間歇精餾過程優(yōu)化綜合.pdf

1、間歇精餾技術(shù)廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工與制藥工業(yè)中，用于提純或回收高附加值的產(chǎn)品。間歇精餾是一個動態(tài)過程，其本身具有瞬時特性，這種性質(zhì)為過程操作策略的制定以及過程設(shè)備結(jié)構(gòu)的選擇提供很大的靈活度，同時也為研究者們通過優(yōu)化綜合的方法去挖掘間歇精餾過程的經(jīng)濟(jì)潛能以及提高過程的分離效率提供了驅(qū)動力與廣闊的空間。然而，間歇精餾中各個決策變量的時變特性與其過程優(yōu)化所包含的復(fù)雜經(jīng)濟(jì)指標(biāo)權(quán)衡，也為間歇精餾過程的優(yōu)化綜合問題帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
　　本文旨在

2、構(gòu)建一套系統(tǒng)化解決間歇精餾過程優(yōu)化綜合問題的框架。此框架可以涵蓋所有可行的間歇精餾過程，為優(yōu)化綜合問題提供完備的求解空間，并在時間軸上同時考慮間歇精餾空間結(jié)構(gòu)配置與時變控制方案，實時權(quán)衡過程設(shè)計變量與操作變量的最佳匹配關(guān)系，尋求時間與空間雙重維度下的間歇精餾系統(tǒng)最優(yōu)化流程。此框架包括兩個階段：⑴問題定義分析:提出過程綜合問題的可優(yōu)化變量，主要包括間歇精餾系統(tǒng)塔型選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計方案以及操作策略的制定，分析三者之間相互依賴并相互制約的復(fù)雜權(quán)

3、衡關(guān)系，為第二階段中超級結(jié)構(gòu)的建立提供所需變量信息。⑵狀態(tài)時空間超級結(jié)構(gòu)優(yōu)化階段:基于第一階段提供的變量信息，提出以塔板、儲罐為基本單元的復(fù)雜間歇精餾系統(tǒng)狀態(tài)時空間超級結(jié)構(gòu)，據(jù)此建立混合整數(shù)非線性動態(tài)優(yōu)化模型，采用綜合目標(biāo)函數(shù)權(quán)衡操作時間、流程空間，包括過程設(shè)備、工藝物料和公用工程等要素，同時獲得最佳設(shè)備參數(shù)，塔板-儲罐連接配置和決策變量動態(tài)控制方案，由此實現(xiàn)間歇精餾過程的優(yōu)化綜合。在此框架下，由于超級結(jié)構(gòu)中各個流股之間能夠靈活地混合與

4、分配，且平衡級間形成完全互聯(lián)結(jié)構(gòu)，幾乎包含了所有潛在的間歇精餾最優(yōu)化流程，使得優(yōu)化綜合問題求解空間明顯擴(kuò)大。同時，塔板-儲罐之間不同的流股連接形式可以生成不同的間歇精餾塔類型和結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，流股屬性隨時間的不同變化形式可以形成不同的操作策略。因此，整個間歇精餾過程的優(yōu)化綜合問題都可以通過各個流股自身屬性及連接形式同時表達(dá)出來，實現(xiàn)設(shè)計變量與操作變量的同步優(yōu)化。最后，通過對苯-甲苯二元體系以及苯-甲苯-乙苯三元體系案例的建模與研究，實例驗