基于遗传算法的间歇化工过程调度和热集成研究
发布时间：2021-12-24 02:55
间歇生产过程操作灵活,适用于附加值高、品种多、市场变化快、批量小的产品的生产,在特种化学品、生物化学品及按客户订单定制的非大批量产品的生产领域具有非常大的优势。由于这类产品的需求量近年来与日俱增,因此间歇化工发挥着不可替代的重要作用。热集成研究是当前间歇化工设计和优化的研究热点,其中考虑过程调度和热集成两个目标的优化能够实现过程中资源的最佳利用,符合现阶段化工领域的发展诉求。但由于间歇过程本身固有的复杂性,使得间歇过程的调度和热集成优化问题涉及的参数多、参数之间的相关性强,存在明显的组合爆炸性特征;另外间歇过程中常需要考虑一些特殊的操作,如过程生产的多周期、间歇设备的灵活操作等,因此增加了该类问题的求解难度,容易陷入局部最优或无解的情况。而遗传算法作为一种基于进化规则的随机搜索方法,因其突破了对目标函数非凸、非可微的限制,具备解决此类问题的先天优势。本文以遗传算法为工具,对间歇化工过程的调度和热集成问题进行建模、分析和求解,主要内容如下:（1）分析了间歇过程系统的特征,综述了间歇化工过程热集成近年来的国内外研究进展,并针对同步优化策略中的设计难度大、求解困难问题,基于遗传算法的求解机制...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多产品厂示例
基于遗传算法的间歇化工过程调度和热集成研究2图1-3多目的厂示例Fig.1-3Anexampleofmulti-purposeplant从系统过程的角度来看，间歇化工过程具有动态性、不确定性和技术密集性等特点[1]。动态性是间歇过程有别于连续过程的明显特征，间歇化工过程属于非稳态的生产过程，设备的操作条件和物料性质随时间非线性变化，需要对过程中的参数进行严格把控以获得合格的产品。不确定性可以表现在3个不同的方面，（1）间歇过程反应机理复杂，操作设备特殊，反应过程灵活；（2）生产所需原料供给和目标产品市场需求变化难测；（3）产品批量、品种和价格市场波动的不确定性。技术密集性指间歇过程从研发到后期生产过程中对技术的高要求，因此提高生产的技术性能够提高产业的核心竞争力。尽管间歇化工过程千差万别，但大都依赖石油燃料作为能量来源，导致对环境造成了负面影响[2]。因此要在传统的设计思路上加入过程集成的思想，即在化工过程的设计和改造过程中获得资源的最佳利用。1.1.2间歇化工过程设计优化问题间歇化工过程不同于离散过程和连续过程的一个重要特点，是其具有许多内在的限制和约束，由于间歇过程内在限制和约束的复杂性，对间歇化工过程进行设计安排存在难度，主要表现在：（1）建模复杂，生产设备的操作特性的差异以及公用工程和中间储罐等资源的多样，导致在建模过程中需要考虑的参数众多，过程的限制约束条件复杂，设备单元之间存在交互关系；（2）计算复杂，由于模型中存在大量的整数变量和二元变量，问题存在明显的组合爆炸性，这使得间歇化工过程的设计问题求解难度高，容易陷入局部最优或无解的状态。在间歇化工过程的设计中，需要明确一些重要概念，用来更好地描述间歇生产问题，以便实现对间歇过程调度和热集成问题的?
基于遗传算法的间歇化工过程调度和热集成研究41.1.2.1间歇过程调度问题描述调度是过程操作中的一个关键问题，对提高生产性能至关重要。通过系统内资源的有效利用，在指定的生产计划内实现一个或多个产品的加工生产。在为间歇过程开发调度模型时，需要综合考虑生产过程的多个方面。图1-4给出了一个对大多数相关问题特性进行分类的通用路线图[3]。图1-4间歇过程调度问题路线图[3]Fig.1-4Roadmapforschedulingproblemsofbatchplants[3]从间歇过程调度问题的路线图中可见，间歇过程设计中涉及的优化变量繁多，不仅需要考虑过程中设备和原料的安排，还需要考虑生产时间限制和目标产品需求等问题，涉及十三个主要类别，每个类别都对目标函数有影响，因此间歇过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于换热器分时共享机制的多时期换热网络结构设计[J]. 陈彩虹,蒋达,钱锋. 化工进展. 2014(04)
[2]带有热储罐的间歇过程换热网络综合[J]. 都健,杨坡,刘琳琳,李继龙,陈静,陈鹏鹏. 化工学报. 2013(12)
[3]求解换热网络夹点的Excel电子表格法[J]. 徐舜华,刘伟,杨帆. 计算机与应用化学. 2009(11)
[4]基于虚拟温度法的间歇过程换热器网络综合[J]. 刘琳琳,都健,肖丰,陈理,姚平经. 计算机与应用化学. 2009(08)
[5]带热贮存的间歇过程最小公用工程目标的确定[J]. 夏修庆,李玉刚,郑世清. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2007(02)
[6]考虑能耗影响的多产品间歇化工过程优化排序[J]. 朱振兴,卫宏远,杨华. 化工进展. 2006(12)
