化工系统工程 第三章过程系统的结构分析.ppt
化工系统工程__化工过程系统稳态模拟与分析（可编辑）
化工系统工程__化工过程系统稳态模拟与分析2 化工过程系统稳态模拟与分析概述通过对化工工艺流程系统进行稳态模拟与分析也就是对过程系统建立模型并对模型进行求解可以解决下述三方面的问题①过程系统的分析与模拟②过程系统设计③过程系统参数优化①过程系统的分析模拟对某个给定的过程系统模型进行模拟求解可得出该系统的全部状态变量从而可以对该过程系统进行工况分析如图21所示②过程系统设计当对某个或某些系统变量提出设计规定要求时通过调整某些决策变量使模拟结果满足设计规定要求如图22所示③过程系统参数优化过程系统模型与最优化模型联解得到一组使工况目标函数最佳的决策变量优化变量从而实施最佳工况如图所示 2 化工过程系统稳态模拟与分析相关的基本概念 1 系统为了某种目标由共同的物料流或信息流联系在一起的单元组合而形成的整体称为系统 2 子系统组成系统的系统下一层次的事物简单系统子系统就是某个单元复杂系统它的子系统又可能包含有子系统基本概念 3 系统的特性由两方面构成 1系统内各个单元的特性复杂系统则是各子系统的特性 2系统流程的结构特性树结构和再循环结构的概念 4 过程拓扑将过程流程图转换为信息流程图再把信息流程图转变为过程矩阵的过程称为过程拓扑过程流程→信息流程用有向线段表示信息流用方框表示设备或节点信息流程→过程矩阵将信息流程数字化使计算机可以识别根据信息流图可以得出过程矩阵 2．1 过程系统模拟的基本方法过程系统模拟计算量大且复杂手工计算难以完成计算机和计算技术的发展为过程系统的整体研究提供了技术手段各种类型的过程系统模拟软件不断出现但就其模拟计算求解方法而言可以归纳为三类序贯模块法 Sequentia1 Modular Method 面向方程法 Equation Oriented Method 联立方程法联立模块法 Stmultaneously Modular Method 2 11过程系统模拟的序贯模块法序贯模块法按照由各种单元模块组成的过程系统的结构序贯的对各单元模块进行计算从而完成该过程系统的模拟计算的方法序贯模块法对过程系统的模拟以单元模块的模拟计算为基础依据单元模块入口的物流信息以及足够的定义单元特性的信息计算出单元出口物流的信息序贯模块法的优点与实际过程的直观联系强模拟系统软件的建立维护和扩充都很方便易于通用化计算出错时易于诊断出错位置序贯模块法的主要缺点计算效率较低尤其是解决设计和优化问题时计算效率更低序贯模块法计算效率低的原因只能根据模块的输入物流信息计算输出物流信息在进行系统模拟的过程中对有再循环物流单元模块的计算需要考虑断裂物流收敛计算使问题复杂 2 12 过程系统模拟的面向方程法面向方程法将描述整个过程系统的数学方程式联立求解从而得出模拟计算结果的方法面向方程法又称联立方程法面向方程法的优点可以根据问题的要求灵活地确定输入输出变量而不受实际物流和流程结构的影响模型中所有的方程可同时计算和同步收敛面向方程法的问题形成通用软件比较困难不能利用现有大量丰富的单元模块缺乏与实际流程的直观联系计算失败之后难于诊断错误所在对初值的要求比较苛刻计算技术难度较大等 2 13 过程系统模拟的联立模块法联立模块法将过程系统的简化模型方程与单元模块严格模型交替求解又被称作双层法 2．2 过程系统模拟的序贯模块法 2．2．1序贯模块法的基本原理单元模块依据相应过程单元的数学模型和求解算法编制而成的子程序如图28 a 中的闪蒸单元可依据闪蒸单元模型和算法编制成闪蒸单元模块单元模块的单向性结定单元模块的输入物流变量及参数可计算出相应的输出物流变量但不能由检出变量计算输入变量也不能由输入输出变量计算模块参数序贯模块法的基本思想从系统入口物流开始经过对该物流变量进入的单元模块的计算得到输出物流变量这个输出物流变量就是下一个相邻单元的输入物流变量依次逐个的计算过程系统中的各个单元最终计算出系统的输出物流计算得出过程系统中所有的物流变量值即状态变量值 2．2．2 再循环物流的断裂当涉及的系统为无再循环流的树形结构时序贯模块法的模拟计算顺序可以按过程单元的排列顺序一一顺利完成用序贯模块法处理具有再循环物流系统的模拟计算时需要用到系统分解断裂 Tearing 和收敛 Convergence 等多项技术 Step1 假定断裂物流S4的变量值然后依次计算单元模块ABC得到物流S4的变量值 Step2利用收敛单元比较S4与S4的相应变量值若不等则改变S4为新的变量值重复Step1过程直到S4与S4两个变量值相等为止问题收敛单元设置在哪个物流处既如何选择断裂物流本问题中不仅可以是物流S4处也可以设置在物流S2或S3处对于复杂系统收敛单元设置的位置不同其效果也将不同究竟设置在何处为好这要通过断裂技术去解决如何得到新的S4变量值如何保证计算收敛如何加快收敛取决于收敛算法还与断裂物流变量的特性有关 2．