高低压脱乙烷塔系经济环境多目标优化

在双碳目标的背景下,传统化学工业需在经济效益与环境影响之间寻求平衡。高低压脱乙烷塔系作为典型的乙烯生产单元,进料组成多变,存在工艺参数及时调节、物料精准分离与高能耗冲突的问题。为解决此问题,提出了一种多目标优化框架,基于Aspen Plus平台构建双塔脱乙烷工艺模型,在限定包括产品品质约束、工艺最大允许操作范围的基础上,通过非支配排序遗传算法-Ⅱ(NSGA-Ⅱ)来获得环境与经济效益双目标的帕累托前沿,并进一步采用多目标决策分析准则优劣解距离法(TOPSIS)来获得帕累托前沿最优操作点。最后,使用单变量分析法研究了裂解反应温度、高低压脱乙烷系统进料预冷换热温度、低压塔塔釜热负荷、高压塔回流量对目标函数的影响。结果表明,与工厂实际操作条件相比,优化方案在牺牲税前利润0.91%的基础上,二氧化碳排放量减少了8.45%,有望同时实现经济效益和环境影响最佳的双目标。

硬球链流体在平板和硬球表面分布的密度泛函理论

采用Yethiraj和Woodward的密度泛函理论方法,结合胡英和刘洪来等发展的硬球链流体状态方程,得到了自由连接硬球链流体在平板狭缝中和球形固体颗粒表面附近的密度分布表达式,并计算了在两平行壁所组成的狭缝中和直径大小不同的球形固体颗粒周围硬球链分子的链节密度分布。理论计算结果与作者采用Dickman和Hall的方法进行MonteCarlo计算机模拟结果非常吻合。颗粒直径对链状分子的密度分布有一定的影响,随着固体颗粒直径的增加,靠近颗粒表面附近的链节密度降低。

基于云模型的分布估计算法及其在物性参数估算中的应用

为了克服传统计算方法在估算复杂体系的参数时往往难以保证其准确性的不足,引入一种改进的分布估计算法用来计算适应于聚合物体系的热力学状态方程参数.该改进算法以云模型理论为基础,提出一种新型的构建种群个体解空间概率模型的方法.使用测试函数验证结果表明,改进算法能有效地提高收敛速度和搜索精度.将该方法应用于超临界乙烯配位聚合体系的链扰动统计缔合流体理论(perturbed-chain statistical associating fluid theory,PC-SAFT)状态方程二元交互参数k_(ij)的求解,所得结果用于状态方程再参数化,能精确描述组分间的气液相平衡.

基于多输出支持向量机的聚乙烯相对分子质量分布建模与优化(英文)

相对分子质量分布(MWD)是聚合物产品重要的质量指标,目前实时检测相对分子质量分布仍缺乏有效的方法.在聚合物研究中,高精度的相对分子质量分布实时检测方法是当前的研究热点.不同于其他文献中描述的方法,通过结合聚合反应机理和过程信息建立相对分子质量分布的混合模型来解决预测精度和实时性问题.首先利用催化剂各活性中心的分布函数加权叠加拟合相对分子质量分布,分布函数参数和工艺条件之间的关系可通过多输出支持向量机回归(MSVR)算法来描述;其次应用无约束非线性优化方法优化上述方法建立的混合模型的工艺条件;最后将建立的混合模型应用于乙烯聚合过程,验证了上述方法的可行性.

基于改进量子粒子群算法的无分流换热网络综合

用数学规划法求解换热网络优化问题,当换热网络模型考虑所有分流情况时,会包含大量的连续和离散优化变量,因此对大规模换热网络的优化求解非常困难。相比有分流模型,无分流的网络模型结构简单,变量少,求解难度低。本文以分级超结构模型为基础,建立了无分流换热网络模型,以年综合费用为优化目标,提出用单层改进量子粒子群算法综合无分流换热网络,即在生成无分流换热网络结构变量的同时,生成换热负荷变量。相比有分流同步综合模型,不考虑分流的同步综合模型的复杂度和求解时间显著降低。采用两个典型算例对该方法的有效性进行了验证。

非均匀流体密度泛函理论研究进展

由于流体在空间分布的不均匀性,可以导致流体在固液、汽液或液液界面形成与均匀流体非常不同的性质。目前对非均匀流体结构和热力学性质的研究主要有积分方程(IET)理论、密度泛函理论(DFT)和计算机分子模拟等。其中 DFT 方法在上个世纪70年代被引入到非均匀流体结构和热力学性质的研究,得到了较快的发展,经历了从简单流体到复杂流体和聚合物流体的发展与应用。不同 DFT 方法本质的区别在于对体系剩余自由能巨势泛函所采用的近似方法不同。在简单流体的 DFT 方法中,对剩余自由能的近似包括:1.局域密度近似,2.力口权密度近似,3.泛函展开近似,4.基本度量理论(FMT)方法,5.桥函数方法等等。考虑分子链的连接性,上述所有简单流体的 DFT 方法都被扩展到了分子流体和聚合物系统。通过引入平均场近似或者加权密度近似对链分子链节之间的 van der Waals 相互作用加以考虑,使 DFT 方法可以应用到更加实际的分子系统。

