连串—平行及连串反应的等温优化_毕业论文(编辑修改稿)

连串—平行及连串反应的等温优化_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

dm 。 其余初始浓度条件下的优化温度和反应时间的优化仿此。 西华大学本科毕业论文 11 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 7000 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 4c3max/mol/dm3r e a c ti o n te m p e r a tu r e /oCc1 0= 3m ol/d m3c2 0= 5m ol/d m3反应温度时间 : 10m in 图 6 反应时间 10min时各反应温度下 3c 最大值 3maxc 时间分布 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1000 . 511 . 522 . 533 . 544 . 55 c1,c2 andc3/mol/dm3r e a c ti o n ti m e / m i nc1c2c3c1 0= 3m ol/d m3c2 0= 5m ol/d m3反应温度 60 ℃ 图 7 反应温度 60℃，反应时间 10min时系统各组分浓度分布 西华大学本科毕业论文 12 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1000 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 4c3/(mol/dm3)r e a c ti o n ti m e / m i nc1 0= 3m ol/d m3c2 0= 5m ol/d m3反应温度 60 ℃ 图 8 反应温度 60℃，反应时间 10min时 3c 浓度 时间分布 2 非等温优化 计算实例 下面以文献 [13,14,15]研究了的反应 A B C， 21A Adc kcdt ， 212B ABdc k c k cdt 其中1 25004 0 0 0 e x pk T，2 50006 2 0 0 0 0 e x pk T，温度范围： 298 398K T K ,初始条件： 0  ， 0 0Bc  ， 0 0Cc 。 目标 函数 是研究在给定的间歇反应时间时，求出一个温度分布使得 B的浓度最大 ，即 max Bfc。 不同的是本文采用自己提出的方法： 时间区间为 tspan=[:1/n:]，时间间隔  1 / 20 s ， 假设初始温度分布为 Temp0 =398:(398298)/n:298， 并且控制过程中假定温度是由高到低的， 因为第一反应的活化能低于后一个反应的活化能，所以前期反应温度高后期温度低会相对有利， 在每一个 dt 时间内假设是等温反应，赋予一个反应温度， 西华大学本科毕业论文 13 在 [0 dt]时间范围积分得到各个组分浓度分布，下一个 dt 时间内赋予另一个反应温度，并且初始组成为上一个 dt 时间结束时的组成，在 [0 dt]时间范围积分得 到各个组分浓度分布，一次循环，直到 tspan的终点，然后寻找 max Bfc 的温度分布即为最优温度分布。 计算 20个时间间隔 得 到的使得 2Bcc 最大的温度分布及组成分布数据见表。 若改变时间间隔数目，温度分布会不一样，这取决于工艺对控制的要求；若温度被由低到高来控制（改变温度约束矩阵 A中的 1为 1），会得到与下面的等温搜索差不多相同的结果；若温度控制可以忽高忽低，又会有不同的温度分布；一句话温度控制策略不同会有不同的温度分布。 表 1 20个时间间隔计算得到的使得 2Bcc 最大的温度分布及组成分布数据 Time/s T/K 1c 2c 3c 1 0 0 西华大学本科毕业论文 14 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1290300310320330340350360370T i m e / sTemperature/K 图 9 温度分布图（阶梯图 ,20个时间间隔 ） 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1290300310320330340350360370T i m e / sTemperature/℃ 图 10 温度分布图 西华大学本科毕业论文 15 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 10 . 20 . 2 50 . 30 . 3 50 . 40 . 4 50 . 50 . 5 50 . 60 . 6 5T i m e / sc2 图 11 Bc ( 2c )随反应时间的分布 对该反应作 等温搜索 的计算 结果 等温反应搜索到的 2maxc 见表和图，可见若为等温反应的话， 2c 达到最大的温度区间在 330~340℃ ， 335℃ 是比较合适的， 样条插值法 内插得到 最佳温度为℃ ， 2max  与最优温度分布计算的到的 2maxc = 很小 ， 而且对于温度的控制来说难度也相对较小， 而 非等温反应对控制系统要求是比较高的 ，但是能够将二者计算出来做一对比也是很有意义的 ，尽管非等温反应控制比较难，也可能对于其他情况用非等温是必要的。 一般是 最优温度分布的结果 略大于 等温优化的结果 ，在二者差异不大时，宁可采用相对简单的控制策略是明智的选择。 表 2 等温搜索数据 T/K 398 393 388 383 378 373 368 2maxc T/K 363 358 353 348 343 338 333 2maxc 西华大学本科毕业论文 16 T/K 328 323 318 313 308 303 298 2maxc 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 4000 . 4 40 . 4 60 . 4 80 . 50 . 5 20 . 5 40 . 5 60 . 5 80 . 60 . 6 2T e m p e r a tu r e / Kc2max T c2 m a xm a x ( c2 m a x) 图 12 等温反应时 2maxc 的分布 3 结果与讨论 （ 1） 对连串 平行反应实例作了等温优化，并得到了需要的结果。 （ 2） 对连串反应实例作了非等温优化，并 采用了自己 提 出的 次 优办法，得到了需要的结果。 该方法比应用 Pontryagin最大值原理更简单有效， 况且可以改变等温反应时间间隔的数目来进一步逼近 Pontryagin最大值原理 的结果，计算结果表明，时间间隔的数目的增加到一定程度后计算所得的温度分布对于增加目标产物的浓度意义并不大，而于实际控制来说，难度会急剧增加，这可能 是不经济的。 同时对该反应 作了 等温优化 并与非等温优化 结果作了比较，二者相差很小 （非等温优化结果 2max  ，等温优化结果 2max  ） ， 对于非等温反应来说温度的 西华大学本科毕业论文 17 控制难度较大，对等温反应温度的控制难度相对较小。 （ 3） 对于同一反应能够计算出等温与非等温优化的结果并进行比较，以便做出温度控制的选择是很有意义的 ，那样我们对反应会做到“心中有数”。 西华大学本科毕业论文 18。