2．2 再循环物流的断裂 1 断裂的基本概念首先考察方程组的断裂假设有一个由四个方程四个未知变量组成的方程组也可以由另外的方式进行求解例如假设x2的猜值则 f1解出x3 f2解出x4 f3解出x1 最后利用f4来检验最初没定的猜值x2 是否正确如果f4为零则可认为得到了方程组的解若此处的f4 不为零则需修正x2的值再重新进行迭代计算这样可将四维求解问题降阶成了四个一维问题通过迭代计算把高级方程组降阶为低级方程组的办法称为断裂考察过程系统中的不可分隔子系统如图211断裂物流可以选为S10当然也可以选为S11选择不同的断裂物流则其相应的迭代序列也不一样从表面上看上列的两种计算序列似乎没有什么很大的区别但由于系统中各物流及其变量特性的不同在收敛计算上常是有很大差异的如变量个数的多少方程求解的难易程度等如何选择断裂物流确定迭代序列是实施序贯模块法进行过程系统模拟计算过程中必须要解决的问题 2 断裂方法的研究早在20世纪60年代初就有人提出了断裂的思想此后随着流程模拟技术的不断发展有关研究断裂的文章不断出现他们提出判断最佳断裂的准则分为四类 1 断裂的物流数最少 2 断裂物流的变量数最少 3 断裂物流的权重因子之和最少 4 断裂回路的总次数最少另一种归纳 1断裂的流股数目最少 2断裂流股包含的变量数目最少 3对每一流股选定一个权因子该权因子数值反映了断裂该流股时迭代计算的困难程度应当使所有的断裂流股权因子数值总和最小4选择一组断裂流股使直接代入法具有最好的收敛特性四条准则是一般性的原则 3 回路矩阵过程系统中的简单回路可以用回路矩阵 1oop／stream Matrix 表示矩阵中的行代表回路列代表物流若某回路i中包括有物流J则相应的矩阵元素aij＝1否则为空白或零不独立的列 f 1 与 f 值较大的列相比较若某列中的非零元素与 f 值较大列的非零元素同行则该列相对于 f 值大的列不独立如S2的f 值较大与其余小于它的列相比较会发现S2的非零元素为C行和A行而S1列C行非零 S3A行非零其余列中无与S2同行的非零的元素则判别出 S1 S3相对于S2不独立表示为 S1 S3 S2 S5 S6 S4 流股断裂方法一L - R 分解法 L – R分解法遵循的原则断裂流股数目最少且将所有循环路打开例现有一个为最大循环网的不可分割子系统其信息流图如下1 42 53 S4 S3 S2 S1 S6 S5 S7 S8 4流股断裂方法分析在这个信息流程图中有 8个流股S1S2 S8 五个节点12345构成了ABCD四个环路 1 4 2 5 3 S4 S3 S2 S1 S6 S5 S7 S8 A D C B在Lee – Rudd 法中首先分析信息流图再用环路矩阵表示出来 A B C D 环路S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 01 1 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 1 1 1 01 0 0 0 0 0 0 0 11 1 1 0 流股 f R 1 42 53 S4 S3 S2 S1 S6 S5 S7 S8A C DB 矩阵做法Si 流股若在 A 环中出现则标 1若不出现则标 0例如 A 环由S2S3 两流股构成其余为零矩阵中还有加和行用f 表示它由每一列中的非零元素加和构成加和列R它将每一行非零元素加和构成 f 称为环路频率代表某流股出现在所有环路中的次数R 称为环路的秩代表某环路中包含的流股总数经运算可得出加和 f 和R值环路矩阵成为下面样子 A B C D S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 0 1 1 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 10 R 2 2 3 4 f 1 2 1 2 1 1 2 1 不独立的列 A B C D S1 S2 S3 S4 S5S6 S7 S8 0 1 1 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 11 1 1 0 1 0 0 0 00 0 0 1 1 1 1 0 R 2 2 34 f 1 2 1 2 1 1 2 1 不独立的列基本概念工艺流程图过程流程过程拓扑举例信息流图-13 