基于目標的反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)綜合分區(qū)策略及其應(yīng)用.pdf

1、本文以反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)為主要研究對象，針對定態(tài)、恒容的各類反應(yīng)過程，分析了反應(yīng)過程的瞬時目標函數(shù)特性，并利用基于各目標函數(shù)的反應(yīng)空間的分區(qū)策略對碳酸二甲酯和β-氨基丙酸的制備過程進行了研究，獲得了適宜的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)。 對簡單反應(yīng)，在反應(yīng)速率和關(guān)鍵組分未轉(zhuǎn)化率(r-x)空間，反應(yīng)速率曲線的形狀與反應(yīng)器類型無關(guān)。因此，只要作出反應(yīng)速率－未轉(zhuǎn)化率曲線，就可以利用曲線的變化規(guī)律確定反應(yīng)器類型和結(jié)構(gòu)；利用反應(yīng)速率極值曲線和反應(yīng)速率平衡曲線可簡捷、

2、方便的確定任意組成進料條件下的最適宜的反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)流程結(jié)構(gòu)。 對復(fù)雜反應(yīng)，反應(yīng)系統(tǒng)的瞬時目標函數(shù)為瞬時選擇性或瞬時相對選擇性。對多個典型復(fù)雜反應(yīng)體系的瞬時目標函數(shù)曲線的研究表明：全混流反應(yīng)器(CSTR)和平推流反應(yīng)器(PFR)的瞬時選擇性和關(guān)鍵組分未轉(zhuǎn)化率(S-x)曲線不論重合與否，其變化規(guī)律是相同的，因此，僅作出CSTR或PFR的S-x曲線，就可以利用曲線的變化規(guī)律確定反應(yīng)器類型和結(jié)構(gòu)；當進料組成為任意組成進料時，可利用選擇性最

3、大曲線和單程收率最大曲線，將S-x空間分成三種區(qū)域：即CSTR區(qū)、PFR區(qū)和非操作區(qū)。利用不同區(qū)域及其連接邊界的特性，可同樣方便的確定復(fù)雜反應(yīng)的適宜的反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)流程結(jié)構(gòu)。 利用瞬時目標函數(shù)在反應(yīng)空間的特性，以碳酸二甲酯和β-氨基丙酸的合成為例，探討了分區(qū)策略在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。碳酸二甲酯的合成反應(yīng)為可逆放熱反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)類型分類可知，其目標函數(shù)為瞬時反應(yīng)速率。對不同溫度控制下的該反應(yīng)的r-x曲線的研究表明，反應(yīng)速率隨未轉(zhuǎn)化率的減

4、小呈遞減趨勢，根據(jù)r-x空間的分區(qū)策略可知，該反應(yīng)適宜的流程結(jié)構(gòu)為單個PFR；碳酸二甲酯的合成反應(yīng)為多組分進料，因此，本文也對原料的進料比進行了討論，其最優(yōu)的進料比(甲醇/碳酸丙烯酯)為n=6～8。 β-氨基丙酸的合成反應(yīng)為平行連串可逆反應(yīng)，其目標函數(shù)為瞬時選擇性或瞬時相對選擇性。以CSTR為模型反應(yīng)器，考察了目標函數(shù)隨未轉(zhuǎn)化率的變化趨勢。根據(jù)S-x空間的分區(qū)策略，獲得了不同溫度控制條件下的該反應(yīng)的適宜反應(yīng)器流程結(jié)構(gòu)為單個PFR