化工系统工程-第4章

1第一节化工系统流程结构的图形表述与矩阵表述完整的化工系统数学模型包括：(1)作为基础的单元过程的数学模型(2)表述系统结构（单元连接关系）的数学模型(3)表述设计要求的数学模型

第四章化工系统的结构模型及自由度分析设计型问题模拟型设计型2系统的结构模型——描述系统各单元之间的相互关系，以及物流和能流的输入和输出信息表示系统结构模型的方法：图示法，矩阵法一、图示法1.流程图表述流程结构的最普遍的一种图形31276534AB反应器精馏塔物流流线设备特点，布置示意图联系物流4

图中带有方向指示的物流流线：（1）包括外界对系统的进料物流、系统内各设备间的联系物流、以及系统对外界的输出物流，通常标上序号；（2）为了给人以形象化感觉，代表化工设备的图形符号，尽可能画成能反映各自特点的形状，且平面安排，也尽可能照顾到现场的实际情况；（3）由于它属于示意图，故不必按比例画图。5常用的画流程图的软件：AutoCAD2.Visio（Standard,Technical,Professional）62.结构单元图也称为信息流程图，由结构单元和物流（包括能流和信息流）构成。

目的是表明系统模型内部以及它同外界之间信息流传递情况。它通常是从工艺流程图简化得到

7前述流程图的结构单元图如下：A、D是虚拟单元，流程中没有此设备，但在此处物流变量发生了变化，所以在管线的汇合处和管线的分叉处必须设虚拟单元。混合器反应器精馏塔流股分割器1276534结构单元图或信息流程图（Informationflowdiagram)基本概念：节点——设备单元边——流股子图路径

循环回路或环路12712111214354678910111213683549109

画结构单元图时注意：(1)代表模块的图形符号可画成方框表示。模块排列也不必按实际布置，能正确表明信息流的传递关系即可。(2)结构单元图与流程图中的模块一般一一对应。但有时需增加虚拟单元；另外，在信息流图中也需要画出某些并无实际设备背景的算法模块（收敛、控制块等）。相反，在流程图中画出的设备，在模拟时不需要用到它们的模型时，在信息流图中也无须画出它的模块（如物料衡算时，换热器可不画出）103.信号流图

信息流程图是把各个模块用图形符号画出，用流线把它们联结起来，这样就可以表达清楚各模块的输入流线和输出流线的关系。信号流图：把信息流图中的流线用图形符号画出，同样也用带箭头的联线把它们联接起来，则这些联线通过箭头的方向，也可把输入物流（通过单元过程）向输出物流转化的关系完全表达清楚，这种图形称为信号流图111234567上例的信息流图，画成信号流图如下：标有数字1~7的符号分别代表信息流图中的流线1~7注意：图中的联线同相应信息流图中的模块，无一一对应关系。信号流图的主要作用是系统分解12图示法小结：

三种：流程图，结构单元图（信息

流程图），信号流图优点：一目了然，便于工程师熟悉

工艺流程，可提供分析之用缺点：不用直接用于计算机的计算13二、矩阵法用图形表述流程结构，形象、直观，应用普遍，但不太适于计算机处理，根据图论方法，用矩阵来表述流程结构。多数通用化工流程模拟系统都采用矩阵法。现在的模拟软件允许用户以流程图的形式输入流程结构。实际上，流程图在输入后还是要变换成矩阵形式，才能进行下一步工作。14

表示系统结构的矩阵有多种，常用的有过程矩阵、关联矩阵和相邻矩阵三种表示法。1、过程矩阵Rp（ProcessMatrix）在过程矩阵中，矩阵行的序号与结构单元的序号对应，各行中矩阵元素的数值为与该单元有关的物流编号，规定流入这个单元的物流取正值流出这个单元的物流取负值各物流的先后次序是任意的15

根据结构单元图，得到过程矩阵：结构单元计算时名称有关物流号

AMIXER17-2BREAC2-3CDISTIL3-4-5DSPLIT5-6-7162.关联矩阵（IncidenceMatrix）行序号与结构单元对应，而列序号与物流号对应，矩阵中每个元素的取值同一个单元和一股物流对应。i

行j列的元素值rij若为

1

物流j

流入单元irij=

-1

物流j

流出单元i

0

物流j

与单元i

无关17前面图中所示系统的关联矩阵为：18矩阵数学表达：

各列元素值之和提供的信息，可以判断相应的物流是系统的输入物流、输出物流还是内部物流：（1）总和为0，内部物流或中间连结流—2，3，5（2）总和为+1，输入物流—1（3）总和为-1时，输出物流—4，6（4）总和为0，且+1在-1之前出现，循环物流—7

