基于Kriging模型的楔形闸阀结构优化及密封性能分析

以NPS12—Class150楔形闸阀为研究对象,对闸阀阀体中腔加强筋结构与位置进行正交试验设计,通过Kriging代理模型对正交设计结果进行曲面插值后,利用遗传算法对Kriging代理模型求取最优值,实现闸阀阀体强度及其密封性能优化.数值模拟验证结果表明:与优化前相比,优化后的闸阀最大等效应力减小了29.97％,最大...     

基于Kriging代理模型的气辅注射成型工艺优化

针对气辅成型工艺设定及控制的复杂性,使用Kriging代理模型近似拟合气辅成型工艺参数与气体穿透长度之间的非线性函数关系,建立起Kriging代理模型与APSO算法相结合的优化策略。应用所建立的优化方案,以气体的穿透深度为优化的目标,模拟了某汽车后视镜的气辅成型工艺优化过程。算例表明,基于Kriging代理模型与APSO算法耦合的优化策略可以在小样本情况下获取较高的求解精度和较快的收敛速度。     

乳酸甲酯水解反应精馏隔板塔的模拟与优化

将隔板塔技术用于乳酸甲酯水解的反应精馏过程,并采用Aspen Plus软件对隔板塔流程进行了模拟与优化,考察了隔板上下端位置、侧线水采出位置及塔釜再沸器功率对反应的影响。优化结果为:当隔板上端在第7块板,隔板下端在第16块板,水在侧线出料段的第7块塔板采出时,塔釜再沸器功率为302.4 kW,满足了乳酸甲酯水解反应与分离的要求。相对于传统乳酸甲酯水解反应精馏和乳酸精制两塔联合流程,隔板塔技术的应用可以减少中间组分水在塔中的返混,能耗降低了28.04%,有效地提高了整个工艺过程的效率。     

Kaibel隔板塔用于多晶硅还原工段三氯氢硅分离的模拟研究

将Kaibel隔板塔代替常规三塔顺序分离流程用于多晶硅还原工段中三氯氢硅分离。在简捷计算基础上,利用Multifrac模型进行了严格稳态模拟。主要研究了TCS产品和STC产品采出位置、液体分配比和汽体分配比等参数的影响。结果表明：与常规三塔顺序分离流程相比,Kaibel隔板塔可节约能耗26.43%,设备数量大大减少。     

乙酸甲酯催化反应隔板塔的设计

研究了催化反应隔板塔生产乙酸甲酯的工艺流程,用固体酸催化剂代替传统的硫酸催化剂,把反应位置固定在反应精馏塔的中部。该工艺既提高了反应转化率与选择性又降低了设备的腐蚀,同时消除了含酸废水的处理工艺,节省了投资费用。分析了工艺流程与相平衡的定性关系,论证了工艺的可行性。运用Aspen Plus流程模拟软件对过程进行了稳态模拟,重点考察了气相分配比对产品质量分数和再沸器负荷的影响。以年总费用作为目标函数,对流程进行了经济优化。对新工艺流程和传统的工艺流程做了比较,结果表明,新流程可以节省再沸器能耗7.7%和设备费用15.53%。     

进料性质对立式隔板塔操作特性的影响

以正戊烷、正己烷和正庚烷为分离物系,在简捷计算结果的基础上,利用商业模拟软件HYSYS研究了进料热状态、进料组成和相对挥发度等进料性质对立式隔板塔操作的影响。结果表明,进料热状态对于立式隔板塔的操作稳定性和优化操作区的影响较大;进料中轻组分的含量增加不利于立式隔板塔的稳定操作。不同分离难度的物系采用立式隔板塔时的节能效果和操作特性有较大不同,分离难度越大,立式隔板塔的节能效果越明显,但优化操作区间则越窄,且操作稳定性较差。     

基于灰色关联和Kriging模型的汽车饰件注塑工艺优化

为减小某汽车内饰件注塑成型质量缺陷,提出了基于灰色关联分析和Kriging代理模型的注塑成型质量多目标优化方法。以塑件的Z方向翘曲变形值、体积收缩率、缩痕指数为优化目标,影响了塑件成型质量的熔体温度、模具温度、保压压力、保压时间等注塑工艺参数,应用最优拉丁超立方试验设计方法结合模流分析进行数据采样,基于灰色关联分析(GRA),将多目标优化问题转化为单目标优化问题,利用层次分析法(AHP)确定各优化目标对灰色关联度的影响权重,建立灰色关联度与各工艺参数之间的Kriging代理模型,采用自适应粒子群算法(APSO)在代理模型内进行全局寻优,得到最佳工艺参数组合。结果表明,Kriging代理模型的预测值与实际结果基本吻合,优化后,Z方向翘曲变形值、体积收缩率、缩痕指数分别为0.268 6 mm、2.235%、0.397 1%,与优化前相比,分别降低了1.21%、30.11%、68.53%,因此,提出的方法能实现注塑成型质量多目标优化。     

