基于多目标教学优化算法在二甲苯吸附分离过程优化中的应用

以C8芳烃混合物的吸附分离过程作为研究对象, 应用多目标教学优化算法(multi-objective teaching-learning-based optimization algorithm, MOTLBO)对模拟移动床多目标优化问题进行求解。采用TMB方法, 建立了模拟移动床模型, 并对两个典型的模拟移动床多目标操作优化问题进行了优化设计。通过与NSGA-Ⅱ算法的比较, 证明了多目标教学优化算法在求解模拟移动床多目标优化问题上的有效性和优势。此外, 还分析了抽出液流量、抽余液流量以及步进时间等对多目标优化非劣解的影响, 优化结果为模拟移动床分离过程的工艺设计和操作提供了依据。     

基于多策略自适应差分进化算法的污水处理过程多目标优化控制

针对污水处理过程中的能耗过高和出水水质不达标等问题,提出一种基于多策略自适应差分进化算法的污水处理过程多目标优化控制方法。首先,在常规跟踪控制结构的基础上,增加对第3、4单元溶解氧浓度的跟踪控制,扩大了能耗和出水水质的优化调节范围。然后,设计一种多策略自适应差分进化算法（MSADE）,该算法采用多策略融合变异和排序优选方法,选取合适的变异策略和较优的随机个体引导种群变异,并根据进化过程信息自适应地更新交叉率,以提升算法的收敛性和pareto解的多样性。最后,将MSADE算法与PID控制器相结合,并构建以能耗和出水水质为优化目标的多目标优化问题,实现对溶解氧和硝态氮浓度设定值的动态寻优和跟踪控制。基于国际基准仿真平台BSM1进行验证,结果表明所提的多目标优化控制方法能有效降低污水处理过程的能耗并提升出水水质。     

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.     

针对多目标优化的精英保留非劣排序遗传算法

遗传算法是模拟自然界生物进化过程的计算模型。作为一种有效的全局并行优化搜索工具,它具有简单、通用、鲁棒性强和适于并行分布处理的特点以及广泛的应用潜力。本文阐述了遗传算法的基本原理和方法,并着重介绍了一种改进的遗传算法——精英保留非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),并将其应用于化工中的多目标优化。     

碳五隔壁反应精馏预处理工艺模拟及多目标优化

针对碳五综合利用预处理工段能耗较高的现状,在反应精馏(RD)预处理流程基础上提出了隔壁反应精馏(RDWC)预处理流程。首先,利用化工模拟软件Aspen Plus搭建RDWC四塔等效严格模型,并对其进行自由度和单变量分析。在此基础上,以响应面Box-Behnken Design(BBD)方法作为模型拟合工具,拟合出目标变量与决策变量之间的函数关系,并对拟合结果进行方差分析(ANOVA)。最后采用基于分解的多目标进化算法(MOEA/D)对RDWC预处理流程进行多目标优化,得到一系列Pareto最优解,选出其中年总成本(TAC)最小的一组解与RD预处理流程进行对比。结果显示：与RD预处理流程相比,RDWC预处理流程可以节约TAC 12.8%,节省再沸器负荷27.8%,选择性也有所提高。     

基于HGA的经费分配多目标优化模型求解

为探索新的经费分配方法和管理模式,建立一种新的多目标非线性规划优化模型,提出一种先进的基于正交试验的新型混合遗传算法来求解该问题。对求解过程中的选择算子、交叉算子和变异算子等进行正交试验,得到的种群个体明显优于基本遗传算法的个体,仿真结果表明,该算法收敛寻优能力强,并能产生很多次优解,是一种高效的方法。     

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。     

吸收塔优化设计目标函数建立与求解

建立了吸收系统优化设计模型。该模型以整个吸收系统的年总费用（包括塔设备费用、填料费用、离心泵、风机和各辅助设备的年折旧维修费、吸收剂费用等）最小为优化目标,以吸收塔的液汽比为决策变量,用黄金分割法求得最优解。算例表明,该吸收系统的液汽比取值对优化结果影响显著。吸收塔优化设计比常规设计可节省年费用9.5%左右。     

进化多智能体技术在多目标优化中的应用

针对多目标优化研究中传统遗传算法存在的一些问题,引入人工智能领域新兴发展起来的多智能体技术,结合遗传算法形成进化多智能体系统来求解多目标优化问题.主要对进化多智能体系统框架、进化遗传算法进行了论述.     

