通用炼油厂水系统优化模型开发与应用

传统水系统优化往往只考虑了新鲜水用量,而忽视了除盐水、除氧水、各等级蒸汽、蒸汽冷凝水、循环冷却水等类型的水,缺乏对各类型水量关联性的研究。针对这种局限性,提出了包含多种类型水的通用用水过程模型,以及通用炼油厂水系统优化的超结构和相应的数学模型,模型中集成了各装置及各种类型水之间关联的物料衡算方程。利用商业软件GAMS对某炼油厂的水系统进行建模求解,案例分析结果表明,除盐水用量有所下降,回用水用量增加,在优化前后雨水量保持469.36 t·h-1的情况下,系统的新鲜水用量从489.44 t·h~(-1)减小到283.94t·h~(-1),以系统新鲜水量和雨水量之和为基准,节水率达到21.4%。加工吨原油取水量从0.649 t减小至0.510 t,接近国内先进水平。案例研究表明,提出的优化模型能够有效地计算整个炼油厂水系统的新鲜水用量,验证了该模型的实用性。     

炼油厂氢气系统优化调度及其应用

建模求解,并通过实例证明了模型的有效性和可行性,为实际的炼油厂氢气系统优化调度起到了指导作用。     

地表水处理系统优化模型

文章介绍了地表水处理传统优化模型,水处理最优化模型,预测给定时段下的药剂需求量,预测出水水质超标时段,原水水质的技术约束及水处理构筑物改建等的数学模型。     

基于元模型的过程系统优化

应用均匀实验设计和支持向量机方法构建复杂过程系统的经验模型(元模型),并将其作为适应度函数与遗传算法结合,建立了该系统的优化方法. 该方法只需采用少量仿真模型计算数据便可建立复杂过程系统的元模型,可显著降低复杂过程系统模型的计算过程,便于复杂过程系统的优化. 将该方法用于普光高含硫天然气净化装置全流程操作参数优化,在操作参数优化空间内均匀选取10个实验点,建立了净化装置全流程元模型,其预测值的相对误差小于4%. 优化结果表明,在优化操作点,净化装置有效能效率提高了6.6%.     

炼油厂氢气网络建模与多目标优化(英文)

The demand of hydrogen in oil refinery is increasing as market forces and environmental legislation, so hydrogen network management is becoming increasingly important in refineries. Most studies focused on single-objective optimization problem for the hydrogen network, but few account for the multi-objective optimization problem. This paper presents a novel approach for modeling and multi-objective optimization for hydrogen network in refineries. An improved multi-objective optimization model is proposed based on the concept of superstructure. The optimization includes minimization of operating cost and minimization of investment cost of equipment. The proposed methodology for the multi-objective optimization of hydrogen network takes into account flow rate constraints, pressure constraints, purity constraints, impurity constraints, payback period, etc. The method considers all the feasible connections and subjects this to mixed-integer nonlinear programming (MINLP). A deterministic optimization method is applied to solve this multi-objective optimization problem. Finally, a real case study is intro-duced to illustrate the applicability of the approach.     

并联连续再生/再循环的多杂质间歇用水系统优化方法

为了有效地减少多杂质间歇用水系统的新鲜水消耗量和再生处理量,针对多杂质间歇过程用水网络提出连续操作并联再生处理单元水网络结构模型及其优化设计方法。通过在用水网络中设置中间储罐和再生单元以实现对不同水质废水并联分质处理,建立了减少用水系统的新鲜水用量和再生水量以及废水排放量的数学规划模型,采用GAMS软件对一个实例进行求解。计算和分析表明：提出的水网络结构与优化设计方法可有效地解决按水质对废水进行并联处理的间歇用水系统,使系统的新鲜水用量和再生水流率同时达到最小。     

炼化企业燃料动力系统优化模型的建模与应用

在炼油化工企业中,燃料动力系统是重要的组成部分,负责为生产装置提供符合要求的蒸汽、电等能源介质,燃料动力系统的优化运行对降低动力成本和装置能耗有显著影响。石家庄炼化分公司燃料动力系统设备配置复杂、蒸汽系统压力等级及用户较多,采用燃料动力优化系统软件,建立了符合企业实际的优化模型,并对燃料动力系统实施优化,动力运行成本降低2 086万元。同时介绍了燃料动力优化系统的软件架构及特点、技术路线及关键技术和系统的主要功能模块,以及系统的预算对接功能在企业制定科学合理的动力费用计划中的作用。     

炼化企业全厂能量系统优化节能技术研究与应用实践

简要介绍了炼化企业开展全厂能量系统优化工作的方法思路和实施策略,针对炼化企业物流、能流转化及利用特点,阐述了综合考虑单元过程与设备、工艺装置、公用工程系统、罐区储运、低温热利用、蒸汽动力系统等全厂能量系统的集成优化方法及其实际应用过程。以某公司炼油全厂用能优化为案例,通过综合应用流程模拟、夹点分析、过程能量集成等手段对...     

多目标过程系统优化的粒子群算法求解

化工领域的过程设计、生产控制、配方和计划等众多问题的数学模型,在考虑产品性能、单位成本、环境影响等诸多因素下,都是多目标优化问题;而求解多目标优化问题,目前还没有有效的方法;现今的做法是把多目标优化通过加权转化为单目标优化,再求解单目标优化问题,但这存在权数不易确定;还忽视了有效解集中存在一个其各目标的值与各目标的最优值距离最近的有效解的问题,称为理想有效解.理想有效解的求法一般分为两步,先求各目标的最优值、再求理想有效解,这将影响求解的速度;为此提出在PSO(粒子群优化)算法中加入惩罚项,同时对PSO算法中的个体极值与全局极值作调整,使PSO算法适用于求多目标优化问题理想有效解,该算法对多目标问题起到边优化边求理想有效解的功效;这使得在求解速度上加快.通过性能测试表明了算法的有效性,最后将算法用于求解多亚甲基多苯基多胺生产过程系统优化取得良好效果.     

