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《中国海洋大学》 2007年
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复杂体系化学平衡及相平衡计算方法的研究

韦钦胜  
【摘要】: 多相多组分体系化学及相平衡的计算不仅是热力学研究的基础问题,同时也是化工过程优化设计和流程模拟的重要环节。吉布斯自由能最小法是化学平衡及相平衡问题计算的重要方法,其原理是将热力学问题转化为数学最优化问题,并通过求解最优化问题得到平衡组成。针对基于导数的数学规划法求解吉布斯自由能最小法问题的局限性,本文将随机优化技术——遗传算法用于复杂体系化学平衡和相平衡计算问题的研究,并针对各种复杂体系,建立了一系列平衡计算的模型化方法及遗传算法求解策略。 (1)针对相数和相态已知的体系,将吉布斯自由能最小法的应用拓展到包括多相有机反应体系、易挥发弱电解质体系及无机盐-恒沸有机水溶液等复杂体系。建立了各种体系同时化学反应和多相平衡的数学模型和遗传算法求解策略。计算结果表明,本文方法不仅能够得到与文献值相吻合的结果,并且简单、通用、易实施,同时可以准确计算体系中微量衡量组分。 (2)针对相数和相态未知体系的平衡计算问题,提出用混合整数非线性规划(MINLP)模型化方法来进行描述。用0-1变量表示相的存在与否,提出了相编码矩阵的概念,建立了化学及相平衡计算的MINLP模型及遗传算法求解方法。通过对有机溶液和混合电解质溶液两类体系的计算表明,用本文方法不需要进行相稳定判断,可以直接求解相数和相态未知体系的平衡计算问题。 (3)将用于多相平衡计算的τ因子法拓展到能同时求解化学反应平衡和多相平衡问题。基于一种修正各相摩尔分数和的概念,用原子守恒约束和相平衡时物质总量守恒约束来代替原方法中的物料平衡约束,并引入化学平衡方程约束,建立了一种改进的τ因子法及遗传算法求解策略,并通过两个算例验证了该方法的可行性和有效性。 通过对不同体系的计算表明,本文方法具有稳定性好,收敛性高,简单适用等优点,可以用于求解复杂体系的化学反应及相平衡问题。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O642.4

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