基于隨機優(yōu)化的復雜精餾系統(tǒng)綜合研究.pdf

1、精餾系統(tǒng)的綜合是一最優(yōu)化問題,目標是設計出能分離多組分混合物的流程結構,并使總費用最小.在數學上,這一問題同時涉及流程結構和操作參數的最優(yōu)化,屬于混合整數非線性規(guī)劃(MINLP)范疇.當考慮分離多組分混合物和實現(xiàn)過程能量集成時,系統(tǒng)呈現(xiàn)大規(guī)模的組合特性和復雜的非線性行為,其建模和求解都非常復雜.該文旨在應用隨機最優(yōu)化原理,建立求解這一復雜問題的有效的系統(tǒng)工程方法.(一)建立了一個直接求解MINLP最優(yōu)化問題的改進的模擬退火算法.該算法能

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

3、構理論中的二叉樹方法運用于分離任務排序研究,通過模擬編碼之間的連接可以直接反映分離任務之間的物流連接關系.該方法能確保任意搜索條件下流程結構的可行性,確保能應用進化調優(yōu)方法產生分離序列的相鄰結構,確保能用更嚴格的方法建立優(yōu)化問題的費用模型.(三)首次研究了同時包括簡單塔、預分餾塔、熱偶合的側線汽提和側線精餾(蒸出)塔、完全熱偶合塔,以及不同塔之間熱集成的復雜精餾流程綜合問題.將整個優(yōu)化問題分解為具有不同塔段數目和換熱器數目的一系列子問題

4、,將復雜流程的結構特征抽象為分離任務網絡、分離任務之間的連接方式(采用熱偶合或者增減換熱器)和熱集成結構三個部分,建立了優(yōu)化問題的結構(編碼)表示方法和MINLP概念模型.運用該文提出的方法可以系統(tǒng)地設計出從簡單塔分離序列、包含不同塔段的各種復雜流程、完全熱偶合精餾等一系列分離子方案,同時包含各種類型塔之間的熱集成.(四)對不同的算例進行了求解.分析、比較了不同分離方案下的各種精餾流程的經濟特性,在較嚴格費用模型條件下,求解了真正大規(guī)模