基于参数批次调整模型的间歇精馏最小时间优化策略

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PID法控制间歇精馏

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
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江苏工业学院学报 2005 年
间歇精馏又称分批精馏[1 ] , 是精细化工生产中的重要单元操作。其主要特点是 : ①能单塔分离多组分混合物 ; ②允许进料组分浓度在很大的范围内变化 ; ③可适用于不同分离要求的物料 , 如相对挥发度及产品纯度要求不同的物料。此外 , 间歇精馏还适用于高沸点、高凝固点和热敏性物料等特殊情况的分离。近年来 , 精细化学品和特殊化学品等高附加值产品行业的迅速发展 , 以及由于环保要求和降耗挖潜为目的进行溶剂回收再利用 , 使间歇精馏受到前所未有的重视[2 ,3 ] 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
SHAO Hui , YE Qing (Depart ment of Chemical Engineering , J iangsu Polytechnic University , Changzhou 213016 , China)
Abstract : Batch distillation was used in chemical indust ry as way to t reat small quantit y of feed or initial separa2 tion of multiple compositions to get several initial product s , so it was a kind of simple operation. This paper dis2 cusses t he relationship between boil - up rate and t he efficiency of t he tower under total reflux , and t he relation2 ship between t he reflux ratio and t he efficiency of t he tower under partial reflux. Finally , t he reflux retio was chosen six. Research was done on t he cont rol of t he PID and a group of parameters was achieved under which t he system would work better. Key words : batch distillation ; t he efficiency of t he total column ; PID cont roller

间歇精馏过程模拟优化研究进展

收稿日期:2002-12-17 第21卷　第2期计　算　机　仿　真2004年2月文章编号:1006-9348(2004)02-0004-03间歇精馏过程模拟优化研究进展王浩平,项曙光(青岛科技大学计算机与化工研究所,山东青岛266042)摘要:该文讨论了描述间歇精馏过程的严格模型及其基础上的各种简化模型,包括简捷模型、分段模型、半严格模型和降阶模型。

总结了求解刚性微分方程的各种方法,其中各类BDF 方法在解刚性方程时效果较好。

分析比较了优化间歇精馏过程的两种方法以及综合优化问题的两种方法—二层法和S A 法。

关键词:间歇精馏;数学模型;模拟;优化中图分类号:TP273+.1 文献标识码:A1　引言间歇精馏是经常用于小规模生产的一个重要的单元操作,与连续精馏相比,其突出的特征是它在设计和操作中的灵活性。

多年来,它不但没有被连续精馏所全部取代,而且在现代化工生产中还占有很重要的地位。

间歇精馏的研究内容主要有两个方面:一是关于其数学模型及其计算方法的研究。

间歇精馏过程是一个动态过程,其严格的数学模型是复杂的微分代数方程组,因此在实际应用中常根据不同情况对模型进行简化并导出一些新的计算方法。

二是关于优化的研究,从不同的优化目标出发,采用不同的优化方法,提出了不同的优化方案和新的操作模式及新的塔结构。

同时,间歇精馏的综合优化问题近年来也得到了发展。

本文讨论了间歇精馏的严格模型及其基础上的各种简化模型。

由于其数学模型大都是微分代数方程,本文介绍了其求解方法,并比较了基于微分代数方程的两种优化方法以及综合优化问题的两种方法。

2　间歇精馏的数学模型间歇精馏的数学模型包括严格模型、简捷模型、半严格模型和降阶模型。

2.1　严格模型(Rigorous Model)严格模型包括各组分每层板上及冷凝器和再沸器中组分物料平衡的微分方程、能量平衡微分方程、汽液平衡方程以及水力学方程等。

Distefano 第一次提出了多组分间歇精馏过程的完整动力学。

新戊二醇间歇精馏过程的模拟_优化与应用

关键词：新戊二醇；PRO/II；间歇精馏；模拟优化；应用
中图分类号：TQ015.9; TP391.9; O6-39
文献标识码：A
文章编号：1001-4160(2012)11-1355-1358
1 引言
新戊二醇（2，2-二甲基-1，3-丙二醇，NPG）是生产饱和聚酯树脂、不饱和聚酯树脂、聚酯多元醇及合成润滑剂所需的主要原料之一，可与对苯二甲酸、间苯二甲酸等聚合生成聚酯树脂类物质，广泛用于涂料、农药、塑料和石油等领域[1-3]。
Fig.4 Reflux ratio has an effect upon the NPG’mass percentage in tower top and the bottom water.
图 4 回流比对 NPG 质量百分含量、塔底出水量的影响
由图 4 可见，回流比对塔顶 NPG 质量百分含量和塔底水量都有较大的影响。随着回流比的增加，塔顶 NPG 质量百分含量逐渐下降，且下降幅度逐渐增大。回流比从 0.40 增加到 0.75，塔顶馏出液中 NPG 的质量百分含量约从 0.60 %降至 0.54 %。
质量百分含量和塔底水量呈下降趋势，下降幅度较小，最后近似趋于平缓。理论板数由 3 块增至 18 块，塔顶馏出液中 NPG 的质量百分含量维持在 0.60 %左右，塔底剩余水量维持在 202.7 kg/h。
Fig.5 Number of theoretical plates have an effect upon the NPG’mass percentage in tower top and the bottom water.
组成及工艺参数
生产数据
模拟数据
相对误差/%
NPG/kg