序贯模块法的基础是单元模块子程序通常单元模块与过程单元是一一对应的过程单元的输入物流变量即为单元模块的输入单元模块的输出即为过程单元的输出物流变量如 A B H G F E C D 系统分解对复杂系统将所有模型方程全部联立求解很困难直接用序贯法又存在相互影响这时可将该系统分成几个相对独立的部分各自联解再序贯求解将大的复杂系统分解为若干个小的子系统的过程称为大系统的分解目的是识别出不可分割子系统 AB H G F ECD 不可分割子系统不相关子系统 A B H G FE C D A B C A B CG F E D 流股断裂 Tearing 一般对于大系统分解得到的子系统已是不可分隔的如ABC构成的当这样的子系统仍很复杂时联立求解仍困难若断开某一个流股则可采用序贯法求解而断开的流股变量则作为迭代变量选择断裂流股是该技术的关键 A B H G F E C D 断裂物流迭代计算步骤如下该方程组可以通过联立求解得到它的解图210 描述了断裂的过程其中流股x2称为断裂流股该流股只有一个变量x2 称为迭代变量流股的收敛性指的就是其中变量x2 的收敛性能问题如果不选择流股x2是否可达到简化的目的。
化工系统工程课件-化工过程分析与合成
流程模拟与优化
利用流程模拟软件对化工过程 进行模拟，通过优化算法对过 程进行优化。
效果评估
对改进措施的实施效果进行评 估，总结经验教训。
02
化工过程建模与仿真
化工过程建模
总结词
化工过程建模是化工系统工程的基础，它通过建立数学模型来描述化工过程的 动态行为和性能。
详细描述
化工过程建模的主要目的是将实际的化工过程转化为数学模型，以便进行仿真、 优化和控制。建模过程中需要考虑各种因素，如化学反应动力学、热力学、流 体动力学等，以及各种设备的特性。
生物化工过程分析与合成应用案例
以某生物化工厂为例，通过对其生产过程中的多个单元操 作进行优化，实现了降低能耗、提高产品质量和减少环境 污染的目标。同时，该案例还展示了化工系统工程在解决 实际问题中的重要性和优势。
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案例一：石油化工过程分析与合成
石油化工过程分析与合成概述
石油化工是以石油为原料，通过化学反应和分离过程将石油转化为各种化学品、燃料和材 料的过程。在化工过程中，分析和合成是关键环节，对于提高产品质量、降低能耗和减少 环境污染具有重要意义。
石油化工过程分析与合成技术
石油化工过程涉及多种化学反应和分离技术，如蒸馏、萃取、吸附、结晶等。通过对这些 技术的分析和优化，可以确能耗和物耗。
化工系统工程课件-化工过程 分析与合成
目录
• 化工过程分析与合成概述 • 化工过程建模与仿真 • 化工过程操作与控制 • 化工系统工程应用案例
01
化工过程分析与合成概述
定义与目标
定义
化工过程分析与合成是一门研究化工 生产过程中物质和能量转换、传递和 平衡的学科。它通过对化工过程的系 统分析，实现过程优化、节能减排和 提高经济效益的目标。
《化工系统工程》PPT课件
在工程上，许多选择问题均属于优化问题。例如连续操作与间歇
操作的选择，流程、操作条件、设备型式、设备结构尺寸与结构材料
的选择等等。此外，还有流程设计、设备工艺参数的确定等也属于优
化问题。
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当存在以下情况时，我们都可以进行优化设计：
(1)销售受到产量的限制 如果市场销路没有问题，设法改变设计参 数提高产量是很有吸引力的。
(5)产品质量超过设计规定 如果产品质量明显优于用户要求这样会 造成生产费用和装置能力的浪费，设法使产品质量靠近用户要求，便 能使成本下降。
(6)有较多的有用组分通过废水、废气排出 例如通过调节空气与燃 料的比例，以减少加热炉的燃料损失，从而降低燃料的消耗。减少废 水、废气中有用组分的含量还能降低环境保护装置的费用。
(7)人工费用高 对于需要人工劳动较多的过程，例如间歇操作，减
少人工费用扰能阵低生产成本。减轻劳动强度，也能使生产成本下降。
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2.2 优化问题的数学描述
各种优化问题在数学上具有相同的结构，抽象成数学问题后就有其共 性。因此优化问题的数学描述是解决优化问题的关键步骤。优化问题的数 学描述包括：目标函数(经济指标)；系统模型(约束方程)。
化工系统工程
化工系统的优化及实例分析
班级：研05-3班 姓名：高善彬 学号：S0503190
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化工系统的优化是化工系统工程的核心。例如， 当我们在设计一个设备或一个工厂时，总是希望得
