半连续脂肪酸甲酯化过程的研究(Ⅱ)——操作优化

对半连续脂肪酸甲酯化的操作优化问题进行了研究.定义生产费用为操作优化的目标泛函,选择甲醇进料速率为控制变量、反应压力为控制参数,分别应用动态规划法和Powell法对上述操作优化问题求解.两种方法求解的结果是一致的,采用优化的操作将使生产费用降低5%～15%,特别对有催化的快速甲酯化过程,优化操作的效果更明显.文中还讨论了价格等因素对优化操作策略的影响和求解计算量问题.实验表明,由理论计算得到的优化操作策略和目标是可以实现的.     

卷式反渗透海水淡化系统膜清洗与更换策略优化

膜污染是导致反渗透海水淡化(seawater reverse osmosis,SWRO)系统操作成本增加和产水性能下降的重要因素。为了降低系统运行操作成本,本文针对卷式SWRO系统提出了一种新的膜清洗与更换策略优化方法。首先,根据反渗透和膜污染过程机理建立了膜污染情况下的SWRO系统性能模型;然后将生产过程中的总操作费用与膜清洗和更换规划联系起来,建立了以系统日均操作费用最低为目标、以膜清洗次数、膜清洗和更换时间等为寻优变量、以开放式方程模型为约束的优化命题,并通过联立求解等技术使得原本复杂的优化命题可快速方便地求解;在此基础上对SWRO系统进行了实例研究和分析。优化求解结果表明:(1)本优化策略可以大幅降低系统操作费用,并同时获得最佳膜清洗和更换时间以及膜清洗次数;(2)进料海水温度对最优膜清洗和更换策略影响很大,固定周期的膜更换策略并不合适。另外本优化方法还可得到不同条件下最优操作费用组成、以及最优目标下最优操作压力和操作流量曲线等信息,对优化SWRO系统运行和深入分析系统内部状态变化具有重要意义。     

热泵供暖系统动态操作节能优化

采用系统工程的方法优化热泵供暖系统操作, 实现节能运行具有重要意义。在建立热泵供暖系统基本动态方程的基础上, 给出了考虑室温控制精度和能耗节省的优化操控目标, 通过联立求解方法将原微分代数方程优化问题(DAOPs)转化为非线性规划问题, 然后对不同目标侧重下的动态操作优化问题进行了分析, 并提出了动态调整目标函数权重的优化策略。优化计算结果表明:在室温跟踪误差最大为0.85℃的情况下系统可实现16%以上的节能效果;环境温度和电价对系统操作优化具有重要影响, 根据两者的变化特征而动态调整目标函数权重可以进一步降低系统能耗4.7%左右。本研究对热泵供暖系统优化节能控制具有一定的现实意义。     

全流程卷式反渗透海水淡化系统操作优化

在对反渗透海水淡化系统流程和实际应用分析的基础上,提出了一种旨在降低总体操作费用的全流程反渗透海水淡化系统优化方法。首先根据系统变参数特点并充分利用蓄水池的缓冲能力,建立了反渗透过程机理模型、蓄水池动态过程模型以及变参数方程模型,实现了整个流程的方程描述。然后根据工艺流程和操作过程费用组成情况建立了总的操作费用模型,得到了全流程单位产水费用指标。在此基础上建立了以总体操作费用最低为目标、以开放方程描述的各模型方程为约束、以设备和产品质量限制为边界的优化命题,采用联立求解技术将该微分代数方程组成的优化(DAOP)问题转化为NLP问题后进行求解。最后对某海水淡化系统进行了实例研究。优化求解结果不仅表明本优化方法可以大幅降低实际操作费用,而且通过求解还可得到各种变参数条件下最优操作费用组成,以及实现费用最低的最优操作压力和流量变化曲线。本研究对优化海水淡化系统操作、降低总体操作费用具有重要意义。     

全流程卷式反渗透海水淡化系统操作优化

在对反渗透海水淡化系统流程和实际应用分析的基础上,提出了一种旨在降低总体操作费用的全流程反渗透海水淡化系统优化方法。首先根据系统变参数特点并充分利用蓄水池的缓冲能力,建立了反渗透过程机理模型、蓄水池动态过程模型以及变参数方程模型,实现了整个流程的方程描述。然后根据工艺流程和操作过程费用组成情况建立了总的操作费用模型,得到了全流程单位产水费用指标。在此基础上建立了以总体操作费用最低为目标、以开放方程描述的各模型方程为约束、以设备和产品质量限制为边界的优化命题,采用联立求解技术将该微分代数方程组成的优化（DAOP）问题转化为NLP问题后进行求解。最后对某海水淡化系统进行了实例研究。优化求解结果不仅表明本优化方法可以大幅降低实际操作费用,而且通过求解还可得到各种变参数条件下最优操作费用组成,以及实现费用最低的最优操作压力和流量变化曲线。本研究对优化海水淡化系统操作、降低总体操作费用具有重要意义。     