基于参数批次调整模型的间歇精馏最小时间优化策略

基于参数批次调整模型的间歇精馏最小时间优化策略吴微;师佳;周华;曹志凯;江青茵【摘要】针对间歇精馏过程优化计算中模型的准确性和计算复杂度之间的矛盾,提出了一种确定馏出液摩尔分数和操作时间的简化模型.该模型假定在塔釜内轻组分摩尔分数固定的情况下,馏出液平均摩尔分数与回流比变化量之间呈线性关系,其比例定义为回流比调节敏感系数.利用间歇精馏的批次重复操作特点,提出了模型敏感系数沿批次指标的在线更新机制,保证了简化模型在不同生产状态下的准确性.基于该简化模型,以回流比为优化决策变量,提出了针对最小生产时间问题的优化方案.利用Aspen Batch Distillation(ABD)中的模型作为实验对象原型,进行了优化算法的仿真实验.仿真结果表明基于批次参数调整策略的最小时间优化方案能够实现优化指标随生产批次的增加而不断减少.%To solve the contradiction between the accuracy and the computational complexity of model for optimization calculations simplified model of batch distillation is firstly presented in this paper to calculate the concentration of the end-product and operating time. For simplicity,the model assumed that the relationship between the concentration of product and reflux ratio can be described by a parameterized linear model where the parameter is referred to as sensitivity coefficient of the process. Based on the simplified model, an optimization strategy for minimizing the operating time of batch distillation is also proposed. As the batch to batch updated mechanism for the sensitivity coefficient of the model adopted in the optimization algorithm,the accuracy of the model is refined,resulting in the optimal operating time decreased from batch to batch. By using Aspen BatchDistillation model as the numerical plant, the optimization algorithm is implemented. The simulation results demonstrate the feasibility of the proposed optimal algorithm and verified the convergence of operating time from batch to batch.【期刊名称】《厦门大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(052)002【总页数】6页(P209-214)【关键词】间歇精馏;最小时间问题;回流比【作者】吴微;师佳;周华;曹志凯;江青茵【作者单位】厦门大学化学化工学院,福建厦门361005【正文语种】中文【中图分类】TQ028;TP301.6间歇精馏是一种应用广泛的化工分离手段.与连续精馏相比，其具有设备投资小，操作弹性强，生产方式灵活等特点，能充分满足生产多样化的需求.间歇精馏最大的不足在于其操作费用较高，生产单位产品的能耗要高于连续精馏.因此，针对间歇精馏过程的优化操作一直是该领域研究的热点问题［1－2］.针对间歇精馏过程的优化问题，Macchietto等［1］在其专著中介绍了间歇精馏过程的几种常见的优化操作方法，此后 Mujtaba等［2－3］又先后在其著作中对当时的间歇精馏优化操作策略及优化效果进行过总结.目前，针对间歇精馏操作优化的研究主要集中在两方面，一是研究便于寻优的过程模型，如基于神经网络的间歇精馏模型等［4－6］；另一方面是针对高效寻优算法的研究，如Leipold等［7］研究了针对间歇精馏的多目标动态优化的算法，Hanke等［8］和 Faber等［9］应用模拟退火算法对间歇精馏的操作进行了寻优计算.这些研究的基本思路大多是先建立过程模型，再利用优化算法找出最优操作策略.这种思路的不足之处有两点：一是优化结果的准确性依赖于模型的精度，当模型失配较大时，计算得到的操作策略可能并不能保证对过程最优的操作；二是对于描述精度较高的复杂模型，寻优计算往往要涉及大量微分方程的求解，需要耗费较多的计算资源，难以实现实时在线寻优.本文针对间歇精馏过程的一类典型优化问题——最小时间问题，提出了一种较为简单的过程计算模型.该模型假定以塔内剩余液摩尔分数为边界来划分操作调节时间点，并利用回流比与塔内参数的函数关系，将馏出液摩尔分数与流量表示为回流比与操作时间的函数.为了保证最终产品摩尔分数，在计算各操作步内的馏出液平均摩尔分数基础上，模型对馏出液摩尔分数变化量与回流比变化量作了线性化的假设，提出在不同剩余液摩尔分数下，用回流比调节敏感系数的概念来表示其在不同剩余液摩尔分数下的比例关系.基于该简化模型，本文进一步提出了针对最小时间问题的优化策略.考虑到间歇精馏过程的非稳态运行特性，在不同的剩余液摩尔分数及不同的操作回流比下，过程的回流比敏感系数并不相同.对此，在优化算法中建立了基于历史批次数据的敏感系数校正机制，实现了模型的参数沿批次指标进行自适应在线调整.利用Aspen Batch Distillation（ABD）间歇精馏模型对本文提出的优化策略进行了数值仿真.仿真结果表明，本文提出的优化策略能够实现间歇精馏操作时间沿批次指标不断减少，并最终收敛.1 最小时间优化策略1.1 最小时间优化问题间歇精馏是一个动态的非线性过程，不同的操作策略对生产效率和产品质量都有着直接的影响，因此，对生产过程进行优化往往能带来巨大的经济效益.间歇精馏一般以回流比或馏出液采出率［10］作为操作变量，根据选取的指标函数不同，可以将优化问题分为最小时间问题、最大产量问题和最大经济效益问题3类［3］.3种优化问题适用于不同的生产需求，在某些情况下是互通的.本文考虑的是间歇精馏最小生产时间优化问题，该优化问题的解决对于提高间歇精馏的生产效率具有重要意义.最小时间问题又称为时间优化控制问题，优化的目标是在满足规定的馏出液产量和摩尔分数需求的前提下实现单批次生产时间最小化.最小时间优化问题一般适合于单批次可达产量和摩尔分数指标已知的生产过程，在数学上，最小时间问题可以表述为如下优化问题：优化目标：约束条件：模型方程，决策变量：R（k）；其中，k代表离散操作点时间指标，T（k）表示第k步操作的持续时间，因此表示第m步操作的结束时间点，也是第m＋1步操作的开始时间为最终产品的平均摩尔分数，为产品需要达到的目标摩尔分数，一般小于单批次可达的最高摩尔分数上限，D（k）表示各步的产量，P＊为总产量的目标值，一般小于单批次可达的最高产量值，决策变量R（k）代表各步采用的回流比.1.2 基于剩余液摩尔分数的操作步划分最小时间问题的优化对象是总的生产时间，而总的生产时间是由各步操作的持续时间之和构成.因此，要缩短总的生产时间，每步操作的持续时间就应是可变的.间歇精馏中剩余液组分摩尔分数是决定精馏过程动态特性的一个关键因素.吴微等［11］根据对间歇精馏的动态特性的分析发现，要保证馏出液摩尔分数的稳定，在不同的剩余液摩尔分数下，应采用不同的回流比.基于此考虑.本文提出根据剩余液摩尔分数来确定回流比的调节时间点.与采用固定操作时间点的操作模式相比，采用该操作方式的优点在于：1）可以根据剩余液摩尔分数及时改变操作回流比，以保证高剩余液摩尔分数下馏出液摩尔分数的及时调整，同时也可避免低剩余液摩尔分数下对回流比的频繁操作；2）为缩短总的生产时间提供了可能，因为各操作点回流比的改变必然会影响塔内剩余液摩尔分数的变化，而剩余液摩尔分数的变化又会改变各步操作的持续时间，从而影响总的生产时间；3）通过对剩余液摩尔分数的适当划分来确定操作时间点，可以对每个操作时段上剩余液摩尔分数的变化范围进行限制，当剩余液摩尔分数变化范围较小时，可以考虑基于馏出液摩尔分数与回流比之间的简化来对操作时间进行预测和优化.考虑到剩余液中轻组分摩尔分数随精馏时间呈递减变化，假定实施回流比操作的剩余液摩尔分数边界值分别为：其中C′k代表实施第k次回流比调节的边界摩尔分数，即在剩余液轻组分摩尔分数满足c（t）∈［C′k，C′k－1］时，实施第k次的回流比调节，该调节时刻记为t（k），称为操作时刻，采用的回流比记为R（k），C′0为原料轻组分摩尔分数，C′m为结束批次操作的边界摩尔分数.根据上述记法有：对于操作边界摩尔分数的划分，需要注意操作区间的间隔应取合适的值.若区间间隔过大，则操作步数（优化变量数）会相应地减少，导致优化效果不理想.而区间间隔过小时，由于操作步数（优化变量数）的增加，一方面会加大寻优计算的计算量，另一方面由于各步操作变量改变对精馏塔状态的影响会累积加强，将加剧模型参数的波动.1.3 时间计算模型若用符号n＝1，2，…表示同类产品的生产批次，记第n个生产批次第k－1步操作结束时，塔内的剩余液摩尔分数为CH，n（k－1），塔内持液为Hn（k－1），第k步的馏出液平均流量为馏出液平均摩尔分数为，运行时间为Tn（k）.根据物料平衡原理可得如下方程：由上式可得第k步操作的持续时间为：从上式看出，要确定各步的持续时间，需要计算2个未知变量：各步的馏出液的平均流量和各步的产品平均摩尔分数根据该步的回流比R（k），）一般可按如下公式确定其中，V表示上升蒸气量.若2个批次的V相同或较为接近，且已知上一批次第k步的回流比为Rn－1（k），馏出液流量为可以利用上一批次的过程数据按照如下公式确定：同样，为了降低计算的复杂度，在2个批次的回流比变化不大的情况下，可以对相邻批次间馏出液摩尔分数与回流比的变化关系作线性化假设.即可按下式确定第n个批次第k步的平均馏出液摩尔分数：式中λn（k）反映的是第k步回流比改变量对馏出液摩尔分数变化量的影响力度，称为馏出液摩尔分数对回流比变化量的敏感系数.根据间歇精馏的非稳态特性可知，不同的剩余液轻组分摩尔分数下，敏感系数λn（k）一般是不同的.