到的产品成本最低或获利最大，这就是最优设计问
题。对于现有设备或工厂我们总是设法对其工况加
以调节和控制，使产量最高或获利最大。这就是最
性规划问题。求解线性规划问题的优化方法已相当成熟，通常采用单
化工原理第三章传热
Q S
Kt m
t m
1/ K
(1-3)
传 热 速 率
传热温度差（推动力） 热阻（阻力）
式中：△tm──传热过程的推动力， ℃ 1/K ──传热总阻力（热阻），m2 ·℃/W
两点说明：
➢ 单位传热面积的传热速率(热通量)正比于推动力，反比于 热阻。因此，提高换热器的传热速率的途径是提高传热推
动力和降低热阻。
三、 换热器类型
换热器：实现冷、热介质热量交换的设备
用于输送热量的介质—载热体。 加热介质（加热剂）：起加热作用的载热体。水蒸气、热水等。 冷却介质（冷却剂）：起冷却作用的载热体。冷水、空气制冷剂。
① 直接混合式 —— 将热流体与冷流体直接混合的一种传热方式。 ② 蓄热式 —— 热量 存储在热载体上 传递给冷流体。如
式中：d1为套管的内管直径，d2为套管的内管直径。
应用范围：
Re 1200 ~ 220000, d2 1.65 ~ 17 d1
特征尺寸： 流动当量直径de。
定性温度： 流体进、出口温度的算术平均值。
滴状冷凝：若冷凝液不能润湿壁面，由于表面张力的作用，冷凝 液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下，此中冷凝 称为。在实际生产过程中，多为膜状冷凝过程。
➢ 一般金属（固体）的导热系数>非金属（固体）>液体>气体
➢ 多数固体λ与温度的关系
λ=k0+k×t
单位：W/(m •K)
k0 --0℃下的导热系数
k为经验常数。
对大多数金属材料，其k值为负值；对非金属材料则为正值。
➢ 对于金属 t ↑ λ↓(通过自由电子的运动) 对于非金属 t ↑ λ↑ (通过靠晶格结构的振动) 对于液体 t ↑ λ↓ (通过靠晶格结构的振动) 对于气体 t ↑ λ↑ (通过分子不规则热运动)
化学工程基础ppt课件
例1-1 每小时有10 吨 5％ 的乙醇水溶液进入精馏塔， 塔顶馏出的产品中含乙醇 95％，塔底排出的废水中含 乙醇 0.1％。求每小时可得产品多少吨？若废水全部排 放，每年（按操作 7200小时计）损失的乙醇多少吨？
解：
乙醇产品 含乙醇95％
原料液
精 馏
含乙醇5％ 塔
10吨/时
废水
含乙醇0.1％
苯的生产： 原料油（甲苯、二甲苯）、H2→输送→加热→反应器→减压 蒸馏塔→精馏→苯（99.992~99.999%）
可见，一个化工过程往往包含几个或几十个加工过程。
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化学反应过程 化工生产的核心
化工生产过程
物理处理过程 （单元操作）
原料的预处理 产品的加工
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有目的的使原料经过一系列的化学或物理变化，以获得 产品的工业过程，也称为化工生产，或化工生产过程。
原料
（1）
预处理
（2）
反应
（3）
后处理
产品
基本化工生产过程
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例如:
甲醇的生产：
合成气（CO，H2，CO2）→输送→管式反应器→粗甲醇→ 冷却→精馏→精甲醇（99.85~99.95%）
单元操作：
化工生产中除化学反应单元以外的所有物理性操作。
• 固体和流体物料输送 • 物料的加热和冷却 • 非均相混合物料的分离 • 液体混合物料的蒸发、蒸馏和萃取 • 气体物料的吸收 • 物料的干燥和冷却
单元操作的结果只改变物料的物理性质
化工生产过程就是由若干单元操作和反应过程按一定顺 序组合而成
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1-4 化学工业的分类
过程系统分解的方法课件
e1 e2 e3 e4 e5
LM
1 0 MT 1
1 1 1
1 0 1
1 1 1
1 1 0 1 11
0 1 0
1 1 1
0 1 0
1 1 1 0 11
0 1 0
1 0 1
0 1 0
1 0 1
e1 e2 e3
0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 e4
1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 e5
