基于目標(biāo)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(duì)象，針對(duì)定態(tài)、恒容的各類反應(yīng)過(guò)程，分析了反應(yīng)過(guò)程的瞬時(shí)目標(biāo)函數(shù)特性，并利用基于各目標(biāo)函數(shù)的反應(yīng)空間的分區(qū)策略對(duì)碳酸二甲酯和β-氨基丙酸的制備過(guò)程進(jìn)行了研究，獲得了適宜的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)。 對(duì)簡(jiǎn)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(wú)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(jiǎn)捷、

2、方便的確定任意組成進(jìn)料條件下的最適宜的反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)流程結(jié)構(gòu)。 對(duì)復(fù)雜反應(yīng)，反應(yīng)系統(tǒng)的瞬時(shí)目標(biāo)函數(shù)為瞬時(shí)選擇性或瞬時(shí)相對(duì)選擇性。對(duì)多個(gè)典型復(fù)雜反應(yīng)體系的瞬時(shí)目標(biāo)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(shí)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(dāng)進(jìn)料組成為任意組成進(jìn)料時(shí)，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(shí)目標(biāo)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(shí)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(biāo)函數(shù)為瞬時(shí)反應(yīng)速率。對(duì)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(shì)，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(gè)PFR；碳酸二甲酯的合成反應(yīng)為多組分進(jìn)料，因此，本文也對(duì)原料的進(jìn)料比進(jìn)行了討論，其最優(yōu)的進(jìn)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(biāo)函數(shù)為瞬時(shí)選擇性或瞬時(shí)相對(duì)選擇性。以CSTR為模型反應(yīng)器，考察了目標(biāo)函數(shù)隨未轉(zhuǎn)化率的變化趨勢(shì)。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(gè)PFR