多效干燥过程的排产调度优化

针对干燥过程是一个高能耗的间歇单元操作,对多效干燥过程进行了排产调度研究。根据干燥速率曲线,将各效干燥过程设计为等操作时间,建立了多效干燥过程排产调度的优化模型。以效数和干燥器干燥时间为决策变量,以年费用最小为目标表达为一个混合整数非线性规划（MINLP）的数学模型,利用GAMS进行求解。以淤泥1～5效干燥为算例进行了优化调度分析,结果表明：在4效时年费用最小;与1效干燥相比,在最优条件下年生产费用可节约26%。同时获得了最优排产调度的Gantt图,从而可以得出干燥设备的最小操作周期,据此对多效干燥过程进行排产,使间歇多效干燥过程可以实现连续化生产,对多效干燥的工业化具有一定的意义。     

考虑再生循环的多杂质用水网络全局优化

引入再生循环单元可以有效地减少多杂质用水系统整体的新鲜水消耗量和废水排放量。其现有的数学规划模型是一个非凸性严重的混合整数非线性规划问题,直接求解不仅计算难度大而且求解速度慢,这样只能得到局部最优解。本文利用分段线性松弛的方法对该模型进行处理,将双线性等式约束转换成线性约束,从而使复杂的水网络模型转换为对应的混合整数线性规划问题,因现有的商业优化软件对混合整数线性规划问题的求解算法已经非常成熟,这样降低了计算难度并取得全局最优解。算例结果表明分段线性松弛的方法可以使求解简单,能够获得全局最优解。管线费用的减少使年度化费用降低,全局优化能得到一个经济性更好的多杂质水网络,这种方法对于节省设备投资和操作费用,具有重要意义。     

超滤水处理系统中膜组件化学清洗方法研究

对1级1段超滤水处理系统中膜组件的化学清洗问题进行了研究,改进了膜污染模型,给出清洗依据,规划期为2年,1个月为1个时段,以规划期内总的操作费用最小为目标,将膜组件的化学清洗表达为一个混合整数非线性规划(MINLP)问题,用GAMS软件进行求解,得出规划期内膜组件的最佳清洗时机。算例结果表明,提出的超滤膜组件的化学清洗策略和求解方法是可行的,与实际生产中膜组件的清洗操作相一致。     

用于热集成精馏序列综合的改进模拟退火算法

提出一个用于多组分热集成精馏系统综合问题的改进模拟退火算法.将优化问题表示为混合整数非线性规划（MINLP）问题,将算法设计同研究问题的特征相结合,运用本文方法可在同一退火策略下实现流程结构和操作参数的同步优化,并能达到计算精度和计算速度的更好均衡.通过对大规模算例（产品数≥10）的计算表明,该方法对求解此类问题非常有效.     

基于改进深度强化学习的乙烯裂解炉操作优化

乙烯裂解炉是乙烯生产的核心,对其生产操作优化的研究在提高乙烯工厂生产水平和经济效益方面具有重要意义。裂解炉中的裂解过程具有高维度、多模态和非线性的特征,传统优化方法难以实现根据工况变化的操作优化。针对上述问题,提出基于改进TD3深度强化学习算法的乙烯裂解炉操作优化,首先结合裂解过程将裂解炉一个运行周期内的操作策略视为顺序决策,利用实际生产过程数据和人工神经网络对裂解炉生产过程建模作为强化学习智能体交互的环境,然后引入多评价网络机制估计动作价值,有效缓解TD3训练缓慢和策略保守的现象,最后应用该算法求解乙烯裂解炉生产操作优化问题得到有效的优化策略,验证了所提算法的有效性。实验结果表明,所提出的操作优化策略显著提高了裂解炉主要产物的收率。     

种群分布式并行遗传算法解化工多目标优化问题

带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)在与流程模拟软件Aspen Plus结合求解化工多目标优化问题方面耗时较高.为了解决这一问题,本文提出了一种种群分布式的并行遗传算法(populations distributed parallel genetic algorithm,PDPGA),将模拟计算任务分配给局域网的多台子节点计算机并行执行.以氯乙烯精制的多目标优化过程为研究对象,选取氯乙烯采出量最大化和系统总能耗最小化为两个目标,低沸塔和高沸塔的质量回流比、塔顶馏出率和塔压6个操作参数为优化变量.分别应用PDPGA和NSGA-II对上述过程进行优化求解,二者的种群规模均设为70,进化代数均设为70,PDPGA使用1主节点和2子节点共3台计算机.结果表明,与直接应用NSGA-II进行串行优化相比,PDPGA优化方法能充分利用闲置的计算机资源、有效提高解得质量和大幅降低优化计算的时间.     

