基于目标的反应器网络综合分区策略及其应用

论文摘要

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β—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—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;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β—氨基丙酸的合

论文目录

• 符号说明
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 过程综合与过程分析
• 1.1.1 过程综合与过程分析
• 1.1.2 过程综合研究进展
• 1.2 反应器网络综合研究的意义
• 1.3 反应器网络综合研究进展
• 1.3.1 经验推导阶段
• 1.3.2 数学模型阶段
• 1.3.3 其他方法
• 1.4 前景和展望
• 1.5 本文的研究目标和研究内容
• 2 反应器系统的基本特性分析
• 2.1 目标函数的定义
• 2.1.1 反应速率函数
• 2.1.2 单程收率函数
• 2.1.3 瞬时选择性函数
• 2.1.4 总收率与总选择性
• 2.1.5 瞬时相对选择性函数
• 2.2 反应器系统特性描述
• 2.2.1 通用反应器模型示意图
• 2.2.2 反应混合基本原理
• 2.2.3 目标函数描述
• 2.3 小结
• 3 基于目标函数的可得区分区策略
• 3.1 化学反应分类
• 3.2 分区策略的基本思路
• 3.2.1 分区策略的特征曲线
• 3.2.2 分区区域特性
• 3.3 第一类反应的可得区分区策略
• 3.3.1 温度对r—X特性曲线的影响
• 3.3.2 r-X空间的分区
• 3.3.3 r-X空间分区法的基本步骤
• 3.4 复杂反应的可得区分区策略
• R-X空间的分区法'>3.4.1 S_R-X空间的分区法
• 3.5 小结
• 4 碳酸二甲酯的制备过程及反应器结构确定
• 4.1 反应过程描述
• 4.2 反应过程分析
• 4.2.1 原料进料比的影响
• 4.2.2 温度的影响
• 4.3 流程结构的确定
• 4.4 小结
• 5 β—氨基丙酸的制备过程及反应器结构确定
• 5.1 丙烯酸氨化制备β—氨基丙酸反应过程描述
• 5.2 选择性与关键反应物未转化率空间分析
• 5.2.1 等温操作
• 5.2.2 绝热操作
• 5.3 反应器流程结构
• 5.4 小结
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文