安维中[1]2003年在《基于随机优化的复杂精馏系统综合研究》文中指出精馏系统的综合是一最优化问题，目标是设计出能分离多组分混合物的流程结构，并使总费用最小。在数学上，这一问题同时涉及流程结构和操作参数的最优化，属于混合整数非线性规划（MINLP）范畴。当考虑分离多组分混合物和实现过程能量集成时，系统呈现大规模的组合特性和复杂的非线性行为，其建模和求解都非常复杂。本文旨在应用随机最优化原理，建立求解这一复杂问题的有效的系统工程方法。（一）建立了一个直接求解MINLP最优化问题的改进的模拟退火算法。该算法能在同一退火策略下实现两种不同类型变量的同步优化，可在问题建模时直接利用现有的精馏过程分析、设计和评价方法，从而可避免具体的MINLP模型建立及其处理等复杂工作。同时，通过对退火长度和变量搜索转化概率的改进，实现了计算精度和计算速度的更好均衡，具有容易实施、计算时间复杂性小等优点，适宜于复杂过程系统综合问题的求解。（二）在方法实施中，提出一种新的分离序列的编码表示方法。定义一组自然整数作为编码变量来指示不同的清晰或非清晰分离任务，将数据结构理论中的二叉树方法运用于分离任务排序研究，通过模拟编码之间的连接可以直接反映分离任务之间的物流连接关系。该方法能确保任意搜索条件下流程结构的可行性，确保能应用进化调优方法产生分离序列的相邻结构，确保能用更严格的方法建立优化问题的费用模型。（叁）首次研究了同时包括简单塔、预分馏塔、热偶合的侧线汽提和侧线精馏（蒸出）塔、完全热偶合塔，以及不同塔之间热集成的复杂精馏流程综合问题。将整个优化问题分解为具有不同塔段数目和换热器数目的一系列子问题，将复杂流程的结构特征抽象为分离任务网络、分离任务之间的连接方式（采用热偶合或者增减换热器）和热集成结构叁个部分，建立了优化问题的结构（编码）表示方法和MINLP概念模型。运用本文提出的方法可以系统地设计出从简单塔分离序列、包含不同塔段的各种复杂流程、完全热偶合精馏等一系列分离子方案，同时包含各种类型塔之间的热集成。（四）对不同的算例进行了求解。分析、比较了不同分离方案下的各种精馏流程的经济特性，在较严格费用模型条件下，求解了真正大规模的热集成精馏序列综合问题（产品数≥10）。同先前提出的方法比较，本文方法求解问题的范围更广，可处理更复杂的问题，同时具有简单、易实施、计算量小等优点，是多组分复杂精馏系统综合的有效方法。
王晓红[2]2008年在《基于遗传规划的生产混合物产品的分离过程综合研究》文中提出对混合物原料经过多种操作以生产不同组成的多个混合物产品的分离过程称为非清晰分离过程,它广泛存在于化工及石油工业中。因此,非清晰分离过程综合问题一直是过程综合领域的热门课题,但由于可能的分离计划数量会因流程中分流器、混合器和精馏塔间的强相互交联而呈几何级数递增,使该类问题具有极度组合复杂性。因此,目前对该类问题的研究水平只是停留在简单分离计划的制定上,而该类问题的重要性使我们有必要从流程水平上对其综合方法和策略进行深入研究开发。本文旨在建立一套基于遗传规划-复合形法联合综合方法,以年度总费用最低为优化目标,求解热集成非清晰分离最优流程,给出重要设备的主要工艺参数,为实际生产提供准确的理论依据。本文主要内容概括如下:1.为了探讨遗传规划求解非清晰分离综合问题的理论基础,本文首先提出了求解生产纯组份产品的清晰分离问题的遗传规划-复合形法联合算法。在化工分离专业要求指导下,算法利用遗传规划求解以复杂精馏塔结构并结合热集成技术表示的清晰分离过程结构变量,提出适用于该类问题的编码模型和进化方案,并建立了一个随机匹配系统冷凝器和再沸器的热集成策略,可以产生不同精馏结构间的复杂热匹配方案;同时,采用复合形法优化分离系统中的所有连续变量,明显提高了计算效率。2.在对清晰分离过程研究基础上,提出了求解非清晰分离问题的遗传规划-复合形法联合算法。