基于Kriging代理模型的注塑件残余应力优化分析

以注塑成型制品中脱模后的最大Mises-Hencky残余应力为目标函数,运用基于Kriging代理模型及EI加点准则的序列优化方法,对聚碳酸酯材料制品进行了工艺参数(包括熔体温度、模具温度、注射速率、保压压力及保压时间)优化。算例结果表明,所提出方法可以有效地降低注塑件内的最大Mises-Hencky残余应力。在此基础上对充填阶段进行深入分析,用贝塞尔曲线控制方式代替常规的常速率充填控制方式,进一步降低了制件内的残余应力。     

隔板塔特性模拟研究

文章以三元系统苯-甲苯-二甲苯的三组分分离体系为例,分析对比了常规蒸馏塔和隔板塔的系统特性、分离效果、过程耗能,并对模拟结果进行能耗以及经济效益分析,结果表明,隔板塔的节能百分率可达67%。并由以上的分析结果创新地选择隔板塔的控制结构和控制方法。为隔板塔设计和工业操作提供参考依据。     

隔板塔技术用于硅烷生产工艺的研究

通过对歧化法硅烷生产工艺和隔板塔精馏原理进行研究,开发出两种硅烷生产隔板塔工艺,两种技术均能最大限度地降低能耗和装置投资。研究表明,这两种技术较原工艺蒸汽消耗降低40%,较热耦合工艺蒸汽消耗降低超过20%;循环水消耗均大幅度降低;同时减少了精馏塔、再沸器和冷凝器的数量,降低了装置投资费用,具有投资价值。     

分壁式精馏塔精制丁二烯流程模拟

丁二烯是一种重要的石油化工烯烃原料,由于其生产过程能耗高,因此节能降耗成为丁二烯生产工艺的研究热点。利用Aspen Plus模拟软件对丁二烯精制工艺的两套流程进行了模拟研究,考察了分壁式精馏塔(DWC)中内部互连物流连接位置、预分离塔气液相流量和回流比对分离效果和热负荷的影响,对比了相同分离条件下DWC分离流程和传统顺序分离流程的能耗,并根据两套分离流程中塔内液相丁二烯浓度分布情况,分析DWC的节能原因。结果表明,当主塔理论板数105,预分离塔理论板数56,进入预分离塔气相流量1020kmol/h,液相流量890kmol/h,回流比7800时,DWC分离效果最好,丁二烯质量分数可达99.7%,这为DWC精制丁二烯工艺的工业化提供了理论依据。由于DWC有效减少了精馏过程中的返混效应,提高了能量利用率,使其冷凝器可节能29.36%,再沸器可节能29.19%,存在明显的节能优势。     

气相进料对隔板精馏塔优化设计的影响

隔板精馏塔（DWC）在节能和节省设备投资方面具有十分突出的优势,隔板精馏塔中隔板位置是重要的设计变量,影响分离效果及能耗,当进料中含有气相时这种影响更加显著。选用苯、甲苯和对二甲苯三元物系,研究了进料的气相分率对隔板位置的影响并确定最优隔板位置。采用严格模拟方法,以年度总费用（TAC）为评价指标,比较不同进料气相分率下隔板塔的经济性,其中气相进料较液相进料TAC最高可节省23.33%。并通过灵敏度分析展示了在进料中含有气相时确定最优隔板位置的重要性。     

气相进料对隔板精馏塔优化设计的影响

隔板精馏塔（DWC）在节能和节省设备投资方面具有十分突出的优势,隔板精馏塔中隔板位置是重要的设计变量,影响分离效果及能耗,当进料中含有气相时这种影响更加显著。选用苯、甲苯和对二甲苯三元物系,研究了进料的气相分率对隔板位置的影响并确定最优隔板位置。采用严格模拟方法,以年度总费用（TAC）为评价指标,比较不同进料气相分率下隔板塔的经济性,其中气相进料较液相进料TAC最高可节省23.33%。并通过灵敏度分析展示了在进料中含有气相时确定最优隔板位置的重要性。     

乙酰丙酸乙酯的反应精馏模型及隔壁塔节能优化设计

乙酰丙酸乙酯是一种潜在的生物质基平台化合物,在工业上具有很高的应用价值。乙酰丙酸乙酯传统的生产方法主要为间歇反应法,效率较低,产物分离困难且工艺流程较长。因此,本文提出了反应精馏工艺生产乙酰丙酸乙酯,在以中试实验结果为依据的基础上,使用Aspen Plus模拟软件建立了工艺流程,并考察了回流比、进料位置、进料摩尔比以及理论塔板数等关键参数,得到了常规单塔反应精馏工艺生产乙酰丙酸乙酯的最优配置。而后,为了得到纯度大于99.9%的乙酰丙酸乙酯,本文进一步提出了反应精馏双塔精制流程以及反应精馏隔壁塔流程,并通过对两种流程所得到的产品纯度以及能耗的对比,验证了反应精馏隔壁塔工艺生产乙酰丙酸乙酯的有效性以及在节能方面较大的优势。     