基于EGO算法的常压塔能量优化

常减压装置能量消耗约占炼厂总用能的25%～30%,在保证产品产量与质量的条件下,优化常减压蒸馏塔操作条件,可有效降低能耗。为了避免随机优化算法对常压塔机理模型进行操作优化时,存在计算资源消耗大、效率低的问题,文中采用基于代理模型的全局优化方法优化常压塔的余热回收过程,在优化迭代过程中用Kriging代理模型来代替耗时的精确模型评估。实验表明模型调用次数相较于粒子群优化算法减少了90%,优化时间减少了85%,实现了能量优化并且保证了侧线产品之间的分离精度。

二甲苯模拟移动床分离过程建模与仿真

模拟移动床(SMB)是混合二甲苯分离的重要技术。模拟移动床区域回流比是决定产品质量的关键参数。在真实移动床(TMB)建模方法基础上,结合实际工况数据,建立了模拟移动床吸附分离过程机理模型,并通过分析区域回流比对产品质量的影响,得到不同产品质量要求以及进料品质的情况下区域回流比的操作区间。仿真结果表明,TMB建模方法能较好地描述模拟移动床实际工况。基于机理模型对操作区间的分析结果可以为模拟移动床分离过程的工艺设计和操作提供指导意见。

基于云计算和虚拟现实技术的化工过程虚拟工厂

作为后超算时代计算服务的主流服务模式,云计算为制造业的资源整合利用创造了全新的服务平台。本文以已有的云计算理论为基础,针对化工过程的特点,提出了基于云计算的虚拟工厂技术体系,通过对关键技术的讨论,有效地将已有的资源虚拟化为服务,并通过虚拟现实技术建立三维云端模拟企业现场环境,增强了用户对现场操作的实际体验。基于云计算和虚拟现实技术建立的乙二醇虚拟工厂表明,系统具有扩展性和开放性,可以快速实现过程的仿真,为工厂的模拟操作提供有效的支持。

基于集成建模方法的乙二醇全流程模拟

乙二醇生产流程是一个包含十几个精馏塔和固定床催化反应器的长流程。由于流程长且反应催化剂影响不易确定等因素,乙二醇生产过程的全流程模拟十分困难。基于ASPENPLUS软件平台,集成支持向量机、优化算法、机理建模等多种方法,建立了乙二醇的全流程模型。通过采集并处理实际生产的工业数据,采用优化算法进行模型的智能校正,进一步完善了模型的性能。乙二醇全流程模型模拟结果与实际工业过程数据相符,能够满足工业建模的要求。

丙烯精馏塔智能控制系统设计及应用

针对乙烯生产装置丙烯精馏塔的工艺特征和操作特点,利用支持向量机在小样本数据建模中的优势,提出一种基于支持向量机丙烯浓度软测量技术,解决了塔釜建模数据样本少的问题,实现了塔釜丙烯浓度在线测量。在上述软测量系统的基础上,设计了丙烯浓度智能控制系统。该系统采用模糊PID作为丙烯浓度控制器,其输出量作为灵敏板温度控制器的设定值,与灵敏板温度控制构成串级调节系统,同时为了克服进料量对灵敏板温度造成的干扰,设计了进料流量前馈控制器。丙烯浓度智能控制系统对塔釜丙烯指标进行实时控制,提高了塔釜丙烯浓度的控制平稳度,解决了塔釜丙烯浓度超标问题。现场应用效果表明,该丙烯浓度软测量系统测量精度高,控制系统可以有效控制塔釜丙烯浓度,取得了良好的控制效果,满足了工业现场运行的需要。

聚酯装置酯化生产过程动态模拟

动态模型是进行生产过程动态优化的基础。本文采用链段法建立了聚酯装置酯化生产过程反应器和工艺塔相互影响的动态模型,分析了基本控制系统作用下过程操作工况的动态阶跃响应特性。模拟结果表明,酯化反应器进料摩尔配比及反应器温度、压力、液位的调整显著影响了酯化过程气相流的变化,且对反应产物中端羧基含量和聚合度等指标的响应比较灵敏;控制系统对稳定酯化生产过程操作起着显著的作用。

香豆胶与有机硼交联过程流变性研究——动态特性初步研究

香豆胶与有机硼交联压裂液是我国自行开发研制的性能优良的压裂液之一 ,本文对其在一定条件下交联过程的动态特性进行了初步研究 ,考察了交联剂、温度等影响因素。对指导交联压裂液的研制 ,评价压裂液性能 ,优化压裂施工条件均具有实际意义 ,为推测压裂液的携砂性能和对携砂压裂液的开发研究提供理论指导。

