現(xiàn)代化工過(guò)程系統(tǒng)分析

化工過(guò)程分析與合成

（三）重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)第三章過(guò)程系統(tǒng)分解本章內(nèi)容3.1過(guò)程系統(tǒng)的分隔

3.2不可分隔回路的分解

3.3過(guò)程系統(tǒng)分解舉例3.4流程描述與分解應(yīng)用（討論）3.1過(guò)程系統(tǒng)的分隔1.過(guò)程系統(tǒng)分隔方法2.單元搜索法3.鄰接矩陣法4.關(guān)聯(lián)矩陣法3.1.1過(guò)程系統(tǒng)分隔方法（1）循環(huán)回路（環(huán)路）

（2）分隔的基本要求

1）用信息流圖描述過(guò)程系統(tǒng)；2）分隔出每個(gè)部分可獨(dú)立求解。（3）分隔的原則方法

從一個(gè)節(jié)點(diǎn)出發(fā)，沿物流方向搜索，當(dāng)流線回到出發(fā)的節(jié)點(diǎn)，就找到一個(gè)環(huán)路。一個(gè)環(huán)路原則上可以獨(dú)立求解。ABCDEF101234567893.1.2單元搜索法從一個(gè)單元（節(jié)點(diǎn)）開始，沿流線方向搜索，當(dāng)流線回到起點(diǎn)單元時(shí)，所經(jīng)過(guò)的單元就構(gòu)成一個(gè)環(huán)路。如：A→B→C→D→E→F（無(wú)環(huán)路）

A→C→D→E→F（無(wú)環(huán)路）

B→C→B（B、C節(jié)點(diǎn)經(jīng)3、8流線構(gòu)成環(huán)路）D→E→F→D（D、E、F節(jié)點(diǎn)經(jīng)5、6、9流線構(gòu)成環(huán)路）ABCDEF101234567893.1.3鄰接矩陣法1.可及原理從某個(gè)單元出發(fā)，沿流線經(jīng)一次前移可到達(dá)下一個(gè)單元，經(jīng)若干次前移可到達(dá)流線上的某單元，這就是信息流圖上的可及移動(dòng)法。在數(shù)學(xué)上，將鄰接矩陣做布爾乘方運(yùn)算，每乘方一次，代表各單元沿流線前移一次。經(jīng)若干次乘方后，從某個(gè)單元也可到達(dá)另外的單元。當(dāng)對(duì)角線元素為1時(shí)，表示前移到自己上，出現(xiàn)了環(huán)路。3.1.3鄰接矩陣法2.可及算法（1）構(gòu)成初始鄰接矩陣B

按鄰接為1，不鄰接為0，構(gòu)成初始鄰接矩陣BABCDEF10123456789ABCDEFABCDEF3.1.3鄰接矩陣法2.可及算法（2）一次可及B2

做布爾運(yùn)算：B2=B·BABCDEF101234567893.1.3鄰接矩陣法2.可及算法（3）二次可及B3做布爾運(yùn)算：B3=B2·B原則上，最長(zhǎng)線路上有多少個(gè)單元，就需要做多少次可及。ABCDEF101234567893.1.3鄰接矩陣法3.求循環(huán)回路（1）對(duì)各階可及矩陣做并運(yùn)算：R=B∪B2∪B3

并運(yùn)算：1+1=1，1+0=1，0+1=1，0+0=0ABCDEF101234567893.1.3鄰接矩陣法3.求循環(huán)回路（2）將并矩陣R與其轉(zhuǎn)置矩陣RT做交運(yùn)算：W=R∩RT交運(yùn)算：1+1=1，1+0=0，0+1=0，0+0=0交運(yùn)算矩陣中為1的方陣就構(gòu)成循環(huán)回路。ABCDEF101234567893.1.4關(guān)聯(lián)矩陣法1.建立關(guān)聯(lián)矩陣省略出入系統(tǒng)流線。有兩個(gè)輸出的劃分為兩個(gè)單元。ABCDEF102345689S2S3S4S5S6S8S9S10A-1A’-1B1-11C1-1C’-11D1-11E1-1F1-13.1.4關(guān)聯(lián)矩陣法2.標(biāo)記和調(diào)整關(guān)聯(lián)矩陣在每一行標(biāo)記一個(gè)元素，使每列只有一個(gè)元素被標(biāo)記。

