generalized cutting-set approach for nonlinear robust optimization in process systems engineering

We propose a novel computational framework for the robust optimization of highly nonlinear, non-convex models that possess uncertainty in their parameter data. The proposed method is a generalization of the robust cutting-set algorithm that can handle models containing irremovable equality constraints, as is often the case with models in the process systems engineering domain. Additionally, we accommodate general forms of decision rules to facilitate recourse in second-stage (control) variables. In particular, we compare and contrast the use of various types of decision rules, including quadratic ones, which we show in certain examples to be able to decrease the overall price of robustness. Our proposed approach is demonstrated on three process flow sheet models, including a relatively complex model for amine-based CO₂ capture. We thus verify that the generalization of the robust cutting-set algorithm allows for the facile identification of robust feasible designs for process systems of practical relevance.     

A tribute to professor Roger Sargent: Intellectual leader of process systems engineering

This article and this issue of the AIChE Journal, is a tribute to Professor Roger Sargent who, as pioneer and intellectual leader of process systems engineering, has had a profound impact on the discipline of chemical engineering. Spanning more than five decades, his work has provided a strong mathematical foundation to process systems engineering through the development of sophisticated mathematical and computational tools for the simulation, design, control, operation and optimization of chemical processes. In this article we first give a brief overview of his career that included several leadership positions and the establishment of the Centre for Process Systems Engineering (CPSE) at Imperial College London. We next review his research contributions in the areas of process modeling, differential algebraic systems, process dynamics and control, nonlinear optimization and optimal control, design under uncertainty, and process scheduling. We highlight the tremendous impact that he has had through his students, students' students, and his entire academic family tree, which at present contains over 2000 names, probably one of the largest among the academic leaders of chemical engineering. Finally, we provide a brief overview of him as a modest and charming individual with a wonderful sense of humor. He is without doubt a true intellectual giant who has helped to expand the scope of chemical engineering by providing a strong systems component to it, and by establishing strong multidisciplinary links with other fields. © 2016 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 62: 2951–2958, 2016