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。     

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.     

反应器网络多目标综合优化

通过反应系统综合优化获得经济效益好、对环境友好的反应系统是大多化工厂提高全流程整体经济和环境性能的重要手段。反应器网络综合优化方法主要包括可得区法、导数分析法、超结构优化法、目标类法、经验推断法和分布参数法等,然而却很少有文献报道对反应器网络进行多目标综合优化。由于过程中往往存在多个相互冲突的目标函数,所以仅仅依靠单目标对反应器网络进行综合优化已显得不合适。本文采用分布参数法建立多目标优化模型,目标函数为经济最大化和环境影响最小,并采用非支配排序基因算法(NSGA-Ⅱ)进行优化得到Pareto最优解集。     

基于CSTR的反应器网络综合双层优化算法

反应器网络综合问题一般都是复杂的非线性规划问题,在分析基于全混流反应器的反应器网络模型特点的基础上,提出了求解该模型的双层优化算法. 通过将反应器网络综合非线性规划问题分解为物流流量和反应器体积空间的线性优化和浓度空间的优化搜索问题,降低了所求解问题的规模和难度,同时利用全局优化算法进行浓度空间的优化搜索,提高了求得全局最优解的概率. 实例研究表明,双层优化算法可以更准确地给出最优的反应器网络结构以及网络中反应器的类型和大小.     

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。     

反应路径和反应器网络同步寻优

反应过程优化主要包括反应路径综合和反应器网络综合,反应路径综合研究原料到目标产物的化学转化途径,反应器网络综合的任务在于寻求适宜的反应器类型、尺寸以及反应器单元间的连接关系,并确定各反应器的最优操作条件。传统的研究将二者孤立,文中以功能性催化剂排列为切入点,提出了同步优化反应路径和反应器网络的超级结构法。通过优化生产目标产物反应过程中多种功能性催化剂的排列,得到生产目标产物的最优反应路径,并同步优化得到装填特定功能性催化剂反应器的网络结构。用提出的方法优化设计了对二甲苯的生产工艺流程,得到装填功能性催化剂反应器的网络,与装填单催化剂的反应器相比,等反应时间下,对二甲苯产率提高22.73%,实例验证了方法的有效性。     

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.     

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。     

混合过程强化及其设备的研究进展

流体流动和混合是影响化学反应的重要因素,离集指数是表征流体混合程度的常用参数,平均停留时间及停留时间分布是衡量反应器内流体返混的一个量度。文中分析了反应器内流体的混合机理,介绍了两种实验测定离集指数的方法以及数学模拟法;在微观混合的基础上提出了过程与设备的强化方法,借助外界能量或改变流体流动型态和流速等方法强化流体的混合程度,总结了搅拌釜反应器、撞击流反应器、静态混合反应器、超重力旋转床反应器等设备的混合机理及其优缺点。     

Dynamic optimization of membrane dual-type methanol reactor in the presence of catalyst deactivation using genetic algorithm

This paper presents a study on optimization of a membrane dual-type methanol reactor in the presence of catalyst deactivation. A theoretical investigation has been performed in order to evaluate the optimal operating conditions and enhancement of methanol production in a membrane dual-type methanol reactor. A mathematical heterogeneous model has been used to simulate and compare the membrane dual-type methanol reactor with conventional methanol reactor. An auto-thermal dual-type methanol reactor is a shell and tube heat exchanger reactor which the first reactor is cooled with cooling water and the second one is cooled with synthesis gas. In a membrane dual-type reactor the wall of the tubes in the gas-cooled reactor is covered with a pd–Ag membrane, which is only hydrogen-permselective. The simulation results have been shown that there are optimum values of reacting gas and coolants temperatures to maximize the overall methanol production. Here, genetic algorithms have been used as powerful methods for optimization of complex problems. In this study, the optimization of the reactor has been investigated in two approaches. In the first approach, the optimal temperature profile along the reactor has been studied and then a stepwise approach has been followed to determine the optimal profiles for saturated water and gas temperatures in three steps during the time of operations to maximize the methanol production rate. The optimization methods have enhanced 5.14% and 5.95% additional yield throughout 4 years of catalyst lifetime for first and second optimization approaches, respectively.     

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.     

基于废料最少的反应器网络综合(Ⅰ)同时进行反应与混合的几何表达

将废料最少问题分别等同于选择性、相对选择性和瞬时选择性等多个目标 ,根据目标函数的定义和在状态空间内反应、混合加工的几何特征 ,导出了全混流反应器 (CSTR)和微分侧流反应器 (DSR)两种极限情况下的浓度变化轨迹方程 ,同时满足这两个方程 ,可作为反应器系统选择性最大的判据     

Globally optimal reactor network synthesis via the combination of linear programming and stochastic optimization approach

Reactor network synthesis based on superstructure optimization is often a complex non-linear programming problem (NLP), which is very difficult to solve by means of the traditional optimization approaches. To solve this problem, a double-level new optimization method which combines linear programming and stochastic optimization approach is proposed in this paper. In addition, a superstructure network that includes continuous stirred-tank reactor (CSTR) and plug flow reactor (PFR) which is approximated as a series of CSTRs is constructed. By the proposed method and the superstructure network, the NLP is divided into a linear programming in flow rate and reactor volume space, and a stochastic optimization problem in concentration space. We solve two cases to illustrate the feasibility of the proposed method. The results show that this new optimization method can reduce the scales and difficulties of the problem and give more suitable structure of the reactor network, as well as better reactor size than those reported in the literature.