[7]间歇化工过程设计和能量综合优化研究进展[J]. 李志红,华贲. 石油化工设备. 2003(02)
[8]间歇过程能量平衡和平衡分析方法的研究[J]. 李志红,宋子明,袁志敏. 高校化学工程学报. 2002(01)
[9]一类间歇化工过程的热集成调度模型化研究[J]. 谢立,何星,张卫东,许晓鸣. 系统仿真学报. 2001(S1)
[10]间歇过程热回收目标的研究[J]. 张早校,冯霄,郁永章. 西安交通大学学报. 2000(08)
本文编号：3549688
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多产品厂示例
基于遗传算法的间歇化工过程调度和热集成研究2图1-3多目的厂示例Fig.1-3Anexampleofmulti-purposeplant从系统过程的角度来看，间歇化工过程具有动态性、不确定性和技术密集性等特点[1]。动态性是间歇过程有别于连续过程的明显特征，间歇化工过程属于非稳态的生产过程，设备的操作条件和物料性质随时间非线性变化，需要对过程中的参数进行严格把控以获得合格的产品。不确定性可以表现在3个不同的方面，（1）间歇过程反应机理复杂，操作设备特殊，反应过程灵活；（2）生产所需原料供给和目标产品市场需求变化难测；（3）产品批量、品种和价格市场波动的不确定性。技术密集性指间歇过程从研发到后期生产过程中对技术的高要求，因此提高生产的技术性能够提高产业的核心竞争力。尽管间歇化工过程千差万别，但大都依赖石油燃料作为能量来源，导致对环境造成了负面影响[2]。因此要在传统的设计思路上加入过程集成的思想，即在化工过程的设计和改造过程中获得资源的最佳利用。1.1.2间歇化工过程设计优化问题间歇化工过程不同于离散过程和连续过程的一个重要特点，是其具有许多内在的限制和约束，由于间歇过程内在限制和约束的复杂性，对间歇化工过程进行设计安排存在难度，主要表现在：（1）建模复杂，生产设备的操作特性的差异以及公用工程和中间储罐等资源的多样，导致在建模过程中需要考虑的参数众多，过程的限制约束条件复杂，设备单元之间存在交互关系；（2）计算复杂，由于模型中存在大量的整数变量和二元变量，问题存在明显的组合爆炸性，这使得间歇化工过程的设计问题求解难度高，容易陷入局部最优或无解的状态。在间歇化工过程的设计中，需要明确一些重要概念，用来更好地描述间歇生产问题，以便实现对间歇过程调度和热集成问题的?
基于遗传算法的间歇化工过程调度和热集成研究41.1.2.1间歇过程调度问题描述调度是过程操作中的一个关键问题，对提高生产性能至关重要。通过系统内资源的有效利用，在指定的生产计划内实现一个或多个产品的加工生产。在为间歇过程开发调度模型时，需要综合考虑生产过程的多个方面。图1-4给出了一个对大多数相关问题特性进行分类的通用路线图[3]。图1-4间歇过程调度问题路线图[3]Fig.1-4Roadmapforschedulingproblemsofbatchplants[3]从间歇过程调度问题的路线图中可见，间歇过程设计中涉及的优化变量繁多，不仅需要考虑过程中设备和原料的安排，还需要考虑生产时间限制和目标产品需求等问题，涉及十三个主要类别，每个类别都对目标函数有影响，因此间歇过程
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于换热器分时共享机制的多时期换热网络结构设计[J]. 陈彩虹,蒋达,钱锋. 化工进展. 2014(04)
[2]带有热储罐的间歇过程换热网络综合[J]. 都健,杨坡,刘琳琳,李继龙,陈静,陈鹏鹏. 化工学报. 2013(12)
[3]求解换热网络夹点的Excel电子表格法[J]. 徐舜华,刘伟,杨帆. 计算机与应用化学. 2009(11)
[4]基于虚拟温度法的间歇过程换热器网络综合[J]. 刘琳琳,都健,肖丰,陈理,姚平经. 计算机与应用化学. 2009(08)
[5]带热贮存的间歇过程最小公用工程目标的确定[J]. 夏修庆,李玉刚,郑世清. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2007(02)
[6]考虑能耗影响的多产品间歇化工过程优化排序[J]. 朱振兴,卫宏远,杨华. 化工进展. 2006(12)
[7]间歇化工过程设计和能量综合优化研究进展[J]. 李志红,华贲. 石油化工设备. 2003(02)
[8]间歇过程能量平衡和平衡分析方法的研究[J]. 李志红,宋子明,袁志敏. 高校化学工程学报. 2002(01)
[9]一类间歇化工过程的热集成调度模型化研究[J]. 谢立,何星,张卫东,许晓鸣. 系统仿真学报. 2001(S1)
[10]间歇过程热回收目标的研究[J]. 张早校,冯霄,郁永章. 西安交通大学学报. 2000(08)
本文编号：3549688
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