間歇精餾過(guò)程優(yōu)化綜合.pdf

1、間歇精餾技術(shù)廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工與制藥工業(yè)中，用于提純或回收高附加值的產(chǎn)品。間歇精餾是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，其本身具有瞬時(shí)特性，這種性質(zhì)為過(guò)程操作策略的制定以及過(guò)程設(shè)備結(jié)構(gòu)的選擇提供很大的靈活度，同時(shí)也為研究者們通過(guò)優(yōu)化綜合的方法去挖掘間歇精餾過(guò)程的經(jīng)濟(jì)潛能以及提高過(guò)程的分離效率提供了驅(qū)動(dòng)力與廣闊的空間。然而，間歇精餾中各個(gè)決策變量的時(shí)變特性與其過(guò)程優(yōu)化所包含的復(fù)雜經(jīng)濟(jì)指標(biāo)權(quán)衡，也為間歇精餾過(guò)程的優(yōu)化綜合問(wèn)題帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。
　　本文旨在

2、構(gòu)建一套系統(tǒng)化解決間歇精餾過(guò)程優(yōu)化綜合問(wèn)題的框架。此框架可以涵蓋所有可行的間歇精餾過(guò)程，為優(yōu)化綜合問(wèn)題提供完備的求解空間，并在時(shí)間軸上同時(shí)考慮間歇精餾空間結(jié)構(gòu)配置與時(shí)變控制方案，實(shí)時(shí)權(quán)衡過(guò)程設(shè)計(jì)變量與操作變量的最佳匹配關(guān)系，尋求時(shí)間與空間雙重維度下的間歇精餾系統(tǒng)最優(yōu)化流程。此框架包括兩個(gè)階段：⑴問(wèn)題定義分析:提出過(guò)程綜合問(wèn)題的可優(yōu)化變量，主要包括間歇精餾系統(tǒng)塔型選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案以及操作策略的制定，分析三者之間相互依賴(lài)并相互制約的復(fù)雜權(quán)

3、衡關(guān)系，為第二階段中超級(jí)結(jié)構(gòu)的建立提供所需變量信息。⑵狀態(tài)時(shí)空間超級(jí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化階段:基于第一階段提供的變量信息，提出以塔板、儲(chǔ)罐為基本單元的復(fù)雜間歇精餾系統(tǒng)狀態(tài)時(shí)空間超級(jí)結(jié)構(gòu)，據(jù)此建立混合整數(shù)非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型，采用綜合目標(biāo)函數(shù)權(quán)衡操作時(shí)間、流程空間，包括過(guò)程設(shè)備、工藝物料和公用工程等要素，同時(shí)獲得最佳設(shè)備參數(shù)，塔板-儲(chǔ)罐連接配置和決策變量動(dòng)態(tài)控制方案，由此實(shí)現(xiàn)間歇精餾過(guò)程的優(yōu)化綜合。在此框架下，由于超級(jí)結(jié)構(gòu)中各個(gè)流股之間能夠靈活地混合與

4、分配，且平衡級(jí)間形成完全互聯(lián)結(jié)構(gòu)，幾乎包含了所有潛在的間歇精餾最優(yōu)化流程，使得優(yōu)化綜合問(wèn)題求解空間明顯擴(kuò)大。同時(shí)，塔板-儲(chǔ)罐之間不同的流股連接形式可以生成不同的間歇精餾塔類(lèi)型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，流股屬性隨時(shí)間的不同變化形式可以形成不同的操作策略。因此，整個(gè)間歇精餾過(guò)程的優(yōu)化綜合問(wèn)題都可以通過(guò)各個(gè)流股自身屬性及連接形式同時(shí)表達(dá)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)變量與操作變量的同步優(yōu)化。最后，通過(guò)對(duì)苯-甲苯二元體系以及苯-甲苯-乙苯三元體系案例的建模與研究，實(shí)例驗(yàn)