过程工程综合实验测控系统——通信控件开发与监控组态实现

针对具体过程工程实验测控系统 ,自主开发了串行通信公共用户控件 ,利用组态王 进行监控组态。实际应用表明 ,串行通信公共用户控件成功解决了上、下位机之间串行通信问题 。

间歇化工过程生产调度系统优化的新算法

简述了间歇化工过程领域中化工系统工程的研究课题。提出了间歇化工过程生产调度优化问题的一个新算法──遗传算法。

基于分子动力学模拟的矿物基础油泡沫破裂性能研究

润滑油中的泡沫会增加设备间的磨损,减少油品中的泡沫可以有效降低能源消耗。选用四种矿物型基础油的代表性烃类组分构建了泡沫液膜的分子模拟体系,通过分子动力学模拟分析了液膜破裂过程的微观机理,并计算了单组分及混合组分液膜的破裂时间作为液膜稳定性的评价指标。在此基础上,研究了基础油结构与添加剂、抗泡剂的加入对油基泡沫液膜破裂时间的影响。结果显示,在液膜破裂的过程中,初始孔洞的出现,会显著加快液膜破裂进程,在各基础油体系中加入添加剂、抗泡剂后,液膜破裂时间变化与扩散系数的变化一致,符合泡沫破裂的排液机理。提出的研究方法可从分子层面深入分析油基泡沫的稳定性及破裂机理,探索减少润滑油品泡沫的方法。

化工过程系统扩产解瓶颈软件(CPDB)的开发及应用

本文在软件工程思想的指导下，以AspenPlus（9.1版）为基础，开发出一套化工过程系统扩产解瓶颈软件（CPDB），具有界面友好、智能性高、系统开放和功能齐全的优点。

计算机集成过程运行系统关键技术研究

针对过程工业的具体特点,讨论了计算机集成过程系统CIPS的概念、特点以及应用,然后着重分析了其生产子系统CIPOS的集成目标和集成的若干关键技术:计算机辅助实时监控、故障检测及诊断;系统的支撑环境;产品数据交换标准。

非线性蒸汽动力系统参数优化新方法——改进遗传算法

针对蒸汽动力系统参数优化的整数非线性规划问题（ＮＬＰ）提出一种改进的遗传算法。该算法对连续变量采用连续化遗传算子进行处理，使得算法与原问题的对应更加自然有效。针对常见的提前收敛或局部最小现象提出几种算子。实例表明本方法能对蒸汽动力系统参数准确、迅速地进行优化。

精馏分离序列综合邻域结构的研究

为了有效解决精馏分离序列优化综合问题,研究邻域(超级)结构是成功实现寻优算法的前提。由于精馏分离序列与二叉树之间具有同构性,在数据结构上精馏分离序列可以抽象为二叉树,进而采用图论方法对其进行研究。本文运用组合数学理论深入研究了精馏分离序列综合问题,简明分析了有序剖分问题的计算复杂性;通过二叉树相邻切分点变换机制,实现了对精馏分离序列的随机搜索;提炼出后序遍历相邻变换的等价规则,从而构造出高效演化邻域结构。

最小年度化费用换热网络综合的匹配规则研究

本文在分析换热器投资费用的基础上，指出在进行换热网络综合时应以壳程数作为一个综合目标，并通过与公用工程费用的权衡得到最小年度化费用的换热网络，提出了基于最小壳程数的换热网络综合方法的匹配规则，指出为了获得最小壳程数，冷热流股进行匹配的最大可能交叉程度以及流股间进行匹配的顺序，并提出了不可行匹配的基本准则，通过实例分析得到较好的效果。

大型复杂过程系统用能的诊断与调优

针对大型复杂过程系统用能的诊断与调优，发展了夹点分析（夹点技术）方法。提出采用虚拟温度法，确定各流股匹配换热的传热温差；将过程的夹点分析区分为操作型夹点计算与设计型夹点计算两个层次：操作型夹点计算用于过程用能的诊断；设计型夹点计算指导过程用能的调优。基于以上改进，开发了大型复杂过程系统用能诊断与调优策略，并应用于国内某厂乙烯装置的节能改造，可使该装置吨乙烯能耗降低４．１８７ＧＪ。应用表明本文提出的方法是指导大型复杂过程系统用能诊断与调优的有利工具。