首先,提出了化工节点模型,将精馏分离、分流及混合任务分别用精馏塔节点、分流器节点及混合器节点叁类节点表示。其中,精馏塔节点和分流器节点均产生左右分支以分别表示对物流的分离及分流操作,设置相应的节点属性以分别表示它们的操作特性;对于混合器节点,本文建立了独特的多层混合器网格结构,该结构由若干行列的混合器排列构成,可以灵活表示任意混合操作。为了清楚表示每个混合器在网格结构中所处位置,在混合器节点中设置一对属性参数分别记录该混合器在网格结构中所处行及列数。3.为了准确利用上述叁类节点生成表示非清晰分离流程的遗传规划代码,本文建立了多层交叉树状编码结构,以多层混合器网格为基本框架,以网格中每个混合器为子根节点而随机生长出一棵遗传规划子树,子树由精馏塔节点和分流器节点随机连接构成。由于本文设定每个子树中任何精馏塔节点或分流器节点的分支可以随机连接到位于该层下方混合器网格中任意层面的任意位置混合器上,所以不同层次的子树之间可能有物流交叉,物流也可以越过多层混合器网格而直达终端产品混合器,则最终整个遗传规划代码树是由层层子树迭加而构成复杂的多交叉树状结构,用以描述非清晰分离流程中分流器、混合器和精馏塔间可能出现的各类复杂交联流程,使算法能够发现很难为其它算法所知的更优流程结构。同时,提出了适用于非清晰分离问题的改进遗传规划进化策略,尤其对于交换和变异操作,不同操作步骤中分别定义不同的可操作节点类,以充分保证新生代码的专业有效性,从而显着提高算法的进化效率。4.采用了结构变量与连续变量同步优化的综合策略。在利用遗传规划搜索最优流程结构的同时,利用复合形法优化系统的连续变量。其中,对于分流器的分配比及非清晰精馏塔中轻、重关键组份回收率,利用复合形法将其彻底优化,保证产生符合指定混合物产品要求的有效代码;对于精馏塔的操作压力及回流比,利用复合形法进行有限次搜索寻优。上述对不同类型连续变量的分策略优化方法,不但有效促进了结构变量优化的进程,而且明显提高了计算效率。5.利用本文建立的适用于非清晰分离问题的遗传规划-复合形法联合算法,针对不同目标函数,从不同层次研究了该类问题。首先,以简单非线性函数为目标,对该类问题进行物流决策流程水平的搜索寻优,发现了比文献值更优解,证明了算法的有效性。在此基础上,首次以年度总费用为目标函数,给出了非清晰分离系统的设备设计和费用模型,同时,提出了热集成策略,可以产生一个精馏塔的冷凝器和再沸器同时与多个其它塔的再沸器及冷凝器热匹配的复杂热集成方案。本文利用以上策略,首次求解了包括酯、烃及醇叁类物系的典型非清晰分离问题。同时,与文献报道的5组份算例相比,求解了更大规模算例(最多11组份)。计算结果表明:基于本文建立的综合算法,流程中采用非清晰精馏塔并配合热集成研究,可以求得非清晰分离问题的最优结构决策流程。算法具有简单易行、计算量小及快速准确的优点,求解过程不需给出任何提示信息及不必给出系统超结构,求解问题范围广,是非清晰分离系统综合的有效方法。
安维中, 袁希钢[3]2006年在《基于随机优化的热耦合复杂精馏系统的综合(Ⅰ) 模型化方法》文中指出基于随机型最优化策略,针对包含简单塔、带有侧线蒸出及侧线汽提塔的复杂塔、全热耦合(或Petlyuk)塔的热耦合复杂精馏塔系统的综合问题,提出一种模型化方法.针对热耦合复杂精馏流程系统所需塔段数目以及冷凝器和再沸器数目的不确定性,提出了一种分解求解策略,将原问题分解成一系列具有不同塔段数的子问题分别求解;针对流程结构的优化提出一种流程结构的编码表达法,该方法将问题的分离序列结构和热耦合方式分别用两组编码表示,对分离序列的编码采用了数据结构理论中的二叉树排序方法,使流程结构的描述变得更加简便;最后以预分馏塔组分回收率及回流比为连续变量,建立了热耦合复杂精馏系统优化的混合整数非线性规划(MINLP)模型,该模型用改进的模拟退火算法求解,可同时得到优化的流程结构和操作参数.