100-10-10193.邻接矩阵（AdjacencyMatrix）邻接矩阵是一个方阵，其中行和列的序号都代表单元的序号：行序号代表物流流出的单元，列序号代表物流流入的单元。矩阵中元素数值的定义：有物流从单元i流向单元j无物流从单元

i流向单元j20

到单元ABCD由A单B元CD前面所示系统的邻接矩阵为：矩阵数学表达：21布尔(逻辑)矩阵：由0，1两种元素构成的矩阵邻接矩阵比关联矩阵简单，但表示的信息也少这几种矩阵都可描述系统结构，但由于构成方式不同，应用场合也不同：Rp：系统顺序计算时获得物流和单元的信息RI和RA：进行系统分解22矩阵法小结：行号和列号矩阵中的元素23

现在，我们已经有了单元过程的数学模型，也有了表示单元之间联系的结构模型。在实际应用中，如何把二者结合在一起呢？用连接方程注意每一单元的进出物流表达方式输入物流输出物流24

单元模型建立了和之间的关系，通过结构模型，已知上一个单元的输出是下一个单元的输入，即：

这些方程称为连接方程，把单元之间的关系表示出来，即可逐个求解这些单元模块。连接方程通过结构矩阵可在计算机内自动生成单元i，j之间的联系：11223344556677889121091110121113i，j--------单元序号m，n------流股序号26单元设备的模型方程设计要求方程其它约束条件系统结构模型连接方程完整数学模型化工系统的完整数学模型27三、化工系统模型示例例4-1：以前述化工系统流程为例：反应器精馏塔1276534AB28结构单元图为：

共涉及11个物流股

反应器

精馏塔

混合器

分割器29

其中反应器B、精馏塔C的设备参数以及进料物流（）均为已知。混合器A没有设备参数。现求一设计型问题：求流股分割器D的参数s，使精馏塔C的某一变量

r

满足其设计规定值rspec（如塔顶产品浓度等）则，单元设备的模型为（1）（2）30

（3）

（4）（5）（6）（7）31物流连接方程为：（8）

（9）（10）（11）设计要求为：（12）由（1）式～（12）式组成的方程组，就是该设计型问题的全部系统模型方程例4-332第二节化工系统的自由度式中，

ci为该单元第i

股进料的组份数；

n

为该单元进料物流数；

d0

为该单元的设备参数单元过程的自由度为：33c+21c+2c+2c+2c+2c+22(c+2)c+2混合器流股分割器

对一个由混合器和流股分割器组成的系统进行自由度分析。对混合器：d=3(c+2)-(c+2)=2(c+2)对流股分割器：d=3(c+2)-2(c+2)+1=c+2+13(c+2)+1系统的自由度：d=3(c+2)+1-(c+2)=2(c+2)+1c+2连接流股34

过程系统的自由度d(s)

与单元过程的自由度d(u)的关系为：

对于一个单元，我们设1～q为连接物流，q+1～n为系统外部输入的物流，则：35对于由m

个单元组成的系统，有：而连接物流就是重复流股变量

化工系统的自由度等于由外部进入该体系物流的自由度加上系统的设备参数。如果把整个系统视为一个虚拟单元，那么其自由度的计算和单元操作的自由度一样。36冷却器例4-2：下图表示一个高压反应系统流程。含有少量B组份的原料气A与循环流（以A为主）混合后，进入反应器，进行反应A→C。反应器出口物流冷却冷凝、经过减压阀后进入闪蒸器。主产品C从闪蒸器底部流出。未反应的A(及少量的B和C)由闪蒸器汽相出口排出至分割器经分割器，闪蒸汽相部分排放，大部分循环到压缩机，进行压缩后返回使用。假定冷却器无压降。371注意：冷却水组分1；进料组分2；其他物流组分3方框内数字：单元方程数圆圈内数字：设备参数数流线上的数字：物流自由度高压反应系统自由度分析示意图冷却器38注意冷却器的传热量作为设备参数，换热面积和传热速率常数就不再为设备参数闪蒸单元实际上分成一个减压阀操作和等压闪蒸操作，所以设备参数只有

