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基于目标的反应器网络综合分区策略及其应用
作 者: 宋仁松
导 师: 金思毅
学 校: 青岛科技大学
专 业: 化学工程
关键词: 碳酸二甲酯(DMC) β-氨基丙酸 分区策略 反应器网络
分类号: TQ02
类 型: 硕士论文
年 份: 2005年
下 载: 22次
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内容摘要
反应器网络综合是化工过程综合的重要方面,其深入研究对反应过程开发和优化设计具有重要意义。它还影响着过程系统的环境效应,因为环境污染问题往往与反应过程密切相关。它既是可持续发展战略的需要,还是实现化工全流程过程综合的瓶颈问题。已有许多学者做了大量的研究工作,并取得了一定的进展。但由于问题本身的复杂性,在理论上和应用上仍需要进一步的深入探讨。本文综述了反应器网络综合的研究进展,并在这一领域深入开展了工作。本文以反应器网络为主要研究对象,针对定态、恒容的各类反应过程,分析了反应过程的瞬时目标函数特性,并利用基于各目标函数的反应空间的分区策略对碳酸二甲酯和β—氨基丙酸的制备过程进行了研究,获得了适宜的反应器结构。 对简单反应,在反应速率和关键组分未转化率(r—x)空间,反应速率曲线的形状与反应器类型无关。因此,只要作出反应速率—未转化率曲线,就可以利用曲线的变化规律确定反应器类型和结构;利用反应速率极值曲线和反应速率平衡曲线可简捷、方便的确定任意组成进料条件下的最适宜的反应器网络流程结构。 对复杂反应,反应系统的瞬时目标函数为瞬时选择性或瞬时相对选择性。对多个典型复杂反应体系的瞬时目标函数曲线的研究表明:全混流反应器(CSTR)和平推流反应器(PFR)的瞬时选择性和关键组分未转化率(S—x)曲线不论重合与否,其变化规律是相同的,因此,仅作出CSTR或PFR的S—x曲线,就可以利用曲线的变化规律确定反应器类型和结构;当进料组成为任意组成进料时,可利用选择性最大曲线和单程收率最大曲线,将S—x空间分成三种区域:即CSTR区、PFR区和非操作区。利用不同区域及其连接边界的特性,可同样方便的确定复杂反应的适宜的反应器网络流程结构。 利用瞬时目标函数在反应空间的特性,以碳酸二甲酯和β—氨基丙酸的合
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全文目录
符号说明 9-11 前言 11-13 1 文献综述 13-30 1.1 过程综合与过程分析 13-15 1.1.1 过程综合与过程分析 13 1.1.2 过程综合研究进展 13-15 1.2 反应器网络综合研究的意义 15-16 1.3 反应器网络综合研究进展 16-28 1.3.1 经验推导阶段 17-18 1.3.2 数学模型阶段 18-28 1.3.3 其他方法 28 1.4 前景和展望 28-29 1.5 本文的研究目标和研究内容 29-30 2 反应器系统的基本特性分析 30-42 2.1 目标函数的定义 30-32 2.1.1 反应速率函数 30 2.1.2 单程收率函数 30-31 2.1.3 瞬时选择性函数 31 2.1.4 总收率与总选择性 31-32 2.1.5 瞬时相对选择性函数 32 2.2 反应器系统特性描述 32-41 2.2.1 通用反应器模型示意图 32-33 2.2.2 反应混合基本原理 33-36 2.2.3 目标函数描述 36-41 2.3 小结 41-42 3 基于目标函数的可得区分区策略 42-62 3.1 化学反应分类 42-43 3.2 分区策略的基本思路 43-47 3.2.1 分区策略的特征曲线 43-44 3.2.2 分区区域特性 44-47 3.3 第一类反应的可得区分区策略 47-51 3.3.1 温度对r—X特性曲线的影响 47-48 3.3.2 r-X空间的分区 48-51 3.3.3 r-X空间分区法的基本步骤 51 3.4 复杂反应的可得区分区策略 51-61 3.4.1 S_R-X空间的分区法 53-61 3.5 小结 61-62 4 碳酸二甲酯的制备过程及反应器结构确定 62-72 4.1 反应过程描述 63-64 4.2 反应过程分析 64-70 4.2.1 原料进料比的影响 64-66 4.2.2 温度的影响 66-70 4.3 流程结构的确定 70-71 4.4 小结 71-72 5 β—氨基丙酸的制备过程及反应器结构确定 72-79 5.1 丙烯酸氨化制备β—氨基丙酸反应过程描述 73-75 5.2 选择性与关键反应物未转化率空间分析 75-78 5.2.1 等温操作 75-76 5.2.2 绝热操作 76-78 5.3 反应器流程结构 78 5.4 小结 78-79 6 结论 79-81 参考文献 81-87 致谢 87-88 攻读硕士学位期间发表论文 88
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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 化工过程(物理过程及物理化学过程)
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