利用原子系数矩阵法确定复杂反应体系中独立反应方法的探讨与改进陈博，朱建华(中国石油大学化工学院，北京102249)摘要：利用原子系数矩阵法可以确定复杂反应体系的独立反应数及独立反应。本文针对原子系数矩阵法应用过程中存在的问题，通过对原子系数矩阵法的推导与论证，提出通过对原子系数矩阵进行初等行变换，选取最大无关向量组对应的组分作为该复杂反应体系的非关键组分，使原子系数矩阵法确定独立反应的方法更为严谨，避免了在应用过程中出现无解现象，从而改进了利用原子系数矩阵法确定复杂反应体系独立反应的方法。关键词：原子系数矩阵法；独立反应；化学计量系数；最大无关向量组。TheImprovementsontheMethodofDeterminingtheIndependentReactionsforComplexReactingSystemviaAtomicCoefficientMatrixMethodCHENBo,ZHU激an-hua*(FacultyofChemicalEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Bei激ng102249,China)Abstract:Theindependentreactionsandtheirnumberofcomplexreactingsystemcouldbothbedeterminedbyusingatomiccoefficientmatrixmethod.Accordingtothenosolutionproblemoccurredinapplication,basedonthededucingfortheatomiccoefficientmatrix,andrelativevalidatingoftheatomiccoefficientmatrixmethod,onenewmethodforselectingthenon-keycomponentshadbeenputforwardbythispaper,i.e.,byelementarylinetransformationfortheatomiccoefficientmatrix,themaximalnon-relevantcolumnswereselectedandthecomponentscorrespondingtomaximalnon-relevantcolumnwerechosenasnon-keycomponents.Therefore,themethodofdeterminationforindependentreactionsbecamemoreprecise,andno-solutionphenomenacouldbeavoidedintheprocessofapplicationofatomiccoefficientmatrixmethod.Finally,theimprovementsonthemethodofatomiccoefficientmatrixwereachieved.Keywords:methodofatomiccoefficientmatrix,independentreaction,stoichiometriccoefficient,maximalnon-relevantcolumn.1引言化学计量方程给出了参与化学反应的物种消耗或生成量的比例关系。复杂化学反应体系通常由多于两个的化学反应构成如果某一化学反应的化学计量方程不能由体系中其余化学反应的化学计量方程线性组合表示出来，则其被称为独立反应[1]。独立反应的最大数目被称为复杂反应体系的独立反应数。在一个复杂反应体系中，可以找到一组独立反应，并通过这些独立反应的线性组合得到复杂反应体系中其它的非独立反应，因此可以借助这组独立反应表征整个复杂反应体系的性质，在对复杂反应体系表征时可起到事半功倍的效果。联系人：朱建华(E-mail:secondzhu@sina)通过确定复杂反应体系的独立反应，可以计算复杂反应体系中各组分的变化量，对确定反应器的进料配比、产物组成，以及反应器的设计及操作条件选取具有重要指导意义。然而由于对利用原子系数矩阵法确定复杂反应体系独立反应的研究还不够深入，使该方法在实际应用时可能出现无解的情况，因此有必要对其进行进一步的探讨和改进。2方法原理2.1背景及推导在简单反应体系中，独立反应一目了然。而对于复杂反应体系，因为组分数及化学反应方程数目的增多，需要利用一些有效的方法确定复杂反应体系的独立反应数及独立反应。在化学反应中，化学计量方程给出了参与反应的组分消耗或生成量的比例关系化学方程式遵守质量守恒定律，等号两边各原子种类与数目相等。在这两个限制条件下，通过反应组分的线性组合可得到一组反应。由质量守恒原理可知，反应物转化的质量必然等于生成产物的质量。对于有n个组分参与的单一反应，有：ν1A1+ν2A2+．．．+νnAn=0(1)或：(2)式中：νi为i组分的化学计量系数，表示该反应中i组分相对于其它组分反应的摩尔数；Ai表示i组分。对于一个由n个组分、m个反应构成的复杂反应体系，有：ν11A1+ν12A2+…ν1nAn=0ν21A1+ν22A2+…ν2nAn=0……(3)νm1A1+νm2A2+…νmnAn=0其化学计量方程可用紧凑形式表示为:(4)写成矩阵形式，为：(5)也即：(6)在反应过程中，各组分中的原子可重新组合成其它组分，但是每种原子的数目在反应前...