1而不是239根据自由度分析示意图统计结果如下：1输出变量6440

由上表统计结果，将该系统看作一个单元过程，则自由度d(s)为：

d(s)也可直接由前面的公式计算：d(s)=外部进入系统物流自由度+设备参数=4+3+9=16这16个参数是：进料

xA、F、TF、PF

冷却器中冷却水F，T，P反应器的

ξj、P、Q

冷却器换热量Q压缩机的P、

减压阀后压力P闪蒸器的Q

分割器的分流分率α141例4-3：求例4-1系统数学模型（式1~12）的自由度

解：（1）设每个物流所含的组分数为c，进料物流已知，其他10股物流变量数为10(c+2)，还有精馏塔某要求变量rspec和分流比s

变量总数为

m=10(c+2)+2

回例4-142各流股变量数为c+2，向量方程式1~6和8~11共含有10（c+2）个独立方程，方程7和12不独立，只有一个独立方程独立方程数n=10(c+2)+1系统的自由度为d

(s)=m-n=1（2）根据化工系统自由度直接计算：进入系统物流已知，自由度为0，设备参数只有分流比1个，d（s）=0+1=1谢谢观看/欢迎下载BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH安全注射与职业防护PART01一、安全注射二、职业防护主要内容安全注射阻断院感注射传播让注射更安全！《健康报》

别让输液成为一个经济问题有数据显示，是世界最大的“注射大国”。2009年我国平均每人输液8瓶，远远高于国际上人均2.5—3.3瓶的平均水平。我国抗生素人均消费量是全球平均量的10倍。因此我国被称为：

“输液大国、抗生素大国和药品滥用大国”。2016年国家十五部委重拳出击

遏制细菌耐药《阻断院感注射传播，让注射更安全（2016-2018年）》专项工作指导方案量化指标医疗卫生机构安全注射环境、设施条件、器具配置等合格率100%医务人员安全注射培训覆盖率100%规范使用一次性无菌注射器实施注射100%（硬膜外麻醉、腰麻除外）医疗卫生机构对注射后医疗废物正确处理率100%医疗卫生机构内部安全注射质控覆盖率100%医务人员安全注射知识知晓率≧95%医务人员安全注射操作依从性≧90%医务人员注射相关锐器伤发生率较基线下降≧20%相关内容基本概念安全注射现况不安全注射的危害如何实现安全注射意外针刺伤的处理

基本概念

注射

注射是指采用注射器、钢针、留置针、导管等医疗器械将液体或气体注入体内，达到诊断、治疗等目的的过程和方法。包括肌内注射、皮内注射、皮下注射、静脉输液或注射、牙科注射及使用以上医疗器械实施的采血和各类穿刺性操作。

基本概念

符合三个方面的要求：对接受注射者无危害；对实施者无危害；注射后的废弃物不对环境和他人造成危害。不安全注射发生率东欧：15%中东：15%亚州：50%印度：50%中国：50%对我国某地3066个免疫接种点的调查表明:一人一针一管的接种点为33.5％一人一针的接种点为62.1％一人一针也做不到的接种点......

目前情况

不安全注射

没有遵循上述要求的注射常见不安全注射-对接受注射者不必要的注射注射器具重复使用注射器或针头污染或重复使用手卫生欠佳注射药品污染不当的注射技术或注射部位医用纱布或其他物品中潜藏的锐器常见不安全注射-对接受注射者减少不必要的注射是防止注射相关感染的最好方法据调查，从医疗的角度来说，有些国家高达70％的注射不是必须的应优先考虑那些同样能达到有效治疗的其他方法口服纳肛不安全注射-对实施注射者采血技术欠佳双手转移血液不安全的血液运输手卫生欠佳废弃锐器未分类放置不必要的注射双手针头复帽重复使用锐器锐器盒不能伸手可及患者体位不当不安全注射-对他人不必要的注射带来过多医疗废物医疗废物处置不当废弃锐器置于锐器盒外与医用纱布混放放在不安全的处置地点—如走廊中容易拌倒废物处理者未着防护用品（靴子，手套等）重复使用注射器或针头最佳注射操作注射器材和药物注射器材药物注射准备注射管理锐器伤的预防废物管理常规安全操作手卫生手套其他一次性个人防护装备备皮和消毒清理手术器械医疗废物二次分拣2023/7/6Dr.HUBijie622023/7/611/05/0962锐器盒摆放位置不合适，放在地上或治疗车下层头皮针入锐器盒时极易散落在盒外，医废收集人员或护士在整理过程中容易发生损伤不正确使用利器盒绝大部分医务人员对安全注射的概念的理解普遍仅局限于“三查七对”，因此安全注射的依从率也非常低。安全注射现况滥用注射导致感染在口服给药有效的情况下而注射给药临床表现、诊断不支持而使用注射治疗