調(diào)整列，使標(biāo)記元素都處于主對(duì)角線上。刪除無(wú)標(biāo)記列。S2S3S4S5S6S8S9S10A-1A’-1B1-11C’1-1C-11D1-11E1-1F1-1S2S10S3S8S4S5S6S9A-1-1B1-11C’1-1C-1D1-11E1-1F1-13.1.4關(guān)聯(lián)矩陣法3.通路搜索找環(huán)路（1）消去僅有對(duì)角線元素的行，以及對(duì)應(yīng)的列，標(biāo)記消去行的順序。（2）若同一行上有兩個(gè)或多個(gè)符號(hào)不同的元素，則在相應(yīng)列中尋找是否有相反元素。如果有，表示存在環(huán)路，找出環(huán)路的所有行和列消去，并作為并集標(biāo)記。（3）重復(fù)查找。本例得到三個(gè)獨(dú)立求解塊：①單元A②單元B、C③單元D、E、FS2S10S3S8S4S5S6S9標(biāo)記A-1①A’-1×B1-11②(BC’)C1-1C’1-1×D1-11③(DEF)E1-1F1-13.2不可分隔回路的分解1.環(huán)路切割原則2.環(huán)路矩陣法3.無(wú)多余切割法4.切割流線變量最少法3.2.1環(huán)路切割原則

尋找出來(lái)的環(huán)路通常由兩個(gè)或兩個(gè)以上的單元構(gòu)成，起整體本身無(wú)法直接計(jì)算，需要將環(huán)路打開后進(jìn)行迭代計(jì)算。對(duì)單個(gè)環(huán)路打開哪條流線都無(wú)關(guān)緊要，但對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)，特別是有嵌套的環(huán)路系統(tǒng)，選擇打開環(huán)路的流線就十分重要。因此，在選擇切割流線時(shí)，需遵循以下基本原則：(1)切割流線總數(shù)最少可減少迭代量(2)切割流線所含變量數(shù)最少可減少計(jì)算量(3)切割流線的總靈敏度最小迭代容易收斂(4)環(huán)路切割的總次數(shù)最少迭代容易收斂3.2.2環(huán)路矩陣法以如下信息流圖為例：其中共包含了四個(gè)環(huán)路：ABCDE81234567BCDE2346AC85ABC125DE47環(huán)路d環(huán)路a環(huán)路c環(huán)路b3.2.2環(huán)路矩陣法1.構(gòu)成環(huán)路矩陣行代表環(huán)路列代表流線1表示環(huán)路有該流線0表示環(huán)路無(wú)該流線

ρ為流頻，流線經(jīng)過(guò)的環(huán)路數(shù)R為秩，環(huán)路中的流線數(shù)BCDE2346AC85ABC125DE47環(huán)路d環(huán)路a環(huán)路c環(huán)路bS1S2S3S4S5S6S7S8Ra000010012b011101004c110010003d000100102ρ121221113.2.2環(huán)路矩陣法2.消去不獨(dú)立流線同一行中，若有流線的流頻為：ρk≤

ρj，則k流線相對(duì)于j流線不獨(dú)立，表示為：SkSj。在本環(huán)路矩陣中，S1S3S2，S6S7S4，S8S5消去不獨(dú)立流線，剩下的流線則為侯選切割流線。S1S2S3S4S5S6S7S8Ra000010012b011101004c110010003d000100102ρ12122111S2S4S5Ra0012b1104c1013d0102ρ2223.2.2環(huán)路矩陣法3.確定切割流線在消去不獨(dú)立流線后的環(huán)路矩陣中，秩為1的環(huán)路上的流線即為切割流線。

本例中的切割流線確定為S4和S5。

切割這兩條流線后，所有環(huán)路都將打開。切割點(diǎn)就為迭代點(diǎn)。S2S4S5Ra0011b1102c1012d0101ρ222ABCDE812345675’4’流程的計(jì)算順序?yàn)椋篈→E→B→C→D（迭代流線4’-4，5’-5）3.2.3無(wú)多余切割法為避免迭代計(jì)算的繁瑣或難以收斂，對(duì)一個(gè)環(huán)路應(yīng)避免進(jìn)行多次切割。無(wú)多余切割法就是根據(jù)這一原則選擇切割流線的。以如下信息流圖為例：ABCEF81234567D93.2.3無(wú)多余切割法1.建立環(huán)路矩陣在矩陣最下方增加一行判別標(biāo)記θ。ABCEF81234567D9S1S2S3S4S5S6S7S8S9a1111b11111c1111d11ρ121331211θ3.2.3無(wú)多余切割法2.尋找切割流線（1）選擇ρ最大的流線為切割流線，標(biāo)記其的θ為1。（2）與該流線處于同一環(huán)路上的流線θ標(biāo)記為0。切割流線4，打開a、b、c三個(gè)環(huán)路。ABCEF81234567D9S1S2S3S4S5S6S7S8S9a1111b11111c1111d11ρ121331211θ000100010（3）重復(fù)以上步驟，切割流線8，打開環(huán)路d。3.2.3無(wú)多余切割法3.確定計(jì)算順序

