化工过程分析与合成
AnalysisandSynthesisofChemicalProcess
第二章化工过程系统稳态模拟与分析;[学习目的]
掌握图的分隔、切断和排序；
掌握序贯模块法、联立方程法、联立模块法及其不同点；
了解图论的基本概念；
了解图的数学表达；
了解常见的经典序贯模块方法。;例发酵液的分离问题;物料衡算关系:;将上例中加入如下要求：
必须使乙醇回收率达到99%，另外，产品中必须含50%的乙醇。
计算产品和废液的总流率，同时计算产品和废液中水和乙醇的流率。;例3;例4;例5;模拟是对过程系统模型的求解:;2.1.1过程系统模拟的概念及基本任务;过程系统的模拟分析;过程系统设计;过程系统参数优化;采用一能反映研究对象本质和内在联系，与原型具有客观
一致性，且可再现原型发生的本质过程和特性的模型，来
进行研究和设计原型过程的方法。;2.1.2过程系统模拟的基本结构;输入模块：提供模拟计算中所需的所有信息，包括过程系统的拓扑结构信息。输入方式可以是批处理或一次性输入，也可以采用用户人机对话的方式。;优化方法库：系统模拟需要进行优化时，提供优化计算方法。
经济分析模块：将生产操作费用与设备投资费用与市场联系起来，对系统生产进行经济评价。
管理系统执行模块：过程系统模拟的核心，用以控制计算顺序及整个模拟过程。
输出模块：按照过程单元或流股输出用户所需的中间结果及最终结果等。;2.1.3过程系统模拟的三种基本方法;SMM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模拟计算。;系统中的单元设备只要已知其所有输入流股和有关决策变量，就可通过调用相应的单元模块，解出所有输出流股。
对于开环系统（即不含循环流股的系统），完全可以根据系统的输入流股，从系统输入开始，按流程方向依次逐个计算对设备进行顺序计算。
但是当系统内有循环流股时，某些设备的输入流股来自流程后面的设备，是未知的，这些设备就无法单独求解。;若采用序贯模块法，首先需要将系统分割成若干个不可再分块（独立子系统），然后对其进行顺序求解，对含有多个单元的不可再分块，可用迭代的方法联立求解。
上例中，则需要将系统分割成4个不可再分块，使各不可再分块之间再无循环流股，可以按流程拓扑的方向顺序进行求解。对于上例，求解顺序为{1}——{2，3}——{{4，5}，6}——{7}。;过程系统模拟的序贯模块法优缺点;;B、EOM;;C、联立模块法;;;过程系统稳态模拟三种方法的比较;改变例子中的参数，分别进行过程系统模拟、设计和优化。;2.1.4过程系统结构分析步骤;C、不可再分块的切断;流程;系统结构分析的过程是系统模拟使联立求解的变量数逐步降低的过程，因此结构分析也称系统分解。;2.1.5过程系统的结构描述;一、图论的基本概念;1;储槽中既不发生物理变化，也不发生化学变化，故不在结构单元图中出现。;A、图：一定逻辑关系的一种特定表示形式，
是对网络结构、拓扑关系的一种数学抽象。;B、图的种类;在一个图中，若两个点由一条边连接起来，则称为邻接点。;在有向图中，射入一个结点的边的数目称为该结点的入度，
由一个结点射出的边数称为该结点的出度，而结点的入度
和出度之和为该结点的度数。;C、几种重要的子图;;相互连接的图：图中任意一对节点均可由路来连接。
显然，在过程系统模型化中，只有这种相互连接的图才是有意义的，因为当图中含有不相互连接的结点时，则可分解成两个或两个以上的不相连子系统，对这些不相连系统，则完全可以分别建立模型并分别完全独立地来进行计算。;二、图的矩阵表示法（回路矩阵、关联矩阵、邻接矩阵）;又如;B、邻接矩阵;1）j列为全0，则ej为输入节点，并可独立计算；
2）i行为全0，则ei为输出节点，并可独立计算；
3）主对角线以上的节点表示节点间的串联；
主对角线以下的节点表示网络中的反馈；
4）一行中有多个非零元素表示并联（分支）结构；
5）无冗余的简练表达方法；
6）非零元仅占1%-10%；
7）矩阵并非唯一确定。;2.1.6系统的分隔与块间排序;图的分隔思路:;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.;;一、系统分隔的升幂法（略）;二、系统分隔的邻接矩阵通路搜索法;3)重复进行第2)步,直至不能再找到列元素全为零的列为止,并将剔除先后次序记录在案;;;1;第二步:按2)、3)步剔除输入端单元；按第4）步剔除输出端单元,记录在计算顺序表中.
注意:输出端单元应从后往前进行记录.;计算顺序;{3，4，5};第五步:重复第三步操作，进行通路搜索，得到7——8——7，
用组合单元