反应器网络综合优化方法的研究进展

反应器网络综合优化方法在选择反应器类型和反应工艺条件时,比传统的方法表现出了很大的优势。综述了各类反应器网络综合优化方法的基本原理和研究进展,并分析了它们的优缺点。这些方法有基于过程特征的方法,包括可得区法和导数分析法;超结构优化法;目标类方法,包括目标法、构造目标法和构造MINLP法;以及经验推断法和分布参数法等。最后分析了这方面研究的发展趋势。     

基于导数分析的反应器网络综合方法

对反应器网络综合问题进行了研究，分析了瞬时选择性对关键组份组成的偏导数与最佳反应器类型之间的关系，给出了确定最优反应器的三条规则。对δS/δC符号不变的反应体系，用这些规则可获得最优反应器网络。对一般的反应体系，假设了五种典型S－CA曲线所对应的反应过程，分别对不同曲线类型给出了确定最优反应器网络的方法。此外，按本文方法所得的最优反应器网络结构是一个CSTR或PFR或由CSTR、PFR组成的串联结构。由dS/dCA的符号及其变化情况决定。给出了两个说明本文方法的例子，结果表明本文方法简单并可获得与文献相同或相似的结果。     

反应器网络综合分区法中的简捷计算

针对定态、等温、恒容、单股进料的复杂反应过程,首先将反应器网络综合可得区分区法由浓度空间拓展至瞬时选择性-关键反应物未转化率（S-x）空间,然后根据分区法中两条重要曲线的特性（选择性最大曲线dS/dx=0,单程收率最大曲线S=0）建立了以废料最少为目标的反应器网络基本组成单元（PFR和CSTR）的数学模型,并以Van de Vusse反应模式为例将其应用于由分区法确定的最优反应器网络结构的模拟计算.计算结果与文献值一致,表明本文所用方法具有一定的简捷性和实用性.     

复杂第III类反应体系反应器网络综合

在第I, II类反应体系反应器网络综合研究的基础上,对第III类复杂反应体系的反应器网络综合问题进行求解,基于第III类反应体系的阶段性特征,提出反应系踪、瞬时反应物、瞬时产物及瞬时选择性的概念,发展了反应器网络综合的分段导数分析法,提出了分段导数分析的三步策略和分析步骤. 通过对两个实例的分析说明了进行第三类反应体系的反应器网络综合的方法. 结果表明,所提出的分段导数分析法不但简单可靠,且通过优化可获得最优反应器网络结构.     

反应器网络综合三分布参数通用模型

提出了一种应用于反应器网络综合的三分布参数通用模型 .3个分布参数分别是侧线进料、侧线循环和侧线采出参数 ,这些参数能影响反应器网络内部的浓度和停留时间分布 ,所以由它们构成的通用模型具有简捷有效的特点 .基于此模型可将反应器网络集成转化成一个优化问题 ,通过有限元正交配置将原来含有微分方程的优化模型转化为非线性优化问题 ,优化计算后得到最优分布参数 .从案例研究可以看出 ,侧线进料、循环和采出策略能较全面地反映在不同动力学和优化目标函数下的最优反应器网络特征 ,并进而简化为工业可行的反应器网络     

基于废料最少的反应器网络综合(Ⅱ)可得区分区策略

在本文 (Ⅰ )报的基础上 ,将反应器系统的纯组分进料拓展到任意组成进料的情况 ,提出了选择性最大曲线的概念 ,利用选择性最大曲线将二维和三维浓度空间的可得区分成三个区域 ,即完全混合区 ,PFR区和非操作区。通过分析不同区域及其连接边界的特性 ,可以简捷 ,方便地拟定适宜的反应器网络流程结构     

基于废料最少的反应器网络综合(Ⅱ)可得区分区策略

在本文 (Ⅰ )报的基础上 ,将反应器系统的纯组分进料拓展到任意组成进料的情况 ,提出了选择性最大曲线的概念 ,利用选择性最大曲线将二维和三维浓度空间的可得区分成三个区域 ,即完全混合区 ,PFR区和非操作区。通过分析不同区域及其连接边界的特性 ,可以简捷 ,方便地拟定适宜的反应器网络流程结构     

基于二维传递模型的反应器网络综合

反应器网络综合的任务在于寻求适宜的反应器类型、尺寸及反应单元间的连接关系并确定各反应器的操作条件,其研究方法主要包括超级结构法和目标法,采用的基本单元均为一维理想模型。文中同时考虑传质、传热、流体流动以及反应动力学,通过偏微分方程描述轴向及径向上的温度、浓度分布,建立了二维反应器模型。基于该二维传递模型,采用状态空间构建反应器网络,并以年度总费用为目标函数评价反应器系统的经济性。最后,以提出的模型对环氧丙烷反应器网络进行了优化设计,实例验证了方法的有效性。     

