一种复杂精馏流程的编码表达法

提出一种多组分精馏流程的编码表达法,适用于由简单塔、带有侧线汽提或侧线精馏类型的塔以及Petlyuk类型的塔等单元构造的分离流程.首先根据塔段数和换热器数目之间的关系导出所有可能的分离方案,其次用整数作为编码来产生所有可能的分离任务顺序和换热器方案,最后用二叉树方法建立编码组合与流程结构之间的映射关系,从而实现整个流程的合理表达.同以往的方法比较,本文方法的适用范围更广,可表达更复杂的分离流程,同时简单易行.     

基于遗传规划的复杂精馏系统综合

提出了基于遗传规划的复杂精馏系统的综合方法.针对复杂精馏系统特点并结合化工领域知识,对遗传算子进行了改进,给出了一套独特的编码方法和求解策略.算法利用层次化结构来直观地表达复杂分离流程,同时解决了其他随机算法编码在表达精馏过程时的歧意性问题.在不必给定精馏系统超结构的情况下,能够完成可行域的自动搜寻.实例计算表明,基于遗传规划的综合策略可以用于求解复杂精馏系统的最优综合问题,实现了包括侧线塔、完全热偶塔及同时考虑热集成的各种复杂精馏结构的自动搜索寻优.     

物系和分离要求对最优三组元精馏结构选择的影响

针对三组分混合物的分离,选取6种不同分离指数的物系,根据多种进料组成和分离要求,对传统的直接分离序列和间接分离序列及其热集成方式、部分热耦合精馏中的侧线精馏和侧线提馏、完全热耦合结构（即隔板塔）进行了模拟与优化设计,并以年度总费用最低为目标选出各种情况下的最优精馏结构。结果表明,分离指数、进料组成及分离要求都对精馏结构的优化选择都有显著影响,热集成精馏、部分热耦合以及完全热耦合精馏结构分别在不同条件下各具有优势。根据分析结果,对影响最优三组元分离精馏结构的因素进行归纳。     

物系和分离要求对最优三组元精馏结构选择的影响

针对三组分混合物的分离,选取6种不同分离指数的物系,根据多种进料组成和分离要求,对传统的直接分离序列和间接分离序列及其热集成方式、部分热耦合精馏中的侧线精馏和侧线提馏、完全热耦合结构(即隔板塔)进行了模拟与优化设计,并以年度总费用最低为目标选出各种情况下的最优精馏结构。结果表明,分离指数、进料组成及分离要求都对精馏结构的优化选择都有显著影响,热集成精馏、部分热耦合以及完全热耦合精馏结构分别在不同条件下各具有优势。根据分析结果,对影响最优三组元分离精馏结构的因素进行归纳。     

热集成复杂精馏系统综合的研究

将夹点分析法应用于热集成复杂精馏系统综合的换热网络设计中,避免了以换热网络结构作为独立变量,建立了一个以预分馏塔组分回收率、回流比及操作压力为连续变量,以分离序列和热耦合方式为离散变量的混合整数非线性规划(MINLP)模型。该模型用改进的模拟退火算法求解,可同时得到优化的流程结构和操作参数。对多个五组分混合物分离问题进行了求解,并对不同优化方案的优化结果及其经济性作了比较和分析,结果表明采用热集成复杂精馏塔流程可以显著地降低系统的总费用,还表明该方法是求解热集成复杂精馏系统综合问题的有效方法。     

带有中间热集成的精馏塔序列及其性能

提出一种带有中间热集成的精馏塔序列(IHISDC)的流程,针对三组元混合物分离的简单塔直接序列,对该流程进行了分析。与传统热集成精馏序列(HISDC)相比,提出的IHISDC通过中间换热器将高压塔的精馏段与低压塔的提馏段进行局部热集成,使能量集成精馏塔之间的压力差更小,进而使能耗费用下降。同时发现,IHISDC中的高压塔再沸器热负荷和低压塔冷凝器热负荷增加,由于换热器数量的增加,IHISDC的投资费用较大。为了进一步降低IHISDC的年度总费用,需要对其设计参数进行优化。     

最小有效能损耗的多组分精馏流程优化设计

提出了以有效能损耗最小为目标、同时又考虑热集成的多组分复杂精馏塔序列优化设计新策略。该复杂精馏塔模型:1股进料、2股出料,每块理论板上均可有中间冷凝器或再沸器。复杂精馏过程的设计步骤是:①根据过程有效能最小确定优化塔序列;②对每个塔优化设计出含中间换热器的复杂塔;③考虑多效且允许热集成的复杂精馏流程,以塔压为决策变量,以精馏过程有效能损耗最小为目标,建立并优化设计出一个热集成的复杂精馏流程。一个3组分精馏过程的例子表明所提策略简单有效,可用来指导多组分精馏过程的优化设计。     

