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作为国家自然科学基金重点项目“以经济和环境为优化目标的化工过程集成智能方法研究”中反应器网络综合方法部分的研究,本论文开发出了新的网络综合的系统方法,完成了反应器网络分布参数通用网络模型的建立,在此网络模型基础上建立了数学优化模型求解反应器网络综合问题,并对等温和非等温体系分别进行了实例研究。通过与文献方法得到的结果的比较,证明本论文开发的分布参数网络模型能全面反映反应器网络特点,建立的优化模型求解精确、快速易收敛,可以获得更优的反应器网络综合结果。本论文的创新之处有以下几点:
提出分布参数策略,包括侧线进料、循环、侧线采出和旁通分布参数,用来描述反应器网络中的宏观混合型式和物流连接形式,分布参数有效控制沿反应时间各点处的浓度和物料的停留时间,进而决定最终的产品分布,实现最优的综合目标。
建立了由分布参数架构的通用网络模型,以及通用网络模型的不同简化形式。并通过分布参数近似离散化处理,将连续分布参数网络模型过渡到离散的分布参数的网络模型。该模型具有以下特点:可以表达由理想反应器和连接结构表达的各类反应器网络;分布参数可以实现废物最小化要求;不需要预先限定网络结构而由可变参数的优化得到最终网络。
建立了分布参数网络模型的数学模型和开发出了求解策略,采用有限元正交配置法有效解决微分/代数混合模型中的微分方程组的求解精度并将微分方程组转化为代数方程组。根据数学优化模型中各待定变量对优化计算结果影响程度的不同,分为两个部分:采用预先分析方法固定的模型参数以及优化决策变量。在确保最优解性能的同时最大限度地简化了模型规模。
在等温和非等温体系实例计算中,具体分析了分布参数及其不同组合对网络综合结果的影响,以及如何在复杂问题计算中,通过定性分析简化分布参数形式,降低优化模型规模,使求解更快速,易收敛到全局最优解。