反应过程优化主要包括反应路径优化与反应器网络优化。反应路径优化研究原料到目标产物的化学转化途径。反应器网络优化的定义为：在已知进料条件和动力学参数的情况下,寻求反应体系适宜的反应器类型、尺寸以及反应器单元间的连接关系,并得到各反应器的对应的最优操作条件。反应路径优化与反应器网络优化的研究思路和优化方法多种多样,但随着研究范围的不断扩大,待研究反应体系复杂程度的不断提高,所需优化方法的要求也在逐渐增多,提出切实可行、简单易懂、普适实用的反应过程优化方法具有重要意义。本文在拓展优化方法的研究领域,提高数学模型对真实反应体系的还原程度,联动、整合优化策略,以及更深入探究反应过程的优化方法等方面做出了下列工作：第一,传统可得区法的研究体系中,只存在一种催化剂,且该催化剂对应的反应动力学参数恒定不变。真实生产中,如何筛选催化剂,如何确定多催化剂间的排列组合方式,是关系到生产计划和经济效益的重要问题,因此运用可得区法研究多催化剂问题,具有重大的工业需求和现实意义。本文提出了可得区法研究多催化剂的反应过程步骤,和可得区法研究多催化剂的反应过程基本规则,并将其应用于具有两种催化剂的经典Van de Vusse反应体系,确定该反应体系下合适的催化剂装填反应器类型都为PFR,并且得到催化剂1先于催化剂2的排列方式,绘制可得区,得到两个PFR串联的最优反应器网络结构。第二,通过全面分析可得区法和超级结构法的优缺点,提出了结合两种方法特有优势的反应器网络综合“三步策略”,即可得区——超级结构法,为反应器网络综合优化研究的发展提供了新思路。将该方法应用到环氧丙烷反应体系中,进料流量为9.54L/h,丙烯的浓度为2485mol/L,双氧水的浓度为0.834mol/L。如果不考虑设备投资,只追求目标产物的浓度最大,那么能够得到环氧丙烷的出口浓度为0.783mol/L;如果以年度总费用最小为目标函数,可以得到最小总年度费用为$208.397,此时能够得到的环氧丙烷出口浓度为0.743mol/L。第三,反应路径综合只关心反应路径的选择,而忽视反应器的设计,反应器网络综合则是在确定反应路径的情况下优化反应器网络,二者本质上是相互交织、相互关联在一起的,传统反应过程优化方法都具有局限性,本文提出了基于功能性催化剂排列的反应路径和反应器网络同步优化超级结构法,实现了反应过程优化中反应路径综合与反应器网络综合的同步优化。针对对二甲苯生产实例,分别选择碳八芳烃异构化、甲苯歧化和甲苯甲醇烷基化生产工艺,及其功能性催化剂为研究对象,运用本文所提出的方法,优化得到甲苯甲醇烷基化工艺后联合碳八芳烃异构化工艺的生产操作方式。此结果与单独采用甲苯甲醇烷基化生产工艺相比,在等反应时间下,对二甲苯产率提高22.73%。