包括非清晰切割的精馏序列优化
发布时间：2021-11-05 15:37
工业中广泛存在只需将产品进行非清晰切割的精馏过程,如炼油过程是按照各油品的沸点范围对原油进行精馏,得到的各油品之间存在一定程度的组分重叠,并没有被清晰切割。和清晰切割相比,非清晰切割存在中间分配组分,增加了体系的自由度和复杂程度。现有的研究主要针对的是清晰精馏序列、包括间壁塔的清晰精馏序列和局限于特殊操作条件的热集成复杂塔精馏序列的优化。精馏序列优化既需要调整精馏序列的分离顺序,也需要优化精馏序列中的每一座精馏塔,使得精馏序列优化问题是混合整数非线性规划。本工作比较了清晰精馏序列优化和非清晰精馏序列优化,推导了包括非清晰切割的精馏序列数的计算公式,通过递推程序得到了包括非清晰切割的分离子群数和分离子问题数,讨论了包括非清晰切割的精馏序列解空间。借鉴了针对清晰精馏序列的动态规划法,提出了通过ActiveX接口调用Aspen Plus严格精馏模块的程序框架,将精馏序列优化的混合整数非线性规划（MINLP）问题分解为整数规划（IP）问题和非线性规划（NLP）问题分别在python编写的主优化程序和Aspen Plus严格精馏模块中进行优化,相比于通过随机搜索算法或分支定界法求解整个MINLP...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?一个工业上的非清晰精馏序列??Ｆｉｇ．?１－１?Ａｎ?ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ?ｎｏｎ－ｓｈａｒｐ?ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ?ｓｅｑｕｅｎｃｅ??
??第一章绪论????馏序列中各精馏塔之间的拓扑关系和每一个精馏塔都是实体研宄对象，为了对前者进??行分析和优化，必须首先将工艺流程图转化为结构单元图，以一个简单的清晰精馏序??列为例，如图１－２所示。??Ａ?ＡＢＣＤ＾ＶＷ?Ａ??ＡＢＣＤ?①?Ｂ?ＢＣＤ??ＢＣＤ?ｖ＾ｒ?Ｖ?Ｖ??Ｖ＾ｒ，?ｃ?Ｉ??Ｄ??（ａ）?（ｂ）??图１－２?—个清晰精馏序列的工艺流程图（ａ）和结构单元图（ｂ）（结构单元图的流股只表示??了物流）??Ｆｉｇ．?１－２?Ｐｒｏｃｅｓｓ?ｆｌｏｗ?ｄｉａｇｒａｍ?（ａ）?ａｎｄ?ｓｔｍｃｔｕｒａｌ?ｕｎｉｔ?ｄｉａｇｒａｍ?（ｂ）?ｏｆ?ａ?ｓｈａｒｐ?ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ?ｓｅｑｕｅｎｃｅ??结构单元图由结构单元和流股组成。结构单元通常是一个单元设备，以结点的形??式出现在结构单元图中，在该处物流或能量流发生了变化；流股通常包括物流和能量??流，以边的形式出现在结构单元图中。结构单元图是对网络结构、拓扑关系的数学抽??象。结构单元图可以分为有向结构单元图和无向结构单元图。在很多实际情况中，如??精馏序列中各流股的流体都有一定的流动方向，因此精馏序列适合用有向结构单元图??来描述，如图１－２?（ｂ）所示。??结构单元图又被称为图（图论概念），任意两个结点都有路径相连的图是联通图，??任意两个顶点间只有一条路径且没有回路的连通图是树，树的结点和边具有层次关系，??树的顶点也被称为“叶子结点”。树分为二叉树和多叉树两类。二叉树的每个结点最多??有两个子结点（或子树），从拓扑图形的角度看，二叉树的一个结点有两个子结点的局??部结构与一股进料、两股采出的简单塔相
?第二章非清晰精馏序列优化和清晰精馏序列优化的区别???Ｂ－－１??／—■?ｉ．．．．ｂｃＫｊ?二??丄，旧ｉｃ｜??／?ｒ－．．．．．．．．．．ｌｘｒＴｎ??［ＡＢｃ］４Ｍ－＠?…Ｂ■?Ｊ??＼?一?￣?ｈ冬?４??＼?／－ＡＪ??１Ａ！Ｂ｜Ｃ＾ｉ?Ｂ?！??——、⑶??（ａ）?（ｂ）??图２－２?—个清晰精馏序列的解空间用普通多叉树表示（ａ）和用复合多叉树表示（ｂ）??Ｆｉｇ．?２－２?Ａ?ｓｈａｒｐ?ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ?ｓｅｑｕｅｎｃｅ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｓｐａｃｅ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ?ｂｙ?ｏｒｉｎａｒｙ?ｍｕｌｔｉｗａｙ?ｔｒｅｅ?（ａ）?ａｎｄ?