分离五组分含复杂精馏塔流程的研究

以年费用为目标函数，对22个分离5组分混合物的精馏流程进行了研究．除了简单塔的14个序列之外，还包含8个含复杂塔（侧线汽提和／或侧线精馏塔）的流程.以不同的物系在不同的进料组成下，对流程的分离费用进行实例研究，通过分析得出构造含复杂塔精馏流程的实用规则.     

基于随机优化的热耦合复杂精馏系统的综合（II）计算举例与分析

应用部分(Ⅰ)提出的模型化方法,对多个5组分混合物分离问题进行了求解,以说明方法的实施和有效性.对不同优化方案的优化结果及其经济性做了比较和分析,基于分析结果,对多组分热耦合复杂精馏流程的经济性和设计规则进行了初步归纳.     

考虑中间换热器的能量集成精馏序列合成

针对考虑中间换热器（IHE）的精馏序列合成问题,提出基于随机优化策略的能量集成非清晰精馏序列（IHE-HIDSs）合成方法。通过对精馏序列分离任务合并处引入二元0/1变量表示是否存在IHE,以精馏序列的年总成本（TAC）为优化目标,建立了该合成问题的隐式混合整数非线性规划模型（MINLP）,通过模拟退火和粒子群优化（SA-PSO）混合随机优化算法进行求解。为验证在精馏序列合成中同时考虑IHE的必要性以及所提出合成方法的有效性,对五组分醇类混合物和五组分烷烃类混合物两个算例的精馏序列合成问题进行了研究。结果表明,相比同时考虑热耦合和能量集成的精馏序列,IHE-HIDS具有更低的TAC。此外,所提出的方法可以在合理的计算时间内以高概率获得多个分离序列方案。     

热耦合精馏醇醚共沸混合物的设计与优化

为了获得节能经济的分离仲丁醇(SBOH)-仲丁氧基甲氧基甲烷(SMMB)-二仲丁氧基甲烷(DSBM)共沸物系的精馏工艺,文中基于热耦合精馏原理及萃取精馏原理构建了6种分离序列,以TAC(年总成本费用)最小为优化目标,采用序贯迭代优化方法考察理论塔板数、回流比、进料位置、侧线采出位置等设计参数对节能、投资的影响。研究结果表明:分隔壁侧线精馏塔(DWC-SR)与萃取隔壁精馏塔(EDWC)组合分离序列,节能与降低成本效果显著。与其他5种分离序列比,再沸器热负荷分别减少3.34%,26.44%,0.34%,3.66%,26.63%,TAC分别节约2.19%,23.77%,1.67%,3.78%,24.74%。     

气体分馏装置的分离序列优化与节能工艺模拟

针对气体分馏装置五塔分离工艺高能耗特点,在Aspen Plus软件模拟结果的基础上,分别采用易分离系数(CES)法和相对费用函数法各自筛选出最佳分离序列,再根据调优法的规划序列原则筛选出气体分馏工艺的最优分离序列。以筛选出的最优分离序列为研究对象,把多效精馏、MVR热泵精馏以及热集成等节能技术应用于气体分馏系统,提出了各种节能分馏工艺。选用软件中的RK-Soave物性计算方法,以能耗和年总费用(TAC)为评价指标,对以上提出的各种节能技术方案进行模拟与优化。研究结果表明,对于五塔气体分馏装置,最为节能的分馏工艺是:T202和T204分别采用MVR热泵精馏技术,T201塔底与T205塔顶构成MVR热耦合。与常规精馏工艺(分离序列2)相比,优化后的分馏系统能耗减少了75.9%,TAC节省了57.15%。     

多组分复杂精馏流程的简捷设计法

基于对含多个侧线汽提和／或侧线精馏塔的复杂精馏流程的分析,构造了分离五组分的复杂精馏流程。提出了基于流程水平的多组分侧线汽提和／或侧线精馏塔的复杂精馏流程的设计方法。该法不仅可用于多组分复杂精馏流程的优化设计,并且能为复杂精馏流程的严格模拟提供良好的初值,从而为探讨复杂精馏流程的合成提供有效的途径。     