系统的分隔：利用系统结构矩阵进行必须联 立求解子系统的识别，将整个系统分隔成若 干个相对独立的“整体”――不可再分块， 并确定各个不可再分块的计算顺序。
不可再分块的切断：对必须联立求解的不可 再分块进行切断运过程系算统分，解的方切法课件断块内的所有再循
计算次序的确定，根据切断结果和不可再 分块内流股的方向确定各不可再分块内所 有单元的计算顺序；
0
M T 1 1 1 0 0
1
1
1
1
1
1 1 1 1 1 过程系统分解的方法课件
交连矩阵L
交连矩阵L定义为可达矩阵M与可达矩阵转
置MT的交 LM MT
由于两个矩阵的交是对应元素的布尔乘， 因此交连矩阵L表示图中任意节点有无环路。
过程系统分解的方法课件
e1 e2 e3 e4 e5
1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 e1
过程系统分解的方法课件
变换的方法如下： A.检查交连矩阵的列（行），看有无相同的列
（行），若有则依次纪录其列（行）号； B.按记录的次序将相同的列（行）提前、靠拢； C.将相应的行（列）也按记录的次序依次提前、靠
拢； D.得到表示节点间强（弱）交连的矩阵； E.最后将原邻接矩阵也按记录的次序进行整理，得
化工过程分析与合成
化工过程分析与合成集散系统吸取了分散系统和集中系统两者的优点，集是集中管理，操作、控制这三方面的集中，散是指功能的分散，负荷分散和危险分散这就是克服了分散系统难于实现全局系统控制的缺点也克服了集中系统的危险集中。
化工过程分析主要分析过程系统的运行机、影响因素、过程模型的数学描述、目标函数的建立、优惠工况下的最佳操作参数。
化工过程系统合成包括有：反应路径合、换热网络合成、分离序列合成、过程控制系统合成特别是主要解决由各个单元过程合成总体过程的系统任务。
稳态模拟的特点是，描述过程对象的模型中不包括时间参数，即是把过程中的各种因素都看成是不随时间而变化的。
过程系统模拟的三类问题1、过程系统模拟分析2、过程系统设计3、过程系统参数优化过程系统模拟的基本方法可归纳为三类：序贯模块法、面向方程法、联立模块法。
序贯模块法的基础是单元模块（子程序）序贯模块法的基本思想是：从系统入口物料开始，经过接受该物流变量的单元模块的计算得到输出物流变量，这个输出物流变量就是下一个相邻单元的输入物流变量。
依此逐个计算过程系统的各个单元，最终计算出系统物流。
最佳断裂准则1、断裂的物流数最少2、断裂物流变量数最少3、断裂物流权重因子之和最少4、断裂回路总次数最少简单回路：那种包含两个以上的流股，且其中的任何单元只被通过一次，称作简单回路一个不可分割的子系统可以包括若干个简单回路。
能够把全部简单回路至少断裂一次的断裂流股组称为有效断裂组。
方程的稀疏性可以用稀疏比来衡量：输出变量指定方法的步骤是，选事件矩阵中元素最少的行和元素最少的列的交点处元素对应的变量，作为优先指定的输出变量，然后从事件矩阵中删去该输出变量对应的行和列重复上述过程直至矩阵中所有的行和列都被删除。
第三章模型化是现代化学工程方法论的重要组成部分，尤其是过程动态学的核心根据对过程系统中状态变量分布特征的不同描述方法，一般可以把数学模型分为集中参数模型、分布参数模型、和多级集中参数模型。
系统分析的原理与方法【共53张PPT】
性和层次性等特征，使系统的组成因素及其相 ④定量分析与定性分析相结合
②确定目标并据此设计评价指标体系 商业、心理学、国防研究
互关联在分布上达到最优结合和最优输出 对实际系统问题的描述、模仿或抽象
P→G ③虽然提出面面俱到的要求，但是却无力对其进行适当的研究，选择出来进行分析的部分，并不是系统中最重要的部分；
• 通过对各层次因子的比较分析，建立判断矩阵， • 并通过判断矩阵的计算将不同 方案按重要性或适
用性大小排列，为最优方案的选择提供依据
• 层次分析首先要解决系统分层及层次规模的合理性问题； 其次要使各个功能单元的层次归属合理
（4）相关分析
相关性的体现
①要素之间的不可分割的联系
– 在系统整体中，各要素并不是孤立存在的，而是由系统的结 构联结在一起，相互依存、相互作用。如果其中一项发生变 化，就会影响其他要素也发生变化。
环境分析贯穿于系统分析的全过程
• 认识问题阶段
• 只有正确区分出各种环境要素，才能划定系统边界
• 探寻目标阶段 • 要根据环境对系统的要求建立系统的目标结构，以求得系统对环境
的最优和最大输出 • 综合方案阶段
• 要考虑到环境条件及其变化对方案可行性的影响，选择出能 适应环境变化的切实可行的行动方案
←目标、环境因
素约束
←输出最大
其中：