为了确定一个批次内不同时刻和不同剩余液轻组分摩尔分数下过程的敏感系数，根据间歇精馏的多批次重复操作特点，本文提出利用历史批次数据来在线计算过程敏感系数，即对于第n个操作批次第k步操作的敏感系数λn（k），可以根据前2个批次的运行数据来近似估计：为了减小回流比调整过程中带来的敏感系数的波动，可以进一步按下式对敏感系数进行滤波：式中q为滤波因子.1.4 约束条件进行最短时间优化的前提条件是要保证单批次的总产量和最终馏出组分摩尔分数达标.为了保证最终的产品摩尔分数符合生产要求，优化问题必须满足如下约束条件：其中，xset代表最终产品的摩尔分数要求.根据物料衡算可以求出最终的产量为：从该式可以看出，如果确定了各时段产品的平均摩尔分数和终止时塔内剩余的摩尔分数边界C′m，则最终产品的产量也就确定.因此，对于批次产品产量的约束可以转化为对结束操作的边界摩尔分数C′m的合理设计.1.5 单批次最短时间优化问题式（4）～（10）共同构成了整个间歇精馏操作的简化计算模型，因此最短操作时间优化可总结为如下优化问题的求解：优化目标：决策变量：约束条件：从上述优化问题的数学描述可以看出，优化问题利用了历史批次的运行数据对过程模型中的敏感系数进行更新，使得该模型参数能够随着批次的增加而不断调整.借助该策略进行寻优计算只需要根据约束条件中的简化模型计算各步的时间、平均摩尔分数和流量，而不需要对整个精馏过程进行动态建模和计算，大大简化了计算的复杂度.由于在计算馏出液摩尔分数时作了线性化的假设，因此存在一定的建模误差.同时简化模型中利用上一批次的数据来校正回流比调节敏感系数，为了防止同一操作步上相邻批次间的回流比变化过大造成过程模型误差的突然加剧，优化计算中需要对每个操作步批次到批次的回流比调节的范围进行一定限制：式中，0＜μ＜1表示新的一个批次的回流比的变化幅度，其值不仅决定了批次到批次回流比的调节范围，同时也决定了优化算法的收敛速度.该值越大，表示回流比可调节范围越大，带来的好处是优化算法的收敛速度可能会加快，但也可能造成批次到批次回流比的变化幅度较大，使得相邻批次的模型失配度增大，从而影响敏感系数沿批次指标的收敛性稳定性.此外，该参数的选择还与精馏物系的物性参数有关，对于受回流比变化影响大的精馏物系，μ的取值应尽量小，反之μ可以取较大的值.实际应用中为了保证优化过程的稳定，μ的初值可取一个较小的值，当系统优化速度较慢时，在保证系统稳定的前提下，可适当增大μ值.2 数值仿真2.1 仿真系统的建立ABD是Aspen公司基于Aspen Custom Model开发的模拟间歇精馏过程的专业软件，该软件对间歇精馏过程的模拟准确度较高，完全可以作为科学研究的过程对象模型原型.本文用ABD建立了一个分离二元物系（环己烷－正庚烷）的间歇精馏模型作为实验对象，表1给出了间歇精馏模型的有关参数.考虑到Aspen软件平台上不便于进行优化问题的求解计算，本文采用MATLAB 中成熟可靠的fmincon（）函数作为优化求解器进行在线寻优计算［12］.而ABD 对象和优化求解器之间通过Simulink提供的接口进行通讯.仿真控制系统的结构如图1所示.表1 精馏塔参数Tab.1 Configuration of column参数名状态塔板数20上升蒸气量（mol／h） 2500冷凝器类型全凝器冷凝器压力（MPa） 0.101325塔压降（MPa） 0.01初始进料（mol） 3000进料组成（摩尔分数）环己烷 0.5正庚烷0.5塔板持液（mol） 3.1冷凝器持液（mol） 35物性方法NRTL图1 控制结构图Fig.1 Control structure diagram2.2 仿真结果分析表1物系中轻组分为环己烷，其初始进料摩尔分数C′0＝0.5.每个批次设计4个回流比操作点，操作的边界摩尔分数分别设置为以恒回流比R＝5和R＝6操作获得的数据计算出初始敏感系数.将馏出液摩尔分数的设定值定为xset＝0.9，每个批次回流比的变化幅度限定为μ＝0.05，利用上文中的优化算法进行优化.图2给出了各步结束时间随批次的变化情况，图中t（4）即为每个批次结束时的总耗时.从图2可以看出，每步操作的结束时间都会沿批次指标逐渐减少并收敛.图3，4分别是回流比和敏感系数随批次的变化情况.可以看出，在塔釜轻组分摩尔分数较高时，优化得到的回流比相对较低，这有利于保证提高生产效率，而在釜内轻组分摩尔分数较低时，在保证批次馏出液摩尔分数满足需求的前提下，优化的回流比也相对较低.此外，在开始的几个批次，由于对敏感系数的估计存在较大误差，因此优化结果并不理想.随着敏感系数的值随批次的增加而逐步稳定后，优化指标也收敛到一个相对稳定的值.图3显示随着批次增加回流比仍然存在小幅的波动，这主要是模型误差引起的，随着操作步的细化，优化算法中的线性模型误差可以进一步减小，该波动范围也可进一步缩小.图4中的敏感系数则是根据回流比的变化而发生改变的，因此也存在一定波动.图4 各步敏感系数随批次变化情况Fig.4 The sensitivity coefficient change with the batch index表2给出了最初2个批次以及第70个批次在不同操作阶段上的平均馏出液摩尔分数和回流比数据对比.可以看出，如果整个批次的回流比变化不大（如初始2个批次），馏出液平均摩尔分数一般在开始几个阶段较大，随后逐渐减低.但较为平均的回流比操作策略，并不能保证最短的生产时间.生产时间最短的操作策略应该是在釜内轻组分摩尔分数较高时采用低回流来提高生产效率，轻组分摩尔分数较低时采用较高回流比来保证最终产品摩尔分数，整个生产批次上各阶段馏出液摩尔分数较为均衡时方具有最佳的生产效率.3 结论本文针对间歇精馏最小时间优化问题，提出了以剩余液摩尔分数为标准来确定回流比操作时间点的操作模式.基于该操作模式，结合物料衡算，建立了各步馏出液摩尔分数、流量和操作时间的计算模型.为了简化模型的计算复杂度，该模型中假定在剩余液摩尔分数的不同操作区间上，当批次到批次的回流比变化幅度较小时，回流比变化量与馏出液摩尔分数变化量之间呈近似线性关系，其比例定义为过程敏感系数.为了确保该模型在不同剩余液摩尔分数下的敏感系数的准确性，本文提出利用间歇精馏的重复操作特点，根据历史批次过程数据来在线更新不同操作区间模型的敏感系数，从而达到优化批次操作时间的目标.数值仿真实验结果表明，应用该优化策略，可以保证间歇精馏单批次总操作时间随操作批次的增加而逐渐减少，同时不同操作区间的回流比与敏感系数最终也会收敛到一个较小的区间.本文从仿真结果上初步验证了算法良好的收敛性和稳定性，在理论上的进一步分析和实际应用效果的验证是目前正在进行的研究工作.表2 不同批次下各步的馏出液平均摩尔分数与回流比变化情况对比Tab.2 The average composition and reflux ratio of each step in different batches操作步骤第1批次第2批次第70批次馏出液平均摩尔分数回流比馏出液平均摩尔分数回流比馏出液平均摩尔分数回流比1 0.9983 5.0543 0.9987 5.33640.8876 2.4024 2 0.9895 5.0543 0.9931 5.3270 0.9249 4.1239 3 0.88405.1163 0.9067 5.3456 0.94636.2346 4 0.6215 5.1163 0.6416 5.4014 0.82637.9873【相关文献】［1］Macchietto S，Mujtaba I M.Design of operation policies for batch distillation［M］∥Reklaitis G V.Batch processing systems engineering：fundamentals and applications for chemical engineering.Berlin：Springer，1996.［2］Mujtaba I M.Batch distillation：design and operation［M］.London：Imperial College Press，2004.［3］Miladi M M，Mujtaba I M.Optimisation of design and operation policies of binary batch distillation with fixed product demand［J］.Computers ＆ Chemical Engineering，2004，28（11）：2377－2390.［4］Dong D，McAvoy T J，Zafiriou E.Batch－to－Batch optimization using neural network models［J］.Ind Eng Chem Res，1996，35（7）：2269－2276.［5］Xiong Z，Zhang J.A batch－to－batch iterative optimal control strategy based on recurrent neural network models［J］.Journal of Process Control，2005，15（1）：11－21.［6］Greaves M A，Mujtaba I M，Barolo M，et al.Neural network approach to dynamic optimization of batch distillation application to a middle－vessel column［J］.Chemical Engineering Research ＆ Design，2003，81（3）：393－401.［7］Leipold M，Gruetzmann S，Fieg G.An evolutionary approach for multi－objective dynamic optimization applied to middle vessel batch distillation［J］.Computers ＆Chemical Engineering，2009，33（4）：857－870.［8］Hanke M，Li P.Simulated annealing for the optimization of batch distillation processes［J］.Computers ＆ Chemical Engineering，2000，24（1）：1－8.［9］Faber R，Jockenhövel T，Tsatsaronis G.Dynamic optimization with simulated annealing［J］.Computers ＆ Chemical Engineering，2005，29（2）：273－290. ［10］孙磊，崔现宝，冯天扬，等.带有过渡段循环的多元间歇精馏优化计算［J］.化学工程，2008，36（8）：1－4.［11］吴微，师佳，周华，等.基于样条插值模型的间歇精馏模拟与预测控制［J］.化工学报，2012，63（4）：134－141.［12］黄华江.实用化工计算机模拟［M］.北京：化学工业出版社，2004.。