过程系统用能分析

从热力学观点出发认识过程的用能。以系统工程的理论为指导,采用夹点技术对大型化工生产过程系统的用能状况,进行分析和诊断,寻找过程用能的“瓶颈”所在,提出“解瓶颈”的策略,并结合实际生产装置的节能改造,说明该技术的应用。

分离系统与换热网络同步优化方法的改进──神经元网络-遗传算法

采用神经元网络法和遗传算法，在过程系统用能一致性的基础上对分离系统与换热网络同步优化问题提出了改进的优化模型及优化策略。该方法不仅能够自动、迅速地同步得到分离序列与换热网络联合系统的流程结构与操作参数，而且具有获得全局最优解的能力。最后通过实例说明本方法的有效性。

基于层次分析法优化天然气净化工艺

为了避免杂质腐蚀设备或因低温冻结而堵塞换热器,天然气在进入液化装置前需对其进行净化处理,即脱除天然气中的酸性气体(CO_2、H_2S)和水分。本文选用二乙醇胺(DEA)法脱除天然气中的酸性气体,用三甘醇(TEG)法脱除天然气中的水分,通过耦合DEA法和TEG法得到最终天然气净化工艺,且达到净化指标要求。但由于工程手册只能给出工艺参数的大概范围,尚无法得到最优的工艺方案,因此本文首先应用化工模拟软件HYSYS 8.4对天然气工艺过程进行模拟计算,然后在工艺参数推荐范围内设定9组推荐方案,引入系统评价方法中的层次分析法,并基于Matlab程序计算,对9组推荐方案进行多目标综合评价,最终确定最优的净化组合方案。本文可为天然气净化工艺和其他工艺方案的优选提供指导。

集成NGL回收的新型天然气液化系统AP-X^(TM)的概念设计与模拟分析

为提高液化天然气能量集成与设备共用水平,提出了一种基于大型AP-X^(TM)液化流程,综合气体过冷技术(GSP)的集成NGL (天然气凝液)回收工艺的天然气液化系统的概念设计。基于化工流程模拟软件AspenHYSYS进行模拟和分析,将集成工艺多流股换热器性能、全流程的单位功耗和乙烷回收率作为衡量系统性能的三项指标。模拟和分析的结果表明,集成NGL回收的AP-X^(TM)液化工艺单位功耗降低至0.45 kW·h·(kgLNG)-1,较单产系统能耗降低了6%,同时乙烷回收率达到93%,实现了NGL的高效分离。通过热力学分析、?分析和经济性分析得出本设计流程具有较高的性能和经济价值,可为天然气液化工艺的集成设计和技术改造提供指导借鉴。

乙酸乙酯/乙醇/水体系预分离萃取精馏工艺研究

在工业生产过程中经常遇到含有大量水的乙酸乙酯/乙醇/水三元共沸体系,萃取精馏是实现共沸物有效分离的常见手段。对于某一组分含量较大的三元共沸物的萃取精馏分离,预分离的引入能够显著提升过程经济性。针对含有大量水的乙酸乙酯/乙醇/水三元共沸体系的分离,建立了常规三塔萃取精馏、含有预分离的四塔萃取精馏以及预分离塔与萃取剂回收塔耦合的三塔萃取精馏流程,并以年度总费用(TAC)最小为优化目标采用考虑惩罚函数的遗传算法对各流程进行经济优化以获得最优的操作参数和经济费用。经济优化结果表明,预分离塔与萃取剂回收塔耦合的三塔萃取精馏流程与常规的三塔萃取精馏流程相比,可节省27.1%的TAC与29.7%的能量消耗。同时,与含有预分离的四塔萃取精馏流程相比,预分离与萃取剂回收功能的耦合可降低9.9%的TAC与13.0%的能量消耗。

功热交换网络综合的研究进展

功和热是化工工业中使用能源的两种最主要方式,由于流股压力、温度操作需要消耗大量的功热,因此研究功热的协同利用对于提高过程整体能源利用率具有重要的意义。本文首先概述了基于热力学分析的功热交换网络综合的研究情况,以系统[火用]耗最小为目标探讨压缩机、膨胀机优化配置与换热网络用能瓶颈的耦合关系,揭示了功热协同利用的作用机制。然后系统地总结了以年度总费用最小为目标的数学规划模型综合功热交换网络的研究进展,探寻压力操作路径、流股功/热交换匹配、公用工程消耗量及设备投资之间的有效权衡;最后对后续研究进行展望,指出可进一步探究考虑流股冷热性质判定的功热交换网络同步综合、公用工程系统优化与功热交换网络同步设计的耦合等。

