過程工程

過程工程（Process engineering）是化學、物理、生物過程的設計、運行、控制、優化與強化。涉及大量的工業領域，如化學、石化、農業、冶金、先進材料、食品、製藥、軟件開發、生物技術工業等。通過建模，仿真和優化，基於計算機的系統方法應用稱為「過程系統工程」（process systems engineering）。

簡介

過程工程把客戶的需求轉化為生產設施處理原材料，產生增值的成份；這些成分運送到供應鏈的下一階段。

過程工程在設計時，使用塊圖表示原材料與期望的變換（單元處理），然後使用過程流程圖（PFD）表示物料流程路徑、存儲設備（如罐、箱、料倉等），變換（如蒸餾塔、進料罐、出料罐、混合、分離、泵等）、過程測量，以及所有的管線、傳送、內容物、材料屬性如密度、黏度、粒度分佈、流速、壓力、溫度、管線材質、單元操作等。

根據過程流程圖，設計出管線與儀表圖（P&ID），包括管線、傳送器的尺寸信息以滿足期望的流速、過程工作（如罐體液位指示、物料流儀表、稱重設備、引擎速度控制、溫度壓力指示/控制等）。P&ID是「系統操作指南」與功能說明書。

根據P&ID，可以制出過程的建議佈局（總體安排）。其他工程領域如土木工程的場地平整、基礎設計、混凝土結構設計、鋼結構設計、項目成本估算、工程進度安排、採購、製造、安裝、試車、啟動、投產。

重要技能

過程系統工程包含的重要技術領域：

• 過程設計：能量回收網的綜合、蒸餾系統（共沸）綜合、反應器網絡綜合、層次分解流程圖、上層結構優化、 optimization, 多產品批產廠設計。
• 過程控制: 預測模型控制、可控制性測量、魯棒控制、非線性控制、統計過程控制、過程監控、基於熱力學控制
• 單元過程: 調度過程網絡（scheduling process networks）、 多階段規劃與優化（multiperiod planning and optimization）、數據協調（data reconciliation）、實時優化、靈活措施（flexibility measures）、故障診斷
• 支持工具: 序貫模塊仿真（sequential modular simulation）、基於方程的過程模擬（equation-based process simulation）、 人工智能/專家系統、大規模非線性規劃(NLP)、代數微分方程優化 (DAEs)、混合整數非線性規劃(MINLP)、全局優化

過程系統工程歷史

過程系統工程(PSE)是化學工程中一個年輕領域。1961年美國化學工程學會會刊出的一卷特刊，首次使用了這個術語。1982年在日本京都召開了首次過程系統工程國際學術會議，PSE才開始被廣泛使用。

該領域第一本教科書是Strategy of Process Engineering，作者Dale F. Rudd與Charles C. Watson（Wiley, 1968）。美國化學工程學會第10領域，於1977年組建了Computing and Systems Technology (CAST) Division，包含四個子領域：

• Process Design
• Process Control
• Process Operations
• Applied Mathematics

該領域第一本專業期刊是Computers and Chemical Engineering，1977年創刊。

1980年在亨尼克召開的Foundations of Computer-Aided Process Design (FOCAPD) conference是該領域第一個定期會議。

參見

• Chemical process modeling
• Chemical technologist
• 工業工程學
• Industrial process
• 材料科學
• Modular process skid
• Process chemistry
• Process flowsheeting
• Process integration
• 系統工程

外部連結

• Advanced Process Engineering at Cranfield University (Cranfield, UK) https://www.cranfield.ac.uk/courses/taught/advanced-process-engineering
• Centre for Process Systems Engineering (Imperial) http://www3.imperial.ac.uk/centreforprocesssystemsengineering
• Process Systems Engineering at Cornell University (Ithaca, New York) http://you.cbe.cornell.edu/
• Department of Process Engineering at Stellenbosch University http://processengineering.sun.ac.za/
• Process Research and Intelligent Systems Modeling (PRISM) group at BYU http://apm.byu.edu/prism/
• Process Systems Engineering at CMU https://www.cmu.edu/cheme/research/process-systems-engineering/index.html
• Process Systems Engineering Laboratory at RWTH Aachen http://www.avt.rwth-aachen.de/cms/AVT/Forschung/Forschungsschwerpunkte-der-AVT/~ioaf/Systemverfahrenstechnik/lidx/1/
• The Process Systems Engineering Laboratory (MIT) http://yoric.mit.edu/
• Research Challenges in Process Systems Engineering by Ignacio E. Grossmann and Arthur W. Westerberg http://egon.cheme.cmu.edu/Papers/GrossmannWestChall.pdf