基于特定单元事件点的改进间歇生产调度模型

基于特定单元事件点的改进间歇生产调度模型韩豫鑫;顾幸生【摘要】建立有效的间歇调度模型一直是生产调度问题调度研究的热点，而连续时间模型是优化短期间歇生产调度问题的有效工具。

基于特定单元事件点的概念，建立一种改进的间歇调度连续时间混合整数线性规划（MILP）模型。

该调度模型引入了新变量，使模型处理物料在不同设备间的传输过程更加灵活。

结果表明，提出的改进模型只需要较少的事件点，就可以快速有效处理无限中间存储（UIS）间歇调度问题。

%Establishing effective model of scheduling for batch processes is the hot spot of the batch processes scheduling research. Continuous-time models are evolved as a promising tool for optimizing problems related to short-term scheduling of batch plants. Short-term scheduling of batch operations is an important part of scheduling problems. Based on the concept of unit-specific event, an improved mixed integer linear programming model for scheduling of batch plants is proposed. Several new variables and constraints are introduced to make stock transfer between units more flexible. The result shows that the new model can deal with scheduling problems of unlimited intermediate storage effectively and faster with less number of events.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2016(067)003【总页数】7页(P758-764)【关键词】间歇调度问题;生产;优化;特定单元事件点;模型【作者】韩豫鑫;顾幸生【作者单位】华东理工大学化工过程先进控制与优化技术教育部重点实验室，上海200237;华东理工大学化工过程先进控制与优化技术教育部重点实验室，上海200237【正文语种】中文【中图分类】TP278DIO: 10.11949/j.issn.0438-1157.201518602015-12-08收到初稿，2015-12-22收到修改稿。

第1章1.2间歇精馏

1.2 间歇精馏1.2.1 概述间歇精馏是把批量液体混合物精馏成产品的过程，它是典型的非稳态过程。

在一个精馏周期中，塔内各点的温度、组成等参数都在不断地改变，因而一些操作参数就必须随之作相应的变动，才能保证获得合格的产品和满意的分离效果。

间歇精馏适用于：①小规模、批量生产；②在同一设备中完成不同的分离，如根据季节不同处理不同的原料，得到不同的产品；或出于评价的需要，由同一进料得到不同纯度的产品；③进料组成时常变化，难以进行有效的连续操作；④处理含固体，或易形成固体沉淀、焦油等污垢的物料。

由于间歇精馏的适用性强，操作灵活，投资少，适于处理原料成分复杂的多元物系，在精细化工等部门得到了广泛的应用。

由于在本科生《传质分离过程》课程中已讲述了间歇精馏的基础知识，故本小节仅就与操作、控制和模拟有关的间歇精馏特性做简要叙述。

一、间歇精馏塔的形式常规间歇精馏塔也称精馏式间歇精馏塔是最常见的间歇精馏塔，塔釜内装有被分离料液，塔顶采出产品，很像连续精馏的精馏段。

这种流程适用于除去重组分杂质而轻组分纯度要求较高的过程。

对分离要求不高的除去轻组分杂质的分离过程，这种操作可节省时间。

提馏式间歇精馏塔，塔顶设有贮料罐，从塔底采出馏分，类似于连续精馏的提馏段。

适用于难挥发组分为目标产物或难挥发组分为热敏性物质的分离情况。

带有中间贮罐的间歇精馏塔或称复杂间歇精馏塔，其料液贮存于塔中部的贮罐内，塔顶、塔底同时出料，除了进料不是连续之外，与常规连续精馏相同。

这种流程综合了常规间歇精馏和提馏式间歇精馏的优点，生产能力高，节能效果明显，并对某些热敏性物料的分离有特殊优异的效果，是有潜在优势的间歇精馏过程。

二、间歇精馏塔的操作典型的精馏式间歇精馏塔一个操作周期可分为以下若干阶段：（1）全回流开工阶段全回流开工阶段的目的是在塔内建立起浓度梯度，全回流开工的结束条件一般为回流罐中的液相组成达到第一个产品的浓度要求。