由于滥用注射，导致感染的发生几率明显增加。安全注射现况注射风险外部输入风险：注射器具、药品、材料等产品质量；非正确使用信息，非正规或正规培训传递错误信息，非合理用药及操作习惯等。内部衍生风险：注射的“过度”与“滥用”、非正确的注射、未达标的消毒灭菌、被相对忽略的职业暴露、不被关注的医疗废物管理。

安全注射现况

当前院感注射途径传播的高风险因素使用同一溶媒注射器的重复使用操作台面杂乱，注射器易污染注射后医疗废物管理欠规范---注射器手工分离与二次分捡

对患者的危害-------传播感染

是传播血源性感染的主要途径之一，也是不安全注射的最主要危害。注射是医院感染传播的主要途径之一！不安全注射的危害导致多种细菌感染，如脓肿、败血症、心内膜炎及破伤风等。败血症破伤风心内膜炎脓肿不安全注射

不安全注射的危害

对医务人员的影响

针刺伤：每年临床约有80.6%-88.9%的医务人员受到不同频率的针刺伤！原因：防护意识薄弱、经验不足、操作不规范、防护知识缺乏。

不安全注射的危害

对社会的危害

拿捡来的注射器当“玩具”

不安全注射的危害

如何实现安全注射三防：人防、技防、器防四减少：减少非必须的注射操作减少非规范的注射操作减少注射操作中的职业暴露减少注射相关医疗废物

如何实现安全注射

重视环境的准备警惕锐器伤正确物品管理严格无菌操作熟悉操作规程执行手卫生安全注射

如何实现安全注射

进行注射操作前半小时应停止清扫地面等工作。避免不必要的人员活动。严禁在非清洁区域进行注射准备等工作。应在指定的不会被血液和体液污染的干净区域里，进行注射准备。当进行注射准备时，必须遵循以下三步骤：1.保持注射准备区整洁、不杂乱，这样可以很容易清洁所有表面2.开始注射前，无论准备区表面是否有血液或体液污染，都应清洁消毒。3.准备好注射所需的所有器材：-无菌一次性使用的针头和注射器-无菌水或特定稀释液等配制药液-酒精棉签或药棉-锐器盒重视环境的准备手卫生之前先做脑卫生！观念的改变非常重要！安全注射，“手”当其冲！认真执行手卫生工作人员注射前必须洗手、戴口罩，保持衣帽整洁；注射后应洗手。操作前的准备注射前需确保注射器和药物处于有效期内且外包装完整。操作前的准备给药操作指导单剂量药瓶——只要有可能，对每位患者都使用单剂量药瓶，以减少患者间的交叉污染多剂量小瓶——如果别无选择，才使用多剂量药瓶-在对每个患者护理时，每次只打开一个药瓶-如果可能，一个患者一个多剂量药瓶，并在药瓶上写上患者姓名，分开存储在治疗室或药房中-不要将多剂量药瓶放在开放病房中，在那里药品可能被不经意的喷雾或飞溅物污染药物准备给药操作指导丢弃多剂量药瓶：-如果已失去无菌状态-如果已超过有效日期或时间（即使药瓶含有抗菌防腐剂）-如果打开后没有适当保存-如果不含防腐剂，打开超过24小时，或制造商建议的使用时间后-如果发现未注明有效日期、储存不当，或药品在不经意间被污染或已知道被污染（无论是否过期）药物准备给药操作指导具有跳起打开装置的安瓿瓶——只要有可能，就使用具有跳起打开装置的安瓿瓶，而不是需要金属锉刀才能打开的安瓿瓶如果是需要金属锉刀才能打开的安瓿瓶，在打开安瓿瓶时，需使用干净的保护垫（如一个小纱布垫）保护手指药物准备准备好注射所需的所有器材：-无菌一次性使用的针头和注射器-无菌水或特定稀释液等配制药液-酒精棉签或药棉-锐器盒注射准备对药瓶隔膜的操作步骤在刺入药瓶前用蘸有70%乙醇棉签或棉球擦拭药瓶隔膜（隔层），并在插入器材前使其晾干每次插入多剂量药瓶都要使用一个无菌注射器和针头不要把针头留在多剂量药瓶上注射器和针头一旦从多剂量药瓶中吸出药品并拔出，应尽快进行注射注射准备贴标签多剂量药瓶配制后，应在药瓶上贴上标签：-配制日期和时间药物的种类和剂量-配制浓度-失效日期和时间-配制者签名对于不需要配制的多剂量药品，贴上标签：-开启日期和时间-开启者名字和签名注射准备皮肤消毒剂在有效期内使用。严格落实皮肤消毒的操作流程（以注射点作为中心，自内向外，直径5cm以上）。一人一针一管一用，禁止重复使用。熟悉操作规程，严格无菌操作使用同一溶媒配置不同药液时，必须每次更换使用未启封的一次性使用无菌注射器和针头抽取溶媒。必须多剂量用药时，必须做到一人一针一次使用。熟悉操作规程，严格无菌操作熟悉操作规程，严格无菌操作红圈标注地方绝对不能碰触！××熟悉操作规程，严格无菌操作皮肤消毒后不应再用未消毒的手指触摸穿刺点！皮肤消毒后应完全待干后再进行注射！熟悉操作规程，严格无菌操作现配现用药液抽出的药液、开启的静脉输入用无菌液体须注明开启日期和时间，放置时间超过2小时后不得使用；启封抽吸的各种溶媒超过24小时不得使用。药品保存应遵循厂家的建议，不得保存在与患者密切接触的区域，疑有污染或保存不当时应立即停止使用，并进行妥善处置。