①X是系统组成要素的集合；R是系统组成要素的相关关系的集
合；C是系统要素及其相互关联在各层次上的可能分布形式；P是X、 R、C的结合效果函数； ②“Ｐ→”表示这个函数对应于某种条件
Ｐ→Ｇ表示Ｐ函数对应于系统目标集的条件
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6）根据L’，B’识别整体（不可再分块）和整体间的计算顺 序。
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第三章 过程系统的结构分析
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化环院：路平
6）按各整体间有向边的方向，判别整体（不可再分块）间 的计算次序。
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第三章 过程系统的结构分析
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2 系统的分隔与块间排序
系统分隔的升幂法
基本概念 长度为2的通路： 长度为n的通路：
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第三章 过程系统的结构分析
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化环院：路平
2 系统的分隔与块间排序
用邻接矩阵升幂法进行系统分隔
可达矩阵M 首先对邻接矩阵B进行逐次升幂，
m
M Bi i 1
可达矩阵的转置矩阵MT
L MMT
交连矩阵L
矩阵交是对应元素的布尔积，L表示图中任意结点有无环 路e而点i和，leiji=e和l1ijj=e之则0j属表间表于示无示同结环既一点路能个e或从i和回回结e（路点j之环，e间i）和结至路e点j少，，e有又i结和一能点ej个之从ei方和间结向e属点j 不于e之i和通弱间e，交属j，结连于结点；强 交连。
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2 系统的分隔与块间排序Biblioteka 用邻接矩阵升幂法进行系统分隔
变换的方法如下：
1）检查交连矩阵的列（行），看有无相同的列（行），若 有则依次纪录其列（行）号；
2）按记录的次序将相同的列（行）提前、靠拢；
3）将相应的行（列）也按记录的次序依次提前、靠拢；
4）得到表示结点间强（弱）交连的矩阵 L’；
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第三章 过程系统的结构分析
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2 系统的分隔与块间排序
用邻接矩阵升幂法进行系统分隔 可约标准阵： 将交连矩阵L经过一系列的变换，并对 原邻接矩阵也作相应的变换，变换 成可约标准矩阵，才能确定结点间 的强属交连的情况和对整体进行有 效识别。
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第三章 过程系统的结构分析
6）用矩阵来表达图的弊病是，零元占绝大部分、矩阵是稀疏 的，非零元仅占1％～10％，系统越大矩阵就越稀疏；
7）邻接矩阵随单元编号的改变而变化。
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第三章 过程系统的结构分析
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系统的2分系隔思统路：的分隔与块间排序
1）到任回取到图该中结的点一e个i的结环点路e；i，沿有向边搜索通路，看是否能找
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1 过程系统的结构描述
邻接矩阵的结构特征：
1）若第 j列全为 0，则相应结点 e。为输人端单元；
2）若第i行全为0，则相应结点e；为输出端单元；
3）主对角线以上表示结点间的串联，以下则表示网络中的反 馈；
4）一行中有多个非零元表示并联（分支）结构；
5）无冗余的简练表达方法，即每条边在邻接矩阵中只出现一 次；
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第三章 过程系统的结构分析
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过程系统的结构分析