基于目标函数瞬时值的反应器网络综合方法

反应器网络综合是化工过程集成的关键问题之一,但求解过程十分复杂。提出了目标函数瞬时值的概念,并研究了利用目标函数瞬时值曲线所对应的面积进行反应器网络综合的方法。以两个复杂反应为例说明了该方法的应用并和国内外文献进行了对比。从案例研究可以看出,本方法能够得到最优反应器网络,也避免了求解大规模的非线形最优化问题,也克服了可得区法维数的限制,具有几何直观的特点。     

基于CSTR的反应器网络综合目标策略法

根据构造目标函数法和超结构法的思想,采用基于CSTR的反应器网络模型,对Van-de-Vusse反应体系的流程结构进行了研究。通过建立数学模型并且优化可以看出,相对于超结构法以及三参数分布法,该方法所获得的流程结构更简洁有效。     

基于瞬时目标函数曲线特性的反应器网络综合

It is believed that whether the instantaneous objective function curves of plug-flow-reactor (PFR) and continuous-stirred-tank-reactor (CSTR) overlap or not, they have a consistent changing trend for complex reactions(steady state, isothermal and constant volume). As a result of the relation of the objective functions (selectivity or yield) to the instantaneous objective functions (instantaneous selectivity or instantaneous reaction rate), the optimal reactor network configuration can be determined according to the changing trend of the instantaneous objective function curves. Further, a recent partition strategy for the reactor network synthesis based on the instantaneous objective function characteristic curves is proposed by extending the attainable region partition strategy from the concentration space to the instantaneous objective function-unreacted fraction of key reactant space. In this paper,the instantaneous objective function is closed to be the instantaneous selectivity and several samples axe examined to illustrate the proposed method. The comparison with the previous work indicates it is a very convenient and practical systematic tool of the reactor network synthesis and seems also promising for overcoming the dimension limit of the attainable region partition strategy in the concentration space.     

基于神经网络的丙烯腈流化床反应器的离线模拟与优化

A mathematical model is developed for an industrial acrylonitrile fluidized-bed reactor based on artificial neural networks.A new algorithm,which combines the characteristics of both genetic algorithm(GA) and generalized delta-rule(GDR) is used to train artificial neural network (ANN) in order to avoid search terminated at a local optimal solution.For searching the global optimum,a new algorithm called SM-GA,incorporating advantages of both simplex method (SM) and GA, is proposed and applied to optimize the operating conditions of an acrylonitrile fluidized-bed reactor in industry.     

低压甲醇合成反应器述评

介绍了甲醇合成的原理,对当前国内外低压甲醇合成反应器,如ICI低压冷激式甲醇合成塔、Lurgi低压管壳式甲醇合成塔、日本东洋的MRF甲醇合成塔等进行了比较,分析了其优缺点.     

合成普瑞巴林优化工艺研究

本研究优化以R-(+)-α-苯乙胺为拆分剂将(±)3-(氨甲酰甲基)-5-甲基己酸拆分后酸解为R-(-)-3-氨甲酰甲基-5-甲基己酸,再通过霍夫曼降解生成普瑞巴林的生产工艺,总收率为33.7%,并用熔点、纯度,比旋光度、LC-MS、IR、1H NMR对产物的结构和性质进行表征。     

径向流动甲醇合成反应器的数学模型与优化设计

以ＣＯ、ＣＯ２加氢合成甲醇平行反应为独立反应，ＣＯ和ＣＯ２为关键组分，建立了径向流动甲醇合成反应器的一维非均相数学模型，描述气相和催化剂颗粒表面气体组成、温度随径向距离的分布。     

三聚氰胺反应器化工投料优化操作的探讨

分析了三聚氰胺反应器投料工况,归纳了三聚氰胺反应器开车投料的初始条件和投料的最佳负荷为:反应器压力8.0MPa,投料负荷25%~27%,投料温度400℃,投氨量400-450kg/h。     

醋酸乙烯合成反应器的制造工艺

研究了超出GB 151—1999《钢制管壳式换热器》规定的大型钢制管壳式换热反应器的制造工艺。通过对设备的技术特性、结构特点和材料选用展开分析,提出了相应的制造工艺和质量控制点,包括筒体制造、管板加工和换热管的处理等几个关键零部件的特殊工艺措施,完善了控制组装精度和焊接变形的设备总装工艺路线。设备制造外观质量检验符合图纸控制要求、射线无损检测评定合格100%,同时也积累了制造大型高精度管壳式换热反应器的宝贵经验。