基于隨機(jī)優(yōu)化的復(fù)雜精餾系統(tǒng)綜合研究.pdf

1、精餾系統(tǒng)的綜合是一最優(yōu)化問題,目標(biāo)是設(shè)計(jì)出能分離多組分混合物的流程結(jié)構(gòu),并使總費(fèi)用最小.在數(shù)學(xué)上,這一問題同時(shí)涉及流程結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)的最優(yōu)化,屬于混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)范疇.當(dāng)考慮分離多組分混合物和實(shí)現(xiàn)過程能量集成時(shí),系統(tǒng)呈現(xiàn)大規(guī)模的組合特性和復(fù)雜的非線性行為,其建模和求解都非常復(fù)雜.該文旨在應(yīng)用隨機(jī)最優(yōu)化原理,建立求解這一復(fù)雜問題的有效的系統(tǒng)工程方法.(一)建立了一個(gè)直接求解MINLP最優(yōu)化問題的改進(jìn)的模擬退火算法.該算法能

2、在同一退火策略下實(shí)現(xiàn)兩種不同類型變量的同步優(yōu)化,可在問題建模時(shí)直接利用現(xiàn)有的精餾過程分析、設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)方法,從而可避免具體的MINLP模型建立及其處理等復(fù)雜工作.同時(shí),通過對(duì)退火長(zhǎng)度和變量搜索轉(zhuǎn)化概率的改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了計(jì)算精度和計(jì)算速度的更好均衡,具有容易實(shí)施、計(jì)算時(shí)間復(fù)雜性小等優(yōu)點(diǎn),適宜于復(fù)雜過程系統(tǒng)綜合問題的求解.(二)在方法實(shí)施中,提出一種新的分離序列的編碼表示方法.定義一組自然整數(shù)作為編碼變量來指示不同的清晰或非清晰分離任務(wù),將數(shù)據(jù)結(jié)

3、構(gòu)理論中的二叉樹方法運(yùn)用于分離任務(wù)排序研究,通過模擬編碼之間的連接可以直接反映分離任務(wù)之間的物流連接關(guān)系.該方法能確保任意搜索條件下流程結(jié)構(gòu)的可行性,確保能應(yīng)用進(jìn)化調(diào)優(yōu)方法產(chǎn)生分離序列的相鄰結(jié)構(gòu),確保能用更嚴(yán)格的方法建立優(yōu)化問題的費(fèi)用模型.(三)首次研究了同時(shí)包括簡(jiǎn)單塔、預(yù)分餾塔、熱偶合的側(cè)線汽提和側(cè)線精餾(蒸出)塔、完全熱偶合塔,以及不同塔之間熱集成的復(fù)雜精餾流程綜合問題.將整個(gè)優(yōu)化問題分解為具有不同塔段數(shù)目和換熱器數(shù)目的一系列子問題

4、,將復(fù)雜流程的結(jié)構(gòu)特征抽象為分離任務(wù)網(wǎng)絡(luò)、分離任務(wù)之間的連接方式(采用熱偶合或者增減換熱器)和熱集成結(jié)構(gòu)三個(gè)部分,建立了優(yōu)化問題的結(jié)構(gòu)(編碼)表示方法和MINLP概念模型.運(yùn)用該文提出的方法可以系統(tǒng)地設(shè)計(jì)出從簡(jiǎn)單塔分離序列、包含不同塔段的各種復(fù)雜流程、完全熱偶合精餾等一系列分離子方案,同時(shí)包含各種類型塔之間的熱集成.(四)對(duì)不同的算例進(jìn)行了求解.分析、比較了不同分離方案下的各種精餾流程的經(jīng)濟(jì)特性,在較嚴(yán)格費(fèi)用模型條件下,求解了真正大規(guī)模