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。     

多喷嘴对置式粉煤气化炉的数值模拟

采用k-ε湍流模型对多喷嘴对置式粉煤气化中试装置进行了三维数值模拟研究。引入了多反应进程变量MSPV方法分别模拟了煤的脱挥发分、焦炭与氧气、焦炭与二氧化碳和焦炭与水蒸气的4个过程;用截断高斯分布的PDF函数表示湍流对化学反应的影响。模拟结果显示:常压下,火焰主体温度约2 500 K;除喷嘴区域外,煤中释放的气体在气化炉内分布均匀;焦炭与二氧化碳、焦炭与水蒸气的气化反应主要集中在折返流区。喷嘴高度上移0.2 m,撞击流股速度增加约50%,拱顶附近温度上升108 K。氧煤比/水蒸气煤比增大,撞击流对炉顶的冲刷力显著增加。     

Coupling reduced-order modeling and coarse-grained CFD-DEM to accelerate coal gasifier simulation and optimization

High fidelity three-dimensional (3-D) numerical simulations of commercial-scale coal gasifiers are very time consuming and expensive. This article proposes a reduced-order modeling approach that uses quasi one-dimensional (1-D) CFD–DEM simulation results to serve as an accurate initial condition for the 3-D simulation, which significantly shortens the physical time from several hours to minutes to achieve steady states. The 3-D simulation employs a previously validated coarse-grained CFD-DEM approach, which further accelerates the simulation. Both 1-D and 3-D simulations adopt a particle shrinkage scheme to correctly account for the particle volume change due to chemical reaction and thus provides an accurate bed height. Comparison with available experimental measurements of the bed temperature and synthesis gas composition is used to validate the simulation. The final syngas composition and flowrates are strongly affected by the fuel or gasification agent rate and process operating conditions as expected. This approach is then used to optimize two important operating conditions (air and steam flows) to achieve specific gasifier performance goals for the production of Fischer–Tropsch synthesis gas and production of fuel gas for gas turbines.     

Shell干煤粉气化的模拟与分析

为研究Shell干煤粉气化特点,利用Aspen Plus模拟软件为工具,建立Shell气化炉模型。通过模拟Shell干煤粉气化的压力、氧煤比、蒸汽煤比对气化过程的影响,结果表明,增加压力能够使合成气中的甲烷含量升高,氧煤比和蒸汽煤比对气化温度和合成气组成有重要影响。气化温度随氧煤比的增加而升高,有效气体摩尔分数先增加后减少,蒸汽煤比可以调节气化反应温度。对屯留煤来说,Shell煤气化的最佳氧煤比为0.74~0.80kg/kg,反应温度为1475.6~1580.17℃,最佳蒸汽煤比为0.09~0.13kg/kg,相对应的反应温度为1630.60~1532.11℃。     

碎煤加压气化炉的改进

为了解决碎煤加压气化炉生产中存在的蒸汽消耗高、污水产量大且处理费用较高的问题,提出了将气化炉产的煤气水通过高压泵送入气化炉的氧化层内,让水汽化吸收一部分热量的改进方案,喷水喷嘴采用耐高温、耐腐蚀、耐磨雾化喷嘴。结果表明:1台碎煤加压气化炉加入煤气水2 t/h,节省3.8 MPa 6 t/h的蒸汽,同时也少产生6 t/h污水,每台气化炉可节省运行费用586元/h,经济效益明显。     

二次氧量对分级气化炉气化特性的影响

分级给氧气流床气化炉具有碳转化率高、炉内混合过程强烈、喷嘴附近温度较低等优点。本文采用CFD数值模拟的方法研究了二次氧量变化对气化炉运行特性的影响,分析比较了不同二次给氧量下相交射流火焰特性的变化,及相交射流对煤气化炉炉内整体混合过程、煤气化特性的影响。发现当二次给氧量下降时,受炉内回流流场的影响,二次火焰明显随回流发生偏斜,壁面温度升高。当二次给氧量小于总给氧量的8%时,其射流动量不足以影响主射流产生的宏观流场。     