C3选择性加氢热耦合催化精馏流程模拟

针对C₃ 选择性加氢过程中冷剂费用过高问题提出将选择性加氢催化反应器设置在脱乙烷精馏塔的提馏段,并通过原流程的3 个精馏塔的不同热耦合方式所构成的3 种热耦合催化精馏结构;对三热耦合催化精馏结构分别进行严格模拟和评价,表明通过分离和加氢反应的结合增加了加氢反应的转化率,并通过热耦合降低了分离能耗,年度总费用降低显著。模拟结果表明,3 种方案的年度总费用节约效果分别为4.107%、6.420%和10.337%。     

C_3选择性加氢热耦合催化精馏流程模拟

针对C3选择性加氢过程中冷剂费用过高问题提出将选择性加氢催化反应器设置在脱乙烷精馏塔的提馏段,并通过原流程的3个精馏塔的不同热耦合方式所构成的3种热耦合催化精馏结构;对三热耦合催化精馏结构分别进行严格模拟和评价,表明通过分离和加氢反应的结合增加了加氢反应的转化率,并通过热耦合降低了分离能耗,年度总费用降低显著。模拟结果表明,3种方案的年度总费用节约效果分别为4.107%、6.420%和10.337%。     

三组元全热耦合精馏过程的模拟计算

本文利用Aspen软件对三组分进料全热耦合精馏的分离流程进行设计和模拟,建立了相应的具体计算步骤。首先利用三塔模型把热耦合精馏过程简化为3个单独的简单清晰分割塔,通过简捷法设计和模拟得到塔板数和回流比等初值后进行严格法模拟,得到热耦合精馏的数据和操作条件。然后采用Aspen软件中的RadFrac模型,将三塔模型的模拟初值代入全热耦合模块进行严格模拟。结果表明,采用全热耦合精馏分离C4三组分比传统精馏的直接序列和间接序列节能约为20%。     

内部热耦合空分塔的节能优化分析

内部热耦合精馏是迄今为止所提出的节能效果最好,而唯一没有商业化的节能技术。将内部热耦合技术用于空分塔,可以带来良好的节能效果。根据低温空气分离过程以及三组分精馏的特点,提出了一种新的内部热耦合空分精馏塔优化模型。在优化模型基础上,对热耦合塔进行了深入的节能优化与分析,并且与常规空分仿真结果进行了比较分析,压缩机能耗下降20.75%,产值增加17.46%,单位产值能耗下降32.53%。内部热耦合空分塔的提取率以及能耗均优于常规热耦合空分塔,节能效果显著。     

隔壁精馏塔应用于空气分离的研究

以空气分离为例,考察了将隔壁精馏塔应用于空气分离的建模与基于年总成本的优化过程。首先对于空分上塔的氩浓度剖面进行了分析,提出了两种应用隔壁精馏塔的可能性,最终选择了带侧线精馏段的隔壁塔。然后考察了空分隔壁精馏塔上塔的各个结构参数与操作参数对其年总成本的影响,在保证产品质量的基础上得到优化的结构参数与操作参数。研究表明,与传统流程相比,将隔壁精馏塔应用于空气分离过程可使年总成本减少7.69%。     

基于信赖域算法的精馏塔优化

从结构优化角度建立精馏塔优化的混合整数非线性规划(MINLP)模型,为了消除整数变量,引入绕流效率将MINLP问题转化为非线性规划(NLP)问题。针对得到的NLP问题提出一种优化方法,在该方法中采用结构优化中常用的信赖域优化算法进行求解,并应用虚拟瞬态连续性方程辅助优化中的稳态模拟。采用提出的优化方法对3个精馏系统进行设计优化,以不同初始值开始,均可得到令人满意的优化结果,表明所提优化方法具有良好的稳健性,对于较复杂的部分热耦合精馏过程仍然可以有效优化求解;信赖域算法在精馏塔优化中也表现出良好的收敛性。     

面向热集成耦合的精馏过程集成控制与优化

针对具有塔底产品和进料换热热集成的精馏过程，通过机理分析和基于流程模拟软件的仿真分析，说明了再沸热负荷与塔底液位、进料温度等变量的耦合关系，提出了一种面向热集成耦合的集成控制和优化策略，使用再沸热负荷对原料的焓值变化进行补偿，并兼顾塔底液位，保证产品质量合格。集成策略在实际装置上进行了应用研究，解决了塔底产品流量与再沸热负荷之间的协调控制问题。