根據(jù)已知輸入計(jì)算輸出的原則，起計(jì)算順序?yàn)椋篎→E→D→A→B→C（迭代4’-4，8’-8流線）ABCEF81234567D94’8’本例中如果選擇切割流線5和流線9也是一樣的。3.2.4切割流線變量最少法如果已知上例中各條流線的變量數(shù)，則可以在無(wú)多余切割的基礎(chǔ)上在考慮選擇流線變量上的流線進(jìn)行切割，以減少迭代計(jì)算量。例如已知各流線的變量數(shù)為：ABCEF81234567D9S1S2S3S4S5S6S7S8S9v8426351121.建立環(huán)路矩陣在矩陣中ρ的下方增加一行變量數(shù)v。ABCEF81234567D9S1S2S3S4S5S6S7S8S9a1111b11111c1111d11ρ121331211v842635112θ3.2.4切割流線變量最少法2.選擇切割流線（1）首先用無(wú)多余切割法選擇切割流線。（2）在ρ相同的情況下，再選擇v小的流線。S1S2S3S4S5S6S7S8S9a1111b11111c1111d11ρ121331211v842635112θ0000100103.2.4切割流線變量最少法因此，本例中選擇切割流線5和流線8。計(jì)算順序?yàn)椋篋→A→B→C→F→EABCEF81234567D95’8’3.3過(guò)程系統(tǒng)分解舉例環(huán)氧乙烷提純系統(tǒng)的分解1.環(huán)氧乙烷提純流程圖ABCDEFGHIJKLMNO2.用信息流圖描述流程ABCDEJIHGFKLMNO22123456789101112131415161718192021混合器分流器塔設(shè)備換熱器省略了輸入和輸出系統(tǒng)的流線3.系統(tǒng)分隔ABCDEJIHGFKLMNO22123456789101112131415161718192021尋找出所有循環(huán)回路：環(huán)路a：B→C→H→B環(huán)路b：B→C→D→E→B環(huán)路c：B→C→D→E→F→J→K→N→O→A→B環(huán)路d：B→C→D→E→J→I→G→B環(huán)路e：D→E→F→J→K→M→D環(huán)路f：D→E→F→J→K→N→O→L→M→D環(huán)路g：J→K→J環(huán)路h：K→N→O→L→K4.環(huán)路切割建立環(huán)路矩陣，選擇切割流線：2、5、10、20S12345678910111213141516171819202122a111b1111c1111111111d11111111e111111f111111111g11h1111ρ4113514431211123312111θ01001000010000000001005.計(jì)算順序ABCDEJIHGFKLMNO22123456789101112131415161718192021E→F→J→I→G→K→N→O→A→B→C→L→M→D3.4流程描述與分解實(shí)例討論任務(wù)1.合成氨變換流程(8)2.SO2四段兩次轉(zhuǎn)化流程(9)討論要求1.流程圖的信息流圖描述2.系統(tǒng)分隔（建議鄰接矩陣法）3.切割流線及運(yùn)算順序的確定3.4.1中型合成氨變換流程

