【摘 要】
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化学工业是由人类生活和生产的需要而发展起来的,对于历史上的产业革命和当代的新技术革命都起着重要作用。目前精细化工成为了各个国家化学工业的主要发展方向。它的产品品种繁多,难以替代,生产过程中工艺流程长、单元反应多、原料复杂,特别是需要对生产过程中的化学反应过程具有极强的控制能力,而这离不开对反应动力学的研究。反应动力学是针对化学反应过程的研究,以一种动态的角度观察化学反应,研究反应系统转变所需要的时
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化学工业是由人类生活和生产的需要而发展起来的,对于历史上的产业革命和当代的新技术革命都起着重要作用。目前精细化工成为了各个国家化学工业的主要发展方向。它的产品品种繁多,难以替代,生产过程中工艺流程长、单元反应多、原料复杂,特别是需要对生产过程中的化学反应过程具有极强的控制能力,而这离不开对反应动力学的研究。反应动力学是针对化学反应过程的研究,以一种动态的角度观察化学反应,研究反应系统转变所需要的时间,以及其中涉及到的微观过程。本文通过研究反应动力学参数的估计方法,获得合理的模型参数,以便对化学反应过程进行合理的预测和有效的控制。这有助于提高主反应的速率,抑制副反应的速率,从而增加目标产物的产量,提高目标产物的纯度,减少化工原材料的消耗,减少副产物的产出,提高产品的质量。同时也可以避免化学工业产品生产过程中有可能发生的危险状况。论文的研究内容主要包括以下三个方面:(1)介绍了反应动力学的基础概念和基础知识,动力学基本原理在简单反应上的应用。比较了经典曲线分析方法(Classical Curve Resolution,CCR)和传统曲线拟合方法(Traditional Curve Fitting,TCF),当光谱重叠严重时,CCR有更好的表现。将自适应步长有限差分方法与CCR结合,给出了基于自适应步长的CCR方法,并使用四个仿真案例进行验证。实验结果表明了与固定步长的CCR相比,基于自适应步长的CCR有更高的计算效率。(2)光谱数据采样过程中的噪声是无法避免的,这造成了系统误差,针对这一问题,采用了无偏估计以减少噪声带来的偏差。介绍了点估计和无偏性的概念,给出了基于无偏估计的CCR方法,并使用四个仿真案例进行验证。仿真结果说明无偏估计能够有效地减少采样噪声带来的影响,使结果更加接近真实值。(3)CCR使用了Newton-Gauss-Levenberg/Marquardt(NGL/M)算法,这是一种梯度算法,容易陷入局部最优解。针对这一问题,将蒙特卡洛方法(Monte Carlo method)与CCR结合实现了全局寻优的功能。仿真过程中发现该方法耗时较长,因此给出了基于禁忌策略的MC-CCR方法。使用四个仿真案例进行验证,结果说明基于禁忌策略的MC-CCR方法取得了不错的效果,较差的初始值并不影响对全局最优解的寻找,并且该方法成功减少了计算时间。最后,总结了本文做的主要工作,为反应动力学参数估计问题进一步研究提供了一些研究思路和方法。
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