基于初值优选的模拟数据驱动型复杂精馏塔操作优化

论文摘要

化工行业中,复杂精馏塔是最常见的分离单元,其操作不但关乎能耗,也关乎产品质量和分布。但由于机理复杂、变量多,其设定目标（单目标/多目标）下的操作优化十分困难,一直是工程和学术界关注的热点。本文开展的研究就是用数据处理技术,引导流程模拟软件（如PRO/II、ASPEN等）,在塔系统的可行操作域内,快速有效的找到其独立可调操作变量的最优值,以保证其目标函数达到极值。主要研究有:一、鉴于模拟初值多凭经验选取,且对寻优进程有重大影响,提出了基于模拟计算值与现场实际值误差（又称拟合误差）最小,用单目标和多目标遗传算法（GA和NSGA-II）优选模拟初值的方法。二、鉴于复杂精馏塔系统可调变量多,对特定目标函数影响程度不一的特点,提出了用主成分分析法（PCA）优选独立变量的方法,将那些对目标函数贡献大的可调变量设为独立变量,提速了收敛进程。三、在复杂精馏塔独立变量目标函数数组常规GA寻优中嵌入粒子群算法（PSO）,以改善GA的局部寻优能力和加快其收敛速度。具体是利用PSO基于个体最优值及群体最优值更新速度的选择操作替换常规GA的轮盘赌选择算子。将本文开发的方法应用于某炼油厂50×104t/a延迟焦化装置主分馏塔的操作优化研究。其中,设定体系收益为目标函数,契PCA确定一中流量、二中流量、塔顶压力、塔顶冷回流量这四个可调操作变量为独立变量,契NSGA-II确定可行域中的状态点（13490,12075,0.094,4216）为模拟初值,采用GA-PSO进行优化计算,表明经过19次迭代,体系收益达到最大,对应最优操作变量取值（24079,9336,0.112,5290）,相比现有操作（13380,11340,0.094,4100）,增效181.69万元/年。同时,优化进程相比单纯GA计算,GA-PSO迭代计算次数减少8次。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 精馏过程的节能研究现状
•     1.2.1 精馏塔设计及工艺优化
•     1.2.2 精馏塔操作优化
•   1.3 复杂精馏塔的操作优化
•   1.4 本文的研究内容
• 第二章 优选模拟初值
•   2.1 复杂精馏塔的全流程模拟
•   2.2 复杂精馏塔的操作参数及可行域
•     2.2.1 操作参数
•     2.2.2 参数变化及输出范围
•   2.3 模拟初值优选
•     2.3.1 模拟初值优选的一般方法
•     2.3.2 单目标初值优选
•     2.3.3 双目标初值优选
•   2.4 参数误差修正
•   2.5 本章小结
• 第三章 用PCA优选决策变量
•   3.1 复杂精馏塔的可调操作变量
•   3.2 用PCA优选决策变量
•     3.2.1 PCA简介
•     3.2.2 用PCA优选决策变量的一般方法
•   3.3 案例说明
•     3.3.1 目标函数
•     3.3.2 数据获取与处理
•     3.3.3 主成分分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 工艺单元的操作优化
•   4.1 单目标优化算法
•     4.1.1 GA算法
•     4.1.2 GA+PSO算法
•     4.1.3 两种算法效果对比
•   4.2 软件交互与算法集成
•   4.3 本章小结
• 第五章 案例应用
•   5.1 研究对象
•   5.2 优选初值
•   5.3 目标函数
•   5.4 决策变量优选及可行域
•   5.5 约束条件
•     5.5.1 系统内热联合约束
•     5.5.2 产品质量约束
•   5.6 操作优化
•     5.6.1 基于GA+PSO算法的操作优化
•     5.6.2 基于GA算法的操作优化
•     5.6.3 结果对比与分析
•   5.7 本章小结
• 结论与建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄仁宇

导师: 李国庆,陈文良

关键词: 复杂精馏塔,操作优化,流程模拟,初值,遗传算法

来源: 华南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 数学,无机化工,有机化工

单位: 华南理工大学

分类号: O224;TQ051.81

DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.003278

总页数: 70

文件大小: 1654K

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