ｈｙｂｒｉｄ??ｍｕｌｔｉｗａｙ?ｔｒｅｅ?（ｂ）??与清晰精馏序列的解空间树类似，清晰精馏序列的精馏序列树除了用复合多叉树??表示，同样可以表示成普通多叉树，且该树总是呈一条直线，如图２－２?（ａ）所示，但??非清晰精馏序列的精馏序列树只能是复合多叉树，该树是多分枝扩展的，如图２＿２（ｂ）??所示。在图２－３?（ａ）中，一个叶子结点可以确定一个清晰精馏序列；而在图２－３?（ｂ）??中，由于无法得知该精馏序列树的其他叶子结点的位置，一个叶子结点无法确定一个??非清晰精馏序列。在构建清晰精馏序列解空间树之前，就能预知解空间内的所有分离??子群和分离子问题结点；而在构建考虑非清晰精馏序列的解空间树的某个分离子问题??层之前，由于非清晰切割在不同的分离子问题中表现得不完全相同（考虑非清晰切割??增大了系统的自由度）造成整个解空间树中存在组分和切割位置都相同但各组分的流??量不同的若干分离子问题结点（其组分数不超过故无法确定该层
【参考文献】：
期刊论文
[1]化工过程分析与合成中序贯模块法与Aspen模拟的集成案例教学[J]. 项东,靳通,方远婷,曹晏. 化学教育(中英文). 2018(16)
[2]基于带权有向图的非清晰复杂精馏序列的合成方法[J]. 罗祎青,张焱,张硕,王菲,袁希钢. 化工学报. 2016(12)
[3]基于代码矩阵的精馏序列合成[J]. 徐艳,张春霞,王汝贤,吕静,赵玉军,马新宾. 化工学报. 2015(07)
[4]含非清晰塔的精馏系统综合[J]. 李玉刚,王晓红,郑世清,韩方煜. 化工学报. 2008(02)
[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(02)
[6]VB6.0中如何用ActiveX Automation实现应用程序数据的接口[J]. 张小红,陈贤忠,李则鸣. 计算机与现代化. 2002(08)
[7]联立模块法在流程模拟中的应用[J]. 李玉刚,周传光,郑世清,韩方煜. 青岛化工学院学报. 1997(01)
[8]非清晰精馏网络系统MINLP整体最优化方法[J]. 袁希钢. 天津大学学报. 1995(02)
[9]复杂精馏塔的设计[J]. 李振民. 齐鲁石油化工. 1990(04)
博士论文
[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
硕士论文
[1]包含间壁塔的精馏序列的分析与研究[D]. 张云鹭.北京化工大学 2018
[2]基于严格模型的间壁式精馏塔模拟与分析[D]. 刘秦君.北京化工大学 2016
[3]常减压装置的流程模拟与用能优化分析[D]. 孙乐.中国石油大学(北京) 2016
[4]基于全联立方程的空分过程模拟与优化[D]. 傅琦文.浙江大学 2015
本文编号：3478070
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?一个工业上的非清晰精馏序列??Ｆｉｇ．?１－１?Ａｎ?ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ?ｎｏｎ－ｓｈａｒｐ?ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ?ｓｅｑｕｅｎｃｅ??
??第一章绪论????馏序列中各精馏塔之间的拓扑关系和每一个精馏塔都是实体研宄对象，为了对前者进??行分析和优化，必须首先将工艺流程图转化为结构单元图，以一个简单的清晰精馏序??列为例，如图１－２所示。??Ａ?ＡＢＣＤ＾ＶＷ?Ａ??ＡＢＣＤ?①?Ｂ?ＢＣＤ??ＢＣＤ?ｖ＾ｒ?Ｖ?Ｖ??Ｖ＾ｒ，?ｃ?Ｉ??Ｄ??（ａ）?（ｂ）??图１－２?—个清晰精馏序列的工艺流程图（ａ）和结构单元图（ｂ）（结构单元图的流股只表示??了物流）??Ｆｉｇ．?１－２?Ｐｒｏｃｅｓｓ?ｆｌｏｗ?ｄｉａｇｒａｍ?（ａ）?ａｎｄ?ｓｔｍｃｔｕｒａｌ?ｕｎｉｔ?ｄｉａｇｒａｍ?（ｂ）?ｏｆ?ａ?ｓｈａｒｐ?ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ?ｓｅｑｕｅｎｃｅ??结构单元图由结构单元和流股组成。结构单元通常是一个单元设备，以结点的形??式出现在结构单元图中，在该处物流或能量流发生了变化；流股通常包括物流和能量??流，以边的形式出现在结构单元图中。结构单元图是对网络结构、拓扑关系的数学抽??象。结构单元图可以分为有向结构单元图和无向结构单元图。在很多实际情况中，如??精馏序列中各流股的流体都有一定的流动方向，因此精馏序列适合用有向结构单元图??来描述，如图１－２?（ｂ）所示。??结构单元图又被称为图（图论概念），任意两个结点都有路径相连的图是联通图，??任意两个顶点间只有一条路径且没有回路的连通图是树，树的结点和边具有层次关系，??树的顶点也被称为“叶子结点”。树分为二叉树和多叉树两类。二叉树的每个结点最多??有两个子结点（或子树），从拓扑图形的角度看，二叉树的一个结点有两个子结点的局??部结构与一股进料、两股采出的简单塔相