王伟文, 王文建, 李建隆[4]2011年在《多组分精馏序列综合的研究进展》文中提出精馏序列综合的研究对象是多组分混合物的分离问题,目的是将混合物原料分离成目标纯度的产品,并使分离过程的总费用最小。本文总结了精馏序列综合的4类基本方法,即基于知识的方法、热力学分析法、数学规划法及随机优化算法,分析了各类方法基本原理与优缺点,并指出了复杂精馏系统综合及热集成精馏序列是今后的发展方向。
董丰莲, 袁希钢, 罗祎青[5]2007年在《热集成复杂精馏系统综合的研究》文中研究说明将夹点分析法应用于热集成复杂精馏系统综合的换热网络设计中,避免了以换热网络结构作为独立变量,建立了一个以预分馏塔组分回收率、回流比及操作压力为连续变量,以分离序列和热耦合方式为离散变量的混合整数非线性规划(MINLP)模型。该模型用改进的模拟退火算法求解,可同时得到优化的流程结构和操作参数。对多个五组分混合物分离问题进行了求解,并对不同优化方案的优化结果及其经济性作了比较和分析,结果表明采用热集成复杂精馏塔流程可以显着地降低系统的总费用,还表明该方法是求解热集成复杂精馏系统综合问题的有效方法。
王菲[6]2016年在《非清晰精馏序列合成方法研究》文中指出本文提出了一种基于随机搜索策略的具有多中间分布组分非清晰热耦合精馏系统合成的系统工程方法。应用该方法对包括简单塔、预分馏塔、完全及部分热耦合复杂塔的复杂精馏流程合成,确定年度总费用最小的精馏流程结构,能够有效地求解具有大规模组合特性以及复杂的非线性特点的精馏系统综合问题。1.提出了一种新的分离任务编码表示方法。首先通过定义一组自然整数(1,2,…N)来分别对应待分离N组元混合物中的每个组分,且组分按挥发度由大到小排列;然后用一个数组[i,j](1≤i<j≤N)来表示一个分离任务,其中i为轻关键组分,j为重关键组分。理论上,这种数组形式的编码变量可以表示清晰或非清晰分离任务,并且不限制非清晰分离任务的中间分布组分数。2.应用数据结构理论中的二叉树方法对分离任务编码变量进行排序,建立了一个表示分离序列的排序算法,该算法通过模拟编码元素之间的连接关系来反映系统中物流之间的连接信息。同时,本文建立的二叉树编码方法既能够确保分离序列的可行性,又可以保证直接应用渐进调优法来产生分离序列的相邻解。3.建立了最多含有两个中间分配组分的非清晰热耦合精馏序列MINLP模型。该模型模型将压力、回流比和非清晰分离时关键组分的回收率作为优化连续变量,将分离序列和热耦合方式作为优化离散变量。4.运用基于随机搜索策略的单纯形-模拟退火算法求解MINLP模型。该算法能够在同一退火方案下对两种不同类型的变量进行同步优化,其中非线性单纯形法优化连续变量,模拟退火算法优化离散变量,并且能够避免建立具体的MINLP模型。
王晓红, 李玉刚, 胡仰栋[7]2006年在《基于遗传规划的复杂精馏系统综合》文中提出提出了基于遗传规划的复杂精馏系统的综合方法.针对复杂精馏系统特点并结合化工领域知识,对遗传算子进行了改进,给出了一套独特的编码方法和求解策略.算法利用层次化结构来直观地表达复杂分离流程,同时解决了其他随机算法编码在表达精馏过程时的歧意性问题.在不必给定精馏系统超结构的情况下,能够完成可行域的自动搜寻.实例计算表明,基于遗传规划的综合策略可以用于求解复杂精馏系统的最优综合问题,实现了包括侧线塔、完全热偶塔及同时考虑热集成的各种复杂精馏结构的自动搜索寻优.
