【正文】 I SSS ??? ??? ?? 732L1 L2 L3 L4 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 B、鄰接矩陣 ??????，否則有一條有向邊到節(jié)點(diǎn)，從節(jié)點(diǎn)輸出節(jié)點(diǎn)，輸入節(jié)點(diǎn)行節(jié)點(diǎn)，列節(jié)點(diǎn)0。 樹的概念可以用來搜索圖中的環(huán)路，從而找到不可再分塊。 s1 e1 e2 s5 e4 e5 e3 s3 s2 s4 s6 ? 相互連接的圖： 圖中任意一對節(jié)點(diǎn)均可由路來連接。 ?路： 圖中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間，由其它節(jié)點(diǎn)和相互順序連接的 邊構(gòu)成的交替序列。 若用圖來表示化工過程系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，則 單元過程 為 圖中的 結(jié)點(diǎn) ，而這些單元過程之間的 物料流、能量流 等 信號(hào)流即為圖中的 有向邊 ，故可用有向圖來描述相應(yīng)過 程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，然后通過圖論的方法來研究過程系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)特性。 注意： 人們只關(guān)心兩點(diǎn)是否被一條線所連接，而對點(diǎn)的形狀、大小及連線長短、粗細(xì)等不感興趣。 ?對代表 物料流和能量流的流股 分別進(jìn)行編號(hào)，在結(jié)構(gòu)單元圖中以 邊 的形式出現(xiàn)。 一、 圖論的基本概念 化工過程系統(tǒng)的工藝流程圖如何轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)單元圖？ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 氨合成過程的系統(tǒng)工藝流程簡圖 結(jié)構(gòu)單元圖 由 結(jié)構(gòu)單元 與 流股 構(gòu)成。 流程 圖 矩陣表格 結(jié)構(gòu)描述 搜索環(huán)路 環(huán)路 不可再分塊 分割 切斷 塊內(nèi)排序 切斷 塊間排序 計(jì)算次序可執(zhí)行程序 建立計(jì)算次序 系統(tǒng)降階 ! 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的過程 是系統(tǒng)模擬使聯(lián)立求解的變量數(shù)逐步降低的過程，因此結(jié)構(gòu)分析也稱 系統(tǒng)分解 。 過程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析步驟 A、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)描述 對化工流程圖作適當(dāng)?shù)臍w納和簡化，將其變成又結(jié)點(diǎn)和邊組 成的流程拓?fù)鋱D，并以矩陣的形式描述圖中的結(jié)構(gòu)信息。既能使用序貫?zāi)K法積累的大量模塊，又能將最費(fèi)計(jì)算時(shí)間的流程收斂和設(shè)計(jì)約束收斂等迭代循環(huán)合并處理，通過聯(lián)立求解達(dá)到同時(shí)收斂。 過程系統(tǒng)模擬的序貫?zāi)K法優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： ?與實(shí)際過程的直觀聯(lián)系強(qiáng)模擬系統(tǒng)軟件的建立、維護(hù)和擴(kuò)充都很方便，易通用化； ?計(jì)算出錯(cuò)時(shí)易于診斷出錯(cuò)位置。 ? 但是當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)有循環(huán)流股時(shí)，某些設(shè)備的輸入流股來自流程后面的設(shè)備，是未知的，這些設(shè)備就無法單獨(dú)求解。 ?SMM的基本部分是模塊（子程序），用以描述物性、單元操作以及系統(tǒng)其它功能。 ?化工過程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) —— 常表示為化工生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝流程圖。 ?優(yōu)化方法庫： 系統(tǒng)模擬需要進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，提供優(yōu)化計(jì)算方法。 