石油化工生产中,反应系统是整个化工过程的核心。因此,反应过程直接影响到全流程的经济性、安全性以及环境社会效益,并且为后续分离、换热等过程的设计和操作提供了重要依据。反应器网络综合(RNS)的任务在于：探求合适的反应器类型,确定优化的反应器尺寸,同时明确各反应器的操作条件,并且研究各反应器单元间的连结关系,最后综合得到最优的反应器网络。目前,其研究方法主要包括超级结构法、可得区域法和目标法,采用的基本单元均为一维理想模型,这些理想模型与工业生产中的反应器尚有距离；而且,以往的研究多以最小反应器体积或最大收率为目标函数,没有关注反应器具体结构和反应分布效果,对于反应器网络的投资问题无法给出明确回答；再次,对于非等温反应器网络的约束仍不完善,未考虑到传热速率的限制。本文以建立更接近于工业生产的管式反应器网络为目的,通过以下两个步骤完成对反应器网络模型的架构：(1)管式反应器单元模拟：首先,从一维拟均相管式反应器模拟入手,分析反应体系在管式反应器中的反应特性,并得到关于反应体系换热量的单变量优化问题,从而对控制方案进行预分析。在一维拟均相反应器模型的基础上,同时考虑传质、传热、流体流动以及反应动力学,通过偏微分方程描述轴向及径向上的温度、浓度分布,从而建立了二维反应器模型。(2)管式反应器网络综合：在对单个管式反应器模拟分析的基础上,基于该二维传递模型,采用状态空间超级结构将各管式反应器单元互相连接,拓扑得到包括分配网络、管式反应器单元网络的完备初始网络模型。考虑换热速率对非等温管式反应器换热效果的制约,在产品收率达到要求下,并以年度总费用为目标函数评价反应器系统的经济性。根据此超级结构建立的数学模型由于引入了偏微分约束,所以构成了混合整数动态优化(MIDO)问题,通过分解策略以及离散算法,将问题简化为非线性规划(NLP)问题,采用二维拟均相反应器模拟的结果作为优化问题的初值,大大提高了求解效率,最后在优化软件AMPL及GAMS环境中求解得到优化解。最后,用上面所提出的方法对环氧丙烷反应系统、甲苯甲醇烷基化反应系统两个工业生产案例进行了建模与研究,并一步设计得到优化的管式反应器网络,实例验证了本文提出的优化策略具有工业可行性及有效性。