基于NSGA-Ⅱ的模拟移动床色谱分离过程多目标操作优化

多目标优化策略被应用于模拟移动床过程的操作优化中，采用一种基于Pareto最优解的多目标优化算法——NSGA-Ⅱ算法，以分离联萘酚对映体的模拟移动床色谱分离过程作为研究对象，利用模拟移动床TMB数学模型，以分离性能指标作为目标函数进行了多目标操作优化设计。优化结果表明，NSGA-Ⅱ算法得到的非劣解在目标空间分布均匀，算法收敛性和鲁棒性好。基于NSGA-Ⅱ算法的面向分离性能多目标优化设计方法为模拟移动床分离过程的工艺设计和操作指导提供了有效的工具。     

换热网络多目标综合优化算法研究进展

资源和能源的可持续发展使得换热网络综合不仅要考虑经济性,同时要满足柔性、可靠性、可操作性和环境影响度等指标的要求。目前,换热网络多目标综合的研究有了初步进展并引起了广泛关注。本文阐述了进行换热网络多目标综合的必要性并总结了相关研究。重点对常用的多目标优化算法作了总结和对比,综述了其在换热网络多目标优化设计中的应用进展。研究表明,传统多目标算法越来越无法满足复杂模型的求解,而多目标进化算法可以很好地求解换热网络综合多目标优化问题,其中NSGA-Ⅱ算法是目前应用最广的有效算法。提出尝试NSGA-Ⅱ等多目标进化算法,基于超结构建立包括经济性、柔性、可靠性、可操作性和环境影响度等在内的换热网络多目标综合模型,给出Pareto最优解集合供决策者选择是未来的研究方向。     

响应面法耦合NSGA-Ⅱ算法的隔壁塔结构优化

隔壁塔的优化设计涉及多个变量且变量之间存在复杂的相互作用关系，这不仅提高了隔壁塔的设计难度，而且制约了其在工业应用方面的潜力。为了解决这一问题，本文提出了一种利用响应面法（RSM）耦合非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）对隔壁塔进行多目标优化设计的方法。首先，确定设计变量并利用单因素分析确定各变量水平，采用BBD（Box-Behnken）方法进行实验设计，并通过数值模拟计算年度总费用（TAC）和再沸器热负荷（Q）的目标函数；然后利用方差分析（ANOVA）评估各回归模型的统计重要性,并用二次多项式形式表示；最后通过NSGA-Ⅱ算法对响应面模型进行优化，计算Pareto前沿获得一系列优化方案。研究表明，相比于传统流程，采用该方法对隔壁塔进行分析和优化，能在降低TAC的同时有效降低Q,为隔壁塔的优化设计提供一种新思路。     

基于NSGA-Ⅲ算法的高维能量集成网络的优化改造

针对现有随机算法对高维能量集成网络（换热网络）求解困难与易陷入局部最优的问题，提出了一种基于参考点的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅲ）的换热网络优化方法。该方法使用特殊的支配关系引入了自适应离散化Pareto前沿与参考点机制，对那些非支配且接近参考点的种群个体进行保留。本文基于非等温混合分流分级超结构模型，以用户最关心的环境影响指数、投资费用、操作费用与改造工程量为改造优化目标，从多个方面、多个层次考虑换热网络改造问题，为用户提供多种可供选择的改造方案。案例研究表明，改造后的换热网络以每年57304USD的投资费用节省25%的年度操作费用，同时还具有较小的环境影响指数与改造工程量；与文献相比，可以提供多元化的节能改造方案，满足用户的不同改造需求，且获得优于文献的综合改造结果，表明该方法具有较强高维求解能力。     