（2）产品采出段某产品采出段一般是从塔顶液相组成刚刚达到该产品浓度要求时开始，持续到塔顶馏出物组成刚降至低于该产品浓度要求时结束。

间歇精馏过程中最小过渡馏分的优化控制

间歇精馏过程中最小过渡馏分的优化控制华超;李鑫钢;徐世民;田玉峰;白鹏【摘要】提出了间歇精馏过程中最小过渡馏分的概念,对有无持液量两种情况时最小过渡馏分的计算方法进行了研究,并建立了相应的数学模型,通过数学模拟分析了间歇精馏过程理论板数和持液量对其最小过渡馏分量的影响.结果表明:间歇精馏过程的最小过渡馏分量随理论板数的增加先降低、后逐渐达到一个稳定值;塔板和冷凝器的持液量与最小过渡馏分成正比关系.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2007(040)011【总页数】4页(P1323-1326)【关键词】间歇精馏;过渡馏分;优化控制【作者】华超;李鑫钢;徐世民;田玉峰;白鹏【作者单位】天津大学化工学院,天津,300072;天津大学精馏技术国家工程研究中心,天津,300072;天津大学化工学院,天津,300072;天津大学精馏技术国家工程研究中心,天津,300072;天津大学化工学院,天津,300072;天津大学精馏技术国家工程研究中心,天津,300072;天津大学化工学院,天津,300072;天津大学化工学院,天津,300072【正文语种】中文【中图分类】TQ028.1随着精细化工和医药化工等行业的发展，间歇精馏被广泛应用在小批量、弹性大、设备投资少且具有高附加值等产品的生产过程中，其分离技术受到了前所未有的重视．在多组分间歇精馏分离过程中，每一个组分依据其沸点的高低依次从塔顶蒸馏分离出来．然而任何两个组分必然都存在着含有相当多待分离组分的过渡馏分，对于过渡馏分的处理都是将其混入下一批物料重新进行蒸馏．显然过渡馏分的量越多，其重复蒸馏的次数也越多，这必然额外增加了过程的处理量，从而导致整个分离过程消耗较高．因此，间歇精馏过程过渡馏分的优化设计对其操作过程的分离效率和过程能耗有着至关重要的影响．鉴于过渡馏分对间歇精馏分离过程的重要性，近年来国内外许多学者对其进行了广泛研究．其中Mayur[1]和Robinson[2]等通过循环过渡馏分量的方法提出了“拟稳态操作过程” ，对过渡馏分的操作过程提出了优化方案．Mayur和 Jackson[3]通过忽略塔内持液量的方法提出了三组分“拟稳态操作过程”的数学模拟，对过渡馏分的控制首次提出理论依据. Luyben[4—5]则创造性地将容量因子的概念用于间歇精馏过渡馏分的处理过程中，并研究了塔板数、回流比等参数对过程的影响.文献[6—7]以大量的试验为依据提出了间歇精馏多组分过渡馏分的全回流-全馏出的控制优化策略，并通过工业试验进行了验证． Rippin[8]依据在间歇精馏操作过程优化的最小时间内以操作过程的最大经济效益为概念，研究了间歇精馏过渡馏分采出过程的优化控制．Mujtaba和Macchietto[9]提出了可同时计算间歇精馏过程过渡馏分量和相应组成浓度且与回流比有关的数学模型，以致可优化得到间歇精馏的最小操作时间．笔者将最小过渡馏分的概念引进间歇精馏分离过程中，通过建立数学模型研究了间歇精馏最小过渡馏分的计算方法，并通过数学模拟实例对其进行了验证．另外，也详细研究了塔板持液量和理论板数对间歇精馏最小过渡馏分的影响．对于间歇精馏过程，当过渡馏分从塔顶采出时，全塔被假定为在全回流下进行操作，同时塔顶馏分以无限长的时间采出以致需要大量的时间来收集塔顶馏分，在此条件下全塔的浓缩效率为最大值，并使塔内轻组分的浓度也始终保持最高值．当剩余组分以一个较小的速率被移走时，下一组分的塔顶浓度逐渐上升至一个指定数值，在此期间过渡馏分的总量被定义为最小过渡馏分量．由于最小过渡馏分与回流比控制无关，因此它可用来优化理论板数和塔内持液量等操作参数的过程．虽然最小过渡馏分是间歇精馏过程设计中一个重要因素，但是目前还没有一个简便实用的估算方法可计算最小过渡馏分量．本研究将最小过渡馏分定义为在理想状态（全回流条件）下的操作，可方便地计算最小过渡馏分量．通过这种方法可计算类似最小理论板数和特定组分的最小回流比等参数来定义最小过渡馏分量，为间歇精馏过程的实际工业应用提供一定的指导作用．针对本文提出的间歇精馏过程中最小过渡馏分计算的数学模型，做了如下假设：（1）塔顶冷凝器为全凝器；（2）过渡馏分仅包含组分 j 和组分 j+1 两个相邻的组分，其中组分j是轻组分；（3）Hi为第i块塔板的持液量， xi是组分j 的浓度；（4）任意时刻的物料总量为E，轻组分j的物料总量为S，组分j的平均浓度为．图 1为在过渡馏分采出阶段塔顶馏出物浓度的变化曲线，其中横坐标为物料总量 E，纵坐标为塔顶馏分的浓度x．点A和B分别为过渡馏分采出的开始时间和结束时间，则组分 j 和组分 j+1之间的过渡馏分量为2.1 无持液量时的数值模拟方法当间歇精馏过程中塔顶和冷凝器的持液量可忽略时，则，于是轻组分以一定的速率采出，得同时式（2）可写成对时间A和B进行积分，则同时可通过芬斯克方程定义，即式中：α 为相对挥发度．另外和，将其代入式（4）中，得由于是恒定值，则令将其代入方程（6）可得然后对式（8）的始末段进行积分，得在初始时间 A，和都是设定的具体数值，且终止时间B处的下一组分浓度也定为具体数值．在终止时间B时刻，下一个组分j+1的浓度也被定为已知数值．显然，由芬斯克方程可计算得到，则最小过渡馏分量可通过式（9）得2.2 有持液量时的数值模拟方法对于有持液量的数值模拟方法，同样先做一下假设：①每层塔板持液量均保持同样数值；②冷凝器持液量恒定；③过渡馏分以极小的速率采出；④将时间段AB离散化M个步长（即A时刻时，K=0；B时刻时，．在每一个步长区间内，每一步长区间内的塔顶馏出量为∆D，每一层塔板的浓度为.在 A时刻，，则可以通过芬斯克方程获得．在此条件下的第 K个步长内，塔内总物料量为则轻组分j的总量为塔内质量平衡方程为其中，然后采用试差法求解方程（13）可得到．当K=M时为设定值，由以上方程可得过渡馏分的最小值为3.1 理论板数对最小过渡馏分的影响由上述可知，无持液量的最小过渡馏分量可通过以上分析方法得到，并且无需大量计算．因而其具有很好的实用性．表1为在不同理论板数条件下相应的最小过渡馏分量，其中计算条件为：，，总进料量为．显然塔内理论板数在特定的范围内对最小过渡馏分量有着显著的影响，但在一定情况下塔内理论板数的增加也可使最小过渡馏分量迅速降低．由图2可知，最小过渡馏分量受塔板数的影响同样十分显著．当理论板数小于某一定值（N=20）时，最小过渡馏分量随着理论板数的增加而减少；当理论板数大于某一定值（N=20）时，最小过渡馏分的变化不太明显，并逐渐终趋于一恒定值．3.2 持液量对最小过渡馏分的影响图3和图4分别为在塔内持液量和冷凝器持液量情况下最小过渡馏分的变化曲线．其中计算的条件分别为：，相对挥发度α为1.35、1.40和1.45，总进料量为EB＝100mol，塔板数 N＝15．由图可知，塔板持液量和冷凝器持液量对最小过渡馏分影响显著，当塔板持液量或冷凝器持液量增加时，间歇精馏过程中的最小过渡馏分量均呈现显著的直线增长．在实际间歇精馏塔中，塔内总持液量包括液体分布器的持液量、塔板或填料中持液量以及塔顶冷凝器的持液量，另外塔顶冷凝器持液量包括冷凝器、回流分布器、回流罐以及回流管路中的持液量．由于持液量对间歇精馏过程中的分离效率有着非常重要的影响，因此在进行间歇精馏塔设计中应尽量降低塔板持液量和塔顶冷凝器的持液量，以便取得更高的分离效率．（1）提出了间歇精馏最小过渡馏分的概念并对其进行了深入研究，通过建立无持液量和有持液量时的数学模型来计算最小过渡馏分．（2）间歇精馏过程的最小过渡馏分量随理论板数的增加先降低后逐渐达到一个稳定值，另外塔板和冷凝器的持液量与最小过渡馏分成正比关系．（3）本文的研究成果为间歇精馏过渡馏分的优化控制提供了一定的理论依据和实践指导．符号说明：A—过渡馏分的起始时间，s；A—过渡馏分的结束时间，s；∆D—塔顶馏分量，mol；E—塔内物料总量，mol；H—持液量，mol；i —理论板数；j—组分号；K—微分步长；M—微分步长数；N—理论板数；S—轻组分总量，mol；W—过渡馏分总量，mol；Wmin—最小过渡馏分总量，mol；xj—液相中组分j的摩尔分数；j—组分 j的平均摩尔分数；α—相对挥发度．【相关文献】［1］ Mayur D N，May R A Jackson R. Optimal distillation rate policy in batch distillation ［J］. Chem Eng J, 1970，1（4）：15-21.［2］ Robinson E R. The optimal control of an industrial batch distillation column［J］. Chem Eng Sci, 1970， 25（1）：921-928.［3］ Mayur D N, Jackson R. Time-optimal problems in batch distillation for multicomponent mixtures and for columns with holdup［J］. Chem Eng J, 1971, 2（4）：150-162.［4］ Quintero-Marmol E, Luyben W L. Multi-component batch distillation（Ⅱ）：Comparison of alternative slop handing operation strategies［J］. Ind Eng Chem Res，1991，29（6）：1915-1921.［5］ Luyben W L. Multicomponent batch distillation（I）：Ternary systems with slop cut recycle［J］. Ind Eng Chem Res , 1988，27（6）：642-647.［6］白鹏, 郭天仁, 尹波, 等. 分批精馏最小过渡馏分量的研究［J］. 高校化学工程学报，1999，13（4）：358-361. Bai Peng，Guo Tianren，Yin Bo，et al. Study on minimum amount of slop cut in batch distillation［J］. Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities，1999，13（4）：358-361（in Chinese）.［7］曲红梅，张卫江，白鹏，等. 分批精馏最小过渡馏分量及过渡馏分脉冲控制法的研究［J］.化学工程，2002，30（6）：7-11. Qu Hongmei，Zhang Weijiang，Bai Peng，et al. Studyon in the minimum amount of slop cut and the pulse-control in batch distillation［J］. Chemical Engineering，2002，30（6）：7-11（in Chinese）.［8］ Rippin D W T. Simulation of single-and multi-produce batch chemical plants for optimal design and operation［J］. Computers Chem Eng，1983，7（3）：137-156. ［9］ Mujtaba L M, Macchietto S. An optimal recycle policy for multi-component batch distillation［J］. Computers Chem Eng，1992，16（4）：273-280.。

