基于CSTR的反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)綜合研究.pdf

1、反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)綜合問題是過程綜合的關(guān)鍵性子課題，其深入研究對反應(yīng)過程開發(fā)和優(yōu)化設(shè)計具有重要意義。反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)綜合還影響著過程系統(tǒng)的環(huán)境效應(yīng)，因為環(huán)境污染問題往往與反應(yīng)過程密切相關(guān)。另外，它與換熱網(wǎng)絡(luò)綜合、分離序列綜合等其他過程綜合的子課題相比起步較晚。因此它不僅是可持續(xù)發(fā)展的需要，還是實現(xiàn)化工全流程過程綜合的瓶頸問題。雖然已有許多學(xué)者作了大量的工作，并取得了一定的進展，但由于問題的復(fù)雜性，在理論上和應(yīng)用上仍需要進一步的探討。本文綜述了反應(yīng)器網(wǎng)

2、絡(luò)綜合的研究進展，并在這一領(lǐng)域開展了研究，主要工作如下： (1)以反應(yīng)器系統(tǒng)為主要研究對象，對反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)綜合問題的分類方法進行了研究。為了降低復(fù)雜反應(yīng)體系綜合問題的求解難度，本文在闡述了全混流反應(yīng)器(ContinuousStirredTankReactor-CSTR)對平推流反應(yīng)器(PlugFlowReactor-PFR)等常用類型反應(yīng)器替代性的基礎(chǔ)上，以全混流反應(yīng)器為基本反應(yīng)器類型，構(gòu)造了基于CSTR的反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)通用模型，并將

3、其表述為僅含有代數(shù)方程的非線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型。 (2)分別采用通用代數(shù)模型系統(tǒng)(GeneralAlgebraicModelingSystem--GAMS)和遺傳算法對基于CSTR的通用模型的求解方法進行了研究。通過對復(fù)雜反應(yīng)體系的實例研究結(jié)果表明，兩者都可以得到與文獻一致的優(yōu)化結(jié)果。但采用GAMS求解此問題要比采用遺傳算法更為方便有效。 (3)基于PFR和CSTR兩種有代表性的反應(yīng)器類型，構(gòu)造了一個反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)的超結(jié)構(gòu)模型，

4、并將超結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型表述為代數(shù)方程的形式。同時給出了求解此超結(jié)構(gòu)模型的兩次優(yōu)化策略，即首先以較少的CSTR替代PFR，并通過初次優(yōu)化來確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；然后以盡可能多的CSTR來逼近PFR，通過再次優(yōu)化得到問題的最優(yōu)解。該方法大大減小了問題的規(guī)模，從而有效地降低了求解難度。對第Ⅱ類及第Ⅲ類反應(yīng)體系的實例研究表明，采用本文構(gòu)造的超結(jié)構(gòu)模型和兩次優(yōu)化策略，可得到與文獻相一致或較優(yōu)的反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和目標函數(shù)值。 (4)。利用基于CSTR的