GSP气化炉内多相湍流反应流动模拟研究

采用涡耗散概念(EDC)模型,对某化工厂的GSP气化炉内多相反应流场进行了数值模拟研究.计算中采用Realizable k-ε湍流模型对雷诺平均后的N-S方程进行封闭;采用离散相随机轨道模型来模拟气化炉内煤颗粒的弥散运动;采用P1模型对燃烧的辐射传热进行模拟.计算结果表明:气化炉内为强旋射流流场,颗粒在气化炉顶部回流区...     

不同煤种在碎煤加压气化炉上的工业应用分析

目前碎煤加压气化技术存在着一定的问题,主要是副产物多、气化废水量大和气化废水难处理等问题,这些问题的存在已经限制了碎煤加压气化技术的应用。为了解决这些问题,在仔细分析了加压固定床的气化原理后,从根本上找出产生问题的原因在于选用了不适合的气化煤种,并提出了碎煤加压气化技术对原料煤质的要求。在通过褐煤、长焰煤、贫瘦煤、无烟煤的煤质分析进行分析后,提出了无烟煤是碎煤加压气化技术最适合的煤种,又结合已经在碎煤加压气化炉上使用的褐煤、长焰煤、贫瘦煤、无烟煤的主要工业运行参数进行了分析对比,进一步确定了无烟煤是碎煤加压气化技术的最适合的气化原料煤。同时实际的工业运行结果也说明：在碎煤加压气化炉上使用无烟煤,可以从根本上降低气化废水的处理量和处理难度。     

多喷嘴对置式水煤浆气化装置的优化与运行

兖矿国泰化工有限公司多喷嘴对置式水煤浆气化装置于2005年7月23日一次化工投料成功,现处于良好的运行状态,工艺指标先进,系统运行安全稳定,操作控制手段先进灵活。本文介绍了在该气化装置上关于气化炉带压连投、预热口封堵砖、工艺烧嘴头部的保护、振动筛换型、过滤机换型等方面所进行的优化和改进。     

Numerical study on the coal gasification characteristics in an entrained flow coal gasifier

The coal gasification process of a slurry feed type, entrained-flow coal gasifier was numerically predicted in this paper. By dividing the complicated coal gasification process into several simplified stages such as slurry evaporation, coal devolatilization and two-phase reactions coupled with turbulent flow and two-phase heat transfer, a comprehensive numerical model was constructed to simulate the coal gasification process. The k– turbulence model was used for the gas phase flow while the Random-Trajectory model was applied to describe the behavior of the coal slurry particles. The unreacted-core shrinking model and modified Eddy break-up (EBU) model, were used to simulate the heterogeneous and homogeneous reactions, respectively. The simulation results obtained the detailed information about the flow field, temperature and species concentration distributions inside the gasifier. Meanwhile, the simulation results were compared with the experimental data as a function of O₂/coal ratio. It illustrated that the calculated carbon conversions agreed with the measured ones and that the measured quality of the syngas was better than the calculated one when the O₂/coal ratio increases. This result was related with the total heat loss through the gasifier and uncertain kinetics for the heterogeneous reactions.     

气流床煤气化炉壁面反应模型

建立了气流床煤气化炉煤灰渣颗粒沉积和壁面反应模型,相应完善了渣层流动、传热传质和相变模型,发展了数值模拟方法,并以国内某型两段式干煤粉加压气流床煤气化中试炉为对象进行了模拟。利用建立的模型可以得到壁面反应速率、渣层含碳量、固态渣层厚度、液态渣层厚度、渣层平均温度和液态渣层平均速度等。结果表明:氧煤比升高,渣层平均温度升高,固态渣层厚度、液态渣层厚度和气化炉出口灰渣含碳量降低。计算得到的灰渣含碳量在14%左右,整体碳转化率为95.2%左右,与实际值相近。通过模拟发现壁面反应对于所分析气化炉的碳转化率、排渣含碳量、壁面渣层流动和温度状态具有重要影响,进而影响气化炉的安全稳定运行。