P-图理论是一种基于图论的过程网络综合工具，其主要优势包括:公理化生成严格超结构、支持逻辑约束、算法化减少冗余结构、建模过程直观等，能高效处理超结构中含较多子结构的过程网络综合问题。但到目前为止，P-图理论的内层约束中还缺少对非线性约束的支持，在一定程度上限制了该理论的应用范围。因此，本文通过拉格朗日线性插值的方法，在P-图理论的设备约束层中增加了对非线性方程的支持，并应用于生物质能源分离过程的工艺路线选择中。　　提出了基于拉格朗日线性插值处理P-图中非线性问题的方法。首先在P-图理论的建模框架、数学定义和公理约束的基础上，提出P-图理论建模框架的数学规划表述。结合工程上常见的两类非线性约束，针对P-图理论暂不支持非线性约束这一问题，在P-图理论现有的求解流程和求解算法的基础上，提出基于拉格朗日线性插值的处理非线性问题的方法，给出了相应的算法流程，并使用Python语言编写了相应的外置程序，并调用pns_solver求解。该处理方法可以作为一个外置模块，嵌入到P-图理论的模型框架中，以扩展P-图理论的适用范围。　　将非线性改进后的P-图理论框架应用于生物质能源的分离工艺路线选择中。首先利用P-图对该工业案例进行模型构建，通过模型求解得到经济目标最优的工业生产路线;其次在设备费用的计算中，采用规模指数法来估算设备费用，并使用本文提出的支持非线性的P-图理论求解流程进行计算，发现合理选择设备尺寸，可以使不同生产规模下的产品成本降低10％～50％;在此基础上，还将污染物浓度这一环境因素也考虑在P-图模型中，构建多目标P-图模型，利用P-graph Studio在求解过程中，保留多个可行解的特点，得到经济-环境双目标关系，用以辅助项目建设初期的环境影响评估。　　将P-图理论扩展应用到轻烃回收工艺参数的选择中。在实际工艺设计中，工艺参数的选择也属于工艺路线设计的一部分，因此本部分将P-图理论扩展到轻烃回收工艺参数的选择中，考察当膜面积和塔板数在合理范围内同时变化时，整个工艺的费用变化情况。借助P-图理论的组合特性，减少了在目标函数计算时的重复性工作，并利用P-图理论的逻辑约束，将问题的组合数从137个降低到45个，并最终得到最小工艺费用所对应的工艺参数值。此外，该扩展应用具有一定的普遍性，所以在其他工艺参数的优化选择上也可以采用该方法。