郑泽华[8]2005年在《化学化工软件集成技术及应用研究》文中指出随着软件业的不断发展,软件的种类和数量的日渐增多,软件中的许多功能被重复编写。另外,许多领域对软件功能的要求也越来越高。为了避免这种软件功能的重复开发并实现软件功能的联合,软件集成的思想被提出来并逐渐呈现出其蓬勃的发展前景。目前,已有很多学者从不同角度,提出了集成的策略和方法。取得了一定的成果。但由于各类软件设计标准的不同以及其支持二次开发程度不一致等复杂的原因,还有许多问题有待于解决。 本论文以化学化工领域的软件为主要研究对象,结合Windows系统环境下一般软件的特点,对软件代码集成技术进行了研究。提出了对Windows系统环境下几乎所有的应用软件都适用的软件代码集成方法,并将其应用到精馏系统综合中。 1) 在界面控制和数据处理的基础上提出了利用代码集成来代替重复代码编写的思想及实现策略,其基本思想是在Windows消息机制及Windows API函数的基础上利用界面控制(在控制软件中对应用程序进行自动调用)和数据处理将应用程序模块化,然后在用户开发软件中调用所需功能模块并使其与其它模块协调运行,以此实现代码集成。 2) 将软件代码集成用于多组分分离序列综合问题的研究。精馏过程综合问题的主要困难在于系统的大规模组合优化特征、复杂的混合整数非线性建模和求解、以及精馏过程评价问题(即建立优化问题的目标函数)等等。针对这些困难,本文提出利用随机搜索技术——模拟退火算法产生和优化分离序列结构,利用Aspen软件对序列进行参数设计和评价,利用软件代码集成方法实现过程的自动调用。本文方法可简化具体的混合整数非线性规划模型建立及其处理等复杂工作,并能用严格法获取系统的设计和操作参数。通过两个算例验证了方法的有效性。 3) 利用软件代码集成解决复杂塔的优化设计问题。此算法利用软件代码集成的方法调用Aspen Plus。适用于带有一股进料、两股出料,每块理论板上
孔令伟[9]2006年在《热（火用）价格模型的研究及在精馏过程综合中的应用》文中研究指明分离过程开发和优化设计对过程工业具有重要意义。分离过程是以消耗能量为主要特征的过程,其优化设计本质上是能量和经济权衡的优化,而选择合适的目标函数是进行这种权衡优化的重要基础。目前的经济目标或经济目标,在确定原料、产品价格时通常是将单价作为常数留给用户来定,人为因素较大,因此建立一个合理的能量经济权衡的目标函数,对分离过程综合的研究具有重要意义。经济学是工程热物理学科的重要研究领域,它是建立在严格的热力学理论基础之上的,是解决能量和经济权衡优化的重要方法。本论文把经济学分析应用于多组分精馏系统综合这一传统的化工研究领域。论文的研究主要集中在以下几个方面:1,基于平衡及费用平衡方程,以燃料价格与电价作为基准,提出了热价格模型的4个基本假设:①价值平衡;②损耗不计价;③一次能源和电的价格取为常数,作为计价的标准;④工艺物流的热不计价。然后进一步确定一般品级的蒸气、热水、热媒的价格,并据此提出了蒸气、热水、热媒和工艺物流的热价格模型方案。模型表明:热价格不是一个常数,其强烈依赖于相应的能量转换过程。热电联产系统生产的蒸气的价随着温度的升高而升高,这与我们一般的物价意识一致,即优质优价。但锅炉生产的蒸气或热水价随着温度的升高反而降低,这一点虽然与一般意义上优质优价的认识不一致,但它是合理的。合理性就表现在当有多种热可供选择时,应该选择品位合适且最便宜的流,从整体上取得节能的效果。2,本文基于以经济作为目标函数的研究方法,把分离过程综合问题表述为一个混合整数非线性规划问题,探索随机搜索策略下各种流程方案的更有效的结构。结果表明以经济为目标优化分离过程综合问题,若采用不同的公用工程,所得到的最优精馏流程也不同,可以从众多的分离方案中得到更为合理的精馏流程结构方案。最优流程结构的分离序列和塔数据可为工厂的设计提供有意义的参
