探究基于目标的反应器网络综合分区策略及其应用

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1、#*々TQ021女‰tll囊■太◆硕士研究生学位论文论文题目：基千目标的反应器网络综合分区策略及其应用姓名指导教师学科专业专业代码研究方向宋仁松金思毅化学工程08170l化工系统工程2005年5月28日毒岛科技式学研冠生掌位论文一基于目标的反应器网络综合分区策略及其应用摘要反应器网络综合是化工过程综合的重要方面，其深入研究对反应过程开发和优化设计具有重要意义。它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。它既是可持续发展战略的需要，还是实现化工全流程过程综合的瓶颈问题。已有许多学者做了大量的研究工作，并

2、取得了一定的进展。但由于问题本身的复杂性，在理论上和应用上仍需要进一步的深入探讨。本文综述了反应器网络综合的研究进展，并在这一领域深入开展了工作。本文以反应器网络为主要研究对象，针对定态、恒容的各类反应过程，分析了反应过程的瞬时目标函数特性，并利用基于各目标函数的反应空间的分区策略对碳酸二甲酯和13一氨基丙酸的制备过程进行了研究，获得了适宜的反应器结构。对简单反应，在反应速率和关键组分未转化率(r—x)空间，反应速率曲线的形状与反应器类型无关。因此，只要作出反应速率一未转化率曲线，就可以利用曲线的变化规律确定反应器类型和结构；

3、利用反应速率极值曲线和反应速率平衡曲线可简捷、方便的确定任意组成进料条件下的最适宜的反应器网络流程结构。对复杂反应，反应系统的瞬时目标函数为瞬时选择性或瞬时相对选择性。对多个典型复杂反应体系的瞬时目标函数曲线的研究表明：全混流反应器(CSTR)和平推流反应器(PFR)的瞬时选择性和关键组分未转化率(S--x)曲线不论重合与否，其变化规律是相同的，因此，仅作出CSTR或PFR的s—x曲线，就可以利用曲线的变化规律确定反应器类型和结构；当进料组成为任意组成进料时，可利用选择性最大曲线和单程收率最大曲线，将S—x空间分成三种区域：即

4、CSTR区、PFR区和非操作区。利用不同区域及其连接边界的特性，可同样方便的确定复杂反应的适宜的反应器网络流程结构。利用瞬时目标函数在反应空间的特性，以碳酸二甲酯和13～氨基丙酸的合薹耋塑堡墼蓬壅叁墅垫堑篓逢鎏型墅墼銎基壁望：：：：：：：=====一一一成为侧，探讨了分区策略在实际生产中的废爆。碳酸二甲酯的含成反应为可遂放热反应，根据反应类型分类可知，其目标函数为瞬时威应速率。对不同温度控潮下的渡反应黪r—x夔线麴磅突袭鹎，反应速率睫泰转化率夔减小呈递减趋势，根据r—X空间的分区策略可知，该反应邋宜的流程结构为单个PFR；碳簸

5、二甲簇戆台成反痰为多缝分逶辩，因魏，本文氇对藤精翡遂辩魄遴行了讨论，其最优的i挠料比(甲醇／碳酸丙烯酯)为[1一---6～8。§一氮基丙酸豹合成反藏为平行连串可逆反应，其西标函数为瞬时选择性或孵时相对选择性。以CSTR为模型反应嚣，考察了耳撂函数隧未转化率的变化趋势。根据S—x空间的分区策略，获得了不同温度控制条件下的该反应的适宝反应器漉麟结构必擎令PFR。关链词：碳酸二串醅(DMC)8一氨基丙酸分区策酶反应器网络HPARTITIoNSTRATEGYoFREACToRNETWORKSYNTⅡESISBASED0N0BJECTI

6、VEFUNCTIoNANDIT’SAPPLICATIoNABSTRACTThesynthesisofreactornetworksISallimportantfieldinchemicalengineeringprocess．Itisveryimportantforthedevelopmentanddesignoptimizationofreactionprocesssystemandhasgreatimpactontheenvironmenteffectofthetotalprocesssystembecausemostpo

7、llutionsourcesresultfromreactionprocess．Itisnotonlyneededforthecontinuousprogressstrategy,butalsoisthekeytaskoftheoverallprocesssynthesis．Sofar,muchresearchinthisareahasbeendoneandsomevaluableprogresshasbeenmadetosomeextent．Howeverduetothecomplexityoftheproblem，much

8、workstillneedtobedoneintheoreticandapplication．Basedoncharacteristicsofinstantaneousobjectivefunctionsamongreactionprocess，thispaperrepres