基于自适应模拟退火算法的间歇精馏过程优化

值下降的点作为新解，而且按照一定比率接受使函数值上升的点作为新解… ，因为暂时使函数值上升的方向也有可能找到全局最小值，这样就可以使函数轻松逃离局部极值。ｓＡ为了避免函数落人局部极值，通常采用Ｍ — ｅ
ｔｐｌ接受准则，每一温度下要使状态达到平ｒｏｓｏｉ而衡，是一个很漫长的过程。为了提高算法的效又率，主要从以下几点进行改进：１新变量产生函数：据Ｃｒｎ９７年提出）根ｏａａ１８

教，研究方向：工业过程先进控制与优化。Ｅｍｉｃｉａｇ５８ — ａｌｕｃｎ０１：ｈ
＠１３ｃｎ。６．ｏｌ
维普资讯
５６１
ｍ＝ｍ（ｇｐ）
科
学
技
术
与
工
程
８卷
ｇｕｐ（
ｕ
） …
范围内的最小值问题。但是，以往传统的优化算法
都是运用某种局部的比较去决定寻优路径，来的带
跳出局部极值的能力。模型可以在高温时进行大
范围搜索，而在低温时仅在当前模型附近搜索。因此，入柯西分布可以使函数具有更快的收敛加
３降温方式：）采用Ｉｇｅ（９９提出的ＶＳｎｂｒ１８）ＦＡ中的降温方式
的自适应邻域模拟退火算法（Ｓ）对变量进行ＡＡ
扰动：
Ｙ＝戈＋Ｔｍ（）１
现取随机扰动为柯西分布：

分批精馏优化及带有中间贮罐和侧线出料间歇精馏的开题报告

分批精馏优化及带有中间贮罐和侧线出料间歇精馏的开题报告1. 研究背景及意义精馏是一种常见的分离技术，广泛应用于石油、化工、食品等行业。

传统的精馏过程中，原料进料、废物排放、能源消耗等问题一直是环保和经济上的难题。

因此，为了改善精馏过程的质量和效率，我们需要研究分批精馏优化和间歇精馏技术。

分批精馏是现代化工中一种非常重要的技术，它适用于易分离但分离效果较差、分离质量较高、分子量相近、凝结温度接近等情况下的精馏分离。

采用分批精馏技术可以有效降低废物排放，节约能源消耗，提高产品纯度，减少生产成本。

因此，研究分批精馏优化技术对于现代化工的发展具有重要的意义。

间歇精馏是一种新型的精馏技术，具有中间贮罐和侧线出料等新特点。

比传统连续精馏更加灵活，可以在一定程度上提高产品质量、减少废物排放、节省能源消耗。

同时，也可以使用不同的中间贮罐和侧线出料策略来适应不同的精馏操作要求。

因此，研究间歇精馏技术具有广阔的应用前景和经济价值。

2. 研究内容和方法本研究将分为两个方面进行研究：第一部分：分批精馏优化研究分批精馏过程中如何选择合理的分批次数、分批加料量、蒸汽流量等操作参数，以提高分离效果并优化能耗。

采用计算机模拟技术，建立合适的数学模型，通过实验设计和数据分析法，量化分析各项操作参数对分批精馏效果的影响，确定最优操作参数。

第二部分：间歇精馏研究间歇精馏过程中如何设置合理的中间贮罐和侧线出料等技术，以提高产品纯度和减少废物排放。

采用计算机模拟技术，建立合适的数学模型，通过实验设计和数据分析法，量化分析不同中间贮罐和侧线出料方案对间歇精馏效果的影响，确定最优方案。

3. 预期结果本研究的预期结果为：（1）分批精馏优化：建立分批精馏的数学模型，得出最优的操作参数，提高产品的纯度和收率。

（2）间歇精馏：建立间歇精馏的数学模型，确定最优的中间贮罐和侧线出料方案，提高产品的纯度和减少废物排放。

4. 参考文献[1] 黄凤祥,郭英华. 分批精馏技术及其应用[J]. 化工学报,1997(4):400-406.[2] 黄晓东,牟文伟. 带有侧线出料的间歇精馏过程研究[J]. 化工学报,2008,59(11):2890-2894.[3] 梁英华,杨浩. 基于计算流体动力学的间歇精馏过程数值模拟[J]. 化工学报,2016(12):4698-4706.[4] Xie, Q., Chen, Y., & Gao, J. (2013). Optimal design of batch distillation processes–A review. Chemical Engineering Research and Design, 91(8), 1399-1416.[5] Wang, J., & Lian, Z. (2011). Recent advances in batch distillation. Chemical Engineering Science, 66(23), 5430-5444.。