《化妝品術(shù)語(yǔ)》起草情況匯報(bào)中國(guó)疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所一、標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)和下達(dá)時(shí)間2006年衛(wèi)生部政法司要求各標(biāo)委會(huì)都要建立自己的術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)。1ONE二、標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)研制經(jīng)費(fèi)：3.8萬(wàn)三、標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)意義術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)有利于行業(yè)間技術(shù)交流、提高標(biāo)準(zhǔn)一致性、消除貿(mào)易誤差，作為標(biāo)準(zhǔn)體系中的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)在各個(gè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)體系中均起著重要的作用。隨著我國(guó)化妝品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)逐步加快，所涉及的術(shù)語(yǔ)和定義的數(shù)量也在迅速增長(zhǎng)，在此情形下，化妝品術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)的制定就顯得尤為重要。四、標(biāo)準(zhǔn)的制訂原則1.合法性遵守《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實(shí)施細(xì)則》中關(guān)于化妝品的定義。2.協(xié)調(diào)性直接引用或修改采用的方式，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的術(shù)語(yǔ)和定義相協(xié)調(diào)。3.科學(xué)性對(duì)于沒(méi)有國(guó)標(biāo)或定義不統(tǒng)一的術(shù)語(yǔ)，在定義時(shí)體現(xiàn)科學(xué)性的原則。4.實(shí)用性在標(biāo)準(zhǔn)體系中出現(xiàn)頻率較高，與行業(yè)聯(lián)系較緊密的術(shù)語(yǔ)優(yōu)先選用。五、標(biāo)準(zhǔn)的起草經(jīng)過(guò)

第一階段：資料搜集

搜集國(guó)內(nèi)外相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、文獻(xiàn)并對(duì)國(guó)外文獻(xiàn)如美國(guó)21CFR進(jìn)行翻譯。第二階段：2007年末形成初稿

初稿內(nèi)容包括一般術(shù)語(yǔ)、衛(wèi)生化學(xué)術(shù)語(yǔ)、毒理學(xué)術(shù)語(yǔ)、微生物術(shù)語(yǔ)、產(chǎn)品術(shù)語(yǔ)、人體安全和功效評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)，常用英文成份術(shù)語(yǔ)等７部分。第三階段：專家統(tǒng)稿1.2007年12月第一次專家統(tǒng)稿會(huì)（修訂情況：1.在結(jié)構(gòu)上增加原料功能術(shù)語(yǔ)、相關(guān)國(guó)際組織和科研機(jī)構(gòu)等內(nèi)容；2.在內(nèi)容上增加一般術(shù)語(yǔ)、產(chǎn)品術(shù)語(yǔ)的種類，將化妝品行業(yè)的新產(chǎn)品類別納入本標(biāo)準(zhǔn)；3.對(duì)于毒理學(xué)、衛(wèi)生化學(xué)、微生物學(xué)術(shù)語(yǔ)進(jìn)行修改；4.刪除與化妝品聯(lián)系不緊密、無(wú)存在必要的常用英文成分術(shù)語(yǔ)。2.2009年1月第二次專家統(tǒng)稿會(huì)會(huì)議意見：1.修改能引用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的盡量引用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)存在歧義的個(gè)別用詞進(jìn)行修改。2.刪除由于本標(biāo)準(zhǔn)中的“產(chǎn)品術(shù)語(yǔ)”一章和香化協(xié)會(huì)所制定的某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)存在重復(fù)，因此刪除“產(chǎn)品術(shù)語(yǔ)”一章的內(nèi)容；對(duì)“原料功能術(shù)語(yǔ)”的內(nèi)容進(jìn)行梳理，刪除了20余條內(nèi)容。3.增加專家建議增加“化妝品限用物質(zhì)”等若干項(xiàng)術(shù)語(yǔ)。第四階段：征求意見2009年2月面向全國(guó)公開征求意見。第五階段：征求意見的處理與形成送審稿。在征求意見的處理階段再次征求了相關(guān)專家的意見。六、標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容依據(jù)1.《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實(shí)施細(xì)則》;2.《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》;3.美國(guó)21CFR；4.相關(guān)領(lǐng)域國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)如：GB5296.3-2008消費(fèi)品使用說(shuō)明化妝品通用標(biāo)簽，GB/T14666-2003分析化學(xué)術(shù)語(yǔ)等；5.國(guó)內(nèi)外化妝品的相關(guān)文獻(xiàn)，如《化妝品監(jiān)督管理及安全性評(píng)價(jià)》等。七、標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容（一）結(jié)構(gòu)：1.范圍2.一般術(shù)語(yǔ)3.毒理學(xué)試驗(yàn)方法術(shù)語(yǔ)4.衛(wèi)生化學(xué)檢驗(yàn)方法術(shù)語(yǔ)5.微生物檢驗(yàn)方法術(shù)語(yǔ)6.人體安全性和功效性評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)7.常用原料術(shù)語(yǔ)8.縮寫9.中英文索引（二）