復(fù)雜體系化學(xué)平衡及相平衡計(jì)算方法的研究.pdf

1、多相多組分體系化學(xué)及相平衡的計(jì)算不僅是熱力學(xué)研究的基礎(chǔ)問(wèn)題，同時(shí)也是化工過(guò)程優(yōu)化設(shè)計(jì)和流程模擬的重要環(huán)節(jié)。吉布斯自由能最小法是化學(xué)平衡及相平衡問(wèn)題計(jì)算的重要方法，其原理是將熱力學(xué)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)最優(yōu)化問(wèn)題，并通過(guò)求解最優(yōu)化問(wèn)題得到平衡組成。針對(duì)基于導(dǎo)數(shù)的數(shù)學(xué)規(guī)劃法求解吉布斯自由能最小法問(wèn)題的局限性，本文將隨機(jī)優(yōu)化技術(shù)——遺傳算法用于復(fù)雜體系化學(xué)平衡和相平衡計(jì)算問(wèn)題的研究，并針對(duì)各種復(fù)雜體系，建立了一系列平衡計(jì)算的模型化方法及遺傳算法求解策

2、略。 (1)針對(duì)相數(shù)和相態(tài)已知的體系，將吉布斯自由能最小法的應(yīng)用拓展到包括多相有機(jī)反應(yīng)體系、易揮發(fā)弱電解質(zhì)體系及無(wú)機(jī)鹽-恒沸有機(jī)水溶液等復(fù)雜體系。建立了各種體系同時(shí)化學(xué)反應(yīng)和多相平衡的數(shù)學(xué)模型和遺傳算法求解策略。計(jì)算結(jié)果表明，本文方法不僅能夠得到與文獻(xiàn)值相吻合的結(jié)果，并且簡(jiǎn)單、通用、易實(shí)施，同時(shí)可以準(zhǔn)確計(jì)算體系中微量衡量組分。 (2)針對(duì)相數(shù)和相態(tài)未知體系的平衡計(jì)算問(wèn)題，提出用混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型化方法來(lái)

3、進(jìn)行描述。用0-1變量表示相的存在與否，提出了相編碼矩陣的概念，建立了化學(xué)及相平衡計(jì)算的MINLP模型及遺傳算法求解方法。通過(guò)對(duì)有機(jī)溶液和混合電解質(zhì)溶液兩類體系的計(jì)算表明，用本文方法不需要進(jìn)行相穩(wěn)定判斷，可以直接求解相數(shù)和相態(tài)未知體系的平衡計(jì)算問(wèn)題。 (3)將用于多相平衡計(jì)算的τ因子法拓展到能同時(shí)求解化學(xué)反應(yīng)平衡和多相平衡問(wèn)題?；谝环N修正各相摩爾分?jǐn)?shù)和的概念，用原子守恒約束和相平衡時(shí)物質(zhì)總量守恒約束來(lái)代替原方法中的物料平衡約束