基于自适应模拟退火算法的间歇精馏过程优化

基于自适应模拟退火算法的间歇精馏过程优化
崔畅;赵强
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2008(008)002
【摘要】分析了间歇精馏过程的动态优化模型,基于对自适应模拟退火算法的研究,提出了一种改进的邻域调整方案,并将'其应用于求解间歇精馏过程的动态优化问题.仿真结果表明,改进后的算法大大加快了搜索速度,提高了最优解的质量,为工业过程控制的设计提供了高效、可靠的参考依据.
【总页数】4页(P515-518)
【作者】崔畅;赵强
【作者单位】辽宁石油化工大学信息与控制工程学院,抚顺113001;辽宁石油化工大学信息与控制工程学院,抚顺113001
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.基于自适应模拟退火算法的重力坝优化设计 [J], 茹世荣
2.基于最小二乘支持向量机和自适应模拟退火算法的电磁场逆问题全局优化方法[J], 杨庆新;安金龙;马振平;侯立坤;陈堂功;陈海燕
3.基于自适应模拟退火算法的CSTR的动态优化 [J], 赵强
4.基于自适应差分进化算法的间歇反应动态优化求解 [J], 范勤勤; 颜学峰
5.基于自适应模拟退火算法的HEV能量管理优化 [J], 李文广;冯国胜;马俊长
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间歇精馏在精油分离中的优化研究进展

行独立控制ꎬ 可用于３组分、４组分ꎬ 甚至５组分混
合物的清晰分割ꎬ 相对于传统精馏塔ꎬ 投资少ꎬ 体积
小ꎬ 能耗低ꎬ 常见的间歇式分壁精馏塔如图３所
示 [７] ꎬ 通过模拟椪柑皮精油的分离 [８] ꎬ 证明此类精馏
需求ꎬ 提高系统的整体热力学效率ꎬ 相对于传统方
[２] ＫｒｉｓｈｎａＰꎬ ＤｅｓｉｋａｎＢꎬ ＲａｏＣＳ. Ｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｄｙｎａｍｉｃｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
ｏｆｍｉｄｄｌｅｖｅｓｓｅｌｂａｔｃｈｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎｃｏｌｕｍｎｆｏｒｔｈｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｅｔｈａ￣
※农业科学农业与技术２０２３ꎬＶｏｌ４３ꎬＮｏ１４３３

间歇精馏在精油分离中的优化研究进展
胡竞月１ꎬ２黄伊嘉１吴斌１杨凌１徐明１

提高了过程控制性能沿批次指标的收敛速度ꎮ Ｈｅｇｅ￣
ｌｙ [１１] 采用直接搜索方法ꎬ 即Ｎｅｌｄｅｒ－Ｍｅａｄ简单算法和
Ｂｏｘ－ｃｏｍｐｌｅｘ算法来减少优化的计算强度ꎬ 可快速和
有效的优化间歇精馏的操作过程ꎮ
策略优化等方面的研究现状并提出建议ꎬ 为精油分离研究提供参考ꎮ
关键词: 精油ꎻ 间歇精馏ꎻ 优化研究
中图分类号: Ｓ－１文献标识码: Ａ
ＤＯＩ: １０１９７５４ / ｊｎｙｙｊｓ２０２３０７３０００９
１操作方式的优化
前言
精油中的功能性成分是当前精油行业中重要的精
价是投资增加 [３] ꎮ
收稿日期: ２０２３－５－１８
作者简介: 胡竞月 (１９９８－) ꎬ 女ꎬ 硕士在读ꎮ 研究方向: 精油开发利用ꎻ 通讯作者吴斌ꎮ

二元提馏式间歇精馏的优化操作与最小汽化总量

近来作者对间歇精馏基础化总量理论进行了研究1220文献19将提馏式间歇精馏nnwerdn1vt0bw分为恒再沸比与恒残液组成两种典型操作完善了对于给定的分离任务和理论板数采用提馏式二元恒再沸比提馏式间歇精馏最小再沸比计算方间歇精馏求优化操作时的汽化总量nvtopt在数学法推导出二元提馏式间歇精馏恒残液组成操作上是约束函数优化问题
。ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏＧｆｏｒＧｒｅｅｎＣｈｅｍｉｃａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＷｕｈａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）
减少了精馏过程中塔顶贮槽内液体的混合熵产。通过对计算结果的归纳与外推，得到了理想操作条件下理论板数
为无穷多时二元提馏式间歇精馏优化操作再沸比的变化方式以及最小汽化总量的计算公式。关键词：提馏式间歇精馏；优化操作；汽化总量；模拟；能耗
（武汉工程大学化工与制药学院，湖北武汉４３００７４：武汉工程大学机电工程学院，湖北武汉４３００７４武汉工程大学绿色化工过程教育部重点实验室，湖北武汉４３００７４）
二元提馏式间歇精馏恒残液组成操作所需的最少理论板）时，优化操作通过控制再沸比提高了能耗效率；在理论

间歇式液相小本体聚丙烯工艺现状及优化措施

间歇式液相小本体聚丙烯工艺现状及优化措施下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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间歇精馏数学模型

4.计算实例
谢谢！
为简化起见，通常假设以下几条成立： 1）塔内各级为平衡级，理论板，板效率为 100%； 2）忽略塔内各级和塔顶持汽量； 3）塔身绝热操作； 4）忽略由于塔内流体力学引起的滞后，塔板上的液体全混和； 5）塔釜相当于一个平衡级。在不考虑塔内的持液类型情况下，对上图间歇精馏塔模型的数学描述如下：将塔分为冷凝器、中间级和塔釜三部分分别描述，各部分的描述方程式均包括总物料衡算式，组分物料衡算式和焓衡算式。

（3）求解流程合理的求解流程同样能提高模拟的准确性和稳定性
2.间歇精馏过程的模型

间歇精馏塔比较常见的模型如图 2-1 所示。中间级塔板数目为N ，塔底再沸器为第 N +1块塔板。为使其具有普适性，每个平衡级均包含有汽、液相侧线采出和进料，塔顶为全凝器。
2.1 模型的数学描述
间歇精馏数学模型及计算
丁瑞
简介

间歇精馏又称分批精馏，间歇精馏操作开始时，全部物料加入精馏釜中，再逐渐加热气化，自塔顶引出的蒸汽经冷凝后，一部分作为馏出液产品，另一部分作为回流送回塔内，待釜液组成降到规定值后，将其一次排出，然后进行下一批的精馏操作。

① ② ③
间歇精馏与连续精馏相比，具有以下特点：

模型适用条件：本模型中引入恒体积持液的假设与工业实际情况比较接近，因而可以用来更严格的模拟塔内操作压力不太高，汽相持料可忽略的间歇精馏过程。
3.间歇精馏恒体积持液模型的数值解法

求解描述间歇精馏的微分和代数方程组时，求得非线性微分方程组的解析解是不可能的，为此必须采用数值积分方法，数值积分方法有许多种，计算过程的繁简程度互异，计算的结果的精度和数值计算的稳定性也各不相同，这里就有必要讨论数值积分方法的截断误差、稳定性和收敛性的问题。对于一阶常微分初值问题：