分阶段线性规划法快速设计含有多种污染物的用水网络

针对含有多种污染物用水网络的设计问题,提出了一种新方法.该方法先基于各个用水过程的污染物最大出口浓度对过程排序,然后采用GAMS(general algebraic modeling system)语言建立线性规划模型,依次对序列中的每个过程的废水回用方案进行优化计算,以确定出其最小新鲜水用量和来自前驱的废水回用量.该方法虽然不能保证所得解的全局最优性,但它能快速地找到最优或近似最优解,而且方法简单.     

数学优化法在化工行业用水网络优化设计中的应用

资料表明化工行业是我国用水和排污最大的行业之一,在化工行业实施节水减排成为当前倍受关注的一个重大课题。目前,用水网络优化是企业实施节水减排重要环节之一,主要应用的技术理论有水夹点理论和数学优化理论等。重点阐述数学优化理论,采用实例探讨其应用实践及前景。     

多杂质体系间歇过程用水网络优化

对多杂质体系完全间歇过程用水网络优化进行了研究,建立了用水网络超结构和非线性规划数学模型,利用中间储罐跨越时间约束,设置用水过程流量上下限以加速收敛。首先确定关键杂质,并将关键杂质浓度最大的水源直接排往废水,获得简化的用水网络超结构;其次,运用GAMS求解,得到最小新鲜水量、废水量、中间储罐数目及优化的用水网络结构。实例研究证明本文提出的方法可行,并能以较少周期获得优化的网络结构,同时可以减少中间储罐数目。     

单杂质间歇过程用水网络优化

对间歇化工过程用水网络优化提出了基于非线性规划的优化设计方法。该方法采用一个中间贮罐用来接收各单元操作的排水,增加各单元操作之间的水再利用机会。对所有单元操作按照排水时间从早到晚进行排序,只有排在前面的操作才提供给后面的操作用水,结合其他的简化规则,构造了用水网络超结构。该超结构的数学模型为一组非线性方程,利用GAMS软件进行求解,得到各个周期的最小新鲜水量和最优的用水网络结构。实例计算结果表明,该方法可行。     

具有最简结构水回用网络的优化

当前对水回用网络的研究主要集中在如何构造新鲜水量最小的水网络, 却忽视了该水网络的不唯一性.为了降低水回用网络的费用,应考虑水网络的最简结构.今用连接数的概念来描述用水网络的结构复杂性.连接数就是新鲜水道与过程、过程与过程、过程与废水道之间连接个数的总和.今以最小新鲜水量和网络连接数为目标,在网络超结构的基础上,建立了多杂质水回用网络优化的数学模型.用该模型确定的用水网络,具有最小新鲜水用量和最简结构,因而具有很好的经济性.最后通过实例说明了本方法的有效性.     

过程设备设计方案的优选

通过案例提出传统过程设备设计的优化设计观点,同时,还提出设计者与用户(包括制造者)协调优化设计的观点。设计的优化思想是设计师创造性劳动的内容之一。     

Linear method for the design of shell and tube heat exchangers using the Bell–Delaware method

In this article, we present a rigorous reformulation of the Bell–Delaware model for the design optimization of shell and tube heat exchanger to obtain a linear model. We extend a previously presented methodology1,2 of rigorously reformulate the mixed-integer nonlinear programing Kern model and we add disjunctions to automatically choose the different correlations to calculate heat transfer coefficients and pressure drop under different flow regimes. The linear character of the formulation allows the identification of the global optimum, even using conventional optimization algorithms. The proposed mixed-integer linear programming formulation with the Bell–Delaware method is able to identify feasible solutions for the design of heat exchangers at a lower cost than those obtained through conventional design formulations in the literature. Comparisons with the Kern method also indicate an average 22% difference (usually lower) in area.     

Integration of scheduling,design, and control of multiproduct chemical processes under uncertainty

The development of a methodology that addresses the simultaneous design, scheduling, and control of multiproduct processes is focused. The proposed methodology takes into account the influence of disturbances by the identification of their critical frequency, which is used to quantify the worst‐case variability in the controlled variables via frequency response analysis. The uncertainty in the demands of products has also been addressed by creating critical demand scenarios with different probabilities of occurrence, while the nominal stability of the system has been ensured. Two case studies have been developed as applications of the methodology. The first case study focuses on the comparison of classical semisequential approach against the simultaneous methodology developed, while the second case study demonstrates the capability of the methodology in application to a large‐scale nonlinear system. © 2015 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 61: 2456–2470, 2015     

均匀设计在微乳液法制备纳米氧化铝中的应用

对多因素的复杂实验体系,均匀设计法能在不降低交互作用敏感性分析的前提下,可通过较少的实验次数获得可靠的数学模型,高效优化出最佳工艺条件。本文采用优化组合的U₁₂₊（6^6）均匀设计试验方案,考察了微乳液法制备纳米氧化铝前体的工艺条件,获得了氧化铝粉体的粒径与铝盐浓度、沉淀剂浓度、反应温度、表面活性剂与助表面活性剂的体积比、油相与表面活性剂的体积比5个关键因素之间的数学模型。利用该数学模型优化出的最佳制备工艺条件,制备出了氧化铝前体,该前体经1180℃焙烧,转晶为α-Al₂O₃粉体。α-Al₂O₃的一次粒子形状为棒状,一次粒子的Scherrer粒径为30nm左右,二次粒子的粒径D₅₀为760nm。