?第二章非清晰精馏序列优化和清晰精馏序列优化的区别???Ｂ－－１??／—■?ｉ．．．．ｂｃＫｊ?二??丄，旧ｉｃ｜??／?ｒ－．．．．．．．．．．ｌｘｒＴｎ??［ＡＢｃ］４Ｍ－＠?…Ｂ■?Ｊ??＼?一?￣?ｈ冬?４??＼?／－ＡＪ??１Ａ！Ｂ｜Ｃ＾ｉ?Ｂ?！??——、⑶??（ａ）?（ｂ）??图２－２?—个清晰精馏序列的解空间用普通多叉树表示（ａ）和用复合多叉树表示（ｂ）??Ｆｉｇ．?２－２?Ａ?ｓｈａｒｐ?ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ?ｓｅｑｕｅｎｃｅ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｓｐａｃｅ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ?ｂｙ?ｏｒｉｎａｒｙ?ｍｕｌｔｉｗａｙ?ｔｒｅｅ?（ａ）?ａｎｄ?ｈｙｂｒｉｄ??ｍｕｌｔｉｗａｙ?ｔｒｅｅ?（ｂ）??与清晰精馏序列的解空间树类似，清晰精馏序列的精馏序列树除了用复合多叉树??表示，同样可以表示成普通多叉树，且该树总是呈一条直线，如图２－２?（ａ）所示，但??非清晰精馏序列的精馏序列树只能是复合多叉树，该树是多分枝扩展的，如图２＿２（ｂ）??所示。在图２－３?（ａ）中，一个叶子结点可以确定一个清晰精馏序列；而在图２－３?（ｂ）??中，由于无法得知该精馏序列树的其他叶子结点的位置，一个叶子结点无法确定一个??非清晰精馏序列。在构建清晰精馏序列解空间树之前，就能预知解空间内的所有分离??子群和分离子问题结点；而在构建考虑非清晰精馏序列的解空间树的某个分离子问题??层之前，由于非清晰切割在不同的分离子问题中表现得不完全相同（考虑非清晰切割??增大了系统的自由度）造成整个解空间树中存在组分和切割位置都相同但各组分的流??量不同的若干分离子问题结点（其组分数不超过故无法确定该层
【参考文献】：
期刊论文
[1]化工过程分析与合成中序贯模块法与Aspen模拟的集成案例教学[J]. 项东,靳通,方远婷,曹晏. 化学教育(中英文). 2018(16)
[2]基于带权有向图的非清晰复杂精馏序列的合成方法[J]. 罗祎青,张焱,张硕,王菲,袁希钢. 化工学报. 2016(12)
[3]基于代码矩阵的精馏序列合成[J]. 徐艳,张春霞,王汝贤,吕静,赵玉军,马新宾. 化工学报. 2015(07)
[4]含非清晰塔的精馏系统综合[J]. 李玉刚,王晓红,郑世清,韩方煜. 化工学报. 2008(02)
[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(02)
[6]VB6.0中如何用ActiveX Automation实现应用程序数据的接口[J]. 张小红,陈贤忠,李则鸣. 计算机与现代化. 2002(08)
[7]联立模块法在流程模拟中的应用[J]. 李玉刚,周传光,郑世清,韩方煜. 青岛化工学院学报. 1997(01)
[8]非清晰精馏网络系统MINLP整体最优化方法[J]. 袁希钢. 天津大学学报. 1995(02)
[9]复杂精馏塔的设计[J]. 李振民. 齐鲁石油化工. 1990(04)
博士论文
[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
硕士论文
[1]包含间壁塔的精馏序列的分析与研究[D]. 张云鹭.北京化工大学 2018
[2]基于严格模型的间壁式精馏塔模拟与分析[D]. 刘秦君.北京化工大学 2016
[3]常减压装置的流程模拟与用能优化分析[D]. 孙乐.中国石油大学(北京) 2016
[4]基于全联立方程的空分过程模拟与优化[D]. 傅琦文.浙江大学 2015
本文编号：3478070
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