王世生[10]2014年在《苯系有机硅单体分离塔系与换热网络的模拟优化》文中研究指明有机硅材料的生产需要高纯度的有机硅单体，而直接法生产的苯基氯硅烷粗单体组分复杂，且沸点均比较高，其分离纯化比较困难。本文针对国内苯基氯硅烷单体纯度要求不达标以及耗能较高的问题，对苯基氯硅烷单体分离塔系进行模拟优化。该研究工作对苯基氯硅烷粗单体的分离新流程的开发具有一定的指导意义。本文的主要工作包括：1.利用资料中提到的C6H5SiCl3-(C6H5)2SiCl2二元体系的气液平衡实验数据判定热力学物性方法的适用性，结果表明Wilson方程计算得到的平均偏差最小，其次是SRK方程，平均偏差最大的是NRTL方程。然后再利用各热力学方程分别计算出纯组分的密度值，并与实际值进行比较，最终确定Wilson方程为该研究的最佳热力学模型。2.由于缺少苯基氯硅烷体系的物性数据，需要对C6H5SiCl3及(C6H5)2SiCl2进行物性估算，采用Wilson方法，得到的数据与现有的物质物性数据相吻合。3.运用Aspen Plus大型流程模拟软件对现有的苯基氯硅烷工艺流程进行模拟优化，得到各塔的操作参数与文献中的数据进行对比，吻合度较高，说明本研究中选取的Wilson物性方法适合该分离物系。4.根据苯基氯硅烷粗单体的性质，分别采用试探合成法、易分离度系数法、年度费用函数法对其分离序列进行设计，并对设计的分离序列进行模拟优化，并建立年度费用函数，对以上几种分离序列进行年度费用的计算，费用结果表明：易分离度系数法分离序列年度费用最低，经验法分离序列年度费用最高，且易分离度系数法相对年度费用比原流程降低了7.8%。5.以年度费用最低的易分离度系数法得到的分离序列为初始流程，运用一定的调优合成方法对其进行优化，得到四组调优序列，对以上序列进行模拟优化并计算其年度费用，其中调优序列3相对年度费用最低，比调优初始序列减低了3.5%，比现有分离流程降低了11.07%，因此确定调优序列3为最优分离序6.利用夹点技术对年度费用最低的调优序列进行能量分析，由夹点分析可知，流程中的冷热物流可以直接匹配，通过热集成后其能耗较原流程降低了45.9%，相对年度总费用降低了20.9%。本文通过对苯基氯硅烷单体分离序列与操作参数的优化，确定了苯基氯硅烷单体分离的新流程，并通过对苯基氯硅烷单体分离塔系的热集成，降低了分离过程的能耗，对苯基氯硅烷单体实际生产中的节能减排具有一定的指导意义。
参考文献：
[1]. 基于随机优化的复杂精馏系统综合研究[D]. 安维中. 天津大学. 2003
[2]. 基于遗传规划的生产混合物产品的分离过程综合研究[D]. 王晓红. 中国海洋大学. 2008
[3]. 基于随机优化的热耦合复杂精馏系统的综合(Ⅰ) 模型化方法[J]. 安维中, 袁希钢. 化工学报. 2006
[4]. 多组分精馏序列综合的研究进展[J]. 王伟文, 王文建, 李建隆. 化工进展. 2011
[5]. 热集成复杂精馏系统综合的研究[J]. 董丰莲, 袁希钢, 罗祎青. 化工进展. 2007
[6]. 非清晰精馏序列合成方法研究[D]. 王菲. 天津大学. 2016
[7]. 基于遗传规划的复杂精馏系统综合[J]. 王晓红, 李玉刚, 胡仰栋. 化工学报. 2006
[8]. 化学化工软件集成技术及应用研究[D]. 郑泽华. 中国海洋大学. 2005
[9]. 热（火用）价格模型的研究及在精馏过程综合中的应用[D]. 孔令伟. 中国海洋大学. 2006
[10]. 苯系有机硅单体分离塔系与换热网络的模拟优化[D]. 王世生. 青岛科技大学. 2014
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