利用余热回收多能互补技术的原油蒸馏装置热集成系统的优化改造

针对换热网络（HEN）的优化改造,提出了一种利用公用热量实现多能互补理念的改造思路,通过充分利用热过程物流中的低温余热,完成热集成系统的优化改造。本文基于参考点非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅲ）,通过综合评估集成废热回收（WHR）系统的换热网络的年度改造费用、年度改造收益、能耗（包含换热网络的冷/热公用工程和废热系统冷却水和电力消耗）和废热系统的有益产出,从而获得最优解决方案。对原油蒸馏系统（10H5C）的优化改造研究案例表明,通过权衡集成系统的能源消耗、WHR系统的产出、改造费用和改造收益4个目标,采用NSGA-Ⅲ算法求解获得了多维度的改造方案,相较于基础网络不仅有可以为用户最大节省22.9%能源消耗的改造方案,还有WHR系统最大输出为4.003×10⁴kW的解决方案,也有最小改造费用为1.848×10⁶USD/a的改造方案,还有最大改造收益和最大投资回报率分别为1.173×10⁷USD/a和121%的解决方案;最后通过比较集成WHR系统与单独HEN优化改造的性能,证明了集成WHR系统的实用性和可行性,以及余热回收多能互补技术对提高流程工业能量集成系统能量利用效率的重要作用。     

多管程换热器网络的最小温差分析与夹点设计

在实际生产过程中,多管程换热器广泛应用,其中既存在逆流换热也存在并流换热。针对多管程换热器网络中并流换热与逆流换热时换热温差对夹点特性尤其是换热网络综合的影响,定量分析最小温差的选择与夹点特性及其总费用的关系。兼顾管程数目的选择以及换热网络总费用两方面因素,以年度化总费用最低为目标,优化求解多管程换热器网络的最小温差。然后,将求得的最小温差作为夹点温差,遵循夹点设计原则综合换热网络。同时,计算得出多管程换热器网络的F_T修正因子,并对结果进行分析。最后,结合示例对比分析求解结果,证明方法的有效性。     

基于改进NSGA-Ⅱ算法的FCC分离系统多目标优化

应用流程模拟软件HYSYS对某炼厂65万吨/年重油催化裂化装置进行全流程模拟。以最大目的产品（汽油+液化气）收率与最小分离系统能耗为优化目标,采用改进的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）对FCC分离系统进行多目标优化。通过对决策变量的择优选取、最优算法参数的研究（包括种群规模、P_c与P_m自适应策略、遗传代数）、最优点的决策建立了一套缜密的多目标优化方法。优化结果显示,目的产品（汽油+液化气）收率提升4.32个百分点,分离系统能耗降低16.88%,为FCC分离系统的操作变量优化提供了重要的数据支持与优化建议。     

基于NSGA-Ⅱ算法的高炉生产配料多目标优化模型建立

高炉炼铁是一种典型的高能耗、高排放、高污染工业,合理的配料方案对高炉节能减排至关重要。基于高炉炼铁过程中的物质与能量守恒和高炉炉料结构理论,建立了以最小化生产成本和CO₂排放量为目标函数的高炉生产配料多目标优化模型,该模型采用非支配排序多目标遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)进行求解,最终得到高炉生产配料多目标优化问题的Pareto最优解集。并将所得到的最优解与柳钢实际生产数据进行比较,结果表明建立的模型能使成本和CO₂排放量都有相应程度的降低,验证了该模型及NSGA-Ⅱ算法的正确性。炉长可以根据该多目标优化结果针对不同的需求选择相应的炉料配比,实现更精确的操作。     

粒子群算法最优同步综合换热网络

采用粒子群算法,对无分流换热网络综合问题提出改进的优化策略.运用超结构建立换热网络模型,以最小年度总费用为优化目标,按顺序求解思路优化换热器换热量.该算法比遗传算法简单,所需调节参数少,且不易陷入局部最优解,能迅速得到换热网络的结构与参数,具有获得全局最优解的能力.仿真研究验证了方法的有效性.     