熟悉操作规程，严格无菌操作

2小时内：——输注类药品；

24小时内：

——溶媒启封抽吸后；

——灭菌物品启封后（棉球、纱布等）提倡使用小包装。每周更换2次：

——非一次性使用的碘酒、酒精等，容器应灭菌。

7天内：——启封后一次性小包装的瓶装碘酒、酒精.药品保存：——应遵循厂家的建议（温度、避光）——不得保存在与患者密切接触的区域。——疑有污染禁用。应注明开启时间物品管理

禁止双手回套针帽禁止用手传递利器禁止用手分离注射器针头禁止手持锐器随意走动禁止随意丢弃锐器，随时入锐器盒禁止用手直接抓取医疗废物

操作时保证充足光线、空间宽敞

操作时从容不迫

操作时尽可能采用有安全保护装置的锐器六禁止三操作警惕锐器伤耐用，防穿透，防渗漏。大小合适，锐器可以完整放入。可能产生锐器的地方均配，不需二次分捡。放置的位置醒目且方便使用，治疗车要放在上层的侧面。一次性使用、禁止徒手打开、清空或清洗重复使用。禁止放入其他杂物。到达3/4时及时封闭。在转运过程中确保密闭，避免内容物外漏。

规范使用锐器盒

二、医务人员职业暴露体液血液分泌物排泄物其他04年7月23日，广州某医院在一次急诊抢救意外伤中,9名医务人员均直接接触了出血较多的重伤员。当时病人血肉模糊，鲜血喷到了当班急诊医生的身上、脸上和眼睛里，另一名医生在为病人清创缝合时被扎破手指，麻醉科医生带着受伤的手指为病人进行麻醉。当时参与抢救的多数医务人员的白大衣、口罩都被病人的鲜血染湿了。3天后这位病人被检测出是艾滋病人，HIV抗体反应强阳性。半年后有2名医务人员血液检出艾滋病毒抗体阳性，造成一起艾滋病职业暴露的悲剧。“艾滋惊魂”事件

锐器伤案例山东某院妇产科主任因全身发黄、乏力等去查体，结果是大三阳且转氨酶高达1300多，诊断暴发性肝炎。事后回忆，发病前曾为一大三阳病人手术时，被针刺伤过，当时未在意，没做任何处理！某院一检验科医生给一丙肝患者进行血气分析，不慎被沾有病人血液的针头刺伤，第三个月出现肝炎症状，感染丙肝病毒。

医务人员职业暴露分类①感染性职业暴露（主要指血源性病原体引起的暴露）②放射性职业暴露③化学性（如消毒剂、某些化学药品）职业暴露④其他职业暴露

中国医务人员特别需要防范的一大类感染性疾病

——血源性感染！医务人员的职业风险感染HIV：全球每年至少

1000名医务人员感染HCV、HBV等：触目惊心血源性传播病原体种类：细菌、病毒、真菌等30多种血源传播最多：HIV、HBV、HCV比人们通常想象的要多的多。医务人员面临传播危险最大的血源性传播疾病1、HBV-感染率为6%～30%2、HCV-感染率为3%，医务人员职业暴露风险为1.8%职业暴露的危险性HIV职业暴露感染的危险性发生HIV锐器伤后，感染HIV的平均危险为0.3%黏膜暴露后感染HIV的平均危险为0.09%血液或体液溅到完整皮肤上基本没有危险惧怕常见职业暴露的方式针刺58.4%皮损22.7%黏膜污染11.2%割伤7.7%注：锐器伤是发生