石化园区厂际提纯回用氢气系统优化

石化园区化肥厂、乙烯厂等富氢气体送往炼油厂,能够缓解炼油厂的氢气亏缺,因而石化园区厂际氢气系统优化具有重要的意义.本文构建了石化园区厂际提纯回用氢气系统超结构模型,以年度化总费用为目标函数,建立优化的数学模型,使用商业优化软件GAMS平台建模,用DICOPT作为求解器.对某石化园区的氢气系统进行了优化,结果表明,总的年度化费用比现行的系统降低了33.1%.     

锅炉蒸汽系统多操作周期的优化调度

针对锅炉蒸汽系统必须满足外界蒸汽的需求发生周期性变化的情况,提出了每个周期的操作费用和周期之间锅炉启动和停运的转运费用的优化调度问题.针对此混合整数非线性规划问题,提出了用列队竞争算法和动态规划法分步求解的计算方法,所需的计算时间仅与周期数成正比,而且能得到全局最优解.两个实例说明了该方法的有效性.     

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。     

化工过程多目标优化适宜解的模糊确定

应用模糊优化原理求解化工多目标优化问题.基于相对优属度的多目标模糊优化法适合复杂系统的求解,而且在过程中充分运用了空间图形直现的特性,达到了问题求解的过程简约化.本文作者以合成氨凝液回收系统的多目标优化为例,说明化工过程多目标优化适宜解的模糊确定.     

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。     

有并行设备的多目的间歇生产调度

针对有并行设备的多目的间歇生产调度问题,建立了以所有订单生产步骤排序和订单各阶段所选用分配规则为决策变量的调度优化模型,并提出了列队竞争算法求解该模型的有效个体表示方法及变异操作策略。实例计算表明:所提出方法的求解效率优于文献中所报道的方法,特别在求解有多台并行设备的调度问题时能得到比文献更好的结果,表现出其求解大规模复杂多目的调度问题的潜力。     

基于多目标进化算法的对二甲苯氧化反应过程优化操作

针对单目标优化算法在求解优化问题时普遍存在易陷入局部最优的缺陷,本文提出采用基于精英选择和个体迁移的多目标优化方法来求解单目标优化问题,通过对原问题目标进行有效分解,将其分解为多个子目标,通过对多个子目标的优化来扩大搜索范围,加快算法的收敛速度。仿真结果表明,与文献中方法相比,采用多目标方法来求解单目标问题能显著提高算法收敛速度,将其应用于对二甲苯(PX)氧化反应过程的优化操作,在相同计算成本条件下,醋酸和PX燃烧损失明显下降,成本损失大幅减少。     

油轮到达时间不确定条件下的原油调度优化

原油调度是炼油企业生产的第一个环节,它直接影响后续生产过程的稳定性和经济性.文中采用连续时间建模方法.建立了油轮到达时间不确定条件下的原油从到港、卸载、储存、调合到进料全过程的随机规划机会约束调度优化模型,模型的优化目标是最小化给定调度时界内的总操作费用.采用直方图法对油轮迟到时间进行回归,得到油轮迟到时间的概率密度函数和分布函数,并引入置信水平,将模型中的不确定性约束转化为确定性约束,使得油轮到达时间不确定条件下的随机规划机会约束模型转变为可以求解的确定性混合整数非线性规划模型.针对原油调度模型的特点,采用广义Benders分解算法将原模型分解为两个混合整数线性规划问题和一个非线性规划问题进行迭代求解.避免了直接求解混合整数非线性规划问题的复杂性.最后,将建立的模型和算法应用于背景企业的原油调度过程,结果表明模型和算法都有良好的实用性.     

基于粗糙集的智能可视化优化方法用于加氢裂化反应操作优化

加氢裂化反应的历史生产数据包含了丰富的操作规律,而目前没有被充分挖掘和利用。针对该问题,本文 提出了基于粗糙集的智能可视化优化方法,并应用该方法对加氢裂化反应的操作变量进行了优化。采用自适应离 散化的方法对加氢裂化反应的生产操作数据进行离散化,得到离散化的数据集。针对数据集属性约简的N-P 难题, 提出了基于列队竞争算法的属性约简计算方法。通过对加氢裂化反应的数据集约简计算,使预设的12 个操作变量 约简到了8 个,除去了4 个冗余变量,有效降低了优化搜索空间。在此基础上,应用智能可视化优化方法将约简 后的加氢裂化反应数据降维映射到平面,并生成航煤收率的等值线,据此,直观地确定出了航煤收率的优化区域 和优化操作点。结果说明,选出的优化工况点与原工况航煤收率33.98%相比,能使航煤收率提高到37.58%.