過程系統(tǒng)模擬的基本結(jié)構(gòu) 單元過程模塊 物性數(shù)據(jù)庫 熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫 計(jì)算方法庫 經(jīng)濟(jì)分析模塊 優(yōu)化方法庫 輸入模塊 輸出模塊 管理系統(tǒng) 執(zhí)行模塊 ? 輸入模塊： 提供模擬計(jì)算中所需的所有信息，包括過程系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息。 過程系統(tǒng)設(shè)計(jì) 過程系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化 采用一能反映研究對象本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系，與原型具有客觀 一致性，且可再現(xiàn)原型發(fā)生的本質(zhì)過程和特性的模型，來 進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)原型過程的方法。 例 5 乙醇在反應(yīng)器中通過發(fā)酵而得到，在這個(gè)理想流程中，通過發(fā)酵可以將 2kg的谷物轉(zhuǎn)化為 1kg 水和 1kg乙醇，進(jìn)料流率為100kg/s，含谷物 20%(wt)，水 80% (wt)。 物料衡算關(guān)系 : 相平衡關(guān)系 : 組分衡算關(guān)系 : 熱量衡算關(guān)系 : F1= F2+ F3 x2 = Kx3 F1x1= F2x2+ F3x3 H1F1+Q= H 2 F2+H3F3 將上例中加入如下要求： 必須使乙醇回收率達(dá)到 99%，另外，產(chǎn)品中必須含 50%的乙醇?；み^程分析與合成 Analysis and Synthesis of Chemical Process 第二章 化工過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬與分析 Chapter2 Steadystate Simulation and Analysis of CPS 2I ? [學(xué)習(xí)目的 ] ? 掌握圖的分隔、切斷和排序； ? 掌握序貫?zāi)K法、聯(lián)立方程法、聯(lián)立模塊法及其不同點(diǎn)； ? 了解圖論的基本概念； ? 了解圖的數(shù)學(xué)表達(dá)； ? 了解常見的經(jīng)典序貫?zāi)K方法。 例 1 發(fā)酵液流率 =50 kg/min，其中含 97%(wt)的水和 3%(wt)的乙醇。 例 4 再進(jìn)一步要求乙醇的回收率也必須達(dá)到 90%，即，對廢液中乙醇的濃度提出了要求。 模擬是對過程系統(tǒng)模型的求解 : 用 EXCEL求解此問題 過程系統(tǒng)模擬的概念及基本任務(wù) 所謂 模擬 即是對過程系統(tǒng)模型進(jìn)行求解，通過對這種求解可解決第 1章緒論中所提到的三類問題，即： 優(yōu)化 模擬 設(shè)計(jì) 過程系統(tǒng)的模擬分析 對某個(gè)給定的過程系統(tǒng)模型進(jìn)行模擬求解，可得出該系統(tǒng)的全部狀態(tài)變量，從而可以對該過程系統(tǒng)進(jìn)行工況分析。本章僅針對 模擬與設(shè)計(jì) 。 ?單元過程模塊： 根據(jù)輸入流股及單元結(jié)構(gòu)信息，進(jìn)行物料及能量衡算，獲得所有輸出流股的信息（如換熱器、精餾塔）。 ?輸出模塊： 按照過程單元或流股輸出用戶所需的中間結(jié)果及最終結(jié)果等。 ?SMM按照由各種單元模塊組成的過程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，序貫的對各單元模塊進(jìn)行計(jì)算，從而完成該過程系統(tǒng)模擬計(jì)算。 ? 對于開環(huán)系統(tǒng)（即不含循環(huán)流股的系統(tǒng)），完全可以根據(jù)系統(tǒng)的輸入流股，從系統(tǒng)輸入開始，按流程方向依次逐個(gè)計(jì)算對設(shè)備進(jìn)行順序計(jì)算。對于上例，求解順序?yàn)閧1}—— {2， 3}—— {{4， 5}， 6}—— {7}。 ?EOM又稱聯(lián)立方程法，將描述整個(gè)過程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)方程式聯(lián)立求解，從而得出模擬計(jì)算結(jié)果； ?EOM解算快速有效，對設(shè)計(jì)、優(yōu)化問題靈活方便，效率較高； C、聯(lián)立模塊法 ?聯(lián)立模塊法 兼有序貫?zāi)K法和面向方程法的優(yōu)點(diǎn)。 思考題 ?結(jié)合發(fā)酵過程的例子，說明過程系統(tǒng)的模擬、設(shè)計(jì)和優(yōu)化。 D、計(jì)算次序的確定 根據(jù)切斷結(jié)果和不可再分塊內(nèi)流股的方向確定各不可再分塊 內(nèi)所有單元的計(jì)算順序，然后