反应器网络多目标综合优化

通过反应系统综合优化获得经济效益好、对环境友好的反应系统是大多化工厂提高全流程整体经济和环境性能的重要手段。反应器网络综合优化方法主要包括可得区法、导数分析法、超结构优化法、目标类法、经验推断法和分布参数法等,然而却很少有文献报道对反应器网络进行多目标综合优化。由于过程中往往存在多个相互冲突的目标函数,所以仅仅依靠单目标对反应器网络进行综合优化已显得不合适。本文采用分布参数法建立多目标优化模型,目标函数为经济最大化和环境影响最小,并采用非支配排序基因算法(NSGA-Ⅱ)进行优化得到Pareto最优解集。     

基于NSGA-Ⅱ的化工园区无约束双目标安全规划

化工园区安全规划是一个复杂的多目标决策问题,降低潜在事故风险、保证较高经济收益是化工园区安全规划的两个主要目标。应用多目标决策的理论方法,以潜在死亡人数最小化、工业总产值最大化为优化目标,建立了化工园区安全规划无约束双目标优化模型。选用非劣排序遗传算法-Ⅱ(NSGA-II)求解该模型,得出如下结论:(1)建立的化工园区安全规划无约束双目标优化模型是可行的。(2)采用的NSGA-Ⅱ算法是有效的优化方法。(3)无约束情况下,示例中的化工园区只布置甲类、乙类易燃液体存储地块,优先布置乙类易燃液体存储地块,不布置其他类型工业用地。     

基于超结构优化的换热网络ΔT-贡献值方法

运用ΔT-贡献值方法优化和综合换热网络,在给定参数κ,z的条件下,以投资费用最小化为目标对换热网络的超结构进行优化,并提出了优化换热网络的3级优化策略.案例研究表明,运用基于超结构优化的换热网络ΔT-贡献值方法,能够得到年度总费用更小的网络结构.     

考虑压降和多壳的换热网络集成

介绍了一种考虑压降和多壳的换热网络集成方法。首先采用埃索法推导得出不依赖于各种校正系数的管壳式换热器壳程压降计算关联式,并通过考虑换热器内是否存在温度交叉来计算换热器所需的壳数;然后以包含压降相关费用的年度总费用为优化目标,利用遗传算法,实现换热网络的优化设计。案例研究表明压降相关的动力与投资费用在换热网络年度总费用中占一定比例。所提出的方法能有效处理考虑压降和多壳所引入的非线性问题,使设计结果更为经济和可靠。     

基于非支配排序遗传算法的乙苯脱氢工艺条件优化

为提高现有乙苯脱氢制苯乙烯生产装置的生产率和节能水平,优化技术是一种有效的技术手段。基于改进的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)研究了乙苯脱氢工艺条件的优化问题。把乙苯脱氢反应过程的转化率、选择性作为优化目标,动力学模型以及实际生产状况作为约束条件,构造乙苯脱氢过程的多目标优化问题。基于NSGA-Ⅱ算法求解得到的优化问题的Pareto最优集,分析了各个操作条件对乙苯脱氢生产过程转化率和选择性的影响,最后利用模糊综合评价法,为合理决策提供了有效的依据。结果表明NSGA-Ⅱ具有良好的全局优化性能,运用该算法可在不同的操作约束条件下,求解得到相应的满意解。     

基于夹点技术与超结构模型的多程换热网络最优综合

基于热力学原理,以夹点技术为基础结合数学规划法,采用两步法综合多程换热网络。第一步在多程换热网络热力学分析的基础上优化求解最小温差,计算公用工程用量。第二步将求得的最小温差作为夹点温差,将网络分为夹点之上和夹点之下两个子网络,建立多程换热网络的超结构模型,确定流股匹配并优化网络配置。最后,以换热网络总费用最小为目标,连接两个子网络,权衡设备投资费用和操作费用,综合多程换热网络。该方法基于热力学原理,改进了夹点技术在多程换热网络综合中的应用,进而实现了多程换热网络的自动综合。示例分析证明了本文所提方法的有效性。     