基于状态设备网络的改进间歇生产调度模型

基于状态设备网络的改进间歇生产调度模型闫雪丽;韩豫鑫;顾幸生【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2018(069)003【摘要】Establishing effective model for scheduling batch process has always been a hot spot of production planning research. Continuous-time model based on unit-specific-event is evolved as a promising tool for optimizing short-term schedule of batch process. A nonlinear programming model for contiguous batch production was developed on the basis of state unit network and specific event time point. To overcome challenges of solving nonlinear model, a replacement technique was used so that non-linear items in the model were linearized. Consequently, the nonlinear mixed integral program model became a linear one. Because of no big M relaxation item, the linear mixed integral model had compact search space and improved solving efficiency. The simulation results of three batch processes illustrated excellent efficiency and stability of the new model. Furthermore, constraints of the new model at different storage states were provided to expand model applicability.%建立有效的间歇生产调度模型一直是生产调度问题研究的热点,基于特定事件点的连续时间建模方法是优化短期间歇生产调度问题的有效工具.基于状态设备网络和特定事件点概念,建立非线性的连续时间间歇生产调度模型.为了解决非线性引起的求解困难,该模型使用替代方法线性化模型中的双线性项,替代法不仅将建立的混合整数非线性规划模型转化为混合整数线性规划模型,且由于其不包含大 M 松弛项,能使模型搜索空间更紧凑,模型求解效率更高.通过3个实例对比实验表明了基于状态设备网络描述的改进间歇生产调度模型搜索高效性.另外,模型中还给出了不同存储条件下,基于状态设备网络描述的间歇生产调度模型约束,扩展了模型适用性.【总页数】10页(P913-922)【作者】闫雪丽;韩豫鑫;顾幸生【作者单位】华东理工大学化工过程先进控制与优化技术教育部重点实验室,上海200237;华东理工大学化工过程先进控制与优化技术教育部重点实验室,上海200237;华东理工大学化工过程先进控制与优化技术教育部重点实验室,上海200237【正文语种】中文【中图分类】TP278【相关文献】1.基于状态空间神经网络的短期公交调度模型 [J], 高瑾;邓卫;季彦婕2.基于改进多模型FDA的间歇生产过程的故障诊断 [J], 蒋丽英;谢磊;王树青3.基于特定单元事件点的改进间歇生产调度模型 [J], 韩豫鑫;顾幸生4.神经网络算法研究及其在模式分类问题中的应用——以基于BP网络的设备状态分类器设计为例 [J], 王淼5.基于改进回声状态网络的盖亚大数据短时交通状态预测研究 [J], 张家顺因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于样条插值模型的间歇精馏模拟与预测控制

基于样条插值模型的间歇精馏模拟与预测控制吴微;师佳;周华;曹志凯;江青茵【摘要】Batch distillation is a widely used separation process in chemical engineering. Due to the comparatively small investment and flexibility in production, batch distillation has found various industrial applications in biopharmaceuticals, fine chemicals production and foods processing. To guarantee high product quality, modeling and advanced process control for batch distillation have received significant attention. As an unsteady state dynamic process with strong nonlinearity, however, it is still not easy for engineers to design a control system on the basis of a simple model to guarantee good control performance for batch distillation. In this paper, by using the batch distillation model in Aspen Batch Distillation? (ABD) as prototype, the process data of tower residual liquid and distillate compositions under different reflux ratios were obtained firstly. Based on the process data, then, the distillate volume and concentration of the process were formulated by the steady-state spline interpolation models (SIM). To compensate the dynamic error caused by variation of reflux ratios, a simple dynamic model was identified and combined with the steady-state SIM, resulting in a simple dynamic SIM for batch distillation. The comparison of the responses of the proposed SIM and ABD model to the time-varying reflux ratio indicated the applicability and precision of the proposed SIM. By using the SIM as the prediction model, a model predictive control (MPC) algorithm was further proposed for theconcentration control of batch distillation. Numericalsimulations demonstrated the applicability and robustness of the proposed control scheme for batch distillation with different feed compositions. The proposed control scheme lays a solid foundation for the further studies on online optimization of batch distillation.%以Aspen BatchDistillation(R)(ABD)中的间歇精馏仿真系统为过程原型,提出了利用过程的模拟测试数据来建立间歇精馏过程的样条插值简化模型(spline interpolation model,SIM).结合变回流比下的动态修正函数,构造出了一种简单实用的动态模型.该模型可有效模拟不同组分浓度下回流比发生变化时馏出液浓度和流量的动态变化情况.以该模型作为预测模型,进一步提出了一种变回流比的预测控制(model predictive control,MPC)算法来使馏出液浓度按照期望的设定值变化.控制仿真结果表明该控制方案计算简单,同时具有较好的控制效果.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2012(063)004【总页数】8页(P1124-1131)【关键词】间歇精馏;样条插值模型;模型预测控制【作者】吴微;师佳;周华;曹志凯;江青茵【作者单位】厦门大学化学化工学院化学工程与生物工程系,福建厦门361005;厦门大学化学化工学院化学工程与生物工程系,福建厦门361005;厦门大学化学化工学院化学工程与生物工程系,福建厦门361005;厦门大学化学化工学院化学工程与生物工程系,福建厦门361005;厦门大学化学化工学院化学工程与生物工程系,福建厦门361005【正文语种】中文【中图分类】TP273间歇精馏又称作分批精馏，是一种重要的化工分离手段。

间歇精馏过程优化问题

间歇精馏过程优化问题摘要：间歇精馏技术广泛应用于精细化工与制药工业中，用于提纯或回收高附加值的产品。

间歇精馏是一个动态过程，其本身具有瞬时特性，这种性质为过程操作策略的制定以及过程设备结构的选择提供很大的灵活度，同时也为研究者们通过优化综合的方法去挖掘间歇精馏过程的经济潜能以及提高过程的分离效率提供了驱动力与广阔的空间。

然而，间歇精馏中各个决策变量的时变特性与其过程优化所包含的复杂经济指标权衡，也为间歇精馏过程的优化综合问题带来了巨大的挑战。

本文旨在构建一套系统化解决间歇精馏过程优化综合问题的框架。

通过对间歇精馏过程的物理模型和数学模型的分析，得到优化问题的约束条件，并根据实际情况，提出生产利润最大的优化目标。

最终形成了混合整数动态优化模型（MIDO），并形成了相应的解法。

文中最后根据上述建模过程，具体计算了一个苯-甲苯的二元简单案例，以验证优化模型的可行性和正确性。

关键词：过程优化；间歇精馏；混合整数动态优化1 引言间歇精溜，或许是世界上最古老的用于液体混合物分离的单元操作，几个世纪以来直至今天，间歇精馏仍然大量应用于精细化学品及特殊化学品的生产当中，间歇精馏是间歇生产过程中使用最为广泛的分离技术[1]。

间歇精馏主要适用于小批量、多组分、高浓度物系的分离，能够实现单塔分离多组分物系，并获得较高纯度的各组分产品。

并且允许进料组分浓度在很大范围内变化，还可以适用于不同分离要求的物料。

其相对于连续精馏来讲，设备简单、灵活性高、适应力强、适用于工况多变、一塔多用的场合，因此在小批量、多元物系的分离过程中得到了广泛的应用[2]。

从目前来看，全世界由间歇精馏过程得到的化工产品的种类和价值所占的比重还是很大的，尤其是在精细化工方面。

目前我国的精细化率在30%以上，精细化工产品具有品种多、更新换代快、产量小、商品性强、产品质量要求高、设备投资小、附加值高等特点，其中有很大一部分都是釆用间歇精馏的生产方式得到的[3-5]。