用于分离三氯氢硅合成过程中主副产品的隔壁塔模拟

以三氯氢硅合成过程中得到的主副产品混合物二氯二氢硅-三氯氢硅-四氯化硅为分离物系,提出采用隔壁塔代替常规精馏序列分离的新工艺.利用Aspen Plus软件对隔壁塔进行模拟,考察回流比、隔板位置、进料位置、侧线采出位置、液相分配比以及气相分配比对塔顶、侧线以及塔釜产品摩尔分数的影响,得到隔壁塔的最佳工艺参数,并通过模拟比较隔壁塔与常规精馏序列分离此混合物的能耗情况.模拟结果表明:当回流比为6、隔板位置为主塔的第8块板和第24块板、进料位置为预分馏塔的第10块板、侧线采出位置为主塔的第15块板、液相分配比为0.21、气相分配比为0.5时,隔壁塔的分离效果最佳,主产品三氯氢硅的摩尔分数为99.999%;相比于常规精馏序列,隔壁塔再沸器节能29.09%以上,冷凝器节能29.48%以上.     

热泵精馏隔壁塔分离宽沸程物系的模拟

将中间换热和热泵精馏两种精馏节能技术应用到隔壁塔中,提出了带中间换热器的热泵精馏隔壁塔流程,以解决隔壁塔在分离宽沸程物系时出现的塔顶与塔底温差过高而不宜应用热泵精馏的问题。利用精馏塔总复合曲线图,可确定中间产品塔板采出流股的相态,从而得到不同类型的热泵精馏隔壁塔流程。宽沸程物系分离实例的模拟计算结果表明,该类流程在主塔气液相流量较大的情况下具有较高的节能效率。     

反应精馏隔壁塔生产乙酸正丁酯的优化与控制

对反应精馏隔壁塔生产乙酸正丁酯过程进行了模拟、优化与控制的系统研究。利用Aspen Plus软件模拟乙酸甲酯与正丁醇的酯交换反应过程,以年总费用（TAC）为目标函数进行过程优化,通过稳态敏感性分析及相对增益矩阵（RGA）判据得到不同的操纵变量与控制变量匹配关系,以此为基础,在Aspen Dynamics平台建立了若干控制结构并进行分析对比。结果表明,利用两股反应物呈比例进料可较为有效地抵抗进料扰动,最后提出的无再沸器热负荷与混合物进料量比值（Q_r/F）控制的改进控制结构CS3,在降低反应精馏隔壁塔控制过程超调量方面有较大的优越性。     

Rigorous design of distillation columns using surrogate models based on Kriging interpolation

The economic design of a distillation column or distillation sequences is a challenging problem that has been addressed by superstructure approaches. However, these methods have not been widely used because they lead to mixed‐integer nonlinear programs that are hard to solve, and require complex initialization procedures. In this article, we propose to address this challenging problem by substituting the distillation columns by Kriging‐based surrogate models generated via state of the art distillation models. We study different columns with increasing difficulty, and show that it is possible to get accurate Kriging‐based surrogate models. The optimization strategy ensures that convergence to a local optimum is guaranteed for numerical noise‐free models. For distillation columns (slightly noisy systems), Karush–Kuhn–Tucker optimality conditions cannot be tested directly on the actual model, but still we can guarantee a local minimum in a trust region of the surrogate model that contains the actual local minimum. © 2015 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 61: 2169–2187, 2015     

Optimal retrofit of a side stream column to a dividing wall column for energy efficiency maximization

A side distillation column is widely used to separate multicomponent mixtures into three products. However, this kind of column consumes considerable amounts of energy due to thermodynamic restrictions and the nature of the distillation process. Retrofit of the side distillation column to a dividing wall column (DWC) can result in significant energy savings. This study evaluated a systematic method for optimal retrofit of a side stream column to a DWC. The minimum energy requirement for the separation of a multicomponent mixture was used for a feasibility study. Subsequently, design and optimization was performed using shortcut, rigorous and response surface methodology. One case study was illustrated to demonstrate the proposed methodology. The results showed that the optimal retrofit of a side distillation column to the DWC could not only save a significant amount of energy, but also increase the capacity. This study highlights the potential for retrofitting a side stream column to a DWC from a techno economic point of view.     

用分隔壁精馏塔分离三组分混合物的节能研究

为了比较分隔壁精馏塔与常规精馏流程能耗,确定其应用范围,采用Aspen plus软件中的精馏严格模型,对2种常规精馏流程和3种分隔壁精馏塔进行模拟计算,比较了各种分隔壁精馏塔序的节能效果。结果表明,中间组分的摩尔分数越高,分隔壁精馏塔的节能效果越好,分隔壁精馏塔可用于分离中间组分摩尔分数较高的混合物,且适于分离指数在0.61至2.1之间的物系。分隔壁侧线精馏塔适用于分离指数≥1、轻组分摩尔分数较高的混合物。分隔壁侧线提馏塔适于重组分摩尔分数较高的混合物。