探究基于cstr的反应器网络综合研究

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1、Y8U38{j7分类号密级学校代码学号薏纛鼻鬃纛謦硕士研究生学位论文论文题目：基于CSTR的反应器姓名指导教师学科专业专业代码研究方向网络综合研究周红敏金思毅化学工程081701化工系统工程2005年5月30日青岛科技大学研究生学位论文基于CSTR的反应器网络综合研究摘要反应器网络综合问题是过程综合的关键性子课题，其深入研究对反应过程开发和优化设计具有重要意义。反应器网络综合还影响着过程系统的环境效应，因为环境污染问题往往与反应过程密切相关。另外，它与换热网络综合、分离序列综合等其他过程综合的子课题相比起步较晚。因此它不仅是

2、可持续发展的需要，还是实现化工全流程过程综合的瓶颈问题。虽然已有许多学者作了大量的工作，并取得了一定的进展，但由于问题的复杂性，在理论上和应用上仍需要进一步的探讨。本文综述了反应器网络综合的研究进展，并在这一领域开展了研究，主要工作如下：(1)以反应器系统为主要研究对象，对反应器网络综合问题的分类方法进行了研究。为了降低复杂反应体系综合问题的求解难度，本文在阐述了全混流反应器(ContinuousStirredTankReactor_cSTR)对平推流反应器(PlugFlowReactor--PFR)等常用类型反应器替代性的

3、基础上，以全混流反应器为基本反应器类型，构造了基于CSTR的反应器网络通用模型，并将其表述为仅含有代数方程的非线性规划数学模型。(2)分别采用通用代数模型系统(GeneralAlgebraicModelingSystem—GAMS)和遗传算法对基于CSTR的通用模型的求解方法进行了研究。通过对复杂反应体系的实例研究结果表明，两者都可以得到与文献一致的优化结果。但采用GAMS求解此问题要比采用遗传算法更为方便有效。(3)基于PFR和CSTR两种有代表性的反应器类型，构造了一个反应器网络的超结构模型，并将超结构的数学模型表述为代

4、数方程的形式。同时给出了求解此超结构模型的两次优化策略，即首先以较少的CSTR替代PFR，并通过初次优化来确定网络结构；然后以尽可能多的CSTR来逼近PFR，通过再次优化得到问题的最优解。该方法大大减小了问题的规模，从而有效地降低了求解难度。对第1I类及第1II类反应体系的实例研究表明，采用本文构造的超结构模型和两次优化策略，可得到与文献相一致或较优的反应器网络结构基于CSTR的反应器网络综合研究和目标函数值。(4)利用基于CSTR的反应器网络通用模型，给出了一种可得区的测试构造法。该方法通过PFR轨线、CSTR迹线及混合线

5、来构造浓度空间的可得区，并在构造的每一步采用线性模型来测试所得区域是否为完整的可得区。由于该方法的测试模型是线性模型，可以得到全局最优解，因此保证了所得到的可得区的完整性。关键词：反应器网络过程综合CSTR优化可得区II要苎型垫查堂里窒兰兰堡丝苎SYNTHESISOFREACTORNETWORKBASEDONCONTINUOUSSTIRREDTANKREACTORABSTRACTAsakeysub-problemofprocesssynthesis，thesynthesisofreactornetworkisveryimpo

6、rtantforthedevelopmentanddesignofprocesssystem．ItalsohasgreateffecttotheenvironmentbecausemostpollutionSOUrCesfireresultedfromreactionprocess．Inaddition．comparedwi廿lthedevelopmentofothersub-problemssuchassynthesisofheatexchangernetworkandseparationsequence，itisstil

7、lonitsyoungerstage．Soitisnotonlytheneedofcontinuousprogresspolicybutalsothewholeprocesssynthesis．Sofar,muchworkinthisfieldhasbeendoneandvaluableprogresshasbeenobtained．However,duetoitscomplexity,thesynthesisofreactornetworkstillneedstoberesearchedfurther．Besidesthe

8、summaryofpreviouswork，themajorcontentsofthisp印erareasfollows．1．Accordingtodifferentreactionsystems，numberoffeeds，operationconditionsandnumberofub