基于非逆流传热的热交换网络系统的3E优化

考虑非逆流传热对换热设备传热温差、壳数和面积的影响，对包含非逆流换热设备的热交换网络系统进行优化设计。基于非等温混合分流分级超结构，采用能源、经济和环境（3E）综合评价指标，引入温差修正系数，建立了热交换网络多目标混合整数非线性规划（MO-MINLP）模型，并基于非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）提出了系统性的求解策略和求解方法。应用案例研究表明，涉及非逆流传热的热交换网络，其优化设计结果与基于纯逆流换热假设的设计结果有很大区别，且仅对基于纯逆流换热假设的设计结果进行修正并不能得到最优解，必须在建模中考虑温差修正效应的影响，从而保证设计结果的优化性、可靠性和实用性；3E评价反映了热交换网络系统在经济、能耗和环境影响之间的权衡和约束关系，使系统的设计更加实际，同时多目标的优化方法不但可以获得与单目标经济优化相当的最经济的结果，而且提供了多样性的优化解集供选择，提高了设计的灵活性，可以满足不同的设计需求。     

基于夹点技术与超结构模型的多程换热网络最优综合

基于热力学原理,以夹点技术为基础结合数学规划法,采用两步法综合多程换热网络。第一步在多程换热网络热力学分析的基础上优化求解最小温差,计算公用工程用量。第二步将求得的最小温差作为夹点温差,将网络分为夹点之上和夹点之下两个子网络,建立多程换热网络的超结构模型,确定流股匹配并优化网络配置。最后,以换热网络总费用最小为目标,连接两个子网络,权衡设备投资费用和操作费用,综合多程换热网络。该方法基于热力学原理,改进了夹点技术在多程换热网络综合中的应用,进而实现了多程换热网络的自动综合。示例分析证明了本文所提方法的有效性。     

基于多策略集成优化算法的己烷油精馏过程3E多目标优化

己烷油精馏工序是溶剂油生产过程的重要环节,但其伴随着高能耗和高排放。因此,己烷油精馏工序的能量、经济和环境（3E）多目标优化对于溶剂油工业的可持续发展具有重要意义。针对传统非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）收敛速度慢、易陷入局部最优等问题,本文提出了一种改进的基于多策略集成的多目标遗传算法（MENSGA-Ⅱ）。该算法发展了一种基于邻域的引导策略,以增强算法的搜索能力进而加快收敛速度;同时引入随机极限游走策略以维持算法所获得解集的分布性。将MENSGA-Ⅱ应用于典型的测试函数和实际的己烷油精馏过程,结果表明,该算法在鲁棒性、收敛速度和解集分布性上具有优越性。与实际运行工况相比,典型优化工况下精馏系统年度毛利润可提升4.99×10⁵USD/a,能源消耗和CO₂排放可分别减少5.09×10²kW/a和4.82×10²kg/a。     

基于Kriging和NSGA-Ⅱ的辅以困气改善的熔接痕优化策略

从熔接痕的成型机理出发,考虑了困气状况和熔合温度对熔接痕熔合质量的影响,提出一种以困气改善辅助提升熔接痕熔合质量的方法,建立了以“气穴面积”和“熔接痕处流动前沿温度”为熔接痕熔合质量指标的多目标评价体系,并构建了一种基于Kriging模型和非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）的多目标寻优策略,以实现工艺参数的择优选择。以多孔板熔接痕优化为例,选用拉丁超立方抽样（LHS）设计实验,建立并检验反映工艺参数和优化目标之间影响规律的Kriging模型,采用NSGA-Ⅱ确定多目标优化问题的Pareto前沿及其最优解。仿真及生产实验结果表明所建立的多目标优化策略能有效实现熔接痕的多目标优化,同时以困气改善辅助提升熔接痕熔合质量的方法效果显著。     

基于改进NSGA-Ⅱ算法的乙烯裂解炉操作优化

现有的乙烯裂解炉优化通常只针对两个目标函数即产物乙烯和丙烯的收率，并且采用遗传算法的收敛效果一般，故提出一种基于改进NSGA-Ⅱ算法来研究一个多目标运行的解决方案，以此来解决乙烯裂解炉的固定周期操作优化问题，即在增大产物乙烯和丙烯收率的同时减少原料以及蒸汽流量来提高整体运行状况。把具体问题量化为数学模型，分析了原料气烃比、原料流量、出口温度对乙烯和丙烯收率的影响。实验结果表明，相较于原有操作条件，提出的优化方案具有良好的可行性。