本文關(guān)鍵詞：反應(yīng)路徑與反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)同步優(yōu)化

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【摘要】：反應(yīng)過程優(yōu)化主要包括反應(yīng)路徑優(yōu)化與反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。反應(yīng)路徑優(yōu)化研究原料到目標產(chǎn)物的化學(xué)轉(zhuǎn)化途徑。反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的定義為：在已知進料條件和動力學(xué)參數(shù)的情況下,尋求反應(yīng)體系適宜的反應(yīng)器類型、尺寸以及反應(yīng)器單元間的連接關(guān)系,并得到各反應(yīng)器的對應(yīng)的最優(yōu)操作條件。反應(yīng)路徑優(yōu)化與反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的研究思路和優(yōu)化方法多種多樣,但隨著研究范圍的不斷擴大,待研究反應(yīng)體系復(fù)雜程度的不斷提高,所需優(yōu)化方法的要求也在逐漸增多,提出切實可行、簡單易懂、普適實用的反應(yīng)過程優(yōu)化方法具有重要意義。本文在拓展優(yōu)化方法的研究領(lǐng)域,提高數(shù)學(xué)模型對真實反應(yīng)體系的還原程度,聯(lián)動、整合優(yōu)化策略,以及更深入探究反應(yīng)過程的優(yōu)化方法等方面做出了下列工作：第一,傳統(tǒng)可得區(qū)法的研究體系中,只存在一種催化劑,且該催化劑對應(yīng)的反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)恒定不變。真實生產(chǎn)中,如何篩選催化劑,如何確定多催化劑間的排列組合方式,是關(guān)系到生產(chǎn)計劃和經(jīng)濟效益的重要問題,因此運用可得區(qū)法研究多催化劑問題,具有重大的工業(yè)需求和現(xiàn)實意義。本文提出了可得區(qū)法研究多催化劑的反應(yīng)過程步驟,和可得區(qū)法研究多催化劑的反應(yīng)過程基本規(guī)則,并將其應(yīng)用于具有兩種催化劑的經(jīng)典Van de Vusse反應(yīng)體系,確定該反應(yīng)體系下合適的催化劑裝填反應(yīng)器類型都為PFR,并且得到催化劑1先于催化劑2的排列方式,繪制可得區(qū),得到兩個PFR串聯(lián)的最優(yōu)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。第二,通過全面分析可得區(qū)法和超級結(jié)構(gòu)法的優(yōu)缺點,提出了結(jié)合兩種方法特有優(yōu)勢的反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)綜合“三步策略”,即可得區(qū)——超級結(jié)構(gòu)法,為反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)綜合優(yōu)化研究的發(fā)展提供了新思路。將該方法應(yīng)用到環(huán)氧丙烷反應(yīng)體系中,進料流量為9.54L/h,丙烯的濃度為2485mol/L,雙氧水的濃度為0.834mol/L。如果不考慮設(shè)備投資,只追求目標產(chǎn)物的濃度最大,那么能夠得到環(huán)氧丙烷的出口濃度為0.783mol/L;如果以年度總費用最小為目標函數(shù),可以得到最小總年度費用為$208.397,此時能夠得到的環(huán)氧丙烷出口濃度為0.743mol/L。第三,反應(yīng)路徑綜合只關(guān)心反應(yīng)路徑的選擇,而忽視反應(yīng)器的設(shè)計,反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)綜合則是在確定反應(yīng)路徑的情況下優(yōu)化反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò),二者本質(zhì)上是相互交織、相互關(guān)聯(lián)在一起的,傳統(tǒng)反應(yīng)過程優(yōu)化方法都具有局限性,本文提出了基于功能性催化劑排列的反應(yīng)路徑和反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)同步優(yōu)化超級結(jié)構(gòu)法,實現(xiàn)了反應(yīng)過程優(yōu)化中反應(yīng)路徑綜合與反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)綜合的同步優(yōu)化。針對對二甲苯生產(chǎn)實例,分別選擇碳八芳烴異構(gòu)化、甲苯歧化和甲苯甲醇烷基化生產(chǎn)工藝,及其功能性催化劑為研究對象,運用本文所提出的方法,優(yōu)化得到甲苯甲醇烷基化工藝后聯(lián)合碳八芳烴異構(gòu)化工藝的生產(chǎn)操作方式。此結(jié)果與單獨采用甲苯甲醇烷基化生產(chǎn)工藝相比,在等反應(yīng)時間下,對二甲苯產(chǎn)率提高22.73%。
【關(guān)鍵詞】：反應(yīng)路徑 反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò) 同步優(yōu)化 催化劑排列 超級結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ021.8
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 反應(yīng)路徑綜合10-12
• 1.2 反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)綜合12-19
• 1.2.1 可得區(qū)法13-15
• 1.2.2 超級結(jié)構(gòu)法15-17
• 1.2.3 目標法17-18
• 1.2.4 導(dǎo)數(shù)分析法18-19
• 1.3 本文的研究思路和研究內(nèi)容19-20
• 2 可得區(qū)法研究多催化劑的反應(yīng)過程20-32
• 2.1 傳統(tǒng)可得區(qū)法基本內(nèi)容20-21
• 2.1.1 反應(yīng)體系分類20-21
• 2.1.2 可得區(qū)的必要條件21
• 2.1.3 傳統(tǒng)可得區(qū)的構(gòu)造方法21
• 2.2 可得區(qū)法研究多催化劑的反應(yīng)過程21-31
• 2.2.1 可得區(qū)法研究多催化劑的反應(yīng)過程步驟21
• 2.2.2 可得區(qū)法研究多催化劑的反應(yīng)過程基本規(guī)則21-22
• 2.2.3 可得區(qū)法研究多催化劑的反應(yīng)過程實例22-31
• 2.3 本章小結(jié)31-32
• 3 反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)綜合可得區(qū)-超級結(jié)構(gòu)法32-47
• 3.1 步驟一：可得區(qū)法預(yù)分析反應(yīng)體系33-34
• 3.1.1 反應(yīng)體系分類33
• 3.1.2 拓展可得區(qū)構(gòu)建方法33-34
• 3.1.3 確定最佳反應(yīng)溫度34
• 3.1.4 確定反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)出口各組分濃度34
• 3.2 步驟二：基于理想反應(yīng)器模型超級結(jié)構(gòu)法預(yù)分析反應(yīng)體系34-38
• 3.2.1 目標函數(shù)35
• 3.2.2 CSTR反應(yīng)單元的數(shù)學(xué)模型35-36
• 3.2.3 PFR反應(yīng)單元的數(shù)學(xué)模型36-38
• 3.3 步驟三：基于二維傳遞模型的狀態(tài)空間超級結(jié)構(gòu)法優(yōu)化反應(yīng)體系38-41
• 3.3.1 二維傳遞模型38-39
• 3.3.2 狀態(tài)空間超級結(jié)構(gòu)39-41
• 3.4 環(huán)氧丙烷體系反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化41-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 4 反應(yīng)路徑和反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)同步優(yōu)化47-56
• 4.1 反應(yīng)路徑與反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)同步優(yōu)化47-50
• 4.1.1 數(shù)學(xué)模型47-50
• 4.1.2 求解策略50
• 4.2 基于對二甲苯體系的反應(yīng)路徑和反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)同步優(yōu)化50-55
• 4.2.1 對二甲苯生產(chǎn)工藝50-51
• 4.2.2 反應(yīng)路徑和反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)同步優(yōu)化51-55
• 4.3 本章小結(jié)55-56
• 結(jié)論56-57
• 參考文獻57-60
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況60-61
• 致謝61-62

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本文編號：539050