例（P35图3.1）分析求解过程
有部分单元可单个单元顺序求解；
有部分单元需联立多个单元同时求解；
对联立同时求解的多个单元，切断环路则可单个单元顺 序求解。
单个单元求解的优点：方程少、变量少、占有计 算机空间少。
不可再分块的切断。对不可再分块进行切断运算，切断 块内的所有再循环流股，确定具有最佳计算效率的切断 方案。
计算次序的确定。根据切断结果和不可再分块内流股的 方向确定各不可再分块内所有单元的计算顺序，然后产 生一个总的模拟迭代计算次序。
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第三章 过程系统的结构分析
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化环院：路平
过程系统的结构分析
要点：
1）系统分解的数学含义；结构分析的内容。
2）图论的基本概念；图的数学表达；图的分隔、切 断和排序。
3）分隔方法：邻接矩阵的通路搜索法，升幂法，树 搜索法；不可再分块。
4）切断与排序；切断的有利标准；无多余切断的方 法，无多余切断的适用性。
5）图论应用于化工系统分解。
2）若找不到这样的环路，则 整体（不可再分块)
ei单独构成一个独立可解算的
3）某若个找整到体环（路不，可则再ei分与块环）路k中i；其他结点一起构成环，并属于 4）遍用所上有述的1）结～点3及）它的们方所法在继的续环考路察；下一个结点ej，直到找
5）检查所有环路，看是否有公共结点，凡是具有公共结点 的环以及这些环所包含的结点应属于同一个整体（不可再 分块）
过程系统的结构分析
系统结构分析步骤图：
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第三章 过程系统的结构分析
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化环院：路平
1 过程系统的结构描述
图论的基本概念
结构单元图：由结构单 元（也称结点）与流股 （也称边）构成。
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第三章 过程系统的结构分析
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化环院：路平
1 过程系统的结构描述
图论的基本概念 邻接点：由一条边连接的两个结点 结点入度、出度：射入一个结点的边数，由一个结点射出边数 路：任意两结点间，由其他结点和相互顺序连接的交替序列。 通路：两结点间按有向边方向连接的点、边交替序列。 回路：起始结点和终止结点为同一结点的通路，即封闭通路。 环路：除起始点外其余结点均仅通过一次的回路称为环路。 相互连接的图：当图中任意一对结点均可通过路来连接的图。 整体：不可再分块，至少一个公共结点关联的多个环路组成。 树：由根、枝组成，往下生长，构成数学上的“树”。用于搜
索环路。
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第三章 过程系统的结构分析
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化环院：路平
1 过程系统的结构描述
图论的基本概念的关系图
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第三章 过程系统的结构分析
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化环院：路平
1 过程系统的结构描述
图的矩阵表示法
环路矩阵R
邻接矩阵B
P38图3.6的邻接矩阵B
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第三章 过程系统的结构分析
设想：将大系统分解为个个单元在进行求解。
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第三章 过程系统的结构分析
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化环院：路平
过程系统的结构分析
系统结构分析通常涉及以下几个步骤：
系统结构的数学描述。将化工流程图变成由结点和边组 成的流程拓扑“图”，再以矩阵的形式描述“图”中的 结构信息。
系统的分隔。用系统结构矩阵将整个系统分隔成若十个 相对独立的“整体”——不可再分块，并确定各个不可 再分块的计算顺序。