基于混整空間粒子群算法的精餾塔優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、精餾塔是化工與石化行業(yè)中最重要的分離單元設(shè)備之一。在化工企業(yè)中，約90％的分離與提純操作為精餾操作，約占分離總能耗的90％。因此，對(duì)精餾塔進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少設(shè)備投資與能耗，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益。
　　由于精餾塔優(yōu)化設(shè)計(jì)的變量既包括了塔板數(shù)、進(jìn)料位置等整數(shù)變量，又包括了回流比等實(shí)數(shù)變量，因此精餾塔優(yōu)化是一個(gè)混合整數(shù)非線性規(guī)劃(Mixed integernonlinear programming，MINLP)問(wèn)題。本文研究了MINLP問(wèn)

2、題求解的各算法的優(yōu)、缺點(diǎn)之后，最終選擇粒子群優(yōu)化(Particle swarm optimization，PSO)算法進(jìn)行精餾塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)。為提高PSO算法求解MINLP的效率，本文研究和分析了現(xiàn)有的PSO算法整數(shù)編碼和約束處理技術(shù)之后，提出了新的整數(shù)變量處理策略和流體力學(xué)約束條件，并以Deb方法處理約束，提出了混合整數(shù)空間粒子群優(yōu)化(Mixed integer spaceparticle swarm optimization,MIS-

3、PSO)算法。
　　采用C＃編程語(yǔ)言開發(fā)了精餾塔MINLP界面平臺(tái)，采用C++編程語(yǔ)言開發(fā)了MIS-PSO算法的動(dòng)態(tài)鏈接文件，在MINLP平臺(tái)中調(diào)用MIS-PSO算法進(jìn)行粒子位置的更新。通過(guò)ActiveX控件調(diào)用Aspen Plus，將Aspen Plus中建立的精餾模型作為適應(yīng)度函數(shù)，計(jì)算粒子所對(duì)應(yīng)的塔結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)而獲得粒子的適應(yīng)度函數(shù)值，充分利用了Aspen的強(qiáng)大計(jì)算能力和成熟的精餾計(jì)算模塊，并使得尋優(yōu)過(guò)程更易收斂。之后將M

4、IS-PSO算法用于一個(gè)共沸精餾塔的設(shè)計(jì)，MIS-PSO算法計(jì)算得出的最優(yōu)年度總費(fèi)用(Total annual cost，TAC)為7.08×105$/year，該結(jié)果不僅滿足所有約束，而且比Aspen Consep的計(jì)算結(jié)果降低了19.64％，并且優(yōu)于文獻(xiàn)結(jié)果。由Aspen Consep所設(shè)計(jì)的塔不僅TAC最優(yōu)值不及MIS-PSO法得出的最優(yōu)值，而且空塔氣速低于0.5m/s的下限，說(shuō)明MIS-PSO算法可以更好地應(yīng)用于精餾塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)

5、。為考察多塔優(yōu)化的有效性，將MIS-PSO法用于一個(gè)異丙醇脫水過(guò)程的共沸精餾雙塔序列。計(jì)算結(jié)果表明，TAC1.218×106$/year比文獻(xiàn)值減少16.96％，符合流體力學(xué)約束條件。文獻(xiàn)值經(jīng)過(guò)計(jì)算后TAC高于MIS-PSO法，并且C-1塔的空塔氣速0.851 m/s大于0.8m/s的上限，不滿足流體力學(xué)約束。該計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明MIS-PSO法計(jì)算多塔得出的結(jié)果也優(yōu)于文獻(xiàn)結(jié)果。
　　上述工作表明，MIS-PSO法直接在混合整數(shù)空