基于分子表面电荷密度分布与机器学习的混合物设计方法研究

由于混合物性能的可调控性,当前市场对其关注与日俱增。对于这类产品,基于模型的设计方法由于具有高效性以及普适性,相较于其他产品设计方法得到了更快的发展。但是对于很多性质,如气味、颜色等,准确且普适的模型尚不可得。因此,本文提出了一种基于分子表面电荷密度分布描述符(S描述符)和机器学习模型的混合物设计方法,采用描述符表征产品、再通过机器学习模型将其与性质关联,直接用于混合物产品设计。具体地,根据给定的产品性质需求,机器学习模型直接预测/设计混合物产品的S描述符;然后以欧几里德距离为指标,在给定的数据库中筛选出S描述符满足要求的候选混合物组成。最后,对候选混合物及其组分性质进行实验验证,完成设计。本文以香精的混合替代物设计作为算例,设计得到丙酸叶醇酯的两种混合香精替代物,通过实验对混合物进行了验证。结果表明,混合替代物的气味及其组分的各理化性质均与丙酸叶醇酯相近,证实本文所提出方法的有效性。

基于代理模型的环氧乙烷制乙二醇工艺优化同步热集成

在当前国家“双碳”目标下,通过优化过程参数以减少化工过程能耗是节能减排的有效手段。环氧乙烷催化水合制乙二醇过程耗能高,优化其工艺参数以降低能耗是非常必要的,但由于生产流程复杂,单纯基于流程模拟很难实现多参数的同步最优化。因此本文采用流程模拟生成数据-构建代理模型-同步优化热集成的思路解决该问题。对年产30万吨环氧乙烷制乙二醇工艺进行流程模拟,根据流程中所需公用工程位点确定代理模型输出变量,通过灵敏度分析进一步确定输入变量。由Sobol随机序列生成样本点并通过模拟得到基于机理模型的可靠数据,以数据驱动方式训练神经网络得到代理模型。最后,以总公用工程费用最小为目标,采用遗传算法与D-G模型组成的同步算法对代理模型进行优化,得到最优工艺参数,总公用工程费用较优化前降低4.89%,既证明了方法的有效性,又展示了其在解决复杂全流程同步优化热集成问题方面的应用前景。

基于代理模型的碳捕集与电厂集成调度优化

燃烧后碳捕集技术被认为是目前减少燃煤电厂碳排放最可行的技术之一。但化学法碳捕集装置能耗较高,占用发电负荷,需要将其与发电过程耦合调度,通过错峰捕集降低系统运行成本。本文将碳捕集过程与发电过程集成,通过引入烟气旁路和溶剂储罐两种辅助设备,基于以小时为单位的动态电价和用电量,对耦合系统进行优化调度。针对因碳捕集过程机理模型复杂而无法与系统调度模型协同求解的难题,本文基于流程模拟和神经网络训练构建碳捕集过程代理模型,考虑电力市场和碳市场收益,以电厂日收益最大为优化目标,采用数学规划法优化设计调度方案。最后,以一个600MW的发电厂为算例,进行了系统的最优调度方案和碳捕集过程操作参数的优化。基于优化结果分析了电厂与碳捕集协同调度的规律特性,验证了集成方法的有效性,展示了其在优化碳捕集与电厂集成调度方面的应用前景。

基于自适应并行禁忌搜索的精馏分离序列优化综合

由于精馏分离序列与二叉树之间具有同构性 ,在数据结构上精馏分离序列可以抽象为二叉树 .采用图论方法建立了二叉树相邻切分点变换机制 ,进而形成有效的邻域结构 .将自适应机制和并行技术引入禁忌搜索算法中 ,根据记忆频率信息自适应调整禁忌长度与候选集规模 ,通过搜索任务分配安排形成多任务并行处理 .数值实验表明自适应并行禁忌搜索算法能够成功解算大规模精馏分离序列优化综合问题 .

复杂精馏塔的用能分析法

针对多组分分离复杂精馏塔的用能分析，结合精馏原理和夹点分析方法，采用塔的总组合曲线描述塔内能流沿塔板的分布；并发展了复杂精馏塔的用能分析法。实例应用表明本文所提出的方法是指导分离系统用能优化和热集成的有效工具。