改进极值策略的多目标粒子群算法及其在PX氧化过程中应用

提出了一种新的用于求解多目标问题的粒子群算法,该算法采用一种新的全局极值和个体极值选取策略,提升了种群逼近Pareto最优前沿的稳定性和精度,同时为了提升种群跳出局部最优的能力,提出两步变异操作。此外还采用了外部存档存储每一代产生的非支配解,并且使用动态更新的拥挤距离来维持外部存档的规模。然后,通过典型的ZDT系列测试函数时该算法进行评估,并与MOEA/D、NNIA和NSGA—Ⅱ3种多目标优化算法进行比较。实验结果显示,新算法相较于其他算法具有较好的分布性与收敛性。最后将其应用于PX氧化反应操作优化中,在相同计算成本的条件下,新算法优化后的醋酸和PX燃烧损失明显下降,成本损失大幅减少。

基于混合编码的遗传算法在神经网络优化中的应用

提出了一种结合浮点数编码与二进制编码的混合编码遗传算法,该算法在同一条染色体上同时使用浮点数编码与二进制编码,有机结合了两者的优点,并与BP算法结合用于优化神经网络的结构和系数,获得具有更好泛化能力的神经网络。仿真实验结果证实了这种混合编码遗传算法的有效性和优越性能。

基于Kriging的差分进化算法及其在苯乙烯流程优化中的应用

自适应差分进化算法基于个体生成策略和控制参数自适应,无须人为设置参数,对问题有较好的适应性,但其收敛速度和精度有待提高。将具有较高预测精度的Kriging模型应用于自适应差分进化算法中,建立跟随种群变化的Kriging模型,通过模型极值点与种群最优个体竞争,对种群产生扰动,影响种群进化过程,改善算法的收敛速度和寻优性能。对10个典型测试函数的测试结果表明,该算法较标准和自适应差分进化算法收敛速度加快,收敛精度提高,且具有更好的稳定性。将基于Kriging的差分进化算法应用于苯乙烯装置的流程优化,操作运行费用显著降低。

丙烯精馏过程模型及模拟优化

基于丙烯精馏过程的实际运行数据,建立了能够良好描述装置实际运行工况的模型,实现了对丙烯精馏过程的流程模拟。据所建模型,研究了进料组成、丙烯产品中丙烷浓度控制指标、回流比和进料负荷等变量对装置稳定运行的影响,分别从精馏塔的进料位置和操作参数两方面提出了优化建议。即根据进料组成的变化范围,在精馏塔的适当部位增开一个进料口,实现根据进料组成变化灵活调整进料物料的进料板位置;正常进料负荷下,丙烯产品中丙烷浓度的合适控制范围是3000～5000μL/L,合适的回流比范围是12.5～14.0;高进料负荷下,丙烯产品中丙烷浓度控制在6000μL/L的上限附近,循环丙烷中的丙烯浓度控制在6%左右,低进料负荷下,丙烯产品纯度与正常负荷下的控制范围一样,降低循环丙烷中丙烯浓度控制指标至2%左右。

自适应迭代混合建模及在碳二加氢过程的应用

化工过程反应机理复杂,机理模型与实际反应系统之间存在建模误差;同时存在复杂的缓慢时变特征,如催化剂失活、燃料结焦等,难以用确定的机理描述,一般采用简化的关系描述,因此过程模型将与实际过程系统逐渐失配。为了建立能长期精确反映过程动态特性的模型,建立了一种基于过程特性的自适应迭代混合模型(selfadaptive iterative hybrid model,SAIHM)。将机理模型和数据驱动的模型有效融合以提高模型的预测精度;数据驱动的模型采用深度循环神经网络(deep recurrent neural network,DRNN)以充分挖掘相邻工况间的时序关系;基于某工厂碳二加氢绝热反应器的历史运行数据建立的自适应迭代混合模型与现有机理模型的仿真对比结果表明,自适应迭代混合模型能更有效地跟踪实际系统。

助燃空气对乙烯裂解炉NO_x排放的影响

乙烯裂解炉内复杂物理化学过程耦合模拟与优化能够满足乙烯装置对高效率、低污染和低成本的设计和操作要求,对提高乙烯工业的竞争力具有重要意义。针对简单燃烧机理难以准确预测炉膛燃烧生成NOx浓度分布的弊端,提出了在裂解炉使用更准确的简化GRI-Mesh 3.0机理结合涡耗散概念(EDC)模型的方法,并对Sandia Flame D的燃烧过程进行计算流体力学(CFD)模拟,验证了此耦合模型的可靠性。在已建立的燃烧模型的基础上,研究了助燃空气对降低裂解炉NO排放的影响,结果表明:在满足裂解炉热效率的情况下,空气预热温度为300~600 K、过量空气系数为1.1时降低NO的效果最佳。

基础油供应链生产-分销计划模型及其优化

随着市场全球化的飞速发展,供应链思想已渗透到各行各业,是一种新型的企业管理思想。然而在一些产业结构不合理、急需产业升级的领域,几乎没有相关的供应链研究,譬如石油化工领域的量化研究少之又少。本文分析了在独立决策下基础油供应链生产、分销系统中,信息不共享,生产商、分销商以及客户只追求各自利益最大化,忽视甚至是损害了供应链整体利益的现象。针对上述现象,构建了生产-分销集成计划模型,以实现供应链总成本和总反应时间最小,提出了一种基于粒子群算法寻找多目标供应链网络Pareto最优解的方法。仿真实例的结果表明了集成模型的可行性和优越性。