反应路径与反应器网络同步优化

发布时间：2017-07-14 01:05

  本文关键词：反应路径与反应器网络同步优化

  更多相关文章： 反应路径 反应器网络 同步优化 催化剂排列 超级结构

【摘要】：反应过程优化主要包括反应路径优化与反应器网络优化。反应路径优化研究原料到目标产物的化学转化途径。反应器网络优化的定义为：在已知进料条件和动力学参数的情况下,寻求反应体系适宜的反应器类型、尺寸以及反应器单元间的连接关系,并得到各反应器的对应的最优操作条件。反应路径优化与反应器网络优化的研究思路和优化方法多种多样,但随着研究范围的不断扩大,待研究反应体系复杂程度的不断提高,所需优化方法的要求也在逐渐增多,提出切实可行、简单易懂、普适实用的反应过程优化方法具有重要意义。本文在拓展优化方法的研究领域,提高数学模型对真实反应体系的还原程度,联动、整合优化策略,以及更深入探究反应过程的优化方法等方面做出了下列工作：第一,传统可得区法的研究体系中,只存在一种催化剂,且该催化剂对应的反应动力学参数恒定不变。真实生产中,如何筛选催化剂,如何确定多催化剂间的排列组合方式,是关系到生产计划和经济效益的重要问题,因此运用可得区法研究多催化剂问题,具有重大的工业需求和现实意义。本文提出了可得区法研究多催化剂的反应过程步骤,和可得区法研究多催化剂的反应过程基本规则,并将其应用于具有两种催化剂的经典Van de Vusse反应体系,确定该反应体系下合适的催化剂装填反应器类型都为PFR,并且得到催化剂1先于催化剂2的排列方式,绘制可得区,得到两个PFR串联的最优反应器网络结构。第二,通过全面分析可得区法和超级结构法的优缺点,提出了结合两种方法特有优势的反应器网络综合“三步策略”,即可得区——超级结构法,为反应器网络综合优化研究的发展提供了新思路。将该方法应用到环氧丙烷反应体系中,进料流量为9.54L/h,丙烯的浓度为2485mol/L,双氧水的浓度为0.834mol/L。如果不考虑设备投资,只追求目标产物的浓度最大,那么能够得到环氧丙烷的出口浓度为0.783mol/L;如果以年度总费用最小为目标函数,可以得到最小总年度费用为$208.397,此时能够得到的环氧丙烷出口浓度为0.743mol/L。第三,反应路径综合只关心反应路径的选择,而忽视反应器的设计,反应器网络综合则是在确定反应路径的情况下优化反应器网络,二者本质上是相互交织、相互关联在一起的,传统反应过程优化方法都具有局限性,本文提出了基于功能性催化剂排列的反应路径和反应器网络同步优化超级结构法,实现了反应过程优化中反应路径综合与反应器网络综合的同步优化。针对对二甲苯生产实例,分别选择碳八芳烃异构化、甲苯歧化和甲苯甲醇烷基化生产工艺,及其功能性催化剂为研究对象,运用本文所提出的方法,优化得到甲苯甲醇烷基化工艺后联合碳八芳烃异构化工艺的生产操作方式。此结果与单独采用甲苯甲醇烷基化生产工艺相比,在等反应时间下,对二甲苯产率提高22.73%。
【关键词】：反应路径 反应器网络 同步优化 催化剂排列 超级结构
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ021.8
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 反应路径综合10-12
• 1.2 反应器网络综合12-19
• 1.2.1 可得区法13-15
• 1.2.2 超级结构法15-17
• 1.2.3 目标法17-18
• 1.2.4 导数分析法18-19
• 1.3 本文的研究思路和研究内容19-20
• 2 可得区法研究多催化剂的反应过程20-32
• 2.1 传统可得区法基本内容20-21
• 2.1.1 反应体系分类20-21
• 2.1.2 可得区的必要条件21
• 2.1.3 传统可得区的构造方法21
• 2.2 可得区法研究多催化剂的反应过程21-31
• 2.2.1 可得区法研究多催化剂的反应过程步骤21
• 2.2.2 可得区法研究多催化剂的反应过程基本规则21-22
• 2.2.3 可得区法研究多催化剂的反应过程实例22-31
• 2.3 本章小结31-32
• 3 反应器网络综合可得区-超级结构法32-47
• 3.1 步骤一：可得区法预分析反应体系33-34
• 3.1.1 反应体系分类33
• 3.1.2 拓展可得区构建方法33-34
• 3.1.3 确定最佳反应温度34
• 3.1.4 确定反应器网络出口各组分浓度34
• 3.2 步骤二：基于理想反应器模型超级结构法预分析反应体系34-38
• 3.2.1 目标函数35
• 3.2.2 CSTR反应单元的数学模型35-36
• 3.2.3 PFR反应单元的数学模型36-38
• 3.3 步骤三：基于二维传递模型的状态空间超级结构法优化反应体系38-41
• 3.3.1 二维传递模型38-39
• 3.3.2 状态空间超级结构39-41
• 3.4 环氧丙烷体系反应器网络优化41-46
• 3.5 本章小结46-47
• 4 反应路径和反应器网络同步优化47-56
• 4.1 反应路径与反应器网络同步优化47-50
• 4.1.1 数学模型47-50
• 4.1.2 求解策略50
• 4.2 基于对二甲苯体系的反应路径和反应器网络同步优化50-55
• 4.2.1 对二甲苯生产工艺50-51
• 4.2.2 反应路径和反应器网络同步优化51-55
• 4.3 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-60
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况60-61
• 致谢61-62

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 胡仰栋,伍联营,华贲,韩方煜;基于导数分析的反应器网络综合方法[J];高校化学工程学报;2002年03期

2 张治山,赵文,周传光,袁希钢;反应器网络综合分区法中的简捷计算[J];化工学报;2004年01期

3 陈启石;冯霄;;基于废料削减的反应器网络综合—环境指标瞬时值(英文)[J];Chinese Journal of Chemical Engineering;2008年01期

4 姜大宇;王兵;董宏光;;基于二维传递模型的反应器网络综合[J];化学工程;2012年01期

5 赵文,孔令启,周传光,韩方煜;可得区法在反应器网络综合中的应用[J];青岛化工学院学报;1998年03期

6 胡仰栋;李玉龙;伍联营;;复杂第Ⅲ类反应体系反应器网络综合[J];过程工程学报;2013年06期

7 赵文,周传光,韩方煜,李成岳;基于废料最少的反应器网络综合(Ⅱ)可得区分区策略[J];化工学报;2001年01期

8 陈启石,冯 霄;反应器网络综合优化方法的研究进展[J];现代化工;2002年05期

9 花开玲,李有润,胡山鹰,沈静珠;反应器网络综合方法研究[J];计算机与应用化学;2002年Z1期

10 金思毅;贾淑香;李悦卿;隋东武;陶少辉;;离散化微分模型方程的反应器网络综合[J];计算机与应用化学;2007年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 赵文;基于废料最少的反应器网络综合研究[D];北京化工大学;1998年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 耿宁;反应路径与反应器网络同步优化[D];大连理工大学;2016年

2 宋仁松;基于目标的反应器网络综合分区策略及其应用[D];青岛科技大学;2005年

3 周红敏;基于CSTR的反应器网络综合研究[D];青岛科技大学;2005年

4 贾淑香;反应器网络综合超结构优化方法的研究[D];青岛科技大学;2006年

5 姜大宇;基于二维传递模型的反应器网络综合[D];大连理工大学;2012年

6 李玉龙;复杂反应体系的反应器网络综合[D];中国海洋大学;2014年

7 张楠;甲苯液相催化氧化动力学和反应器网络模拟与优化[D];浙江大学;2007年

8 徐鸿飞;能量有效的无线传感反应器网络有向簇化方法[D];西安电子科技大学;2012年

，

本文编号：539050